โปรเจค โครงงาน ชุดเปลี่ยนสีหลอดไฟ LED RGB แสดงผลผ่าน LCD 07

โปรเจค โครงงาน ชุดเปลี่ยนสีหลอดไฟ LED RGB แสดงผลผ่าน LCD 07

โครงงาน ชุดเปลี่ยนสีหลอดไฟ LED RGB แสดงผลผ่าน LCD

http://aimagin.com/blog/kmuttproj16_ledrgb_lcd/?lang=th

Contents [show]

หลักการและเหตุผล

ในปัจจุบันความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเซมิคอนดัคเตอร์ทำให้เทคโนโลยีของ LED มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วตามไปด้วย LED ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาเรื่อย ๆ ทั้งในด้านสีของแสงที่เปล่งออกมาไม่ว่าจะเป็นสีแดง,สีเขียว, สีส้ม หรือสีที่ผลิตได้ท้ายสุด และทำให้วงการแอลอีดีพัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว คือ สีน้ำเงิน ซึ่งการเกิดขึ้นของสีน้ำเงินนี้ ทำให้ครบแม่สี 3 สี คือ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน จนเกิดเป็นจุดเริ่มต้นของจอแอลอีดี และแอลอีดีในงานประดับไฟต่างๆ และยังใช้ประโยชน์แพร่หลายมากขึ้นเรื่อย ๆ เช่น ในเครื่องคิดเลข สัญญาณจราจร ไฟท้ายรถยนต์ ป้ายสัญญาณต่าง ๆ เป็นต้น ในการทำโครงงานครั้งนี้ผู้จัดทำได้นำไปประยุกต์ใช้ในการทำโคมไฟ ซึ่งโคมไฟชิ้นนี้สามารถปรับเป็นสีต่างๆ ได้ตามที่ผู้ใช้ต้องการ และชิ้นงานนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้อีกมากมายเพื่อเพิ่มความสวยงามในยามค่ำคืนได้อีกด้วย ทางผู้จัดทำคิดว่าโครงงานชิ้นนี้น่าจะมีประโยชน์จึงได้มีการจัดทำโครงงานนี้ขึ้น

คุณสมบัติการทำงานของโครงงาน

• สามารถเลือกใช้สีได้ 7 สี ตามต้องการ
• สวิตซ์แต่ละตัวจะควบคุมสีแต่ละสี เช่น สีแดง,สีน้ำเงิน และ สีเขียว เป็นต้น
• มีการบอกสถานะว่าสีอะไรที่ติดอยู่

การต่อวงจรสำหรับวงจรควบคุมหลอดไฟ LED RGB

รูปที่ 2 วงจรสมบูรณ์

การต่อหลอดไฟ LED RGB

รูปที่ 3  วงจรการต่อหลอดไฟ LED RGB

รูปที่ 4 สัญลักษณ์หลอดไฟ LED

จากวงจรสมบูรณ์ ในรูปที่ 2 เมื่อดูเฉพาะในส่วนของการต่อหลอดไฟ LED RGB ดังรูปที่ 3 หลอดไฟชนิดนี้จะมีทั้งหมด 4 ขา ประกอบไปด้วย ขา R , ขาไฟ (+) , ขา G และ ขา B ดังรูปที่ 4 การต่อวงจรการใช้งานในส่วนของหลอด LED RGB ใช้หลอดไฟจานวน 16 หลอดโดยที่การต่อหลอดไฟเป็นการต่อแบบขนานเพื่อให้หลอดไฟมีความสว่างอย่างสม่ำเสมอ และที่ขาหลอดไฟ ขา (+) จะต่อเข้ากับไฟตรง +5V ส่วนอีก 3 ขาที่เหลือ ขา R (สีแดง) จะต่อเข้ากับพอร์ต PD5 ของบอร์ด STM32F4 , ขา G (สีเขียว) จะต่อเข้ากับพอร์ต PD3 ของบอร์ด STM32F4 และ ขา B (สีน้ำเงิน) จะต่อเข้ากับพอร์ต PD1ของบอร์ด STM32F4 โดยการจ่ายสัญญาณจากบอร์ด STM32F4 เพื่อมาเข้าที่หลอดไฟ จะเลือกเป็น Open Drain เพื่อจ่ายเป็น Ground ออกมาเนื่องจากหลอดไฟนี้เป็นแบบ Common Anode (+)

หลักการทำงานของ หลอดไฟ LED RGB

การทำงานของหลอดไฟ LED RGB ชนิดนี้เป็นแบบ Common Anode (+) คือหลอดไฟชนิดนี้จะมีไฟบวกรออยู่แล้วเหลือเพียงแต่มีกราวน์มาทริกส์มันเท่านั้นไฟก็จะติด โดยที่หลอดไฟชนิดนี้จะแตกต่างจากหลอดอื่น ๆ ตรงที่หลอดไฟชนิดนี้สามารถติดแล้วดับได้ในทันทีเมื่อทำการจ่ายไฟหรือจ่ายกราวน์ให้

การต่อสวิตซ์กดติด-ปล่อยดับ

รูปที่ 5 วงจรการต่อสวิตซ์

จากวงจรสมบูรณ์ ในรูปที่ 2 เมื่อดูเฉพาะในส่วนของการต่อสวิตซ์ ตามรูปที่ 5 ของวงจรประกอบไปด้วยสวิตซ์กดติด-ปล่อยดับ 7 ตัว โดยสวิตซ์จะมีไฟเลี้ยง +3V จ่ายไฟทั้ง 7 ตัว และขาอีกด้านของสวิตซ์กดติด-ปล่อยดับ ทั้ง 7 ตัวนี้ จะต่อเข้ากับกับบอร์ด STM32F4 โดยขาที่ใช้สำหรับต่อสวิตซ์ประกอบไปด้วยขา PA14 , PC11 , PA13 , PE6 , PE5 , PC3 และ PA1 ตามลาดับ โดยการต่อสวิตซ์นี้จะเลือกการทำงานเป็นแบบ Pull Down คือเมื่อมีการกดสวิตซ์ก็จะมีสัญญาณมาทริกที่ขาที่กาหนดไว้ทั้ง 7 ขาเมื่อต่อแล้วจะได้ดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 การต่อสวิตซ์กดติด – ปล่อยดับ ทั้ง 7 ตัว

หลักการทำงานของสวิตซ์กดติด-ปล่อยดับ

สวิตซ์กดติด-ปล่อยดับนี้มีหลักการคือเมื่อมีการกดสวิตซ์ลงก็จะมีแรงดันไฟออกมา แต่เมื่อไม่มีการกดสวิตซ์ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นไม่ว่าจะเป็นสัญญาณหรือแรงดันไฟ โดยในโครงงานชิ้นนี้เลือกใช้สวิตซ์ชนิดนี้เนื่องจากมีราคาไม่แพงและสามารถหาได้ง่าย โดยการนำมาใช้งานร่วมกับบอร์ด STM32 นี้ จะกำหนดเป็น Pull Down เนื่องจากเมื่อมีการกดสวิตซ์แล้วให้มีสัญญาณเป็น 0 และเมื่อไม่มีการกดจะกำหนดให้สัญญาณเป็น 1 ตามเงื่อนไขที่ได้กาหนดไว้ใน Function

การต่อจอแสดงผล LCD แบบ 20×4

รูปที่ 7 วงจรการต่อจอ LCD

จากวงจรสมบูรณ์ในรูปที่ 2 เมื่อดูเฉพาะในส่วนของการต่อจอแสดง LCD ตามรูปที่ 7 จอนี้เป็นแบบ 20×4 คือ มี 20 ตัวอักษร และมี 4 แถว การต่อคือจะเห็นว่ามีขาที่ต้องต่อทั้งหมด 16 ขา แต่จะต่อแค่ 12 ขา โดยใน 3 ขา แรกนั้นจะต่อเข้ากับตัว VR เพื่อใช้ปรับความสว่างของหน้าจอ LCD และจะต่อขา 4,5,6,11,12,13 และ 14 ของจอ เข้ากับ พอร์ต PE7 , PE8 , PE9 , PE12 , PE13 , PE14 และ PE15 ของบอร์ด STM32F4 เมื่อต่อเสร็จก็จะได้จอการแสดงผลตามรูปที่ 8

รูปที่ 8 จอ LCD แสดงการทางาน

ส่วนประกอบของวงจร

ส่วนประกอบของวงจกร ประกอบไปด้วย

1. บอร์ด STM32F4
2. สวิตซ์กดติด -ปล่อยดับ 7 ตัว
3. หลอด LED RGB 16 หลอด
4. จอแสดง LCD แบบ 20×4
5. ตัว VR สาหรับปรับความสว่างของจอ LCD

โปรแกรม Simulink ที่สมบูรณ์ของโครงงาน

รูปที่ 9 โครงสร้างการเขียนโปรแกรมของโครงงาน

การเขียนโปรแกรมจะเป็นการรับค่าจากสวิตซ์กดติด-ปล่อยดับ ทั้ง 7 ตัว คือ PA14, PC11, PA13, PE6, PE5, PC3 และ PA1 โดยสวิตซ์จะรับค่าเป็น 0 เนื่องจากว่าใช้เป็น Pull Down โดยเมื่อมีการกดสวิตซ์เกิดขึ้นก็จะส่งสัญญาณ ไปเข้าที่ Function 7 เพื่อเข้าเงื่อนไขที่ตั้งไว้ทั้ง 7 กรณี ถัดมาเมื่อมีการกดแล้วก็จะเข้าเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่ง ทางฝั่ง Output ทั้งสามก็คือ RGB ในที่นี้ได้กำหนดขาที่ใช้ คือ ขา PD5 , PD3 และ PD1 ตามลำดับ จนทำให้ไฟติดตามเงื่อนไขที่ตั้งไว้และในส่วนของจอแสดงผล LCD นั้นเมื่อมีการกดปุ่มใดปุ่มหนึ่งก็จะไปเข้า Function ทั้ง 7 บล็อกให้มีค่าเป็น 1 เนื่องจากรับค่าจากสวิตซ์เป็น 0 เพื่อที่จะนำไปเข้าบล็อก LCD จากนั้นก็จะไปโชว์ค่าตามที่ได้ตั้งไว้ คือ บรรทัดแรกจะเป็นสถานะ “STATUS” และบรรทัดที่ 3 ก็จะเป็นชื่อสีที่ติดอยู่ เช่น RED , GREEN , BLUE เป็นต้น ซึ่งทั้งนี้ค่าที่จะแสดงก็ขึ้นอยู่กับการเลือกกดปุ่มสวิตซ์ด้วย แต่ถ้าไม่มีการกดสวิตซ์เลยก็จะแสดงว่า “NOT COLOR”

การเขียนโค๊ดใน M-File

โค๊ตในบล็อก Function 7


โค๊ดในบล็อก Function ถึง Function 6

การทำงานของโครงงาน

รูปที่ 10 แสดงการทำงานขณะยังไม่มีการกดสวิตซ์

รูปที่ 11 แสดงการทำงานขณะกดสวิตซ์ตัวที่ 2

รูปที่ 12 แสดงการทำงานขณะกดสวิตซ์ตัวที่ 3

รูปที่ 13 แสดงการทำงานขณะกดสวิตซ์ตัวที่ 4

เมื่อต่อไฟจาก USBเข้ากับบอร์ด และ จ่ายไฟเข้าที่แหล่งจ่ายไฟ 3.3V และ 5V แล้วเมื่อยังไม่มีการกดสวิตซ์ที่หน้าจอ LCD ก็จะแสดง STATUS ว่า NOT COLOR ดังรูปที่ 10 และเมื่อมีการกดสวิตซ์ปุ่มใดปุ่มหนึ่งเช่น กดสวิตซ์ตัวที่ 2 ซึ่งจะเข้าเงื่อนไขที่ตั้งไว้ทำให้หลอดไฟ LED ติดเป็นสีเขียว และที่จอ LCD ก็จะแสดงสถานะว่า “GREEN”ดังรูปที่ 11 เช่นเดียวกันเมื่อมีการกดสวิตซ์ตัวที่ 3 หลอด LED ก็จะติดเป็นสีแดง และที่หน้าจอ LCD ก็จะปรากฏสถานะว่า “RED” ขึ้นตามรูปที่ 12 และถ้ากดสวิตซ์ตัวที่ 4 ที่หลอด LED ก็จะติดเป็นสีฟ้าและที่หน้าจอ LCD ก็จะแสดงว่า “BLUE” ตามรูปที่ 13โดยการกดสวิตซ์นั้นจะสามารถกดได้ทีละ 1 ตัวเท่านั้น ไม่สามารถกดครั้งเดียวได้หลายสวิตซ์

โปรเจค โครงงานเครื่องควบคุมระดับน้ำ 06

โครงงานเครื่องควบคุมระดับน้ำ

 

Contents [show]

หลักการและเหตุผล

เนื่องจากน้ำนั้นเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการดำรงชีวิตเพื่ออุปโภค บริโภค ทั้งมนุษย์ พืช สัตว์และงานทางด้านอุตสาหกรรม โดยในงานด้านอุตสาหกรรมนั้นส่วนใหญ่จำเป็นต้องใช้น้ำเป็นหลักในการผลิต โดยเฉพาะในเรื่องการควบคุมระดับของน้ำ ซึ่งถ้าเกิดเราไม่สามารถควบคุมระดับน้ำตามที่เราต้องการใช้หรือจำเป็นต้องใช้ได้นั้นอาจทำให้เกิดการสิ้นเปลืองทรัพยากรธรรมชาติอย่างไร้ประโยชน์
จากเหตุข้างต้นนี้ทางผู้จัดทำจึงได้มีแนวคิดริเริ่มทำ เครื่องควบคุมระดับ เพื่อควบคุมระดับน้ำให้ใช้ในปริมาณตามจุดประสงค์ที่เราต้องการ นอกจากนี้ยังสามารถแสดงผลการวัดเกณฑ์ของระดับน้ำและเตือนเมื่อมีเกณฑ์ของระดับน้ำเกินค่าจากที่เรากำหนด

แนวคิดในการออกแบบ

เราเลือกขนาดถังบรรจุน้ำที่เราต้องการและเลือกใช้เซ็นเซอร์ จากหลักการของน้ำคือ ยิ่งน้ำมีมากความดันในน้ำนั้นย่อมสูงตาม จึงเลือกใช้เซ็นเซอร์ความดัน ซึ่งจะติดไว้ใต้ถังน้ำ และนำวาล์วเปิดน้ำมาต่อใต้ถังเช่นกัน มอเตอร์ปั๊มน้ำนั้นจะปั๊มน้ำจากถังสำรองเข้าทางด้านบนของถัง การควบคุมมอเตอร์นั้นเราจะใช้สัญญาณ PWM ในการควบคุม การเขียนโปรแกรมนั้นเราจะนำค่าจะเซ็นเซอร์ มาเทียบกับแรงดันไฟฟ้า และเทียบค่าให้เป็นเซนติเมตร เมื่อค่าของเซ็นเซอร์มีค่าน้อยจะทำให้ สัญญาณ PWM สั่งมอเตอร์ทำงาน ถ้าค่าเซ็นเซอร์มีค่าเกินกว่าแรงดันไฟฟ้าที่เราตั้งไว้ จะทำให้หยุดจ่ายสัญญาณ PWM

คุณสมบัติของเครื่องควบคุมระดับน้ำ

1. สามารถควบคุมระดับน้ำให้อยู่ในปริมาณที่ต้องการได้
2. เมื่อมีน้ำเกินระดับที่เราต้องการจะมีเสียงเตือนและหลอดไฟเตือน
3. สามารถควบคุมสัญญาณที่จ่ายเข้ามอเตอร์ได้
4. แสดงปริมาณน้ำในถังผ่านทางหน้าจอ LCD

การต่อวงจรสำหรับวงจรควบคุมระดับน้ำ

ภาพที่ 1 วงจรเครื่องควบคุมระดับน้ำ

ส่วนประกอบของวงจรประกอบไปด้วย

1. บอร์ด STM32F407VG
2. Pressure Sensor
3. มอเตอร์ปั้มน้ำ
4. สวิตซ์ตัดต่อสัญญาณ PWM
5. สายไฟโยง

การต่อใช้งานของวงจรนี้จะประกอบเข้าไปกับชุดควบคุมระดับน้ำ โดยการโยงสายนั้นจะนำสัญญาณเซ็นเซอร์ เข้าตัวต้านทานประค่าได้ เพื่อค่าลดแรงดันเซ็นเซอร์สูงสุดไม่ให้เกิน 3.3V ก่อนต่อเข้าที่บอร์ด STM32 ขา PA1 และนำสัญญาณ PWM จากบอร์ด STM32 ขา PB15 เข้าชุดควบคุมระดับน้ำ เพื่อควบคุมมอเตอร์ปั๊มน้ำ

โปรแกรม Simulink ของเครื่องควบคุมระดับน้ำ

ภาพที่ 2 โปรแกรม Simulink ของเครื่องควบคุมระดับน้า
หมา

• หมายเลข 1 เป็นการประกาศว่าโปรแกรมนี้ใช้กับ บอร์ด STM32F4-DISCOVERY
• หมายเลข 2 การประกาศว่าใช้ฟังก์ชั่นการแสดงผลทางจอ LCD
• หมายเลข 3 การประกาศตัวแปล Line1 (บรรทัดที่ 1 ของจอ LCD)
• หมายเลข 4 การประกาศตัวแปล Line2 (บรรทัดที่ 2 ของจอ LCD)
• หมายเลข 5 การรับค่าดิจิตอลเข้ามายังบอร์ดโดยใช้ค่า PA1,PA3
• หมายเลข 6 การรับค่าเพื่อไปแสดงขอมูลบรรทัดที่1
• หมายเลข 7 การรับค่าเพื่อไปแสดงขอมูลบรรทัดที่2
• หมายเลข 8 การส่งสัญญาณดิจิตอลออกไปให้หลอดไฟที่ขา PB1
• หมายเลข 9 การส่งสัญญาณดิจิตอลออกไปให้ลำโพงที่ขา PE5
• หมายเลข 10 การส่งสัญญาณดิจิตอลออกไปให้มอเตอร์ที่ขาPB15

การทำงานของโปรแกรม

โปรแกรมจะทำการรับค่าแรงดันจากเซ็นเซอร์และเซ็ตพ่อยซึ่งเป็นสัญญาณ Analog ดังนั้นเราจึงต้องแปลงค่าเป็นดิจิตอลโดยเทียบ100/4095 จากนั้นจะเข้าโปรแกรมMathlab function เพื่อทำให้ค่าเซ็นเซอร์สูงสุด คือ 100 และต่ำสุดคือ 0 แต่เนื่องจากเซ็นเซอร์มีค่าเริ่มต้นไม่เท่ากับ 0 เราจึงจำเป็นต้องเทียบบัญญัติไตรยางศ์ เพื่อให้ค่าที่ได้มีค่าสูงสุด คือ 100 และต่ำสุดคือ 0 และนำค่าจากเซ็นเซอร์และเซ็ตพ่อยนำไปหาร 4 เพื่อให้ได้ค่าระดับน้ำสูงสุด 25 cm และต่ำสุด 0 จากนั้นเราค่าจากเซ็นเซอร์และเซ็ตพ่อยมาเปรียบเทียบกันโดยตั้งเงื่อนไขว่า ถ้าค่าเซ็นเซอร์มีค่าน้อยกว่าเซ็ตพ่อยให้ส่งสัญญาณ PWM ออกไป 100% และเมื่อน้ำเข้าในถังจนมีค่าระดับที่เราต้องการจะหยุดจ่ายสัญญาณ PWM

การเขียนโค๊ดM-FILE

M-file 1 (ภาพที่ 3 การเทียบบัญญัติไตรยางศ์และลดค่าเซ็นเซอร์เริ่มต้น)

อธิบายโค๊ด
function y = fcn(u) เป็นการประกาศให้ฟังค์ชัน y เป็น output และ u เป็น input
y = (u-35)*1.538461538; เป็นการเทียบบัญญัติไตรยางศ์ ให้เซ็นเซอร์มีค่าตั้งแต่ 0-100
end

M-file 2,3 (ภาพที่ 4 การหารค่าให้ได้ 0-25 cm เพื่อแสดงในหน้าจอ)

อธิบายโค๊ด
function y = fcn(u) เป็นการประกาศให้ฟังค์ชัน y เป็น output และ u เป็น input
y = u/4 เป็นการนำค่าที่ได้มาหาร 4 เพื่อให้มีค่าตั้งแต่ 0-25 cm
end

M-file 4 (ภาพที่ 5 การเทียบค่าเพื่อควบคุมมอเตอร์)

อธิบายโค๊ด
function y = fcn(u,x) เป็นการประกาศให้ฟังค์ชัน y เป็น output และ u,x เป็น input
if (u<x) เงื่อนไขถ้าค่า u (ค่าเซ็นเซอร์) มีค่าน้อยกว่า x (ค่าเซ็ตพ่อย)
y = 100; ให้ y มีค่าเท่ากับ 100
else ถ้าไม่จริง
y = 0; ให้ y มีค่าเท่ากับ 0
end

M-file 5 (ภาพที่ 6 การเทียบค่าเพื่อควบคุมBuzzer)

อธิบายโค๊ด
function y = fcn(u,x) เป็นการประกาศให้ฟังค์ชัน y เป็น output และ u,x เป็น input
if (u>x) เงื่อนไขถ้าค่า u (ค่าเซ็นเซอร์) มีค่ามากกว่า x (ค่าเซ็ตพ่อย)
y = 1; ให้ y มีค่าเท่ากับ 1
else ถ้าไม่จริง
y = 0; ให้ y มีค่าเท่ากับ 0
end

M-file 6 (ภาพที่ 7 การเทียบค่าเพื่อควบคุมหลอด LED)

อธิบายโค๊ด
function y = fcn(u,x) เป็นการประกาศให้ฟังค์ชัน y เป็น output และ u,x เป็น input
if (u>x) เงื่อนไขถ้าค่า u (ค่าเซ็นเซอร์) มีค่ามากกว่า x (ค่าเซ็ตพ่อย)
y = 100; ให้ y มีค่าเท่ากับ 100
else ถ้าไม่จริง
y = 0; ให้ y มีค่าเท่ากับ 0
end

หลักการทำงาน

นำสัญญาณเซ็นเซอร์ ออกจากชุดควบคุมเข้าตัวต้านทานปรับค่าได้เพื่อให้แรงกันไฟฟ้าไม่เกิน และนำสัญญาณเข้าบอร์ด STM32 ขา PA1 และนำสัญญาณ PWM ออกจากบอร์ด STM32 ขา PB15 และกดปุ่มเพื่อทำการเปิดปิดสัญญาณ

การควบคุมระดับน้ำนั้นเราจะควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยการแบ่งแรงดันและเราค่าแรงดันเข้าบอร์ด STM32 ขา PA3