เครื่องระบบเปิด-ปิดน ้ำอัตโนมัติ Automatic switch on-off system of water เสนอต่อ มูลนิธิเทคโนโลยีสำรสนเทศตำมพระรำชด้ำริ สมเด็จพระเทพรัตนรำซสุดำ ฯ สยำมบรมรำชกุมำรี ได้รับสนับสนุนทุนท้ำโครงงำน ในโครงกำรสนับสนุนทุนท้ำโครงงำนของนักเรียนในชนบท ประจ้ำปีกำรศึกษำ ๒๕๖1 โดย นำยณัฐกิตธ์ ด้วงดล ระดับชั นมัธยมศึกษำปีที่ 3 นำงสำวจันทกำรต์บุญณำกร ระดับชั นมัธยมศึกษำปีที่ 3 เด็กชำยนที พุทธพิทักษ์ ระดับชั นมัธยมศึกษำปีที่ 2 ครูที่ปรึกษำ นำยประดิษฐ์ สุรสีห์เรืองชัย นำงสำวอุบลวรรณ เมืองแก้ว โรงเรียนศึกษำสงเครำะห์พัทลุง อ้ำเภอเมือง จังหวัดพัทลุง
กิตติกรรมประกำศ (Acknowledgement) โครงงานฉบับนี้ส าเร็จลุล่วงไปได้ เนื่องจากได้รับทุนอุดหนุนการท าโครงงานจากมูลนิธิเทคโนโลยี สารสนเทศตามพระราชด าริสมเด็จพระเทพรัตนราซสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี ขอขอบพระคุณโรงเรียน ศึกษาสงเคราะห์พัทลุงที่ให้การสนับสนุนในการเข้าร่วมการฝึกอบรมและกิจกรรมตามโครงงานจากมูลนิธิ เทคโนโลยีสารสนเทศตามพระราชด าริสมเด็จพระเทพรัตนราซสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี ขอขอบพระคุณ คุณครูประดิษฐ์ สุรสีห์เรืองชัย คุณครูอุบลวรรณ เมืองแก้ว คุณครูที่ปรึกษาโครงงาน รวมทั้งคุณครูชนา เมธ แซ่เตียว และคุณครูศุภมาส ชมพูทอง ที่ได้ให้ค าปรึกษาและข้อเสนอแนะทางด้านวิชาการ การจัดท า โครงงาน การจัดท ารายงาน และอ านวยความสะดวกในการสืบค้นข้อมูล รวมถึงการติดต่อประสานงานกับ ฝ่ายที่เกี่ยวข้องซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการท าโครงการครั้งนี้ ขอขอบคุณครอบครัว และเพื่อน ๆ ที่ให้ก าลังใจจนโครงงานส าเร็จลุลวงไปได้ด้วยดี ผู้จัดท า นายณัฐกิตธ์ ด้วงดล นางสาวจันทการต์ บุญณากร เด็กชายนที พุทธพิทักษ์
ชื่อนักเรียน นายณัฐกิตธ์ ด้วงดล นางสาวจันทการต์ บุญณากร เด็กชายนที พุทธพิทักษ์ ชื่อเรื่อง ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ Automatic switch on-off system of water. ครูที่ปรึกษา นายประดิษฐ์ สุรสีห์เรืองชัย นางสาวอุบลวรรณ เมืองแก้ว ปีการศึกษา 25๖2 บทคัดย่อ การท าโครงงานครั้งนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาระบบเปิดปิดน้ าอัตโนมัติที่ใช้สมองกลฝังตัว เป็นส่วนประกอบซึ่งสามารถท างานได้โดยอัตโนมัติเมื่อมีการใช้น้ าที่หอนอน โดยไม่ต้องใช้สวิตซ์ เพื่อให้ โรงเรียนมีระบบน้ าใช้ที่ได้ตลอดเวลา แม้เวลากลางคืนที่ระบบจ่ายน้ าของโรงเรียนปิดการท างานแล้ว ก็ ตามโดยท าให้นักเรียนมีคุณภาพชีวิตที่ดี อันเกิดจากระบบสาธารณูปโภคพื้นฐานที่ดีพร้อมเช่นระบบ น้ าประปาภายใน ส่วนประกอบและหลักการท างานของโครงงาน คือ เซ็นเซอร์ตรวจจับระดับน้ าประเภท Water sensor ตรวจจับตามปริมาณน้ าตามที่ก าหนดด้วยการตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงระดับที่พร่องไป และสูบเข้ามา เมื่อเซ็นเซอร์ตรวจจับระดับได้ จะเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ไมโครคอนโทรลเลอร์บอร์ด Kid Bright Board ซึ่งจะส่งสัญญาณไปสั่งการให้อุปกรณ์ปั้มน้ าหลักเปิดหรือปิดการท างาน และสั่งการให้ อุปกรณ์หลอดไฟ LED และ Buzzer และสั่งให้ปั้มน้ าส ารองท างานโดยใช้โปรแกรม Kid bright IDE ใน การเขียนโปรแกรมลงบอร์ด Kid bright จากการทดลองการท างานของระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ พบว่า สามารถใช้งานได้จริงในอาคารเรียน สามารถใช้เป็นต้นแบบในการพัฒนาหรือประยุกต์ให้สามารถใช้งานได้ อย่างหลากหลายและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นได้ต่อไป
สำรบัญ เรื่อง หน้า กิตติกรรมประกาศ บทคัดย่อ สารบัญ สารบัญรูปประกอบ บทที่1 บทน า 1 1.1 ความส าคัญและที่มา 1 1.2 วัตถุประสงค์ 1 1.3 ขอบเขตของการศึกษาค้นคว้า 1 1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 2 1.5 ค านิยามศัพท์ 2บทที่2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 3 2.1 สมองกลฝังตัวหรือระบบฝังตัว 3 2.2 ไม่โครคอนโทรลเลอร์ 4 2.3 บอร์ดไม่โครคอนโทรลเลอร์ 6 2.4 การเขียนโปรแกรมบน Kid bright 7 2.5 Sensor 8 2.6 โพรโทบอร์ด 10 2.7 รีเรย์โมดูล 11 2.8 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 12บทที่3 วิธีด าเนินการ 13 3.1 แผนผังการปฏิบัติงาน 133.2 วัสดุอุปกรณ์และเครื่องมือ 15 3.3 การด าเนินการ 15บทที่ 4 การทดลองและการใช้งาน 18 4.1 การทดลอง 18 4.2 ผลการทดลอง 18 บทที่ 5 สรุปผล อภิปรายผล และข้อเสนอแนะ 19 5.1 สรุปผล 19 5.2 ปัญหาที่พบ 19 5.3 อภิปรายผล 19 5.4 ข้อเสนอแนะ 20 บรรณานุกรม 21 ภาคผนวก
สำรบัญรูปประกอบ รูปที่ รูป หน้า 2.1 สมองกลฝังตัว 3 2.2 โครงสร้างโดยทั่วไปของไมโครคอนโทรลเลอร์ 5 2.3 หน้าที่ส่วนต่าง ๆ ของไมโครคอนโทรลเลอร์ 5 2.4 ตัวอย่างบอร์ด KID BRIGHT 32v3.1 6 2.5 แสดงส่วนประกอบต่างๆบนบอร์ด KID BRIGHT 6 2.6 การเชื่อมต่อชุดค าสั่งกับบอร์ด KID BRIGHT 7 2.7 วอร์เตอร์เซ็นเซอร์ 8 2.7 แผ่นโพรโทบอร์ด 10 2.8 แสดงการท างานภายใน Relay 11 2.9 รูปแสดง Relay Modulate 11 3.1 แสดงวัสดุอุปกรณ์ในการท าโครงงาน 15 3.2 แสดงการต่อวงจร Water sensor เข้ากับโพรโทบอร์ด 16 3.3 แสดงการต่อวงจรและทดสอบการท างานของอุปกรณ์ 16 3.4 การต่อ Relay Modulate เข้ากับโปรโทบอร์ดและเซ็นเซอร์ 16 3.5 แสดงการUpload Program กับบอร์ด KID BRIGHT 17 3.6 แสดงการท างานของวงจร 17 3.7 แสดงการประกอบอุปกรณ์เพื่อใช้งาน 17 4.1 แสดงการทดสอบการเปิด-ปิดเพื่อให้เซ็นเซอร์ท างาน 18
1 บทที่1 บทน ำ 1.1 ควำมส ำคัญและที่มำ โรงเรียนศึกษาสงเคราะห์พัทลุง จัดการศึกษาให้กับผู้ด้อยโอกาส 10 ประเภท เปิดสอนระดับชั้น ประถมศึกษาปีที่ 1 ถึงมัธยมศึกษาปีที่ 6 เป็นโรงเรียนประจ า นักเรียนพักอาศัยอยู่ในโรงเรียนตลอดเวลา และประสบ กับปัญหาเรื่องระบบน้ าในโรงเรียน โดยเฉพาะที่หอนอนนักเรียน เนื่องจากเป็นระบบปะปาภายใน ต้องควบคุม การปิดเปิดตามเวลาที่โรงเรียนก าหนด นั่นคือเปิดน้ าเวลา 05.00 น. ถึง 10.00 น. เวลา 11.00 น.ถึง 14.00 น. และ17.00 น ถึง 19.30 น. อีกทั้งระบบสูบน้ าปะปาหลักมักเสียบ่อยครั้ง ท าให้เกิดปัญหาในการใช้น้ าส าหรับปฎิบัติกิจกรรมประจ าวันของนักเรียน และเป็นปัญหาอย่างยิ่งในเวลา กลางคืนที่นักเรียนต้องใช้ห้องน้ าที่หอนอน เพราะน้ ามีปริมาณจ ากัด จึงได้คิดหาทางแก้ปัญหาอย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้การออกแบบและเทคโนโลยีเพื่อพัฒนาคุณภาพชีวิตและเกิดความสุขส าหรับทุกคน จากการสืบค้นข้อมูล พบว่า ได้มีการใช้วิธีต่าง ๆ และระบบน้ าส ารองโดยใช้กลไกการเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ เป็นวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งาน 1.2 วัตถุประสงค์ 1.2.1 เพื่อพัฒนาระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติที่ใช้สมองกลฝังตัวเป็นส่วนประกอบ เพื่อการส ารองน้ าใช้ของ โรงเรียนและอ านวยความสะดวกเรื่องน้ าได้ดี 1.2.2 เพื่อให้นักเรียนมีน้ าไว้ใช้ ในยามที่มีความจ าเป็น 1.2.3 เพื่อให้นักเรียนมีคุณภาพชีวิตที่ดี ในการใช้ชีวิตประจ าวันในโรงเรียนประจ า 1.3 ขอบเขตของกำรศึกษำค้นคว้ำ 1.3.1 ศึกษาการออกแบบระบบและต่อวงจรอุปกรณ์ต่าง ๆ ของระบบเปิด-ปิดอัตโนมัติ ให้สามารถท างาน ได้โดยการควบคุมการของไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) 1.3.2 ศึกษาระบบการท างานของเซ็นเซอร์และการปรับค่าเซ็นเซอร์ 1.3.3 ศึกษาระบบการท างานของหน่วยแสดงผล คือ LED 1.3.4 ศึกษาและท าการเขียนโปรแกรมควบคุมระบบการท างาน 1.3.5 ทดสอบการท างานพร้อมทั้งแก้ไขปรับปรุงข้อผิดพลาด 1.4 ประโยชน์ที่คำดว่ำจะได้รับ 1.4.1 โรงเรียนมีระบบน้ าเปิด-ปิดอัตโนมัติที่ใช้สมองกลฝังตัวเป็นส่วนประกอบ 1.4.2 ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติมีประสิทธิผลและประสิทธิภาพในควบคุมการเปิด-ปิดน้ า 1.4.3 สามารถน าระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติไปใช้ประโยชน์ในสถานที่อื่น ๆ หรือกิจกรรมอื่นๆได้ 1.4.4 เป็นแนวทางในการท าระบบเปิด-ปิดน้ าในกิจกรรมอื่นๆหรือรูปแบบอื่นๆได้ 1.4.5 เป็นแนวทางในการพัฒนาอุปกรณ์หรือระบบการท างานอื่น ๆ ที่ใช้สมองกลฝังตัวเป็นส่วนประกอบได้
2 1.5 ค ำนิยำมศัพท์ 1.5.1 ระบบน้ าเปิด-ปิดน้ า หมายถึง กระบวนการบริหารจัดการน้ าอย่างเป็นระบบโดยใช้อุปกรณ์ที่ใช้สมอง กลฝังตัวติดตั้งไว้เป็นส่วนส าคัญ 1.5.2 ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ หมายถึง อุปกรณ์ที่รับสัญญาณจากเซ็นเซอร์แล้วใช้ระบบเปิด-ปิดน้ าแบบ อัตโนมัติซึ่งควบคุมการท างานผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์(Microcontroller) ในบอร์ด KID BRIGHT 1.5.3 สมองกลฝังตัว หรือ ระบบฝังตัว (Embedded system) คือ ระบบประมวลผลที่ใช้ชิปหรือ ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่ฝังไว้ในอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าและเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น เพื่อเพิ่มความฉลาด ความสามารถให้กับอุปกรณ์เหล่านั้น โดยจะ ท างานตามค าสั่ง คือ โปรแกรม หรืออัลกอริทึมที่เขียนลงไว้ในชิปหรือไมโครคอนโทรลเลอร์นั้น ในที่นี่ หมายถึง บอร์ด KID BRIGHT 1.5.4 ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) หมายถึง อุปกรณ์ควบคุมขนาดเล็ก ซึ่งบรรจุความสามารถ ที่คล้ายคลึงกับระบบคอมพิวเตอร์ สามารถน ามาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย โดยผ่านการออกแบบวงจรให้เหมาะ กับงาน และสามารถโปรแกรมค าสั่งเพื่อควบคุมขา Input / Output เพื่อสั่งงานให้ไปควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ 1.5.5 บอร์ด KID BRIGHT หมายถึง บอร์ด KID BRIGHT 32 V 1.3
3 บทที่2 เอกสำรและงำนวิจัยที่เกี่ยวข้อง ผู้จัดท าโครงงานระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ ได้ศึกษาเอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ดังต่อไปนี้ 2.1 สมองกลฝังตัว หรือ ระบบฝังตัว (Embedded System) 2.2 ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) 2.3 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ (Kid Bright Board) 2.4 การเขียนโปรแกรมบน Kid Bright 2.5 Sensor 2.6 โพรโทบอร์ด 2.7 Relay Module 2.8 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 2.1 สมองกลฝังตัวหรือระบบฝังตัว (Embedded system) รูปที่ 2.1 สมองกลฝังตัว (ที่มา https://morasweb.org/2016/06/15/first-blog-post/) “สมองกลฝังตัว” หรือ “ระบบฝังตัว” (Embedded system) คือระบบประมวลผลที่ใช้ชิปหรือไมโคร โพรเซสเซอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋วที่ฝังไว้ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้า และเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น เพื่อเพิ่มความฉลาดและความสามารถให้กับอุปกรณ์เหล่านั้น โดยจะท างาน ตามค าสั่ง คือ โปรแกรม หรืออัลกอริทึมที่เขียนลงไว้ในชิปหรือไมโครโพรเซสเซอร์นั้น ระบบฝังตัวถูกน ามาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานด้านต่าง ๆ เช่น เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยี ซอฟต์แวร์ เทคโนโลยีฮาร์ดแวร์ เทคโนโลยีเครือข่ายเน็ตเวิร์ก เทคโนโลยีด้านการสื่อสาร
4 ระบบปฏิบัติกำรและภำษำที่ใช้ส ำหรับระบบสมองกลฝังตัว การพัฒนาระบบสมองกลฝังตัว อาจจะมีการใช้ระบบปฏิบัติการเป็นแกนหลักในการพัฒนา หรือไม่มีการใช้ ในการพัฒนาก็ได้ ระบบปฏิบัติการมีหลายประเภทมากตั้งแต่ RTOS , ucOS-II จนไปถึงระบบปฏิบัติการที่มีขนาด ใหญ่ขึ้นมาเช่น Linux, Windows CE จนถึงระบบปฏิบัติการสมัยใหม่ที่มีการพัฒนา เช่น MeeGo Android ปัจจุบันมีภาษาโปรแกรมต่างๆ มากมายที่ใช้ในการพัฒนาระบบสมองกลฝังตัว เช่น ภาษา assembly ภาษา C ,C++ หรือภาษาระดับสูงที่เป็นระบบปฏิบัติการ เช่น JAVA หรือ Python โดยผู้ใช้สามารถเลือกใช้ภาษาได้ตาม ความถนัด เชี่ยวชาญ และความเหมาะสม 2.2 ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller ตัวย่อ µC หรือ MCU) ไมโครคอนโทรลเลอร์ คือ อุปกรณ์ควบคุมขนาดเล็ก ซึ่งบรรจุความสามารถที่คล้ายคลึงกับระบบ คอมพิวเตอร์โดยได้รวมเอาซีพียู หน่วยความจ า และพอร์ต ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักส าคัญของระบบคอมพิวเตอร์ เข้าไว้ด้วยกัน โดยท าการบรรจุเข้าไว้ในตัวถังเดียวกัน หากแปลความหมายแบบตรงตัว ไมโครคอนโทรลเลอร์ คือ ระบบคอนโทรลขนาดเล็ก เป็นระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่สามารถน ามาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย โดย ผ่านการออกแบบวงจรให้เหมาะกับงานต่าง ๆ และยังสามารถโปรแกรมค าสั่งเพื่อควบคุมขา Input / Output เพื่อ สั่งงานให้ไปควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้อีกด้วย ซึ่งก็นับว่าเป็นระบบที่สามารถน ามาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย ทั้งทางด้าน Digital และ Analog ยกตัวอย่างเช่น ระบบสัญญาณตอบรับอัตโนมัติ, ระบบบัตรคิว, ระบบตอกบัตร พนักงาน และอื่น ๆ ระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ในยุคปัจจุบันนั้นสามารถท าการเชื่อต่อกับระบบ Network ของ คอมพิวเตอร์ทั่วไปได้อีกด้วย ดังนั้นการสั่งงานจึงไม่ใช่แค่หน้าแผงวงจร แต่อาจจะเป็นการสั่งงานอยู่คนละซีกโลกผ่าน เครือข่ายอินเตอร์เน็ตก็ได้ รูปที่ 2.2 โครงสร้างโดยทั่วไปของไมโครคอนโทรลเลอร์ (ที่มา www.Chokelive.com/blog/2013/07/Micro-Controller-Application.html))
5 หน้ำที่ส่วนต่ำง ๆ ของไมโครคอนโทรลเลอร์ โครงสร้างโดยทั่วไปของไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ส่วนใหญ่ๆ ดังต่อไปนี้ รูปที่ 2.3 หน้าที่ส่วนต่าง ๆ ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูลต่าง ๆ ที่ได้รับความนิยมและมีพัฒนาการมาจนถึงปัจจุบันมีให้เลือกใช้งานได้ อย่างหลากหลายรวมถึงบอร์ด Kid Bright รูปที่ 2.4 ตัวอย่างบอร์ด Kid Bright 32 V 1.3 (ที่มา www.Ioxhop.com)
6 2.3 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์Kid Bright 2.3.1 ส่วนประกอบของบอร์ด Kidbright แผงวงจร kidbright มีลักษณะเป็นแผงวงจรสีเหลี่ยม ขนาด 5 x 9 เซนติเมตร ใช้หน่วยประมวลผล ESP32 ที่มีความสามารถรองรับการเชื่อมต่อด้วย wifi และ Bluetooth ได้ มีหน้าจอแสดงผลชนิด Matrix LED สีแดง ขนาด 16 x 8 จุด มีปุ่มกดให้เรียกใช้งานได้สองปุ่ม มีล าโพงและตัวเซนเซอร์พื้นฐานสองตัวได้แก่ เซนเซอร์วัดอุณหูมิและเซนเซอร์วัดความเข้มของแสง และมีนาฬิกาฐานเวลาจริง เปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์พกพา ส าหรับเด็ก รูปที่ 2.5 แสดงส่วนต่างๆบนบอร์ด Kid Bright 32 V 1.3 (ที่มา www.kidbright.club/มาท าความรู้จักกับ-kidbright-และ-kidbrigh/) 2.3.2 การเขียนโปรแกรมบน KID BRIGHT การเขียนโปรแกรมเพื่อให้บอร์ด KID BRIGHT ท างานสามารถท าได้ด้วยโปรแกรม KID BRIGH IDE เป็นโปรแกรมที่ถูกพัฒนาขึ้นมา เพื่อให้ผู้เรียนเขียนโปรแกรมได้ง่ายมากขึ้น ด้วยวิธีการ ชุดค าสั่งแบบ Block – stucktured programming เป็นการเขียนโดยการลากรูปกล่องค าสั่ง พื้นฐาน มาวางต่อกัน (DRAG and Drop) เพื่อท าการเชื่อมโยงค าสั่งเหล่านั้นขึ้นมาเป็นโปรแกรม จากนั้น KID BRIGHT IDE จะท าการแปลง (Compile) โปรแกรมและท าการส่งโปรแกรมไปยังบอร์ด KID BRIGH เพื่อให้มัน ท างานตามชุดค าสั่งที่เราออกแบบไว้
7 รูปที่ 2.6 การเชื่อมต่อชุดค าสั่งกับบอร์ด KID BRIGHT Block – stucktured programming แตกต่างจากการเขียนโปรแกรมทั่วไปอย่างไร ในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ทั่วไป จะมีภาษารูปแบบเฉพาะทาง เหมาะส าหรับผู้เขียนโปรแกรมที่ มีพื้นฐานการเขียนโค้ด และเข้าใจหลักไวยากรณ์ของภาษาคอมพิวเตอร์นั้นๆ จึงต้องอาศัยความช านาญ และ สามารถเขียนโปรแกรมได้ โปรแกรมเหล่านี้อาจไม่เหมาะสมส าหรับการเรียนรู้เของเด็ก เพราะความยากในการ จดจ าข้อมูลซ่งเป็นอุปสรรคต่อการเรียนรู้ของเด็ก การเรียนรู้ด้วยโปรแกรม KID BRIGHT IDE เพื่อให้ง่ายแก่การเข้าใจของเด็ก รวมถึงผู้ที่ไม่มีพื้นฐานการ เขียนโค้ด จึงเป็นการเริ่มต้านที่ดี รูปแบบของ KID BRIGHT IDE จะมีค าสั่งให้ใช้ทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษ ค าสั่งต่างๆเป็นค าสั่งพื้นฐานที่เด็กสามารถเข้ใจได้ง่าย เช่น การใช้เพียงค าสั่ง “แอลอีดี 16 × 18” และค าสั่ง “รอ สวิตช์ 1 ปล่อย” เท่านี้ก็สามารถสร้างโปรแกรมพื้นฐานอย่างเช่น การท างานหน้าจอ LED และให้มีไฟกระพริบได้ 2.5 Sensor 2.5.1 การท างานของเซ็นเซอร์พื้นฐานบนบอร์ดKID BRIGH KID BRIGHT มีเซ็นเซอร์พื้นฐานเหมาะส าหรับการเรียนรู้ของเด็ก อยู่สองตัวคือ เซ็นเซอร์วัดความเข้ม ของแสง และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เซ็นเซอร์ทั้งสองตัวนี้สามารถน ามาประยุกต์ใช้ในชีวิตประจ าวันได้มากมาย ยกตัวอย่างเช่นสามารถออกแบบชุดค าสั่งที่ใช้เปิดปิดไฟอัตโนมัติ โดยการใช้เซ็นเซอร์วัดความเข้มของแสงเพื่อวัด ความสว่าง และน าไปประมวลผลสั่งงานเปิดปิดไปตามความเข็มของแสงตามล าดับ นอกจากนี้KID BRIGHT ยังสามารถเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์อื่นๆได้อีกมากมายเช่นเซ็นเซอร์วัดความชื้นในดิน เซ็นเซอร์วัดน้ าฝนหรือวัดระดับน้ า ชุดค าสั่ง Block – stucktured programming การเชื่อมต่อบอร์ด KID BRIGHT เพื่อใช้งานรูปแบบต่างๆ
8 2.5.2 เซ็นเซอร์วัดระดับน้ า (Water sensor) เซ็นเซอร์วัดระดับน้ า (Water sensor)ใช้วัดระดับน้ า ใช้งานง่ายและมีประโยชน์ใช้วัดระดับน้ าผ่านแถบ หน้าสัมผัสเมื่อน้ ามาถึงจุดเซนเซอร์ จะให้สัญญาณ 1 ออกมา เป็นอนาล็อกเอาท์พุทใช้ไฟ 3.3 - 5 โวลต์ สามารถอ่าน ได้โดยตรงด้วยบอร์ด ใช้ท าโครงงานเกี่ยวกับเครื่องเตือนระดับน้ าสเปคแรงดันท างานที่ DC 3 ~ 5V กระแส พื้นที่ ตรวจวัด : 40mm x 16mm ช่วงอุณหภูมิในการท างาน : 10'C ~ 30'C ขนาดของเซ็นเซอร์ : 6.7 cm x 2.1 cm x 0.7 cm รูปที่ 2.7 วอเตอร์เซ็นเซอร์ (ที่มา http://www.appsofttech.com/store/product/view/เซ็นเซอร์วัดระดับน้ า)
9 ใช่ ใช่ เซนเซอร์ท างาน ตรวจสอบว่าระดับน ้าต ่ากว่าที่ก าหนดหรือไม่ ส่งสัญญาณไปKid BRIGHT BORD ไปควบคุมให้มีการปั ้มน ้า1ปิดน ้า เริ่มต้น ไม่ใช่ S2ตรวจสอบว่ามีน ้าถึงระดับบนหรือไม่ ตรวจสอบว่ามีน ้าอยู่ถึงระดับหรือไม่ หรือไม่ ส่งสัญญาณไปKid BRIGHT BORD ไปควบคุมให้มีการเปิดน ้า น ้าสูงถึงระดับที่ก าหนด ส่งสัญญาณให้หน่วงเวลา 5 วินาที ส่งเสียงเตือน แสดงผลLEDและปั ้มส ารองเปิดน ้า จบการท างาน ส่งสัญญาณไปKid BRIGHT BORD ไปควบคุมให้มีการปิดน ้า ปิดน ้า ไม่ใช่ ใช่ ไม่ใช่
10 2.6 โพรโทบอร์ด โพรโทบอร์ด (Protoboard) หรือเบรดบอร์ด (Breadboard) เป็นบอร์ดที่ใช้ทดลองวงจร อิเล็กทรอนิกส์ ลักษณะเป็นแผ่นพลาสติกหนาสีขาว บนแผ่นมีรูเรียงกันจ านวนมาก ภายในรูมีตัวน าไฟฟ้าซึ่ง เชื่อมต่อกันในรูปแบบที่มีการก าหนดไว้ เวลาทดลองก็เสียบขาของอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ลงไปให้ตัวน าภายใน เชื่อมวงจรถึงกัน และอาจใช้สายไฟเสียบลงรูเพื่อเชื่อมวงจรไฟฟ้าได้เช่นกัน ข้อดีของโพรโทบอร์ดคือ ไม ่ต้อง ออกแบบแผงวงจรและไม่, ต้องบัดกรี แต่มีข้อเสียคือ ใช้ทดลองวงจรที่ท างานที่ความถี่สูง ๆ ไม่ได้เนื่องมีปัญหาเรื่อง สัญญาณรบกวนในวงจร รูปที่ 2.8 แผ่นโพรโทบอร์ด (ที่มา https://www.arduitronics.com)
11 2.7 รีเรย์โมดูล (Relay Module) รีเลย์ เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ท าหน้าที่เป็นสวิทซ์ให้กับวงจร แต่มันมีความสามารถ ต่างจากสวิทซ์ทั่วไปคือ ใช้กระแสไฟฟ้าเป็นตัวสั่งการ แทนที่จะใช้มือกดเหมือนปุ่ม button หรือสวิทซ์อื่นๆ หลกัการทา งานและส่วนประกอบของรีเลย์ ภายในรีเลยน์ ้นัมีส่วนประกอบที่สา คญัๆ 4 ส่วนดงัน้ี 1.ขดลวด (Coil) เป็นส่วนที่ใชค้วบคุมการทา งานของรีเลยใ์หเ้ปิด (Open) หรือ ปิด (Closed) *เมื่อวงจรปิด = มีกระแสไหลผ่ำน 2.ขา com (common) ขา com หรือ ขา c เป็นขาที่ใช้ในการต่อขาข้างหนึ่งของวงจรภายนอก 3.ขา NO (Nomal Open) ขา NO เป็นขาที่เชื่อมกับขา com ในขณะที่ยังไม่มีการจ่ายไฟให้รีเลย์ 4.ขา NC (Nomal Close) ขา NC เป็นขาที่เชื่อมกับขา com ในขณะที่มีการจ่ายไฟให้รีเลย์แล้ว โดยที่ ขา NO และ NC จะไป เชื่อม กับอีกช้างหนึ่ง ของวงจรภายนอก รูปที่ 2.9 แสดงระบบการท างานภายใน Relay รูปที่ 2.10 แสดง Relay Module
12 2.8 งำนวิจัยที่เกี่ยวข้อง สรกฤชและพิมลลักษณ์ (2551) การพัฒนาระบบควบคุมไฟฟ็าโดยใช้ Zigbee วงจรส าหรับ รับ-ส่งข้อมูล ประมวลผลข้อมูลที่ได้รับและควบคุมการเปิด-ปิดไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าตามที่ส่วน ของการประมวลผลสั่ง โดยใช้ Zigbee ไมโครคอนโทรลเลอร์และ Relay, Web Application ส าหรับใช้ งานระบบผ่านทางอินเทอร์ฒ็ต โปรแกรม ส าหรับควบคุมวงจรในโปรแกรมส าหรับควบคุมการเปิด- ปิดไฟฟ้าบนโทรศัพท์มือถือจากโครงงานที่พัฒนาขึ้นนี้ จะ ช่วยเพึ๋มความสะดวกสบายแก่ผู้ใช้งานได้ อย่างมาก เนื่องจากผู้ใช้งานมีวิธีในการเลือกใช้งานระบบได้ถึง 2 ช่องทาง ไม่ว่าจะทางอินเทอร์เน็ต หรือทางโทรศัพท์มือถือ และผู้ใช้งานยังสามารถควบคุมการเปิด-ปิดไฟฟ้าได้จากระยะไกล ด้วย นอกจากนี้ ยังมีผลช่วยให้ลดอัตราการเกิดอัคคีภัยได้อีกด้วย ตังนั้นโครงงานการพัฒนาระบบควบคุม ไฟฟ้าโดย ใช้Zigbee นี้จึงเหมาะแก่การนาไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจาวัน หรือ นาไปพัฒนาต่อเพื่อเพิ่มประโยชน์และ ประสิทธิภาพให้มีมากยิ่งขึ้น ชาริณีและณัฐการ (2553) ศึกษาการเขียนโปรแกรมควบคุมไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้ ภาษา C/C++ ศึกษาการเขียนภาษา HTML และการสร้าง Dynamic HTML ศึกษาการสร้างเว็บไซต์ที่มี การตอบสนองแบบ Realtime ด้วยเทคโนโลยี AJAX ศึกษาการใช้โปรแกรมประยุกต์ที่ช่วยในการ ออกแบบและตกแต่งเว็บไซต์เช่น Adobe Dreamweaver, Adobe Photoshop ศึกษาและออกแบบ ฮาร์ดแวร์ที่ใช้ในการควบคุมอุปกรณ์ผ่านระบบเน็ตเวิร์ก ศึกษาการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดย ระบบที่กล่าวมาจะใช้งานหรือควบคุมทั้งหมดผ่านหน้าเว็บเพจ โดยใช้ ไมโครคอนโทรลเลอร์รับค่าจากการสั่งผ่านหน้าเว็บเพจ ส่งไปยังเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เราต้องการจะควบคุม และยัง สามารถตรวจสอบ สถานะการท างานของเครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านั่นได้โดยในโครงงานนี้เน้นไปที่ควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า ประเภทเครื่องปรับอากาศและหลอดไฟเป็นหลัก โดยระบบการท างานหลัก ๆ มีระบบควบคุม เครื่องปรับอากาศ ระบบควบคุมระบบแสงสว่าง ประธานและคณะ (2555) ศึกษาระบบควบคุมไฟฟ้าไร้สายผ่านเว็บบราวเซอร์ สร้างระบบควบคุม เครื่องใช้ไฟฟ้าไร้สายผ่านเว็บบราวเซอร์ เพิ่มความสะดวกสบายให้กับผู้ใช้งาน สามารถควบคุมการ ปิด-เปิดอุปกรณ์ ไฟฟ้าผ่านเว็บบราวเซอร์ สามารถสร้างเว็บบราวเซอร์ที่มีระบบรักษาความปลอดภัย ด้วยระบบ Login ในส่วนของ การใช้งานระบบควบคุมไฟฟ้าไร้สายผ่านเว็บบราวเซอร์จะเริ่มจากการ เข้าสู่หน้า Web Browser ของระบบท าการ Login เข้าระบบโดยจะมี 2 สถานะของผู้ใช้คือ ผู้ควบคุม และผู้ใช้งานได้เท่านั้น เมื่อท าการ Login เสร็จเรียบร้อยก็ จะเข้าสู่,หน้าควบคุมจะมี 3 หน้า จ านวน 3 Station โดยแต่ละ Station จะมีปุ่มส าหรับควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าได้ จ านวน 8 เครื่องใช้ไฟฟ้า โดยจะมีปุ่ม Open ปุ่ม Close ปุ่ม Open All ปุ่ม Close All ปุ่ม Refresh ปุ่ม Save Chang ช่องส าหรับทั้งเวลาเปิด-และ ช่องส าหรับเลือกการควบคุมแบบก าหนดเองแบบอัตโนมัติ โดยผู้ใช้สามารถ ควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า ตามแต่ดุลยพินิจของผู้ใช้แต่ละคน
13 บทที่ 3 วิธีด ำเนินกำร โครงงานเรื่อง ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติผู้ด าเนินงาน โครงงานได้มีวิธีการด าเนินงานตามขั้นตอน ดังต่อไปนี้ 3.1 แผนผังการปฏิบัติงาน 3.2 วัสดุอุปกรณ์และเครื่องมือ 3.3 การด าเนินการ 3.4 แผนผังการด าเนินงาน 3.5 สืบค้นหาชิ้นงานที่ด้องการท า 3.6 ศึกษาหาข้อมูลของเซ็นเซอร์ตรวจจับระดับน้ า 3.7 ออกแบบชิ้นส่วน โดยออกเป็นรูปแบบการโชว์อุปกรณ์และการท างานต่าง ๆ 3.8 ตรวจสอบ/ทดลองการท างานของชิ้นงาน 3.9 น าเสนอครูที่ปรึกษาหรือผู้เชี่ยวชาญ โดยการน ากลับไปแก้ไขใหม่ ตามค าแนะน า 3.10จัดท ารูปเล่ม 3.11น าเสนอโครงงาน เริ่มต้น
14 3.1 แผนผังการปฏิบัติงาน 3.2 วัสดุอุปกรณ์และเครื่องมือ ปิดน ้า ไม่ใช่ ไม่ใช่ ใช่ ตรวจสอบว่ามีน ้าต ่ากว่าระดับหรือไม่ หรือไม่ ใช่ ใช่ ส่งสัญญาณไปKid BRIGHT BORD ไปควบคุมให้มีการปิดน ้า จบการ ท างาน เซนเซอร์ท างาน ตรวจสอบว่าระดับน ้าต ่ากว่าที่ก าหนดหรือไม่ ส่งสัญญาณไปKid BRIGHT BORD ไปควบคุมให้มีการ ปิดน ้า ส่งสัญญาณให้หน่วงเวลา 5 วินาที ส่งเสียงเตือน แสดงผลLEDและปั ้มส ารองเปิดน ้า ตรวจสอบว่ามีน ้าอยู่ถึงระดับTOP SENSOR หรือไม่ ส่งสัญญาณไปKid BRIGHT BORD ไปควบคุมให้มีการเปิดน ้า น ้าสูงถึงระดับที่ก าหนด
15 ล าดับ วัสดุอุปกรณ์ จ านวน 1 Kid bright board 1 ชิ้น 2 Water Sensor 2 ตัว 3 โพรโทบอร์ด 1 ตัว 4 Re Rle Module 2 ตัว 5 ปั้มน้ า 2 ตัว 6 สายไฟจัมเปอร์ 19 สาย 7 สาย USB 1 เส้น 3.3 การด าเนินงาน 3.3.1 หาซื้ออุปกรณ์ตามที่ได้ออกแบบวงจรเอาไว้ 3.3.2 ประกอบวงจรตามที่ได้ออกแบบวงจรไว้โดยมีขั้นตอนดังนี้ 1) เตรียมวัสดุอุปกรณ์การประกอบระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ รูปที่ 3.1 แสดงวัสดุอุปกรณ์ 2) การต่อวงจร Water Sensor Relay Module เข้ากับโพรโทบอร์ดและต่อ โพรโทบอร์ด
16 รูปที่ 3.2 การต่อวงจร Water Sensor เข้ากับโพรโทบอร์ดและต่อโพรโทบอร์ด รูปที่ 3.3 การต่อวงจร และทดสอบการท างานของอุปกรณ์ต่าง รูปที่ 3.4 การต่อวงจร Relay Module เข้ากับโพรโทบอร์ดและเซ็นเซอร์ 2) Upload โปรแกรมเข้ากับ บอร์ด Kid Bright
17 USB 3) ทดสอบการท างานของวงจร 4) ประกอบเข้าอุปกรณ์เพื่อใช้งาน รูปที่ 3.7 ประกอบอุปกรณ์เพื่อใช้งาน บทที่ 4 คอมพิวเตอร์ Kid Bright Board USB รูปที่ 3.5 Upload โปรแกรมเข้ากับ บอร์ด Kid Bright รูปที่ 3.6 ทดสอบการท างานของวงจร
18 กำรทดลองและกำรใช้งำน โครงงานเรื่อง ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติผู้ด าเนินงานได้มีขั้นตอนการทดลองและการใช้งาน ดังต่อไปนี้ 4.1 การทดลอง 4.2 ผลการทดลอง 4.1 กำรทดลอง 4.1.1 เมื่อปล่อยน้ าออกจากถังพักน้ าใช้ที่มีน้ าอยู่เต็มจนหมด เพื่อให้เซ็นเซอร์ล่างตรวจจับระดับน้ า ท างาน และส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์แสดงผล รูปที่ 4.1 ทดสอบเปิด.ปิดเพื่อให้เซ็นเซอร์ท างาน 4.1.2 เมื่อระดับน้ าอยู่ต่ ากว่าระดับเซ็นเซอร์ล่าง เซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณผ่านบอร์ด Kid Bright ให้ปั้มน้ า1 ท างานและเมื่อระดับน้ าถึงเซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณผ่านบอร์ดให้ปิดปั้มน้ า1 4.1.3 เมื่อปั้มน้ า1ปิด เซ็นเซอร์บนตรวจจับระดับน้ า ซึ่งต่ ากว่าระดับเซ็นเซอร์ จะส่งสัญญาณผ่านบอร์ด Kid Bright ให้ปั้มน้ า2 ท างานและเมื่อระดับน้ าถึงเซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณผ่านบอร์ดให้ปิดปั้มน้ า2 4.2 ผลกำรทดลอง 4.2.1 เมื่อปล่อยน้ าออกจากถังน้ าใช้จนระดับน้ าอยู่ต่ ากว่าระดับเซ็นเซอร์ ปั้มน้ า1จะท างาน สูบน้ า เข้าถังน้ าใช้ 4.2.2 เมื่อน้ าถึงระดับเซ็นเซอร์ล่างปั้มน้ าที่1จะปิด Sensor จะส่งสัญญาณไปยังบอร์ด ท าให้ปั้มน้ า หลักหยุดท างานและปั้มน้ า2จะท างานแทน บทที่ 5
19 สรุปผล อภิปรำยผล และข้อเสนอแนะ โครงงาน เรื่อง ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติผู้ด าเนินงานได้สรุปผลการศึกษาได้ดังนี้ 5.1 สรุปผล 5.2 ปัญหาที่พบ 5.3 อภิปรายผล 5.4 ข้อเสนอแนะ 5.1 สรุปผล จากการที่ได้ศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติ หลังจากมีการทดสอบเพื่อหาข้อผิดพลาดของวงจร และการท างานของเครื่องนั้น ปรากฏว่าเกิดข้อผิดพลาดและปัญหาหลายอย่าง ซึ่งผู้จัดท าได้ศึกษาหาสาเหตุของ ปัญหา และได้ท าการแก้ไข ปรับปรุงแล้ว พบว่า ระบบสามารถท างานได้ตามวัตถุประสงค์แต่มีอาจมีข้อที่ควร ปรับปรุงบางประการเพื่อให้ได้ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและสามารถใช้งานได้อย่าง หลากหลายมากขึ้น 5.2 ปัญหำที่พบ 1) Water Flow Sensor ไม่ท างาน 2) ต้องต่อจั้มเปอร์ขึ้นใหม่ให้มีความยาวเท่ากับความต้องการ 3) อุปกรณ์ต่อระบบน้ ามีความจ ากัด เนื่องจากขนาดไม่เท่ากันของอุปกรณ์หลายตัว 4) Water Sensor ท างานแม้มีน้ าเกาะอยู่เพียงเล็กน้อย ต้องเช็ดให้แห้งตลอด 5) ยังน าไปใช้งานจริงแต่เป็นแนวทางน าไปใช้แก้ปัญหาที่มีความเป็นไปได้มาก 5.3 อภิปรำยผล จากผลการศึกษา ผู้จัดท าได้เรียนรู้เกี่ยวกับการน าเทคโนโลยีสมองกลฝังตัว คือ Kid Bright มา ประยุกต์ใช้เพื่อให้เกิดประโยชน์ในชีวิตประจ าวันได้ ซึ่งผลงานที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้ ถือเป็นต้นแบบในการท า ระบบเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติซึ่งสามารถน าไปประยุกต์และพัฒนาในการท าเครื่องเปิด-ปิดน้ าอัตโนมัติหรือเครื่องมือเปิดปิดน้ าทางการเกษตรอื่น ๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นได้ต่อไปโดยใช้เทคโนโลยีสมองกลฝังตัวหรือเทคโนโลยีอื่น ๆ 5.4 ข้อเสนอแนะ จากปัญหาในการศึกษา พบว่าเกิดจากหลายสาเหตุ และควรมีวิธีการปรับปรุง แก้ไข ดังนี้ 1) Water Flow Sensor ไม่ท างาน สาเหตุ เกิดจากการต่อวงจรผิดพลาด เช่น ต่อสายไฟผิด ต่อขั้วหลวม หรืออาจเกิดจากอุปกรณ์ ช ารุด ข้อเสนอแนะ ควรตรวจสอบการต่อวงจรอย่างละเอียดว่ามีความบกพร่องตรงจุดใด หรืออุปกรณ์ ช ารุดหรือไม่ และเปลี่ยนไปใช้งานโดยอุปกรณ์อย่างอื่นแทน 2) Water Flow Sensor ไม่ท างาน สาเหตุ เกิดจากการเขียนค าสั่งในโปรแกรมผิดพลาด
20 ข้อเสนอแนะ ควรตรวจสอบการเขียนค าสั่งในโปรแกรมให้ถูกต้องตามรูปแบบของโปรแกรมและ เป็นไปตามเงื่อนไขการท างานที่วางไว้และเปลี่ยนไปใช้งานโดยอุปกรณ์อย่างอื่นแทน 3) ต้องต่อจั้มเปอร์ขึ้นใหม่ให้มีความยาวเท่ากับความต้องการ สาเหตุการใช้จั้มเปอร์ต่อหลายตอนอาจท าให้เกิดการช ารุดหรือหลุดได้ง่ายท าให้วงจรไม่ท างาน ข้อเสนอแนะ ควรต่อจั้มเปอร์ใช้เอง 4) Water Sensor ท างานแม้มีหยดน้ าเกาะอยู่เพียงเล็กน้อย สาเหตุWater Sensor มีความไวต่อน้ า ข้อเสนอแนะ ควรเช็ดให้แห้งตลอดหรือหาอุปกรณ์ชนิดอื่นที่สามารถทดแทนได้ดีกว่า 6) ปัญหาและข้อเสนอแนะอื่น ๆ เนื่องจากผู้จัดท าโครงการและโรงเรียนศึกษาสงเคราะห์พัทลุง ยังขาดแคลนองค์ความรู้และ บุคลากรที่มีประสบการณ์ ความรู้ และความช านาญทางด้านเทคโนโลยีโดยตรง ท าให้ไม่สามารถแก้ปัญหาบางอย่าง ได้อย่างถูกต้อง ต้องปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ