ความรู้พ ื้นฐานในการพัฒนาอินเทอร ์ เน็ตสรรพสิ่ง สาระการเรียนรู้ 1. หลกัการทาํงานของอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่ง 2. ภาษาที่ใช้ในการพัฒนา 3. อุปกรณ์ที่ใช้ในการพัฒนา 4. ไฟฟ้าและการต่อวงจรเบ้ืองตน้ 5. สัญญาณแอนะล็อกและสัญญาณดิจิทัล จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายหลกัการทาํงานของอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่งได้ 2. บอกภาษาที่ใช้ในการพัฒนาได้ 3. บอกอุปกรณ์ที่ใช้ในการพัฒนาได้ 4. อธิบายไฟฟ้าและการต่อวงจรเบ้ืองตน้ ได้ 5. อธิบายสัญญาณแอนะล็อกและสัญญาณดิจิทัลได้ สมรรถนะประจําหน่วย ผูเ้รียนสามารถออกแบบระบบการทาํงานของอินเทอร์เน็ต สรรพสิ่ง และเลือกใช้ภาษาในการควบคุม อุปกรณ์รวมถึง ต่อวงจรไดอ้ยา่งถูกตอ้งตามหลกัการไฟฟ้าเบ้ืองตน้ ความนํา ในการพฒันาระบบอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่งน้ัน ผูพ้ ฒนาจะมีความรู้ทางด้านคอมพิวเตอร์เพียงอย่างเดียว ั อาจไม่เพียงพอ เนื่องจากระบบการทํางานจะต้องมี การเชื่อมโยงอุปกรณ์หลาย ๆ อย่างเข้าด้วยกัน เพื่อให้เกิด เป็นระบบอตัโนมตัิดงัน้ัน ผูพ้ฒันาจาํเป็นตอ้งมีความรู้เกี่ยวกบัอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการต่อวงจรไฟฟ้า เบ้ืองตน้ดว้ย เพื่อให้ระบบการทาํงานและอุปกรณ์ที่พฒันาน้นัเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภยัซ่ึงในหน่วย น้ีผูเ้รียนจะไดศ้ึกษาถึงระบบการทาํงานของ อินเทอร์เน็ตสรรพสิ่ง ภาษาที่นิยมนาํมาใชใ้นการพฒันา ระบบ การ เตรียมความพร้อมด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ สําหรับการพัฒนา การทํางานของสัญญาณแอนะล็อก และ สัญญาณดิจิทลัตลอดจนการต่อวงจรไฟฟ้าเบ้ืองตน้ซ่ึงเป็นพ้ืนฐานที่จะนาํไปใชพ้ฒันาต่อยอดการทาํงาน ต่อไป 1. หลักการทํางานของอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่ง
2 หลักการทาํงานของอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่งน้ัน ยังคงใช้กระบวนการทํางานหลักของคอมพิวเตอร์อยู่ เช่นเดิม แต่เพิ่มการทาํงานบางส่วนข้ึนมาโดยมีหลกัการทาํงานสาํคญัดงัน้ี ภาพที่ 2.1 หลกัการทาํงานของอนิเทอร์เน็ตสรรพสิ่ง ที่มา : อุไรวรรณ มีแสง, 2564 1.1 ระบบนําเข้า (Input Unit) หมายถึง อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจวัดสภาพแวดล้อมโดยรอบของอุปกรณ์ เพื่อนาํขอ้มูลไปประมวลผลต่อไป เช่น เซนเซอร์วดัความช้ืน เซนเซอร์ตรวจจบัการเคลื่อนไหว 1.2 ระบบประมวลผล (Process Unit) หมายถึง อุปกรณ์ที่ทําหน้าที่เสมือนกับสมองของระบบที่จะนํา ขอ้มูล ที่ไดร้ับจากหน่วยนาํเขา้ไปประมวลผลเพื่อสั่งการควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ตามที่ไดเ้ขียนคาํสั่งควบคุมไว้ เช่น NodeMCU,Aruduino Uno และ Raspberry PI 1.3 หน่วยความจํา (Memory Unit) หมายถึง ระบบหรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลที่ได้จากการ ตรวจจับ หรือประมวลผล เพื่อนําข้อมูลมาใช้งานในภายหลัง ซ่ึงระบบที่นิยมนํามาใช้ได้แก่ระบบคลาวด์ (Cloud Computing) เนื่องจากเป็ นการจัดเก็บข้อมูลในระบบออนไลน์ ทําให้สามารถเรียกใช้งานได้ตลอดเวลา หรือจะเลือกใช้เป็ นอุปกรณ์ บันทึกข้อมูลแบบเดิมอย่างฮาร์ดดิสก์ในระบบออฟไลน์ก็ได้เช่นกัน 1.4 ระบบแสดงผล (Output Unit) หมายถึง อุปกรณ์ที่ใช้ในการแสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผล ให้เป็ น ภาษาที่มนุษย์สามารถเข้าใจได้ง่าย ในรูปแบบข้อความ หรือสัญลักษณ์ รูปภาพต่าง ๆ GUI (Graphic User Interface)โดยพฒันาซอฟตแ์วร์ให้สามารถใชง้านไดต้ามแพลตฟอร์มต่าง ๆ เช่น แอปพลิเคชนั่ที่สามารถใช้งาน ได้บนสมาร์ตโฟน หรือระบบเว็บไซต์ที่สามารถใช้งานได้บนคอมพิวเตอร์ 1.5 ระบบเครือข่าย (Network Unit) หมายถึง การนําระบบอินเทอร์เน็ตในการเชื่อมโยงอุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่อประโยชน์ในการสื่อสารข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ 1.6 อุปกรณ์เพิ่มเติม (Accessory) หมายถึงอุปกรณ์ที่นาํมาเชื่อมต่อเพิ่มเติม เนื่องจากระบบอินเทอร์เน็ต สรรพสิ่ง เป็นระบบอตัโนมตัิฉะน้ัน ในการรับขอ้มูลจากแหล่งเดียวอาจไม่เพียงพอจาํเป็นตอ้งมีอุปกรณ์อื่น ๆ
3 เขา้มาเพิ่มเติม เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ชัดเจน และประมวลผลได้อย่างถูกต้อง กล่าวคืออุปกรณ์นําเข้าสามารถมีได้ มากกว่า 1 ชนิด 2. ภาษาที่ใช้ในการพัฒนา ในการเขียนคาํสั่งควบคุมการทาํงานของระบบอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่งน้นั ผู้พัฒนาสามารถเลือกใช้งานได้ ตามความถนดัของตนเองแต่ภาษาที่นิยมนาํมาใชแ้ละมีประโยชน์ต่อการพฒันาระบบในอนาคต ไดแ้ก่ 2.1 ภาษา C/C++ ภาพที่ 2.2 โลโกภาษา C++ ที่มา : https://bit.ly/3Dp470d 2.2 ภาษา Python มีคุณสมบตัิพิเศษ ดงัน้ี ภาพที่ 2.3 โลโกภาษา Python ที่มา : http://www.nattapon.com 2.2.1 Interactive REPL (Read-Evaluate-Print Loop) 2.2.2 Extensive Software Library 2.2.3 Extensibility จะเห็นไดว้่าท้งัสองภาษามีศกัยภาพในการทาํงานที่เท่าเทียมกนัและยงัสามารถทาํงานร่วมกนัได้ดงัน้นั ในการพัฒนาระบบอินเทอร์เน็ตเพื่อสรรพสิ่ง จึงไม่มีขอ้จาํกดัในการเลือกใชภ้าษาแต่จะข้ึนอยกู่บัความถนดัของ ผู้พัฒนา 3. อุปกรณ์ที่ใช้ในการพัฒนา 3.1 บอร์ดสําหรับการพัฒนา
4 3.1.1 บอร์ด Arduino เป็นบอร์ดบนแพลตฟอร์มไมโครคอนโทรลเลอร์ที่พัฒนาข้ึนโดยมี ไมโครคอนโทรลเลอร์ของ Atmel เป็ นหัวใจหลัก ผลิตออกมามากถึง 20 รุ่น เพื่อรองรับการทํางานด้าน อิเล็กทรอนิกส์สมองฝังกลในการควบคุม อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ มีราคาที่ไม่สูงมาก และสามารถใช้ งานได้ง่าย ทําให้ได้รับความนิยมเป็ นอย่างมาก ในการประมวลผลและหน่วยความจํา ซึ่งผู้พัฒนาจะต้อง ศึกษาถึงคุณสมบัติและความสามารถของบอร์ดให้เหมาะสมกับการใช้งาน โดยรุ่นที่นิยมนํามาใช้มาก ที่สุด ไดแ้ก่ 1) Arduino ภาพที่ 2.4 Arduino Mega ที่มา : https://bit.ly/3oGV5Fp 2) Arduino Uno ภาพที่ 2.5 Arduino Uno ทีมา : https://th.aliexpress.com 3) Arduino Nano
5 ภาพที่ 2.6 Arduino Nano ที่มา : https://www.arduino.com 3.1.2 บอร์ด NodeMCU เป็ นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ได้รับความนิยมเป็ นอย่างมาก เนื่องจากมี ราคา ถูกกว่าบอร์ด Arduino และมีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน รวมถึงมีรูปทรงที่ทันสมัย ปัจจุบันได้พัฒนาให้สามารถ รองรับ การใช้ภาษา C/C++ และการเชื่อมต่อระบบวายฟาย (Wi-Fi) สามารถทาํงานไดท้ ้งัโหมดที่เป็น Station และ Client ภาพที่ 2.7 NodeMCU ESP8266 ที่มา : https://bit.ly/3wVFvtB 3.1.3 บอร์ด Raspberry PI เป็ นบอร์ดไมโครโพรเซสเซอร์ (MPU) ที่มีลักษณะคล้ายกับเมนบอร์ด (Mainboard) ของ คอมพิวเตอร์ เพียงย่อส่วนให้มีขนาดเล็กลง ซึ่งออกแบบให้มาพร้อมกับ CPU, GPU และ RAM ในตัว และนอกจากขาในการเชื่อมต่อ อุปกรณ์ Input/Output แบบปกติแล้ว ยังมีพอร์ตสําหรับเชื่อมต่อ อุปกรณ์ ต่าง ๆ เพิ่มเติมเข้ามา เช่น พอร์ต HDMI พอร์ต USB และพอร์ต Ethernet ในการใช้งานบอร์ด Raspberry PI จะต้องมีการติดต้ังระบบปฏิบัติการก่อนเสมอจึงทาํให้การใช้งาน มีข้ันตอนที่ยุ่งยากและราคาสูงกว่าบอร์ด Arduino และ Node MCU เนื่องจากมีศักยภาพในการทํางานเทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก ภาพที่ 2.8 Raspberry PI3 ที่มา : https://bit.ly/3q/Wxd4
6 3.1.4 บอร์ด Micro bit เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อสนบัสนุนการศึกษาในยคุดิจิทลัเขียนคาํสั่ง และคอมไพล์ ผ่านทางเว็บเบราว์เซอร์ชื่อว่า https://makecode.microbit.org ซ่ึงการเขียนคาํสั่งจะเป็นลกัษณะของ Block Code ที่ง่ายต่อ การเข้าใจ และสามารถแปลงเป็ น Coding ภาษา Java ก็ได้ โดยรองรับการทํางานในระบบ คอมพิวเตอร์ สมาร์ตโฟน และแท็บเล็ต ภายในบอร์ด Micro bit จะประกอบดว้ยเซนเซอร์พ้ืนฐานสําหรับ การ เรียนรู้เช่น เซนเซอร์วดัแสงเซนเซอร์วดัความเร่งเซนเซอร์เข็มทิศรวมท้งัปุ่มกด และ LED แสดงผล ทําให้ใช้ งานไดท้นัทีไม่ตอ้งติดต้งั โมดูลเพิ่มเติม ภาพที่ 2.9 Micro bit ที่มา : https://bit.ly/3wU8Kg2 3.1.5 บอร์ด KidBright เป็ นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่พัฒนามาจากชิปเซ็ต ESP8266 ถูกออกแบบ ให้ใช้ในการศึกษาเรียนรู้มีลักษณะการเขียนคาํสั่งแบบ Block Code เช่นเดียวกับบอร์ด Micro bit เพียงแต่ ผู้พัฒนา จะต้องเขียนคาํสั่งและคอมไพลผ์ ่านโปรแกรม KidBright IDE บนคอมพิวเตอร์เท่าน้นั ภาพที่ 2.10 KidBright ทีมา : https://kidbright.club ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ Input/Output กับบอร์ดต่าง ๆ ผู้พัฒนาจะต้องศึกษาอักษรย่อที่อยู่บนบอร์ด 25 ตามภาพที่ 2.11 ซึ่ งส่วนใหญ่มีความหมายเหมือนกันทุกบอร์ด สามารถหาข้อมูลได้จากอินเทอร์เน็ต หรือคู่มือที่มาคู่กับ บอร์ด โดยมีหลักการสาํคญัดงัน้ี
7 ภาพที่ 2.11 ส่วนประกอบของบอร์ด Arduino Uno 1 ที่มา : https://bit.ly/3CqSmVs ภาพที่ 2.12 ส่วนประกอบของบอร์ด Arduino Uno 2 ที่มา : https://bit.ly/3c/vL2a 1) ขา Pin ที่ข้ึนตน้ดว้ยตวั A จะเป็ นขาเชื่อมกับอุปกรณ์สัญญาณแอนะล็อก 2) ขา Pin ที่เป็ นตัวเลข จะเป็ นขาเชื่อมอุปกรณ์สัญญาณดิจิทัล 3) ขา GND สายกราวนด์ 4) Vin ขาที่ใชต้ ่อไฟเล้ียงจากแหล่งจ่ายภายนอกให้บอร์ด และอุปกรณ์เชื่อมต่ออื่น ๆ 5) V ขาแรงดันไฟฟ้า 5 โวลต์ 6) 3.3 V ขาแรงดันไฟฟ้า 3.3 โวลต์ 7) ขา RESET และปุ่ ม RESET มีไวร้ีเซ็ตบอร์ด เพื่อเริ่มทาํงานใหม่ 8) RX/TX เป็ นขาดิจิทัล Input/Output และขาที่ใช้รับ-ส่งข้อมูลแบบ Serial กับอุปกรณ์อื่น
8 3.2 สาย MiniB-USB เป็ นสายสัญญาณสําหรับเชื่อมต่อระหว่างพอร์ต USB ของคอมพิวเตอร์กับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ต่าง ๆ ควรเลือกใช้สายที่มีมาตรฐาน ภาพที่ 2.13 สาย MiniB-USB ที่มา : https://bit.ly/3glofuj 3.3 แผงจําลอง เป็นอุปกรณ์สาํหรับจาํลองการเชื่อมต่ออุปกรณ์แบบชวั่คราวให้ดูมีระเบียบ และป้องกนัความเสียหายที่ เกิดจากการเชื่อมต่อวงจรภายนอกรวมท้งัอาํนวยความสะดวกในการเคลื่อนยา้ยอุปกรณ์ท้งัน้ียงัช่วยขยายขาใน การเชื่อมต่อ อุปกรณ์ Input/Output ให้มากอีกด้วย มีขนาดให้เลือกใชง้าน ต้งัแต่25 จุด จนถึง 800 จุด ภาพที่ 2.14 แผงจําลอง ที่มา : https://bit.ly/3wVINNt 3.4 สายต่อวงจร การเลือกใช้สายไฟต่อวงจรในการเชื่อมต่อ อุปกรณ์กับแผงวงจรน้ัน ข้ึนอยู่กับรูปร่างของบอร์ด ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็ นหลักว่าเหมาะสมกับสายลักษณะใด ซึ่งสายต่อวงจรที่นิยมนํามาใช้มีอยู่ 3 ประเภท หลกัๆ ดงัน้ี 3.4.1 สายต่อวงจรแบบสายไฟเดี่ยว 3.4.2 สายต่อวงจรแบบสายอ่อน
9 ภาพที่ 2.15 สายต่อวงจรหัวตัวเมีย-ตัวผู้ ทีมา : https://bit.ly/3oybj3T 3.4.3 สายต่อวงจรแบบหัวหนีบ ภาพที่ 2.16 สายต่อวงจรแบบหัวหนีบ ที่มา : https://bit.ly/30A7PWo 4. ไฟฟ้าและการต่อวงจรเบื่องต้น ในการพัฒนาระบบอินเทอร์เน็ตสรรพสิ่งน้ัน จะต้องมีการเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ กระแสไฟฟ้า ในการทาํงานเป็นส่วนใหญ่ฉะน้นัผูพ้ฒันาจะตอ้งศึกษาและมีความรู้พ้ืนฐานในการต่อวงจรไฟฟ้า เบ้ืองตน้เพื่อความปลอดภยั ในการติดต้งัอุปกรณ์มีสาระสาํคญัดงัน้ี 4.1 ส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้า 4.1.1 แหล่งให้กําเนิดพลังงานไฟฟ้า จะให้กระแสไฟฟ้าได้ 2 รูปแบบ คือ 1) ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current : DC) 2) ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current : AC) 4.1.2 อุปกรณ์ไฟฟ้า หรือโหลด เป็ นคํากล่าวโดยรวมถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด มีหน้าที่เปลี่ยนพลังงาน ไฟฟ้า ให้เป็ นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น เสียง แสง ความร้อน หรือความเย็น ซึ่งโหลดแต่ละชนิดจะใช้พลังงาน ไฟฟ้าไม่เท่ากนัข้ึนอยกู่บัการทาํงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าน้นัๆ
10 4.1.3 สายไฟต่อวงจร เป็ นตัวนํากระแสไฟฟ้าจากแหล่งกําเนิดไฟฟ้าไปยังโหลดหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่อให้เกิดความปลอดภัยในการใช้งานควรเลือกใช้สายไฟฟ้าที่มีมาตรฐานและมีฉนวนหุ้มทองแดง ซึ่งในการ ติดต้งัระบบไฟฟ้าจะมีขอ้กาํหนดมาตรฐาน มอก. 11-2553 ระบุลักษณะการใช้งานสายไฟฟ้าแต่ละสีไว้ให้เป็ น มาตรฐานเดียวกัน ตารางลักษณะการใช้งานสายไฟภายในวงจร Arduino สีสายไฟ ลักษณะการใช้งาน สีดํา สายกราวนด์ (GND) สีแดง สายไฟ 5 โวลต์ สีเหลือง สายไฟ 12 โวลต์ สีเขียว สีน้ ํ าเงิน สายส่งสัญญาณ นอกจากน้ียงัมีสายไฟอีกหลายสีที่ไม่ไดก้ล่าวถึง เนื่องจากในการต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์น้ันไม่ได้มี ขอ้กาํหนดที่ชดัเจน ซ่ึงบางคร้ังผูพ้ฒันาจะออกแบบวงจรและกาํหนดสีสายไฟที่แตกต่างออกไป โดยยึดหลกัการ เพียงสีดาํเป็นสายกราวนด์สีแดงเป็นสายไฟเท่าน้นัและสายไฟสีอื่น ๆ 4.2 แบบวงจรไฟฟ้า แบบวงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC) และแบบวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) มี 3 รูปแบบหลัก คือ วงจร อนุกรม วงจรขนาน และวงจรแบบผสม แต่เนื่องจากการทาํงานของระบบอินเทอร์เน็ตเพื่อสรรพสิ่งจะใชไ้ฟฟ้า กระแสตรงเป็นหลกัในหนงัสือเล่มน้ีจึงไดห้ยิบยกแบบวงจรของไฟฟ้ากระแสตรงเท่าน้นั โดยมีรายละเอียดดงัน้ี 4.2.1 วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม หมายถึง การนํา อุปกรณ์ทางไฟฟ้ามาต่อกันในลักษณะวงกลม โดยนํา ปลายดา้นหน่ึงไปเชื่อมต่อกบัอุปกรณ์อีกตวัหน่ึงคลา้ยกบัการจบัมือต่อกนั ไปเรื่อย ๆ ซ่ึงการต่อแบบน้ีจะทาํให้ กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียว กระแสไฟฟ้าภายใน วงจรอนุกรมจะมีค่าเท่ากันทุก ๆ จุด แต่แรงดันไฟฟ้า จะ ไม่เท่ากนั โดยจะลดหลนั่ ไปตามค่าของอุปกรณ์แต่ละชิ้น หากแรงดนั ไฟฟ้ามีไม่เพียงพอจะทาํให้วงจรไม่ สามารถ ทาํงานได้หรือทาํงานเพียงบางส่วนเท่าน้นั ภาพที่ 2.17 วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม ที่มา : https://bit.ly/3nvYKqB
11 4.2.2 วงจรไฟฟ้าแบบขนาน หมายถึงการนาํอุปกรณ์ไฟฟ้าต้งัแต่2 ตวัข้ึนไปมาต่อขนานกบัแหล่งจ่าย ไฟฟ้า ทาํให้ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า มีต้งัแต่2 ทิศทางข้ึนไป ตามจาํนวนของอุปกรณ์ในวงจร ซึ่งค่า ของแรงดนั ไฟฟ้า ที่ตกคร่อมกบัอุปกรณ์น้นัจะมีค่าเท่ากนัแต่ค่ากระแสไฟฟ้าจะไม่เท่ากนัเฉลี่ยไปตามจาํนวน อุปกรณ์ภายในวงจร ซึ่ งจะส่งผลให้อุปกรณ์ทุกตัวสามารถทํางานได้ แต่ไม่เต็มศักยภาพ หากมีปริ มาณ กระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอ ภาพที่ 2.18 วงจรไฟฟ้าแบบขนาน ที่มา : https://bit.ly/3HuuXX7 4.2.3 วงจรไฟฟ้าแบบผสม หมายถึง การต่อวงจรแบบไม่มีมาตรฐานตายตัว บางจุดต่อแบบวงจรอนุกรม บางจุดต่อแบบวงจรขนาน ผสม เปลี่ยนแปลงไปตามลักษณะ การต่อวงจรตามต้องการ นิยมนําไปใช้ต่อวงจรใน กรณีที่ภายในวงจรมีอุปกรณ์ที่ใช้ค่าแรงดันตกคร่อมที่ต่างกัน ภาพที่ 2.19 วงจรไฟฟ้าแบบผสม ที่มา : https://bit.ly/3oAvgai 4.3 ตัวต้านทาน ในการนําอุปกรณ์ I/O มาต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ หรือขา Vcc โดยตรง อาจทําให้มีแรงดันตกคร่อมหรือ ไหลผ่านมากเกินไป และทาํให้เกิดความเสียหายกบัอุปกรณ์หรือมีอายกุารใช้งานที่ส้ันลงได้เพื่อป้องกนั ปัญหา ดังกล่าว จึงต้องมีการต่อตัวต้านทาน (Resistor) ให้มารับแรงดัน ในส่วนที่มากเกินไปมาตกคร่อมในตัวต้านทาน แทน ซ่ึงมีรายละเอียดและการทาํงานดงัน้ี
12 4.3.1 ตัวต้านทาน (Resistor) ตัวต้านทาน (Resistor) เป็ นอุปกรณ์ไฟฟ้า ชนิดพาสซีฟ (passivity) สองตัว ที่สร้างความต่างศักย์ไฟฟ้า คร่อมตวัท้งัสอง (V) โดยมีสัดส่วนมากน้อยตามปริมาณ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ภาพที่ 2.20 ตัวต้านทาน (Resistor) ทีมา : https://bit.ly/3ovJQas ตัวต้านทานจะมีคุณสมบัติในการต้านทานกระแสไฟฟ้าและลดแรงดัน กล่าวคือ หากตัวต้านทานมีค่ามาก จะ ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้น้อย ในทางตรงกันข้ามหากตัวต้านทานมีค่าน้อยจะยอมให้กระแสไฟฟ้า ไหลผ่าน ไปได้มาก ซึ่ งจะส่งผลต่อการทํางานของอุปกรณ์ I/O หากเลือกไม่เหมาะสม สามารถอ่านค่าความ ต้านทานได้จาก แถบสีบนตัวต้านทาน มี 3 รูปแบบ คือ 4 แถบ 5 แถบ และ 6 แถบ ภาพที่ 2.21 ตารางสีการอ่านค่าตัวต้านทาน ที่มา : https://che.gg/3oHTD62 วิธีการอ่านหันแถบสีความคลาดเคลื่อน สีเงินและสีทองไปทางขวาและคาํนวณดงัน้ี แบบ 4 สีเส้นที่ 1 คือ หลักสิบ เส้นที่ 2 คือ หลักหน่วย เส้นที่ 3 คือ ตัวคูณ เส้นที่ 4 คือ ค่าความคลาดเคลื่อน จากภาพที่ 2.21 จะได้ 56 x 10 = 560 02 ความคลาดเคลื่อน 5% แบบ 5 สีเส้นที่ 1 คือ หลักร้อย เส้นที่ 2 คือ หลักสิบ เส้นที่ 3 คือ หลักหน่วย เส้นที่ 4 คือ
13 ตัวคูณ เส้นที่ 5 คือ ค่าความคลาดเคลื่อน จากภาพที่ 2.21 จะได้ 237 x 1 = 237 (2) ความคลาดเคลื่อน 1% แบบ 6 สีวิธีการคํานวณเหมือนกับแบบ 5 สีเพียงแต่เพิ่มเส้นที่6 ข้ึนมา เป็นค่าสัมประสิทธ์ิทางอุณหภูมิ (Temperature Coefficient : TC) มีหน่วยเป็ น ppm 4.3.2 การต่อวงจรแบบ Active Low/Active High 1) Active Low หรือ Pull-upอุปกรณ์จะทํางานต่อเมื่อมีการรับสัญญาณ Low (0) หรือเกิดการเชื่อมต่อ สัญญาณลงกราวนด์ เป็ นการต่อ ลักษณะ Pull-up คือ การทําให้อุปกรณ์มีสถานะเป็ น High หรือ จ่ายไฟให้กับ อุปกรณ์อยู่ตลอดเวลา โดยการนําตัวต้านทาน (Resistor) มาเชื่อมต่อระหว่างข้วับวก(Anode) ของอุปกรณ์ และ แหล่งจ่ายไฟหรือขา Vcc ในขณะที่ข้วัลบ (Cathode) ของอุปกรณ์ ต่อลงกราวนด์ตามปกติ ภาพที่ 2.22 การต่อวงจรแบบ Active Low และการต่อวงจรแบบ Active High ที่มา : ภาสกร พาเจริญ, 2562 2) Active High หรือ Pull-down เป็ นการทํางานในลักษณะตรงกันข้ามกับ Active Low กล่าวคือ อุปกรณ์ จะทํางานต่อเมื่อมี การรับสัญญาณ High (1) หรือเกิดการเชื่อมต่อสัญญาณเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหรือขา Vcc เป็ น การต่อลักษณะ Pull-down โดยการนําตัวต้านทาน (Resistor) มาต่อเขา้กบัข้วัลบ (Cathode) ของอุปกรณ์และต่อ ลงกราวนด์ส่วนข้วับวก(Anode) ของอุปกรณ์ต่อตรงเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหรือขา Vcc อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิทัลส่วนใหญ่นิยมใช้การต่อวงจรแบบ Active Low เพราะเมื่อ มีการรับ สัญญาณจะวิ่งลงกราวนด์ทาํให้ได้ค่า 0 ซึ่ งมีความแม่นยํากว่าการต่อแบบ Active High เพราะเมื่อมี การรับ สัญญาณจะวิ่งเขา้ Vcc ทําให้ค่าแปรผันไปตามแหล่งจ่ายไฟ อาจทําให้ค่าสัญญาณผิดพลาดได้ 4.3.3 การคํานวณค่าความต้านทาน ผู้พัฒนาจะต้องศึกษาคุณสมบัติของอุปกรณ์ I/O ที่นํามาใช้ และคุณสมบัติของแหล่งจ่ายไฟภายใน วงจร ว่า มีค่าแรงดันไฟฟ้า (V) และค่ากระแสไฟฟ้า (1) ที่อุปกรณ์ต้องการจากเอกสารคู่มือ หรือนําชื่ออุปกรณ์ไป
14 ค้นหาจากสื่ออินเทอร์เน็ต จะพบค่าแรงดันต่ ํ าสุด (Min) และแรงดันสูงสุด (Max) หรือบางคร้ังจะระบุค่าที่ แนะนํา มาให้ (Typical) ภาพที่ 2.23 คุณสมบัติของหลอด LED White ที่มา : https://commandronestore.com/products/ba005.php 4.4 การใช้งานมัลติมิเตอร์ ในการพฒันาระบบอินเทอร์เน็ตเพื่อสรรพสิ่งน้ัน บ่อยคร้ังมกัพบว่าวงจรเชื่อมต่อถูกตอ้งคาํสั่งถูกตอ้ง แต่อุปกรณ์ไม่ทํางานซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอ ซึ่งผู้พัฒนาจะต้องมีทักษะ การใช้งาน มัลติมิเตอร์ เพื่อตรวจสอบสถานะของอุปกรณ์และแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าภายในวงจรด้วย โดยมัล ติมิเตอร์ที่นิยม นํามาใช้มีอยู่ 2 รูปแบบ คือ มัลติมิเตอร์แบบดิจิทัล และมัลติมิเตอร์แบบแอนะล็อก (แบบเข็ม) ภาพที่ 2.27 มัลติมิเตอร์แบบดิจิทัล ที่มา : https://bit.ly/30xAMSp
15 ภาพที่ 2.28 มัลติมิเตอร์แบบแอนะล็อก ที่มา : https://bit.ly/3HxnpTm วิธีการใช้ 1) เลือกโหมดการใช้งานที่ตอ้งการวดัเนื่องจากไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับน้ัน มีค่าแรงดันที ต่างกันมาก หากไม่ปรับโหมดการใช้งานที่เหมาะสมอาจจะทําให้อุปกรณ์เสียหายหรือได้ค่าวัดที่ผิดพลาดได้ ซึ่ง สัญลกัษณ์หลกัที่ใชใ้นโหมดการทาํงาน มีดงัน้ี ภาพที่ 2.29 สัญลักษณ์ที่ใช้ในมัลติมิเตอร์ ที่มา : https://legatool.com/wp/8394/ (1) วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ AC Current (2) วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง DC Current (3) วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง + กระแสสลับ (4) ฟังก์ชันเช็กความต่อเนื่องของสายไฟฟ้าจากต้นทางไปปลายทาง และตรวจสอบไดโอด (5) ฟังก์ชันการวัดความต้านทาน และการวัดอุณหภูมิ (6) วัดค่าความจุไฟฟ้า (7) วัดกระแสไฟฟ้าตรง (DC) หรือกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) หน่วยการวัด LA (8) วัดกระแสไฟฟ้าตรง (DC) หรือกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) หน่วยการวัด mA (9) วัดกระแสไฟฟ้า DC และ AC
16 (10) AC/DC Auto Detection (11) Clamp-On Measurement (12) Voltage Detection 2) เสียบสายวัดมัลติมิเตอร์สีดาํ (ข้วัลบ)และสีแดง (ข้วับวก) เขา้กบัตวัมลัติมิเตอร์ 3) น่าหัวเข็มสายสีดาํา (ข้วัลบ)ไปเชื่อมต่อกบัพ้ืนที่กราวนดข์องวงจรส่วนใดก็ไดไ้ม่จาํกดั 4) นาํหัวเข็มสายสีแดง (ข้วับวก)ไปเชื่อมต่อกบัอุปกรณ์ที่ตอ้งการวดัที่ข้วับวก 5) อ่านค่าที่ได้จากหน้าจอ และนําไปตรวจสอบกับคุณสมบัติของอุปกรณ์ที่วัดว่ามีค่าแรงดันและค่า กระแสไฟฟ้า เพียงพอต่อความต้องการของอุปกรณ์หรือไม่ หากพบว่าไม่เพียงพอ ผู้พัฒนาระบบจะต้องหา แหล่งจ่ายไฟเพิ่มเติม เพื่อให้เพียงพอต่อความตอ้งการของระบบ การใช้งานมัลติมิเตอร์แต่ละรุ่นจะมีวิธีการใช้งานและคุณสมบตัิที่แตกต่างกนัออกไป ดงัน้นัผูใ้ชจ้ะตอ้ง ศึกษาวิธีการใช้งานและคุณสมบัติของแต่ละรุ่นให้ชัดเจน เพื่อการใช้งานที่มีประสิทธิภาพและเต็มศักยภาพ ของมัลติมิเตอร์ 5. สัญญาณแอนะล็อกและสัญญาณดิจิทัล ในการสื่อสารข้อมูลเพื่อควบคุมอุปกรณ์จะใช้สัญญาณอยู่ 2 รูปแบบ คือ 5.1 สัญญาณแอนะล็อก 5.2 สัญญาณดิจิทัล ดงัน้ันผูพ้ฒันาจะตอ้งศึกษาคุณสมบตัิของอุปกรณ์ที่นาํมาใช้ในระบบแต่ละชิ้นว่ามีลกัษณะการสื่อสาร ข้อมูล แบบสัญญาณแอนะล็อกหรือสัญญาณดิจิทัล เพื่อประโยชน์ในการวิเคราะห์การทํางานของระบบ และการ เชื่อมต่อวงจร เข้ากับขา Input/Output ไดอ้ยา่งถูกตอ้งตามลกัษณะการทาํงานของอุปกรณ์น้นัๆ และไดผ้ลลพัธ์ที่ คลาดเคลื่อนน้อยที่สุด ตัวอย่าง ภาพที่ 2.32 Push Button ภาพที่ 2.33 Potentiometer ที่มา : https://bit.ly/3xB3pL7, https://bit.ly/3Dsb9RA
17 Push Button เป็ นอุปกรณ์นําเข้าที่ส่งข้อมูลแบบดิจิทัล คือ กดจะปล่อยสัญญาณ 1 และปล่อยจะส่ง สัญญาณ 0 ในขณะที่ Potentiometer เป็ นอุปกรณ์นําเข้าที่ส่งข้อมูลแบบสัญญาณแอนะล็อก สามารถปรับค่าได้ ต้งัแต่0-100 หากนําอุปกรณ์ท้งั 2 ชิ้นไปควบคุมการเปิดปิดไฟจะให้ผลลพัธ์ที่ต่างกนัคือ 1) Push Button กดไฟติด (สัญญาณ 1) และปล่อยไฟดับ (สัญญาณ ๐) ความสว่างคงที่ 2) Potentiometer ไฟจะดับต่อเมื่อหมุนแกนไปที่ค่า 0 และความสว่างจะไม่คงที่ข้ึนอยู่กบัการหมุนแกน ไปตามค่าที่ต้องการ 1-100