รศ. โอภาส ศิริครรชิตถาวร โกวิท โซวสุวรรณ ชัยวัฒน์ ลิ้มพรจิตรวิไล ปฏิบัติการบอร์ดสมองกล KidBright P KidBright32 iP กับเกษตรกรรมIoT Internet of Things
KidBrightIoT 1 IoT KidBright with Agriculture IoT kit Practical Book @ powered by KidBright IDE รศ. โอภาส ศิ ริ ครรชิ ตถาวร โกวิ ท โซวสุ วรรณ ชั ยวั ฒน ลิ้ มพรจิ ตรวิ ไล
2 KidBrightIoT KidBright IoT รศ. โอภาส ศิ ริ ครรชิ ตถาวร, โกวิ ท โซวสุ วรรณ และชั ยวั ฒน ลิ้ มพรจิ ตรวิ ไล ใครควรใช หนั งสื อเล มนี้ 1. นั กเรี ยน นิ สิ ต นั กศึ กษา และบุ คคลทั่ วไปที่ มี ความสนใจเรี ยนรู ระบบสมองกลฝ งตั วและเทคโนโลยี อิ เล็ กทรอนิ กส กั บการประยุ กต ใช งานเพื่ อสนั บสนุ นการปลู กเมล็ ดพั นธุ microgreen 2. สถาบั นการศึ กษาหรื อโรงเรี ยนที่ เป ดการเรี ยนการสอนที่ ครอบคลุ มสาระการเรี ยนรู ด าน STEM ศึ กษา วิ ทยาการ คํ านวณพื้ นฐาน 3. วิ ทยาลั ยและมหาวิ ทยาลั ย ที่ มี การเป ดการเรี ยนการสอนวิ ชาอิ เล็ กทรอนิ กส หรื อภาควิ ชาวิ ศวกรรมอิ เล็ กทรอนิ กส และคอมพิ วเตอร 4. คณาจารย ที่ มี ความต องการศึ กษา และเตรี ยมการเรี ยนการสอนเกี่ ยวกั บระบบสมองกลฝ งตั ว วิ ทยาการคํ านวณ เทคโนโลยี เกษตรกรรมสมั ยใหม รวมถึ งวิ ทยาศาสตร ประยุ กต ที่ ต องการบู รณาการความรู ทางอิ เล็ กทรอนิ กส -ไมโคร คอนโทรลเลอร การเขี ยนโปรแกรมคอมพิ วเตอร และการทดลองทางวิ ทยาศาสตร ในระดั บมั ธยมศึ กษา อาชี วศึ กษา และปริ ญญาตรี รายละเอี ยดที่ ปรากฏในหนั งสื อเล มนี้ ได ผ านการตรวจทานอย างละเอี ยดและถ วนถี่ เพื่ อให มี ความสมบู รณ และ ถู กต องมากที่ สุ ดภายใต เงื่ อนไขและเวลาที่ พึ งมี ก อนการจั ดพิ มพ เผยแพร ความเสี ยหายอั นอาจเกิ ดจากการนํ าข อมู ล ในหนั งสื อเล มนี้ ไปใช ทางบริ ษั ท อิ นโนเวตี ฟ เอ็ กเพอริ เมนต จํ ากั ด มิ ได มี ภาระในการรั บผิ ดชอบแต ประการใด ความผิ ดพลาดคลาดเคลื่ อนที่ อาจมี และได รั บการจั ดพิ มพ เผยแพร ออกไปนั้ น ทางบริ ษั ทฯ จะพยายามชี้ แจงและแก ไข ในการจั ดพิ มพ ครั้ งต อไป สงวนลิ ขสิ ทธิ์ ตาม พ.ร.บ. ลิ ขสิ ทธิ์ พ.ศ. 2537 ห ามการลอกเลี ยนไม ว าส วนหนึ่ งส วนใดของหนั งสื อเล มนี้ นอกจากจะได รั บอนุ ญาต ดํ าเนิ นการจั ดพิ มพ โดย บริ ษั ท อิ นโนเวตี ฟ เอ็ กเพอริ เมนต จํ ากั ด 108 ซ.สุ ขุ มวิ ท 101/2 ถ.สุ ขุ มวิ ท แขวงบางนา เขตบางนา กรุ งเทพฯ 10260 โทรศั พท 0-2747-7001-4 โทรสาร 0-2747-7005
KidBrightIoT 3 ความเกี่ ยวโยงของระบบสมองกลฝ งตั ว วิ ทยาการคํ านวณ และเกษตรกรรม ดู แบบผิ วเผิ นอาจ หาความเกี่ ยวข องโดยตรงได ไม ชั ดเจนในทศวรรษก อน จนมาถึ งการเปลี่ ยนแปลงของหลั กสู ตรการเรี ยน การสอนในระดั บขั้ นพื้ นฐานของประเทศไทยในป พ.ศ. 2561 หลั กสู ตรวิ ทยาการคํ านวณได รั บการบรรจุ เป นศาสตร หลั กที่ เยาวชนในทุ กระดั บต องได รั บการศึ กษา ส งผลให สิ่ งที่ เรี ยกว า ระบบสมองกลฝ งตั ว (embedded system) ที่ เคยอยู ในระดั บการศึ กษาที่ สู งกว ามั ธยมศึ กษาได รั บการเผยแพร ลงสู เยาวชน อย างกว างขวางมากขึ้ น ทํ าให เยาวชนได เรี ยนรู ทดลอง ใช งานทั้ งฮาร ดแวร และซอฟต แวร ที่ เกี่ ยวข อง ทั้ งกั บระบบสมองกลฝ งตั วและวิ ชาวิ ทยาการคํ านวณ พวกเขาได รั บความรู และสามารถต อยอด ประยุ กต ใช งาน พั ฒนาสิ่ งประดิ ษฐ ด านระบบควบคุ มอั ตโนมั ติ ในอี กฝากฝ งหนึ่ ง เกษตรกรรมเป นศาสตร และวิ ชาชี พที่ อยู กั บสั งคมไทยมาช านาน นั บตั้ งแต ก อตั้ งประะเทศ และอาจเป น “วิ ชาติ ดตั ว” ของมนุ ษย ในอดี ตการรดนํ้ า พรวนดิ น ต องใช แรงงาน มนุ ษย หรื อสั ตว ต อมามี การพั ฒนาใช เครื่ องจั กรกลการเกษตรเพื่ อช วยผ อนแรง และเพิ่ มผลผลิ ต เมื่ อ วิ ทยาการสมั ยใหม เข าสู สั งคมมนุ ษย ในทุ กวิ ชาชี พ งานด านเกษตรกรรมก็ ได รั บประโยชน โดยตรงจาก วิ ทยาการนี้ เมื่ อเกษตรกรสมั ยใหม สามารถปลู กพื ชได ทั้ งป ไม ต องรอฤดู กาล สามารถขยายพั นธุ พื ช หรื อพั ฒนาพั นธุ ให มี ทนต อศั ตรู พื ชและความแปรปรวนของสภาพอากาศ เมื่ อความรู เกี่ ยวกั บระบบสมองกลฝ งตั วและวิ ทยาการคํ านวณได รั บการถ ายทอดสู เยาวชน ความรู ด านเกษตรกรรมที่ เป นทุ นวิ ชาชี พหลั กของท องถิ่ นก็ ได มี โอกาสต อนรั บเทคโนโลยี แขนงนี้ เกิ ดการประยุ กต ใช งานร วมกั น ก อให เกิ ดการทํ าเกษตรกรรมสมั ยใหม ที่ ใช ระบบอั ตโนมั ติ เข ามาช วย ก อให เกิ ดข อมู ลทางเกษตรกรรมมากมายที่ ทํ าให นั กพั ฒนาเทคโนโลยี นํ ามาวิ คราะห และสั งเคราะห เพื่ อหา “โซลู ชั่ น” (solution) หรื อแนวทางที่ ช วยให เกษตรกรและผู สนใจสามารถทํ าการเกษตรสมั ย ใหม ได โดยไม จํ าเป นต องใช พื้ นที่ มากมาย และยั งสามารถควบคุ มป จจั ยที่ ส งผลต อการเติ บโตของพื ช ได อย างยั่ งยื น การมาถึ งของเทคโนโลยี IoT (Internet of Things) นั บเป นอี กหนึ่ งองค ประกอบต อการ พั ฒนาการเกษตรสมั ยใหม เมื่ อเกษตรกรสามารถตรวจสอบสภาพแวดล อมในพื้ นที่ ปลู กหรื อโรงเรื อน ได ตลอดเวลาผ านเครื อข ายอิ นเทอร เน็ ตด วยสมาร ตโฟนหรื อคอมพิ วเตอร รวมถึ งพวกเขาสามารถสั่ ง งานควบคุ มระบบจ ายนํ้ า เป ดป ดไฟส องสว างจากทางไกล นั่ นทํ าให การทํ าการเกษตรสมั ยใหม ได เปลี่ ยนผ านจาก “หลั งสู ฟ า หน าสู ดิ น” อย างเดี ยวมาเป นแบบผสมผสานเทคโนโลยี ที่ ทํ าให เป น เกษตรกรรมที่ ฉลาดขึ้ นและมี มู ลค ามากขึ้ น
4 KidBrightIoT ศู นย เทคโนโลยี อิ เล็ กทรอนิ กส และคอมพิ วเตอร แห งชาติ หรื อ NECTEC หน วยงานในสั งกั ด ของสํ านั กงานพั ฒนาวิ ทยาศาสตร และเทคโนโลยี แห งชาติ หรื อ สวทช. (NSTDA) ได ทํ าการพั ฒนางาน วิ จั ยเพื่ อสร างแพลตฟอร มการเรี ยนรู เทคโนโลยี สมองกลฝ งตั วและวิ ทยการคํ านวณในชื่ อ KidBright จนสํ าเร็ จและนํ าเสนอต อสาธารณชนตั้ งแต ป พ.ศ. 2561 โดยมี การแจกจ ายแก โรงเรี ยนทั่ วประเทศไทย มากกว า 200,000 บอร ด และต อมามี บริ ษั ทเอกชนได รั บสิ ทธิ์ ในการผลิ ตเพื่ อเผยแพร ต อผู สนใจทั่ วไป ทํ าให โครงการ KidBright ได รั บการต อยอดและขยายผลด านการศึ กษาเกี่ ยวกั บระบบสมองกลฝ งตั ว และวิ ทยาการคํ านวณอย างต อเนื่ อง หนั งสื อเล มนี้ และสื่ อการเรี ยนรู KidBright32iP-Agricuture IoT Kit เกิ ดขึ้ นเพื่ อสนั บสนุ นการ ใช งานบอร ด KidBright ในการปลู กพื ชจากเมล็ ดพั นธุ จิ๋ วที่ เรี ยกว า microgreen เพื่ อส งเสริ มการสอน และประยุ กต วิ ทยาศาสตร เทคโนโลยกั บการทํ าเกษตรกรรมสมั ยใหม ี สํ าหรั บคนรุ นใหม ที่ ใช ดิ นหรื อ พื้ นที่ เพาะปลู กน อย ใช การควบคุ มแสงสี ต างๆ ซึ่ งได รั บการศึ กษามาแล วว า มี ผลต อการเติ บโตของ พื ช เพื่ อให ก อเกิ ดเกษตรกรตั วน อยหรื อเกษตรมื อใหม ที่ อาจไม ถนั ดกั บการออกไปสู ฟ า หน ามองดิ น เพราะด วยการปลู กพื ชด วยดิ นไม มาก โดยใช นํ้ า และแสงแทน ทํ าให ทุ กคนสามารถเพาะปลู ก ทํ าการ เกษตรได ในที่ พั ก ในบ าน หรื อในพื้ นที่ จํ ากั ด และยั งต อยอดขยายพื้ นที่ เพาะปลู กได หากประสบความ สํ าเร็ จ การเรี ยนรู เทคโนโลยี สมั ยใหม มี ความสํ าคั ญต อการศึ กษาขั้ นพื้ นฐานของประชาคมโลก รวมถึ งการประยุ กต ใช งานร วมกั บวิ ถี ชี วิ ตเป นสิ่ งที่ ควรให การสนั บสนุ น เพื่ อให เยาวชนและคนไทย ได มี ความพร อมที่ จะรั บมื อและพั ฒนาองค ความรู แห งเทคโนโลยี เพื่ อก อให เกิ ดประโยชน อย างสู งสุ ด ต อไป ชั ยวั ฒน ลิ้ มพรจิ ตรวิ ไล บรรณาธิ การ ชุ ดอุ ปกรณ นี ได พั ฒนามาจากการอบรมเชิ งปฏิ บั ติ การหลั กสู ตรอุ ตสาหกรรมเกษตรและเทคโนโลยี ชี วภาพ ตอน ระบบ IoT กั บการออกแบบกล องปลู กพื ชโดยใช แสงเที ยม โครงการส งเสริ มการเรี ยนรู ด านวิ ทยาศาสตร และเทคโนโลยี ให กั บโรงเรี ยนในพื้ นที่ เขตพั ฒนาพิ เศษภาคตะวั นออก โดยสํ านั กงานพั ฒนาวิ ทยาศาสตร และเทคโนโลยี (สวทช.) ร วม กั บ สํ านั กบริ หารงานการมั ธยมศึ กษาตอนปลาย สพฐ. เพื่ อใช ในการเรี ยนการสอนของโรงเรี ยนในสั งกั ดสํ านั กงาน เขตพื้ นที่ การศึ กษามั ธยมศึ กษาชลบุ รี ระยอง
KidBrightIoT 5 บทที่ 1 รู จั กกั บบอร ดสมองกล KidBright 32iP......................................................................7 บทที่ 2 เริ่ มต นใช งาน KidBright IDE.....................................................................................11 บทที่ 3 ข อมู ลอุ ปกรณ ของ KidBright32iP-Agricuture IoT Kit ชุ ดกล องสมองกล เพื่ อการเรี ยนรู วิ ทยาการคํ านวณกั บเกษตรกรรม IoT..............................................25 บทที่ 4 ปฏิ บั ติ การอ านค าสั ญญาณแอนะล็ อกของบอร ด KidBright 32iP .......................37 บทที่ 5 KidBright 32iP กั บการขั บแสงสี ...............................................................................53 บทที่ 6 บอร ด KidBright 32iP กั บการขั บเสี ยง.....................................................................71 บทที่ 7 บอร ด KidBright 32iP กั บการขั บโหลดกํ าลั งไฟฟ าสู ง................................................75 บทที่ 8 การใช งานตั วตรวจจั บทางกายภาพกั บบอร ด KidBright32iP....................................89 บทที่ 9 ใช งานวงจรฐานเวลานาฬิ กาจริ งบนบอร ด KidBright32iP......................................103 บทที่ 10 พั ฒนางาน IoT กั บบอร ด KidBright32iP ด วย KidBright IoT....................................111 บทที่ 11 พั ฒนางาน IoT โดยใช NETPIE..............................................................................129 บทที่ 12 รู จั กกั บ microgreen.................................................................................................161 บทที่ 13 สเปกตรั มและการสร างแสงเที ยมสํ าหรั บการเพาะเลี้ ยงพื ชไมโครกรี น.......... 173 บทที่ 14 การทดสอบคุ ณภาพของแสงที่ มี ผลต อการสั งเคราะห ด วยแสง ของไมโครกรี น.........................................................................................................183 บทที่ 15 ปฏิ บั ติ การระบบเพาะเลี้ ยงไมโครกรี นควบคุ มด วยบอร ด KidBright 32iP...........193
6 KidBrightIoT การนํ าเสนอข อมู ลเกี่ ยวกั บข อมู ลทางเทคนิ คและเทคโนโลยี ในหนั งสื อเล มนี้ เกิ ดจากความต อง การที่ จะอธิ บายกระบวนการและหลั กการทํ างานของอุ ปกรณ ในภาพรวมด วยถ อยคํ าที่ ง ายเพื่ อสร าง ความเข าใจแก ผู อ าน ดั งนั้ นการแปลคํ าศั พท ทางเทคนิ คหลายๆ คํ าอาจไม ตรงตามข อบั ญญั ติ ของราช บั ณฑิ ตยสถาน และมี หลายๆ คํ าที่ ยั งไม มี การบั ญญั ติ อย างเป นทางการ คณะผู เขี ยนจึ งขออนุ ญาต บั ญญั ติ ศั พท ขึ้ นมาใช ในการอธิ บาย โดยมี ข อจํ ากั ดเพื่ ออ างอิ งในหนั งสื อเล มนี้ เท านั้ น สาเหตุ หลั กของข อชี้ แจงนี้ มาจากการรวบรวมข อมู ลของอุ ปกรณ ในระบบสมองกลฝ งตั วและ เทคโนโลยี หุ นยนต สํ าหรั บการศึ กษาเพื่ อนํ ามาเรี ยบเรี ยงเป นภาษาไทยนั้ นทํ าได ไม ง ายนั ก ทางคณะผู เขี ยนต องทํ าการรวบรวมและทดลองเพื่ อให แน ใจว า ความเข าใจในกระบวนการทํ างานต างๆ นั้ นมี ความ คลาดเคลื่ อนน อยที่ สุ ด เมื่ อต องทํ าการเรี ยบเรี ยงออกมาเป นภาษาไทย ศั พท ทางเทคนิ คหลายคํ ามี ความหมายที่ ทั บซ อน กั นมาก การบั ญญั ติ ศั พท จึ งเกิ ดจากการปฏิ บั ติ จริ งร วมกั บความหมายทางภาษาศาสตร ดั งนั้ นหากมี ความ คลาดเคลื่ อนหรื อผิ ดพลาดเกิ ดขึ้ น ทางคณะผู เขี ยนขอน อมรั บและหากได รั บคํ าอธิ บายหรื อชี้ แนะจากท าน ผู รู จะได ทํ าการชี้ แจงและปรั บปรุ งข อผิ ดพลาดที่ อาจมี เหล านั้ นโดยเร็ วที่ สุ ด ทั้ งนี้ เพื่ อให การพั ฒนาสื่ อทางวิ ชาการ โดยเฉพาะอย างยิ่ งกั บความรู ของเทคโนโลยี สมั ยใหม สามารถดํ าเนิ นไปได อย างต อเนื่ อง ภายใต การมี ส วนร วมของผู รู ในทุ กภาคส วน
KidBrightIoT 7 KidBright 32iP KidBright 32iP เป นบอร ดไมโครคอนโทรลเลอร สํ าหรั บการเรี ยนรู ด านวิ ทยาการคํ านวณ ซึ่ ง ได รั บการต อยอดจากโครงการแพลตฟอร มเพื่ อการเรี ยนรู แบบโอเพ นซอร สที่ ชื่ อ KidBright ของ สํ านั กงานวิ ทยาศาสตร และเทคโนโลยี แห งชาติ หรื อ สวทช. ประเทศไทย โดย KidBright 32iP สามารถทํ างานตามโปรแกรมที่ สร างขึ้ นจากบล็ อกคํ าสั่ งด วยโปรแกรม KidBright IDE บนคอมพิ วเตอร และยั งรองรั บการพั ฒนาโค ดจากเครื่ องมื อทางซอฟต แวร ได หลากหลายทั้ ง KB- IDE, Arduino IDE หรื อ microBlock IDE ที่ มี การรองรั บไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 1.1 คุ ณสมบั ติ ทางเทคนิ ค ใช ไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 ที่ มี วงจร WiFi และบลู ทู ธกํ าลั งงานตํ่ าในตั ว มี ส วนแสดงผล LED ดอตเมตริ กซ ขนาด 16 x 8 จุ ด แบบสี แดง มี LED แสดงสถานะการทํ างาน ประกอบด วย ๐ สถานะการเชื่ อมต อกั บคอมพิ วเตอร ผ านพอร ต USB ๐ สถานะการเชื่ อมต อ WiFi (ขึ้ นกั บไลบรารี และบล็ อกคํ าสั่ งที่ ใช ) ๐ สถานะการเชื่ อมต อกั บคลาวเซิ ร ฟเวอร หรื อ IoT (ขึ้ นกั บไลบรารี และบล็ อกคํ าสั่ งที่ ใช ) มี ลํ าโพงเป ยโซขั บเสี ยง มี วงจรสวิ ตช กดติ ดปล อยดั บขนาดใหญ 2 ตั ว มี วงจรฐานเวลานาฬิ กาจริ งพร อมแบตเตอรี่ สํ ารองสํ าหรั บรั กษาค าเวลาเมื่ อไม มี ไฟเลี้ ยง มี สวิ ตช RESET การทํ างาน เชื่ อมต อกั บคอมพิ วเตอร ผ านพอร ต USB โดยใช คอนเน็ กเตอร แบบ USB-C (ปรั บปรุ งจาก V1.5 ดั้ งเดิ ม) สํ าหรั บการดาวน โหลดโปรแกรมและสื่ อสารข อมู ลอนุ กรม (โดยความสามารถในการ สื่ อสารข อมู ลขึ้ นกั บ IDE ที่ เลื อกใช ) และยั งใช ในการรั บไฟเลี้ ยง +5V ผ านพอร ต USB-C ด วย
8 KidBrightIoT รู ปที่ 1-1 แสดงส วนประกอบของ KidBright 32iP บอร ดเพื่ อการเรี ยนรู วิ ทยาการคํ านวณผ านระบบสมองกล ฝ งตั ว
KidBrightIoT 9 มี จุ ดต อพอร ตที่ ใช คอนเน็ กเตอร JST 2 มม. 3 ขา (JST : Japan Standard Terminal) รวม 6 ขา ๐ พอร ตอิ นพุ ตดิ จิ ทั ล ประกอบด วย ขา IN1 (GPIO32) , IN2 (GPIO33), IN3 (GPIO34) และ IN4 (GPIO35) ตามการกํ าหนดขาของ KidBright ๐ พอร ตเอาต พุ ตดิ จิ ทั ล OUT1 (GPIO26) และ OUT2 (GPIO27) มี จุ ดต อพอร ตที่ เป นจุ ดบั ดกรี ขนาดรู 4 มม. สํ าหรั บติ ดตั้ งแจ กบานาน า รวม 10 จุ ด ๐ พอร ตอิ นพุ ตดิ จิ ทั ล ประกอบด วย ขา IN1 (GPIO32) , IN2 (GPIO33), IN3 (GPIO34) และ IN4 (GPIO35) ตามการกํ าหนดขาของ KidBright ๐ พอร ตเอาต พุ ตดิ จิ ทั ล OUT1 (GPIO26) และ OUT2 (GPIO27) ๐ จุ ดต อไฟเลี้ ยง 3V และ กราวด (GND) มี จุ ดต อพอร ตแบบจุ ดบั ดกรี อิ สระประกอบด วย ขาพอร ต GPIO18, 19, 23, VN และบั ส I2C0 มี จุ ดต อบั ส I2C1 สํ าหรั บต ออุ ปกรณ ภายนอกเพิ่ มเติ มเพื่ อขยายระบบแบบ KB CHAIN 5 ขา ติ ดตั้ งตั วตรวจจั บแสงแบบ LDR หรื อตั วต านทานแปรค าตามแสง ติ ดตั้ งตั วตรวจจั บอุ ณหภู มิ ที่ ทํ างานผ านระบบบั ส I2C วั ดอุ ณหภู มิ ได -40 ถึ ง 150 องศา เซลเซี ยส มี ค าความผิ ดพลาด 1 องศาเซลเซี ยส รั บไฟเลี้ ยง +5V จากจุ ดต อพอร ต USB-C ผ านวงจรควบคุ มแรงดั นคงที่ หรื อเรกู เลเตอร ให ได ไฟเลี้ ยงคงที่ ที่ +3.3V สํ าหรั บเลี้ ยงวงจร (เป นความสามารถเพิ่ มเติ มใหม มี เฉพาะในรุ น 32i และ 32iP จาก INEX เท านั้ น) วงจรของบอร ด KidBright 32iP แสดงดั งรู ปที่ 1-2 เนื่ องจาก KidBright 32iP เป นบอร ดที่ ต อยอด จาก KidBright32 V1.5 ในโครงการโอเพ นซอร ส KidBright ดั งนั้ นข อมู ลพื้ นฐานทั้ งทางฮาร ดแวร และ ซอฟต แวร จะเข ากั นได กั บบอร ด KidBright จึ งใช หนั งสื อหรื อคู มื อเบื้ องต นที่ สวทช. และ สสวท. จั ดทํ า ขึ้ นมาร วมด วยได ดั งนั้ นการอธิ บายข อมู ลและแนะนํ าการใช งานที่ มี ในเอกสารนี้ จะกล าวถึ งเนื้ อหา ของส วนที่ เพิ่ มเติ มไปจากบอร ด KidBright เป นหลั ก
10 KidBrightIoT รู ปที่ 1-2 วงจรสมบู รณ ของ KidBright 32iP บอร ดเพื่ อการเรี ยนรู วิ ทยาการคํ านวณ DTR TXD RXD +5V FT231XS USB CBUS2 (PWREN) 4 11 12 D+ D- DD+ CC1 GND VUSB USB Type C POLYSWITCH 10 10k +3V3 GND 6 RESET 14 100nF GND 16 VIO 3 3V3 OUT 13 +5V VCC RTS 1 2 20 15 TXD RXD 34 35 SCL0 36 IO23 37 SDA0 33 IO19 31 IO18 30 SCL1 29 IO17 28 IO16 27 SDA1 26 IO0 (BSL) 25 33k +3V3 33k 100k +3V3 13 3 410 611151613 3 410 6111516 5 2 7 1 12 8 14 9 5 2 7 1 12 8 14 9 COL0 COL1 COL2 COL3 COL4 COL5 COL6 COL7 ROW0 ROW1 ROW2 ROW3 ROW4 ROW5 ROW6 ROW7 ROW8 ROW9 ROW10 ROW11 ROW12 ROW13 ROW14 ROW15 ROW7 ROW6 ROW5 ROW4 ROW3 ROW2 ROW1 ROW0 ROW10 ROW11 ROW12 ROW13 ROW14 ROW15 ROW9 COL0 COL1 COL2 COL3 COL4 COL5 COL6 COL7 HT16K33 ROW8 1819202122232425 2 3 4 5 6 7 8 91716151413121110 2k2 x4 +3V3 SCL SDA 2627 WIFI 2k2 +3V3 2k2 IOT +3V3 15161718192021222324 14 13 12 GND IO13 SD2 SD3 CMD CLK SD0 SD1 IO15 IO2 32 NC IO12 S2 S1 S1 1nF S2 1nFKRC102S KRC102S +5VVCC 28 GND 1 10uF x3 3V3 SCL0 SDA0 IOT OUT2 IO14 IO27 OUT0 10 IO25 IN2 9 IO33 IN1 8 IO32 IN4 7 IO35 IN3 6 IO34 5 SENSOR_VN LDR 4 3 EN 2 VCC 1 GND OUT1 11 IO26 SENSOR_VP SV2 GND 38 +3V3 33k +3V3 PhotoTR ambian light 10k 100nF RESET 100nF 100uF 6V3 100nF O1I2 O2I4 +3V3 100nF +3V3 ESP-WROOM-32 +3V3 100uF 6V3 100nF INH GND V.IN V.OUT 8 5 3 BD33FC 1 +5V KidBright32iP Rev.2021.04.01 SDA1 SCL1 GND +3V3 +V +5 +3V3 SDA SCL 4 6 GND ADDR 1 2 +3V3 3 VCC LM73-1 CC2 5k1 x2 GND 3V3 GND SDA SCL 6 5 XTAL 32.768kHz 12pF 12 X1X2 BATTERY CR2032 MFP I1 I3 VBAT 3 MFP 7 2k2 +3V3 GNDVCC 8 4 100nF 150 +V GND SV2 SV1 SV1 SSM3J332R - IN + VUSB GND D+ DIO23 IO18 IO19 MCP79411 VN 3V3 GND IN1 IN2 IN3 IN4 OUT1 OUT2 2k2 2k2 RQ5E035RQ5E035 150 KRC102S +3V3 1N4148 SPEAKER 2N7000 +3V3 10k RQ5E035 +5V 10k +5V USB SWITCH OUTPUT M2A +V GND 100uF 6V3 +5V Servo Power Supply (+5 to 6V.DC)
KidBrightIoT 11 2.1 ดาวน โหลดโปรแกรม KidBright-IDE และการติ ดตั้ ง เริ่ มต นเป ดเว็ บบราวเซอร พิ มพ ที่ อยู https://www.kid-bright.org/kidbright/downloads/ ใน หน าเว็ บแสดงไฟล สํ าหรั บติ ดตั้ ง KidBright IDE สํ าหรั บ Windows และ Mac OSX ให เลื อกดาวน โหลด ให ตรงกั บระบบปฏิ บั ติ การและรุ นที่ ใช ในป จจุ บั นเป น Version 1.6 คลิ กที่ ปุ มดาวน โหลดด านขวา เพื่ อดาวน โหลดไฟล KidBright1.6-win64.zip ที่ มี ขนาดราว 775 MB โดยในเอกสารนี้ จะแนะนํ าเฉพาะ การใช งานกั บระบบปฏิ บั ติ การวิ นโดวส เป นหลั ก เมื่ อดาวน โหลดเสร็ จ ทํ าการแตกไฟล .zip ลงในคอมพิ วเตอร ในตํ าแหน งที่ ผู ใช งานต องการ จะพบโฟลเดอร KidBright-Installer คลิ กเข าไปในโฟลเดอร พบกั บไฟล KidBright-Installer.exe ดั บเบิ้ ลคลิ กที่ ไฟล .exe เพื่ อติ ดตั้ งโปรแกรม จะมี ไดอะล็ อกบ็ อกแสดงการติ ดตั้ งโปรแกรมปรากฏขึ้ น มาดั งรู ปที่ 2-1 รอจนติ ดตั้ งโปรแกรมสํ าเร็ จ ซึ่ งใช เวลาระยะหนึ่ ง เมื่ อติ ดตั้ งโปรแกรมเสร็ จ หน าต างหลั กของโปรแกรม KidBright IDE จะปรากฏขึ้ นมา ดั งรู ป ที่ 2-2 เป นการยื นยั นว า ขณะนี้ การติ ดตั้ งโปรแกรม KidBright IDE เรี ยบร อย และพร อมสํ าหรั บการ พั ฒนาโค ด KidBright IDE รู ปที่ 2-1 ไดอะล็ อกบ็ อกแสดงการเริ่ มต นติ ดตั้ งโปรแกรม KidBright IDE
12 KidBrightIoT รู ปที่ 2-2 หน าต างหลั กของโปรแกรม KidBright IDE เมื่ อเริ่ มทํ างานครั้ งแรก 2.2 ติ ดตั้ งไดรเวอร USB ของบอร ด KidBright 32iP บอร ด KidBright 32iP ต องการไดรเวอร USB แบบ FTDI มี ขั้ นตอนดั งนี้ (1) ดาวน โหลด FDTI Driver จาก https://www.kid-bright.org/kidbright/download/2290/ (2) ทํ าการแตกไฟล .zip จะได ไฟล CDM21228_Setup.zip (3) ดั บเบิ ลคลิ กเพื่ อเริ่ มการติ ดตั้ งไดรเวอร แล วคลิ กตอบรั บจนกระทั่ งการติ ดตั้ งเสร็ จสิ้ น ตามรู ปที่ 2-3
KidBrightIoT 13 รู ปที่ 2-3 ขั้ นตอนการติ ดตั้ งไดรเวอร USB ของบอร ด KoidBright 32iP 1 2 3 4 รู ปที่ 2-4 หน าต าง Device Manager พบอุ ปกรณ ต อ ที่ พอร ตอนุ กรม COM7 เมื่ อติ ดตั้ งไดรเวอร เสร็ จสิ้ น ให เป ดหน าต าง Device Manager ตรวจว าในหั วข อ Ports (COM & LPT) พบอุ ปกรณ ตั วใหม ชื่ อ USB Serial Port (COMx) ดั งรู ปที่ 2-4 ในตั วอย างพบเป นพอร ต USB Serial port หมายเลข COM7 เมื่ อติ ดตั้ งโปรแกรมติ ดตั้ งไดรเวอร พร อม แล ว จะเริ่ มทดลองเขี ยนโปรแกรมในบทถั ดไป
14 KidBrightIoT 2.3 ติ ดตั้ งบล็ อกส วนขยายสํ าหรั บใช งานกั บบอร ด KidBright 32iP บอร ด KidBright 32iP มี การปรั บปรุ งฮาร ดแวร จากรุ นก อนหน ามากพอสมควร ในส วนของ การใช งานกั บฮาร ดแวร ที่ มี การเพิ่ มความสามารถเข ามานั้ นจะต องมี การติ ดตั้ งบล็ อกคํ าสั่ งส วนขยาย หรื อปลั๊ กอิ น (plug-in) เพิ่ ม ซึ่ งมี ด วยกั น 2 รายการเป นอย างน อย นั่ นคื อ 1. ปลั๊ กอิ น iPORT เป นปลั๊ กอิ นสํ าหรั บใช งานขาพอร ตอิ นพุ ตแอนะล็ อกของบอร ด KidBright32i 2. ปลั๊ กอิ น Dot display เป นปลั๊ กอิ นสํ าหรั บเพิ่ มรู ปแบบการแสดงผลของ LED 16 x 8 จุ ด 2.3.1 การติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น iPORT (1) ดาวน โหลดไฟล ติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น iPORT จากเว็ บไซต ที่ รวบรวมบล็ อกส วนขยายของ KidBright ที่ ชื่ อ KidStore โดยไปที่ https://store.kidbright.info/plugin/39/iPORT ดั งรู ปที่ 2-5 (2) เลื่ อนหน าเว็ บจนพบบรรทั ดรายการดาวน โหลด หรื อดาวน โหลดไฟล จาก https://store.kidbright.info/ download/93/iPORT_v1.1.0_plugin.zip รู ปที่ 2-5 เว็ บเพจสํ าหรั บดาวน โหลดปลั๊ กอิ น iPORT
KidBrightIoT 15 (3) ไปที่ โปรแกรม KidBright IDE ไปที่ เมนู คํ าสั่ ง เลื อก Plugins > Install Plugins ดั งรู ปที่ 2-6 (4) เลื อกไฟล ปลั๊ กอิ น .zip ของ iPORT ที่ ดาวน โหลดไว เมื่ อเลื อกแล ว โปรแกรม KidBright IDE จะทํ าการติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น (5) จากนั้ นโปรแกรม KidBright IDE จะป ดแล วเป ดใหม บล็ อกคํ าสั่ งของปลั๊ กอิ น iPORT [ตั วเข มสี นํ้ าตาล] จะอยู ในหั วข อ Plugins เมื่ อเลื อกเป ดจะพบบล็ อกคํ าสั่ งหลั กตามรู ปที่ 2-7 รู ปที่ 2-6 แสดงการเลื อกเมนู ติ ดตั้ งปลั๊ กอิ นของโปรแกรม KidBright IDE
16 KidBrightIoT 2.3.2 การติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น Dot Display (1) ดาวน โหลดไฟล ติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น Dot Display จากเว็ บไซต https://www.kid-bright.org/ kidbright/downloads แล วเลื่ อนหน าเว็ บไปยั งหั วข อ Plugins เลื อก Dot Display plugin ดั งรู ปที่ 2-8 แล วคลิ กที่ ปุ ม Download จะได ไฟล dotdisplay.zip (2) ไปที่ โปรแกรม KidBright IDE เลื อกเมนู คํ าสั่ ง Plugins > Install Plugins จากนั้ นเลื อก ไฟล ปลั๊ กอิ น .zip ของ dotdisplay ที่ ดาวน โหลดไว ดั งรู ปที่ 2-9 เมื่ อเลื อกแล ว โปรแกรม KidBright IDE จะทํ าการติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น รู ปที่ 2-7 แสดงบล็ อกคํ าสั่ งของปลั๊ กอิ น iPORT รู ปที่ 2-8 แสดงหน าเว็ บสํ าหรั บดาวน โหลดปลั๊ กอิ น Dot Display
KidBrightIoT 17 รู ปที่ 2-9 การเลื อกไฟล ปลั๊ กอิ น Dot Display เพื่ อทํ าการติ ดตั้ งลงในโปรแกรม KidBright IDE รู ปที่ 2-10 แสดงบล็ อกคํ าสั่ งของปลั๊ กอิ น Dot Display (3) จากนั้ นโปรแกรม KidBright IDE จะป ดแล วเป ดใหม บล็ อกคํ าสั่ งของปลั๊ กอิ น Dot Display จะอยู ในหั วข อ Plugins เมื่ อเลื อกเป ดจะพบบล็ อกคํ าสั่ งหลั กตามรู ปที่ 2-10 เมื่ อติ ดตั้ งปลั๊ กอิ นทั้ งหมดเรี ยบร อย การพั ฒนาโปรแกรมให กั บบอร ด KidBright 32iP จะทํ า ได อย างสะดวกและทํ าให เกิ ดการใช งานบอร ด KidBright32i ได เต็ มที่
18 KidBrightIoT 2.4 เริ่ มต นพั ฒนาโค ดสํ าหรั บบอร ด KidBright 32iP ด วย KidBright IDE เมื่ อติ ดตั้ งโปรแกรมและไดรเวอร ต างๆ จนเสร็ จเรี ยบร อย ในการเริ่ มต นทดสอบการเขี ยนโค ด และดาวน โหลดเพื่ อทดสอบการทํ างานกั บบอร ด KidBright 32iP มี ขั้ นตอนดั งนี้ (1) เชื่ อมต อบอร ด KidBright 32iP กั บคอมพิ วเตอร ผ านทางพอร ต USB (2) รอสั กครู หนึ่ งเพื่ อให คอมพิ วเตอร ทํ าการเชื่ อมต อกั บอุ ปกรณ ผ านพอร ต USB สํ าเร็ จหรื อ เรี ยกว า การอี นั มเมอเรชั่ น (enumeration) ซึ่ งสั งเกตได จาก LED สี ฟ าที่ อยู ทางด านขวาของบอร ด KidBright 32iP ติ ดสว าง (3) เป ดโปรแกรม KidBright IDE แล วสร างโค ดทดสอบ โดยเลื อกบล็ อกจากแถบคํ าสั่ ง Basic ดั งนี้ (4) ทํ าการอั ปโหลดไปยั งบอร ด KidBright 32iP โดยคลิ กที่ ปุ ม Build & Run ตามรู ป
KidBrightIoT 19 (5) จากนั้ นหน าต างแสดงสถานะการคอมไพล และอั ปโหลดปรากฏขึ้ นมาตามรู ป คลิ กปุ ม OK เพื่ อตอบรั บ เมื่ ออั ปโหลดโค ดเสร็ จ บอร ด KidBright 32iP จะทํ างานทั นที ที่ ส วนแสดงผล LED ของบอร ด KidBright 32iP แสดงข อความ Hello World! ในลั กษณะข อความเลื่ อนจากขวามาซ าย เมื่ อ ได ตามนี้ แสดงว า บอร ด KidBright 32iP พร อมทํ างาน 2.5 การสร างไฟล ของโปรแกรมใหม , การบั นทึ กไฟล และเป ดไฟล งานที่ มี อยู เดิ มของ KidBright IDE 2.5.1 การสร างไฟล ใหม มี ขั้ นตอนดั งนี้ (1) เป ดโปรแกรม KidBright IDE แล วคลิ กที่ ปุ มสร างไฟล ใหม ตามรู ป
20 KidBrightIoT (2) จะเกิ ดกล องข อความสอบถามเพื่ อให ยื นยั นการสร างไฟล ใหม ให คลิ กปุ ม OK (3) หน าต างของโปรแกรมจะล างพื้ นที่ สร างโค ดพร อมสํ าหรั บสร างโค ดใหม
KidBrightIoT 21 2.5.2 การบั นทึ กไฟล เมื่ อทํ าการสร างหรื อแก ไขโค ดบนพื้ นที่ สร างโค ดของโปรแกรม KidBright IDE เสร็ จเรี ยบร อย แล ว ต องการบั นทึ กไฟล ทํ าได โดย (1) คลิ กที่ ปุ มบั นทึ กไฟล ดั งรู ป (2) หน าต างสํ าหรั บเลื อกตํ าแหน งและตั้ งชื่ อไฟล ที่ ต องการบั นทึ กปรากฏขึ้ นมา ทํ าการเลื อก โฟลเดอร และตั้ งชื่ อไฟล ของโปรแกรมที่ สร างขึ้ น จะได เป นไฟล นามสกุ ล .txt (3) เมื่ อกํ าหนดโฟลเดอร และตั้ งชื่ อไฟล เรี ยบร อบ คลิ กปุ ม Save เพื่ อยื นยั น
22 KidBrightIoT 2.5.3 การเป ดไฟล เมื่ อต องการเป ดไฟล ของโปรแกรมที่ เคยบั นทึ กไว ออกมาเพื่ อแก ไข หรื ออั ปโหลดไปยั งบอร ด KidBright ทํ าได โดย (1) คลิ กที่ ปุ มเป ดไฟล ดั งรู ป (2) จะเกิ ดกล องข อความสอบถามเพื่ อให ยื นยั นการเป ดไฟล ให คลิ กปุ ม OK
KidBrightIoT 23 (3) หน าต างสํ าหรั บเลื อกไฟล ที่ ต องการเป ดปรากฏขึ้ นมา ทํ าการเลื อกไฟล .txt ที่ ต องการ (4) กล องข อความยื นยั นการเป ดไฟล แสดงขึ้ นมา คลิ กปุ ม OK เพื่ อยื นยั นการเป ดไฟล (5) ไฟล ของโค ดต องการถู กเป ดขึ้ นและแสดงบนพื้ นที่ สร างโค ด
24 KidBrightIoT
KidBrightIoT 25 3.1 รายการอุ ปกรณ ของ KidBright 32iP Agriculture IoT Kit ประกอบด วย 1. บอร ดควบคุ ม KidBright 32iP 2. แถบ LED 3 สี RGB แบบโปรแกรมได 3. มิ นิ บอร ดตั วตรวจวั ดความส องสว างแสง 4. บอร ดวงจรวั ดความชุ มชื้ นในดิ น 5. บอร ดวงจรตรวจจั บหยดนํ้ าและระดั บนํ้ า 6. บอร ดขั บโหลดกํ าลั งไฟฟ าสู ง 4 ช อง 7. ป มนํ้ าขนาดเล็ กพร อมสายยาง 8. อะแดปเตอร ไฟตรง 5V 1A 9. อะแดปเตอร ไฟตรง 5V หรื อ 6V 2A 10. พั ดลมไฟตรง +5V 11. สายสั ญญาณเพื่ อเชื่ อมต ออุ ปกรณ (JST3AA-8 และ JST4AA-8) 12. สาย USB-C 13. เอกสารประกอบการทดลอง KidBright 32iP Agriculture IoT Kit IoT
26 KidBrightIoT 3.2 คุ ณสมบั ติ ของบอร ด KidBright 32iP มี หน าตาและรายละเอี ยดที่ สํ าคั ญแสดงในรู ปที่ 3-1 ส วนคุ ณสมบั ติ โดยสรุ ปมี ดั งนี้ ใช ไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 ที่ มี วงจร WiFi และบลู ทู ธกํ าลั งงานตํ่ าในตั ว มี ส วนแสดงผล LED ดอตเมตริ กซ ขนาด 16 x 8 จุ ด แบบสี แดง มี LED แสดงสถานะการทํ างาน ประกอบด วย ๐ สถานะการเชื่ อมต อกั บคอมพิ วเตอร ผ านพอร ต USB ๐ สถานะการเชื่ อมต อ WiFi (ขึ้ นกั บไลบรารี และบล็ อกคํ าสั่ งที่ ใช ) ๐ สถานะการเชื่ อมต อกั บคลาวเซิ ร ฟเวอร หรื อ IoT (ขึ้ นกั บไลบรารี และบล็ อกคํ าสั่ งที่ ใช ) มี ลํ าโพงเป ยโซขั บเสี ยง มี วงจรสวิ ตช กดติ ดปล อยดั บขนาดใหญ 2 ตั ว มี วงจรฐานเวลานาฬิ กาจริ งพร อมแบตเตอรี่ สํ ารองสํ าหรั บรั กษาค าเวลาเมื่ อไม มี ไฟเลี้ ยง มี สวิ ตช RESET การทํ างาน เชื่ อมต อกั บคอมพิ วเตอร ผ านพอร ต USB โดยใช คอนเน็ กเตอร แบบ USB-C สํ าหรั บการ ดาวน โหลดโปรแกรมและสื่ อสารข อมู ลอนุ กรม (โดยความสามารถในการสื่ อสารข อมู ล ขึ้ นกั บ IDE ที่ เลื อกใช ) และยั งใช ในการรั บไฟเลี้ ยง +5V ผ านพอร ต USB-C ด วย มี จุ ดต อพอร ตที่ ใช คอนเน็ กเตอร JST 2 มม. 3 ขา (JST : Japan Standard Terminal) รวม 6 ขา ๐ พอร ตอิ นพุ ตดิ จิ ทั ล ประกอบด วย ขา IN1 (GPIO32) , IN2 (GPIO33), IN3 (GPIO34) และ IN4 (GPIO35) ตามการกํ าหนดขาของ KidBright ๐ พอร ตเอาต พุ ตดิ จิ ทั ล OUT1 (GPIO26) และ OUT2 (GPIO27) มี จุ ดต อพอร ตที่ เป นจุ ดบั ดกรี ขนาดรู 4 มม. สํ าหรั บติ ดตั้ งแจ กบานาน า รวม 10 จุ ด ๐ พอร ตอิ นพุ ตดิ จิ ทั ล ประกอบด วย ขา IN1 (GPIO32) , IN2 (GPIO33), IN3 (GPIO34) และ IN4 (GPIO35) ตามการกํ าหนดขาของ KidBright ๐ พอร ตเอาต พุ ตดิ จิ ทั ล OUT1 (GPIO26) และ OUT2 (GPIO27) ๐ จุ ดต อไฟเลี้ ยง 3V และ กราวด (GND) มี จุ ดต อพอร ตแบบจุ ดบั ดกรี อิ สระประกอบด วย ขาพอร ต GPIO18, 19, 23, VN และ บั ส I2C0
KidBrightIoT 27 รู ปที่ 3-1 แสดงส วนประกอบของ KidBright 32iP บอร ดเพื่ อการเรี ยนรู วิ ทยาการคํ านวณผ านระบบสมองกล ฝ งตั ว
28 KidBrightIoT มี จุ ดต อบั ส I2C1 สํ าหรั บต ออุ ปกรณ ภายนอกเพิ่ มเติ มเพื่ อขยายระบบแบบ KB CHAIN 5 ขา ติ ดตั้ งตั วตรวจจั บแสงแบบ LDR หรื อตั วต านทานแปรค าตามแสง ติ ดตั้ งตั วตรวจจั บอุ ณหภู มิ ที่ ทํ างานผ านระบบบั ส I2C วั ดอุ ณหภู มิ ได -40 ถึ ง 150 องศา เซลเซี ยส มี ค าความผิ ดพลาด 1 องศาเซลเซี ยส รั บไฟเลี้ ยง +5V จากจุ ดต อพอร ต USB-C ผ านวงจรควบคุ มแรงดั นคงที่ หรื อเรกู เลเตอร ให ได ไฟเลี้ ยงคงที่ ที่ +3.3V สํ าหรั บเลี้ ยงวงจร 3.2 แถบ LED 3 สี RGB แบบโปรแกรมได 8 ดวง : ZX-RGB8S คุ ณสมบั ติ ทางเทคนิ คที่ สํ าคั ญมี ดั งนี้ ติ ดตั้ ง LED ที่ ใช ชิ ปควบคุ มเบอร WS2812 หรื อ WS2812B มี ตั วถั งสี่ เหลี่ ยมจั ตุ รั สขนาด 50 x 50 มิ ลลิ เมตร จํ านวน 8 ดวง ต อพ วงได ไม จํ ากั ด ภายในติ ดตั้ ง LED แม สี แสง 3 ตั วคื อ สี แดง (red), เขี ยว (green) และนํ้ าเงิ น (blue) รวม อยู ในตั วถั งเดี ยวกั น โดยแต ละตั วจะปรั บความสว างได 256 ระดั บ เมื่ อนํ าแสงจาก LED แต ละดวงมาผสมกั นจะได เฉดสี ทั้ งหมด 16,777,216 เฉดสี (มา จากผลคู ณของระดั บความสว างของ LED ทั้ ง 3 ดวง) การส งคํ าสั่ งค าสี ใช การสื่ อสารแบบอนุ กรมใช สายเส นเดี ยว (single line) ที่ ต อพ วงกั น เพื่ อเพิ่ มจํ านวน LED ได อั ตราการถ ายทอดข อมู ลอนุ กรม 800 กิ โลบิ ตต อวิ นาที (kbps) ใช ไฟเลี้ ยง +3.5V ถึ ง +5.5V ข อควรระวั งในกรณี ใช ในร ม เมื่ อสั่ งให LED มี ความสว างสู งสุ ด จะได แสงที่ มี ความ สว างมากจนอาจแสบตาได รู ปที่ 3-2 ลั กษณะและส วนประกอบของ ZX-RGB8S แถบ LED 3 สี RGB แบบโปรแกรมได 8 ดวง
KidBrightIoT 29 3.3 มิ นิ บอร ดตั วตรวจวั ดความส องสว างแสง : ZX-LUX เป นแผงวงจรขนาดเล็ กที่ ติ ดตั้ งตั วตรวจจั บแสงเบอร BH1750 โดย BH1750 เป นผลงานของ ROHM Semiconductor (www.rohm.com) ผู ผลิ ตอุ ปกรณ สารกึ่ งตั วนํ าชั้ นนํ าของโลก BH1750 นั บเป นตั วตรวจจั บแสงที่ มี ประสิ ทธิ ภาพสู ง ติ ดต อผ านบั ส 2 สายหรื อ I2C ให ผลการวั ดความส องสว าง แสงเป นหน วยลั กซ (Lux) ทํ าให นํ าข อมู ลที้ ได ไปใช ประโยชน ต อได ทั นที โดยไม ต องพึ่ งกระบวนการ ทางคณิ ตศาสตร เพื่ อแปลงหน วย ภายในตั วตรวจจั บมี วงจรแปลงสั ญญาณแอนะล็ อกเป นดิ จิ ทั ลความ ละเอี ยด 16 บิ ต ทํ าให ได ข อมู ลดิ จิ ทั ลของความเข มแสงที่ มี ความละเอี ยดและแม นยํ ามากพอสํ าหรั บ การนํ าไปสร างเครื่ องวั ดความเข มแสงหรื อลั กซ มิ เตอร (Luxmeter) คุ ณสมบั ติ ทางเทคนิ คที่ ควรทราบของมิ นิ บอร ดวั ดความส องสว างด วย BH1750 มี ดั งนี้ ติ ดตั้ งตั วตรวจจั บแสงเบอร BH1750 บนบอร ด ภายในมี ตั วรั บแสงเป นโฟโต ไดโอดต อร วม กั บวงจรขยายสั ญญาณ, วงจรแปลงสั ญญาณแอนะล ็อกเป นดิ จิ ทั ล และวงจรเชื่ อมต อระบบบั ส I2C มี ตั วต านทานต อพู ลอั ปที่ ขาเชื่ อมต อบั ส I2C ไว พร อม ทํ าให เมื่ อนํ าไปเชื่ อมต อกั บไมโคร คอนโทรลเลอร ทํ าได ทั นที โดยไม ต องต อตั วต านทานเพิ่ ม ใช ไฟเลี้ ยง 3 ถึ ง 5Vdc กิ นกระแสไฟฟ าตํ่ ามาก ประมาณ 200A เท านั้ น ย านวั ดความเข มแสง 1 ถึ ง 65,535 ลั กซ มี ค าความผิ ดพลาด 20% ทนต อการรบกวนจากแสงอิ นฟราเรด ขนาด 22 x 42 มม. รู ปที่ 3-3 แสดงหน าตาและการจั ดขาของมิ นิ บอร ดวั ดความส องสว างแสงที่ ใช ตั วตรวจจั บ BH1750 มี จุ ดต อสั ญญาณของบั ส I2C ทั้ งแบบ JST 3 ขา (ต อใช งานทั้ ง 2 จุ ดต อร วมกั น) และ 4 ขา รู ปที่ 3-3 แสดงหน าตาและการจั ดขาของมิ นิ บอร ดวั ด ความส องสว างแสงโดยใช BH1750
30 KidBrightIoT 3.4 บอร ดตรวจสอบสภาพความชุ มชื้ นในดิ น : ZX-SOIL มี หน าตาและส วนประกอบแสดงในรู ปที่ 3-4 คุ ณสมบั ติ ทางเทคนิ คโดยสรุ ปมี ดั งนี้ ใช ตรวจจั บความชุ มชื้ น (soil moisture) ของดิ นและการนํ าไฟฟ าของนํ้ า ให ผลการทํ างานแบบดิ จิ ทั ล “1” – ตรวจพบนํ้ าหรื อดิ นเป ยก “0” – ตรวจไม พบนํ้ าหรื อดิ นแห ง ให ผลการทํ างานแบบแอนะล็ อก เป นแรงดั นไฟตรงตามปริ มาณความชุ มชื้ นของดิ น ใช ไฟเลี้ ยงในย าน +3 ถึ ง +5V การใช งาน – เมื่ อทํ างานในแบบดิ จิ ทั ล : ใช งานได เหมื อนกั บสวิ ตช นั่ นคื อ ให ผลการทํ างานเป น “1” เมื่ อตรวจพบนํ้ าหรื อดิ นมี ความชุ มชื้ นมากพอ หรื อดิ นเป ยก และให ผลการทํ างานเป น “0” เมื่ อพื้ นที่ ตรวจจั บแห ง ซึ่ งอาจหมายถึ ง ดิ นมี ความชุ มชื้ นน อย หรื อดิ นแห ง – เมื่ อทํ างานในแบบแอนะล็ อก : ให ผลการทํ างานคล ายกั บวงจรจ ายแรงดั นไฟฟ าปรั บค าได ตามปริ มาณความชุ มชื้ นของดิ น หากมี ความชุ มชื้ นมากหรื อดิ นเป ยก แรงดั นไฟฟ าที่ ได จะสู ง และลดลง เมื่ อดิ นมี ความชุ มชื้ นน อยลงหรื อแห ง ทํ าให ความสามารถในการนํ าไฟฟ าของดิ นบนตั วตรวจจั บลดลง รู ปที่ 3-4 แสดงลั กษณะส วนประกอบและวงจรของบอร ดตรวจวั ดความชุ มชื้ นในดิ น ZX-SOIL
KidBrightIoT 31 3.5 บอร ดตรวจจั บหยดนํ้ าและระดั บนํ้ า : ZX-WATER มี ลั กษณะและส วนประกอบแสดงในรู ปที่ 3-5 คุ ณสมบั ติ ทางเทคนิ คโดยสรุ ปมี ดั งนี้ ใช ตรวจจั บระดั บนํ้ า, ตรวจจั บนํ้ าหยด และตรวจจั บฝน ให ผลการทํ างานแบบดิ จิ ทั ล (“1” - ตรวจพบนํ้ า, “0” - ตรวจไม พบนํ้ า) ให ผลการทํ างานแบบแอะนาล็ อก โดยให แรงดั นไฟตรงที่ เอาต พุ ตตามปริ มาณนํ้ าที่ อยู บนตั วตรวจจั บ ใช ไฟเลี้ ยงในย าน +3 ถึ ง +5V การใช งาน - เมื่ อทํ างานในแบบดิ จิ ทั ล : ใช งานได เหมื อนกั บสวิ ตช นั่ นคื อ ให ผลการทํ างานเป น “1” เมื่ อตรวจพบนํ้ า, หยดนํ้ า หรื อฝน และเมื่ อให ผลการทํ างานเป น “0” เมื่ อพื้ นที่ ตรวจจั บแห ง - เมื่ อทํ างานในแบบแอะนาล็ อก : ให ผลการทํ างานคล ายกั บวงจรจ ายแรงดั นไฟตรงแบบ ปรั บค าได ตามระดั บหรื อปริ มาณนํ้ าที่ อยู บนตั วตรวจจั บ หากมี นํ้ ามาก แรงดั นไฟตรงที่ ได จะสู ง และ ลดลงเมื่ อปริ มาณของนํ้ าหรื อความสามารถในการนํ าไฟฟ าของนํ้ าบนตั วตรวจจั บน อยลง รู ปที่ 3-5 ลั กษณะส วนประกอบและวงจรของบอร ดตรวจจั บหยดนํ้ า ZX-WATER
32 KidBrightIoT 3.6 บอร ดขั บโหลดกํ าลั งไฟฟ าสู ง 4 ช อง : ZX-DRIVER4H มี หน าตาแสดงดั งรู ปที่ 3-6 วงจรของบอร ดมาจากวงจรขั บโหลดกระแสไฟฟ าสู งด วยมอสเฟต นํ ามาประกอบกั น 4 วงจร โดยแรงดั นไฟฟ าที่ จุ ดต อเอาต พุ ตจะเท ากั บแรงดั นไฟตรงอิ นพุ ต ซึ่ งมี ย าน กว าง 5 ถึ ง 12V ดั งแสดงวงจรสมบู รณ ในรู ปที่ 3-7 รู ปที่ 3-6 แสดงส วนประกอบของบอร ด ZX-DRIVER4H วงจรขั บโหลดกํ าลั งไฟฟ าสู ง 5 ถึ ง 12V 2A 4 ช อง คุ ณสมบั ติ โดยสรุ ปของบอร ด ZX-DRIVER4H มี ดั งนี้ ใช มอสเฟตกํ าลั งไฟฟ าสู งในการขั บโหลด ไฟเลี้ ยง 5 ถึ ง 12V ในช องเอาต พุ ต 4 ช อง รองรั บการขั บโหลดกระแสไฟฟ าได สู งถึ ง 2A มี ไฟแสดงผลการทํ างานของวงจรขั บ โดยติ ดสว างเมื่ อวงจรทํ างานเกิ ดกระแสไฟฟ าไป ไหลไปยั งโหลดที่ เอาต พุ ต อิ นพุ ตรั บสั ญญาณลอจิ กหรื อดิ จิ ทั ล ทั้ งแบบ +3.3V และ +5V ทํ างานที่ ลอจิ กสู งหรื อ “1” จุ ดต ออิ นพุ ตมี ทั้ งแบบ JST 2.0 มม. 3 ขา และ IDC 2.54 มม. 3 ขา แบบตั วผู และตั วเมี ย เชื่ อมต อกั บไมโครคอนโทรลเลอร ได ทุ กตระกู ล รวมทั้ งบอร ดคอมพิ วเตอร ขนาดเล็ ก
KidBrightIoT 33 K0 Vin 5-12Vdc J0 5-12Vdc DC jack Q0 SSM3J332R R2 10k D1 R1 820 LED1 OUT1 Q1 RQ5E035 K1 OUT1 J1 IN1 J2 IN2 LED2 OUT2 D2 K2 OUT2 Q2 RQ5E035 R3 820 R4 10k R7 820 Q4 R8 RQ5E035 10k LED4 OUT4 LED3 D4 OUT3 D3 Q3 RQ5E035 R6 10k R5 820 K3 OUT3 J3 IN3 J4 IN4 K4 OUT4 LED0 POWER R0 820 รู ปที่ 3-7 วงจรสมบู รณ ของบอร ด ZX-DRIVER4H วงจรขั บโหลดกํ าลั งไฟฟ าสู ง 5 ถึ ง 12V 2A 4 ช อง 3.7 ป มนํ้ าขนาดเล็ ก เป นป มนํ้ าที่ ต องการแรงดั นไฟเลี้ ยง 3 ถึ ง 6V และกระแสไฟฟ า 100mA ในการใช งานจะต อง จุ มป มนํ้ านี้ ลงในนํ้ า แล วต อสายยางเข าที่ ช องทางนํ้ าออก เมื่ อป มทํ างาน นํ้ าจะถู กดู ดเข ามาและถู กป ม เพื่ อส งออกไปทางช องทางนํ้ าออก ดั งแสดงลั กษณะภายนอกตามรู ปที่ 3-8 รู ปที่ 3-8 ลั กษณะของป มนํ้ าขนาดเล็ ก 6V ผลิ ตจากพลาสติ ก เส นผ านศู นย กลางของรู นํ้ าเข า 4.7 มม. /ทางนํ้ าออกภายนอก 7.5 มม. และมี รู สํ าหรั บส งนํ้ าออกขนาด 4.5 มม. อั ตรานํ้ าไหล 1.2 ถึ ง 1.6 ลิ ตรต อนาที ระดั บนํ้ าที่ ดั นได 40 ถึ ง 110 ซม.
34 KidBrightIoT 3.8 อะแดปเตอร ไฟตรง เป นแหล งจ ายไฟตรงแบบสวิ ตชิ่ ง มี 2 ตั ว ดั งรู ปที่ 3-9 คื อ 1. แบบให แรงดั นไฟตรงขาออก 5V จ ายกระแสไฟฟ าได สู งสุ ด 1A มี หั วต อแบบคอนเน็ กเตอร USB เมื่ อใช งานกั บบอร ด KidBright32iP ให นํ าสาย USB-C มาต อระหว างกั น 2. แบบให แรงดั นไฟตรงขาออก 5V หรื อ 6V จ ายกระแสไฟฟ าได สู งสุ ด 2A ปลายสายเป นหั ว ปลั๊ กแบบบาร เรล (barrel) ซึ่ งเป นมาตรฐานที่ พบโดยทั่ วไป 3.9 พั ดลมไฟตรง เป นพั ดลมที่ ใช ไฟตรง +5V ในการขั บให หมุ น มี หน าตาดั งรู ปที่ 3-10 3.10 สาย USB-C เป นสายสั ญญาณสํ าหรั บเชื่ อมต อระหว างพอร ต USB ของคอมพิ วเตอร กั บบอร ด KidBright 32iP มี ลั กษณะดั งรู ปที่ 3-11 รู ปที่ 3-9 อะแดปเตอร ไฟตรงแบบสวิ ตชิ่ ง 5V 1A สํ าหรั บบอร ด KIdBright32iP และ 5V หรื อ 6V 2A สํ าหรั บ บอร ด ZX-DRIVER4H รู ปที่ 3-10 พั ดลมไฟตรง 5V รู ปที่ 3-11 สาย USB-C
KidBrightIoT 35 ระยะหางระหวางขา 2 มม. ระยะหางระหวางขา 2 มม. GND S 3.3V รู ปที่ 3-12 ลั กษณะและการจั ดสายสั ญญาณ JST3AA-8 3.11 สายสั ญญาณเพื่ อการเชื่ อมต ออุ ปกรณ มี 2 แบบคื อ 1. สาย JST3AA-8 ใช เชื่ อมต อระหว างบอร ด KidBright 32iP กั บมิ นิ บอร ดตั วตรวจจั บและ อุ ปกรณ ต างๆ เป นสายแพ 3 เส น ยาว 8 นิ้ ว ปลายสายทั้ งสองด านติ ดตั้ งคอนเน็ กเตอร แบบ JST 3 ขา ตั วเมี ย ระยะห างระหว างขา 2 มิ ลลิ เมตร มี การจั ดขาดั งรู ปที่ 3-12 2. สาย PH4AA-8 ใช เชื่ อมต อระหว างบอร ด KidBright 32iP กั บมิ นิ บอร ดที่ ใช การติ ดต อผ าน บั ส I2C เป นสายแพ 4 เส น ยาว 8 นิ้ ว ปลายสายทั้ งสองด านติ ดตั้ งคอนเน็ กเตอร แบบ JST/GROVE 4 ขา ตั วเมี ย ระยะห างระหว างขา 2 มิ ลลิ เมตร มี การจั ดขาดั งรู ปที่ 3-13 รู ปที่ 3-13 ลั กษณะและการจั ดสายสั ญญาณ PH4AA-8
36 KidBrightIoT
KidBrightIoT 37 KidBright32iP ในไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 ที่ เป นหั วใจหลั กของบอร ด KidBright มี วงจรแปลงสั ญญาณ แอนะล็ อกเป นดิ จิ ทั ล (Ananlog to Digital Converter : ADC) ความละเอี ยด 12 บิ ต สํ าหรั บในบอร ด KidBright32iP มี วงจร ADC 1 วงจร จํ านวน 5 ช อง โดยต อสั ญญาณแอนะล็ อกเข าที่ จุ ดต อ I1, I2, I3 และ I4 ที่ ใช คอนเน็ กเตอร JST 2 มม. 3 ขา สี ขาว 4 ตั วที่ มุ มล างซ ายของบอร ดเท านั้ น (ไม ใช จุ ดต อ IN1 ถึ ง IN3 ที่ เป นรู ขนาด 4 มม.) และขา VN ที่ เป นจุ ดต อแบบ IDC ตั วผู ดั งแสดงในรู ปที่ 4-1 วงจร ADC ของ ESP32 รั บแรงดั นไฟตรงได สู งสุ ด 3.3V และมี ข อควรระวั งในการใช งานคื อ อย าให แรงดั นไฟตรงที่ ป อนเข าที่ อิ นพุ ตแอนะล็ อก มี ค ามากกว า 3.3V (ค าไฟเลี้ ยงของ ESP32) อย าง เด็ ดขาด เพราะจะทํ าให ตั วไมโครคอนโทรลเลอร เสี ยหายได รู ปที่ 4-1 แสดงตํ าแหน งของจุ ดต ออิ นพุ ตแอนะล็ อกของบอร ด KidBright32iP
38 KidBrightIoT 4.1 การใช งานวงจรแปลงสั ญญาณแอนะล็ อกเป นดิ จิ ทั ลของ KidBright32iP 4.1.1 บล็ อกคํ าสั่ งอ านค าอิ นพุ ตแอนะล็ อก เนื่ องจากความสามารถของการรั บสั ญญาณแอนะล็ อกเป นสิ่ งที่ เกิ ดขึ้ นใหม ในโปรแกรม KidBright IDE จึ งไม มี บล็ อกคํ าสั่ งมาตรฐานมาให ใช งาน จึ งต องเพิ่ มบล็ อกคํ าสั่ งหรื อที่ เรี ยกว า ปลั๊ กอิ น เข าไป ปลั๊ กอิ นที่ แนะนํ าให ใช คื อ iPORT ซึ่ งได แนะนํ าการติ ดตั้ งไปแล วในบทที่ 2 ในปลั๊ กอิ น iPORT มี บล็ อกคํ าสั่ งสํ าหรั บอ านค าสั ญญาณแอนะล็ อก 1 บล็ อกคื อ analog read pin ดั งรู ปที่ 4-2 โดย บล็ อกคํ าสั่ งนี้ รองรั บการเลื อกขาพอร ตหรื ออิ นพุ ตแอนะล็ อก 4 ช องคื อ IN1 ถึ ง IN4 การใช งานให ลากบล็ อกไปวางในตํ าแหน งที่ ต องการ เลื อกหมายเลขขาพอร ตอิ นพุ ตแอนะล็ อก ที่ ต องการอ านค า เมื่ อบล็ อกทํ างานจะทํ าการแปลงสั ญญาณแอนะล็ อกที่ รั บเข ามาเป นข อมู ลดิ จิ ทั ล ตอบ กลั บเป นเลขจํ านวนเต็ มอยู ในช วง 0 ถึ ง 4095 โดยทั่ วไปจะนํ าค าที่ อ านได ไปเก็ บในตั วแปร โดยข อมู ล ดิ จิ ทั ลที่ ได นี้ เที ยบกั บค าของแรงดั นไฟตรงได เท ากั บ 0 ถึ ง 3.3V โดยคํ านวณได จากสมการต อไปนี้ volt = (value x 3.3) /4095 เมื่ อ volt คื อ ค าแรงดั นไฟตรงอิ นพุ ต value คื อ ข อมู ลดิ จิ ทั ลที่ ได จากการแปลงสั ญญาณด วยวงจร ADC เป นเลขจํ านวนเต็ ม รู ปที่ 4-2 บล็ อกคํ าสั่ ง analog read pin ของปลั๊ กอิ น iPORT
KidBrightIoT 39 4.1.2 ป ญหาความไม เป นเชิ งเส นของวงจรแปลงสั ญญาณแอนะล็ อกเป นดิ จิ ทั ลของ ไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 จากทฤษฎี ของการแปลงสั ญญาณแอนะล็ อกเป นดิ จิ ทั ล วงจรควรจะแปลงแรงดั นไฟตรง 0 ถึ ง 3.3V ให เป นข อมู ลดิ จิ ตอล 0 ถึ ง 4095 ต อเนื่ องสมํ่ าเสมอ (เป นเชิ งเส น) แต ในการทดลองพบว า เมื่ อ ป อนแรงดั นไฟตรงอิ นพุ ตตํ่ ากว า 0.1V วงจรกลั บไม ทํ างานให ค าเป น 0 และเมื่ อแรงดั นไฟตรงอิ นพุ ต มากกว า 3.08V วงจรให ค าเต็ มสเกล 4095 โดยแสดงด วยกราฟคุ ณสมบั ติ ที่ แสดงความสั มพั นธ ระหว างแรงดั นไฟตรงอิ นพุ ต (V) กั บค าข อมู ลดิ จิ ทั ลที่ ได จากวงจร ADC ดั งรู ปที่ 4-3 ดั งนั้ นการใช งานวงจรแปลงสั ญญาณแอนะล็ อกเป นดิ จิ ทั ลหรื อ ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 จึ งไม เหมาะที่ จะใช งานกั บตั วตรวจจั บที่ ให ค าเป นแรงดั นไฟตรงค าตํ่ าระดั บมิ ลลิ โวลต (mV) ที่ ต องการความแม นยํ าสู งได รู ปที่ 4-3 กราฟความสั มพั นธ ระหว างแรงดั นไฟตรงอิ นพุ ต (V) กั บค าข อมู ลดิ จิ ทั ลที่ ได จากวงจร ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร ESP32 (ข อมู ลจาก https://www.esp32.com/viewtopic.php?f=19&t=2881& sid=af2da6626111e36c0ccd75931a9c2b5f)
40 KidBrightIoT 4.2 ตั วอย างการใช งานอิ นพุ ตแอนะล็ อกของ KidBright32iP 4.2.1 ใช งาน ZX-SOIL บอร ดวั ดความนํ าไฟฟ าเนื่ องจากความชุ มชื้ นในดิ น ZX-SOIL เป นบอร ดที่ ใช ตรวจวั ดความชุ มชื้ นของดิ น (soil moisture) โดยวั ดเป นค าการนํ า ไฟฟ าของนํ้ าที่ อยู ในดิ น โดยให เอาต พุ ตเป นแรงดั นไฟตรงที่ แปรผั นตรงกั บความชุ มชื้ นของดิ น โดย แสดงรู ปร างและวงจรของ ZX-SOIL ได ดั งรู ปที่ 4-4 โดยต อตรงเข ากั บจุ ดต ออิ นพุ ตแอนะล็ อกของ บอร ด KidBright32iP ได ทั นที รู ปที่ 4-4 หน าตาและวงจรของ ZX-SOIL บอร ดตรวจวั ดความชุ มชื้ นในดิ น รู ปที่ 4-5 การต อใช งาน บอร ด KidBright32iP กั บ ZX-SOIL
KidBrightIoT 41 การทดสอบเพื่ อใช งานมี ขั้ นตอนดั งนี้ (1) ต อสายจาก ZX-SOIL เข ากั บขาอิ นพุ ตแอนะล็ อกของบอร ด KidBright32iP ตามรู ปที่ 4-5 (2) เป ดโปรแกรม KidBright IDE ที่ ติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น iPORT แล ว สร างโปรแกรมที่ 4-1 แล วอั ปโหลด ไปยั งบอร ด KidBrigjht32iP (3) นํ าส วนตรวจจั บของบอร ด ZX-SOIL ไปเสี ยบป กในดิ น ดู ค าที่ บอร ด KidBright32iP อ าน ได จาก ZX-SOIL บั นทึ กค าไว (4) รดนํ้ าให ดิ นชุ มชื้ น ดู ค าที่ บอร ด KidBright32iP อ านได จาก ZX-SOIL บั นทึ กค าไว แล ว เปรี ยบเที ยบค าที่ เปลี่ ยนแปลงไป (5) นํ าข อมู ลที่ ได มากํ าหนดค าของข อมู ลที่ คาดว า นํ้ าชุ มชื้ นเพี ยงพอสํ าหรั บพื ช บั นทึ กไว เป นค า อ างอิ ง เพื่ อนํ าไปใช ในการสร างโครงงานระบบควบคุ มการรดนํ้ าต นไม หรื อต อยอดไปถึ งแปลงกสิ กรรม อั จฉริ ยะได ต อไป โปรแกรมที่ 4-1 โปรแกรมอ านค าแรงดั นไฟตรงจากอิ นพุ ตแอนะล็ อก I1 ของบอร ด KidBright32iP มา แสดงผลที่ ส วนแสดงผล LED 16 x 8 จุ ด
42 KidBrightIoT 4.2.2 ใช งาน ZX-WATER บอร ดตรวจจั บหยดนํ้ า ZX-WATER เป นบอร ดที่ ใช ตรวจวั ดหยดนํ้ ารวมถึ งหยดนํ้ าฝน (rain drop) โดยวั ดการนํ าไฟฟ า ของนํ้ าบนแถบตรวจจั บ ให ผลการทํ างานดั งนี้ เมื่ อทํ างานในแบบดิ จิ ทั ล : ใช งานได เหมื อนกั บสวิ ตช นั่ นคื อ ให ผลการทํ างานเป น “1” เมื่ อตรวจพบนํ้ า, หยดนํ้ า หรื อฝน และเมื่ อให ผลการทํ างานเป น “0” เมื่ อพื้ นที่ ตรวจจั บแห ง เมื่ อทํ างานในแบบแอนะล็ อก : ให ผลการทํ างานคล ายกั บวงจรจ ายแรงดั นไฟตรงแบบ ปรั บค าได ตามระดั บหรื อปริ มาณนํ้ าที่ อยู บนตั วตรวจจั บ หากมี นํ้ ามาก แรงดั นไฟตรงที่ ได จะสู ง และลดลงเมื่ อปริ มาณของนํ้ าหรื อความสามารถในการนํ าไฟฟ าของนํ้ าบนตั วตรวจจั บน อยลง แสดงรู ปร างและวงจรของ ZX-WATER ได ดั งรู ปที่ 4-6 การใช งานต อตรงเข ากั บจุ ดต ออิ นพุ ต แอนะล็ อกของบอร ด KidBright32iP ได ทั นที การทดสอบเพื่ อใช งานมี ขั้ นตอนดั งนี้ (1) ต อสายจาก ZX-WATER เข ากั บอิ นพุ ตแอนะล็ อก I1 ของบอร ด KidBright32iP ตามรู ปที่ 4-7 (2) เป ดโปรแกรม KidBright IDE ที่ ติ ดตั้ งปลั๊ กอิ น iPORT แล ว ใช โปรแกรมที่ 4-1 แล วอั ป โหลดไปยั งบอร ด KidBrigjht32iP รู ปที่ 4-6 หน าตาและวงจรของ ZX-WATER บอร ดตรวจจั บหยดนํ้ า
KidBrightIoT 43 (3) นํ าส วนตรวจจั บของบอร ด ZX-WATER ไปวางในแก วนํ้ าเปล า จากนั้ นค อยๆ เติ มนํ้ าลงในแก ว ดู ค าที่ บอร ด KidBright32iP อ านได จาก ZXWATER ตามระดั บความสู งที่ พิ มพ ไว ด านหลั งของบอร ด ZX-WATER บั นทึ กค าไว (4) นํ าข อมู ลที่ อ านได จากขั้ นตอนที่ (3) มาสร างกราฟแสดงความ สั มพั นธ ของปริ มาณนํ้ ากั บค าผลลั พธ ที่ อ านได จาก ZX-WATER เพื่ อใช เป น ข อมู ลอ างอิ งของการตรวจวั ดระดั บนํ้ าอย างง ายได รู ปที่ 4-7 การต อใช งานบอร ด KidBright32iP กั บ ZX-WATER
44 KidBrightIoT 4.2.3 Soil Stick แท งวั ดความชุ มชื้ นในดิ นแบบความต านทานสนามไฟฟ า เป นผลงานของเกษตรไทย IoT ผลิ ตและออกแบบโดยคนไทย ใช สํ าหรั บทดสอบและประเมิ น ความชุ มชื้ นของดิ นให ผลการทํ างานเป นแรงดั นไฟตรงที่ แปรผกผั นกั บความชุ มชื้ นในดิ น มี สั ญญาณ ควบคุ มการเป ดป ดเพื่ อประหยั ดพลั งงาน กั นนํ้ า นํ าไปป กในดิ นเพื่ อใช งานได จริ ง ทนทาน ให ผลการ วั ดที่ เสถี ยร มี หน าตาแสดงในรู ปที่ 4-8 สํ าหรั บผู ต องการข อมู ลระดั บความชื้ นในดิ น Soil Stick ได รั บการออกแบบมาให มี ความทน ทานต อการใช งานในพื้ นที่ เพาะปลู กจริ ง ทนทานต อการกั ดกร อน เหมาะสํ าหรั บการเก็ บข อมู ลการ เกษตรแม นยํ าในระยะยาว รวมไปถึ งนั กเรี ยน นั กศึ กษา และผู สนใจทดลองทํ าการตรวจวั ดด านอื่ นๆ ได อี กด วย Soil Stick วั ดความชุ มชื้ นในดิ นด วยวิ ธี การวั ดความต านทานสนามไฟฟ าที่ เปลี่ ยนแปลงไป ตามความชุ มชื้ นในดิ น โดยวิ ธี การนี้ หลั กการตรวจวั ดจะมี ค าเปลี่ ยนแปลงตามปริ มาณนํ้ าในดิ นอย าง มี นั ยสํ าคั ญ วั สดุ นํ าไฟฟ าของอุ ปกรณ จะอยู ภายในชั้ นของแผ น FR4 จะไม สั มผั สกั บเนื้ อดิ นโดยตรง ซึ่ งเป นจุ ดเด นของอุ ปกรณ นี้ ประการแรก เนื้ อดิ นไม สร างความเสี ยหายต อส วนการวั ดจากการขู ดหรื อ เสี ยดสี ได ประการที่ สอง สารละลายดิ น ปฏิ กิ ริ ยาทางเคมี ในดิ น หรื อชี วภั ณฑ ทางการเกษตร มี ผลต อ การวั ดค าตํ่ ามาก Soil Stick จึ งเหมาะที่ จะเป นอุ ปกรณ สํ าหรั บการตรวจวั ดความชุ มชื้ นในดิ น ใช วั ดความชุ มชื้ นในดิ น โดยป กลงใน พื้ นที่ ที่ ต องการวั ดได โดยตรง แผงวงจรบรรจุ อยู ในตั วถั งกั นนํ้ า สายสั ญญาณ 4 เส น ขนาด 24 AWG ฉนวน 2 ชั้ น ยาว 1.5 เมตร ไฟเลี้ ยง 3.3V ถึ ง 6V กระแสไฟฟ า 13mA อุ ณหภู มิ ใช งาน 0 ถึ ง 70๐C ให ผลการทํ างานเป นแรงดั นไฟตรงในช วง 0 ถึ ง 3.3V แปรผกผั นกั บความชุ มชื้ นในดิ น รู ปที่ 4-8 หน าตาของ SoilStick แท งวั ดความชุ มชื้ นในดิ นแบบความต านทานสนามไฟฟ า ผลงานของ เกษตรไทย IoT (https://www.facebook.com/AgriThaiIoT)
KidBrightIoT 45 คุ ณสมบั ติ ทางเทคนิ คโดยสรุ ปมี ดั งนี้ ใช วั ดความชุ มชื้ นในดิ น โดยป กหรื อจุ มลงในพื้ นที่ ที่ ต องการวั ดได โดยตรง บรรจุ อยู ในตั วถั งกั นนํ้ ามี สายไฟฉนวน 2 ชั้ น มี ขนาด 24AWG-4C ยาว 1.5 เมตร ต องการไฟเลี้ ยง 3.3V ถึ ง 6V กระแสไฟฟ า 13mA ที่ ไฟเลี้ ยง 5V อุ ณหภู มิ ใช งาน 0 ถึ ง 70 องศาเซลเซี ยส ให ผลการทํ างานเป นแรงดั นไฟตรงในช วง 0 ถึ ง 3V แปรผกผั นกั บความชุ มชื้ นในดิ น ๐ หากดิ นมี ความชุ มชื้ นน อย (ดิ นแห ง) จะให แรงดั นไฟตรงค าสู ง ๐ หากดิ นมี ความชุ มชื้ นมาก (ดิ นเป ยก) จะให แรงดั นไฟตรงค าตํ่ า มี สายควบคุ มการทํ างาน (EN - Enable) สั่ งป ดใช งานเพื่ อประหยั ดพลั งงานได ชุ ดหั ววั ดขนาด 125 x 20 มิ ลลิ เมตร จุ ดวั ดเพื่ อป กหรื อจุ มลงดิ นมี ขนาด 65 x 20 มิ ลลิ เมตร SoilStick มี สายสํ าหรั บต อใช งาน 4 เส น ดั งแสดงในรู ปที่ 4-9 ประกอบด วย 1. สายกราวด (สายไฟสี ดํ า) ต อกั บไฟเลี้ ยงขั้ วลบ 2. สายไฟเลี้ ยง (สายไฟสี แดง) ต อกั บไฟเลี้ ยงขั้ วบวก 3. สายเอาต พุ ต (สายไฟสี ขาว) ต อกั บอิ นพุ ตแอนะล็ อกของไมโครคอนโทรลเลอร 4. สายควบคุ มการทํ างานหรื อเอ็ นเอเบิ ล (สายไฟสี เหลื อง) ทํ างานด วยลอจิ ก “1” ต อกั บ ขาพอร ตเอาต พุ ตดิ จิ ทั ลของไมโครคอนโทรลเลอร หรื อ ต อกั บไฟเลี้ ยงหากไม ต องการควบคุ มเป ดป ดการ ทํ างานของตั วตรวจจั บ หากต องการป ดการทํ างานของ SoilStick ให ส งสั ญญาณลอจิ ก “0” มาที่ ขาเอ็ น เอเบิ ลนี้ รู ปที่ 4-9 แสดงส วนประกอบของ SoilStick และการจั ดสายสั ญญาณ
46 KidBrightIoT รู ปที่ 4-10 วงจรและส วนประกอบของ ADX-SoilStick มิ นิ บอร ดแปลงจุ ดต อสั ญญาณเป นคอนเน็ กเตอร JST 3 ขาสํ าหรั บ SoilStick รู ปที่ 4-11 การต อใช งานมิ นิ บอร ด ADX-SoilStick กั บแท งวั ด SoilStick ในการต อใช งานกั บบอร ดไมโครคอนโทรลเลอร ที่ ผลิ ตโดย INEX แนะนํ าให ต อใช งานร วมกั บ ADX-SoilStick มิ นิ บอร ดแปลงจุ ดต อสั ญญาณเป นคอนเน็ กเตอร JST 3 ขา เพื่ อให ต อใช งานได สะดวก มากขึ้ น ดั งแสดงหน าตาและวงจรของมิ นิ บอร ด ADX-SoilStick ในรู ปที่ 4-10 และแสดงการต อใช งาน กั บ SoilStick ในรู ปที่ 4-11 จะเห็ นว าที่ จุ ดต อ EN จะมี ตั วต านทานค า 4.7k ต อพู ลอั ปเพื่ อกํ าหนดให มี สถานะลอจิ ก “1” ไว อั นเป นการเป ดหรื อเอ็ นเอเบิ ลการทํ างานของ SoilStick ตลอดเวลา หากต องการป ด มี 2 วิ ธี คื อ ต อลง กราวด หรื อต อกั บขาพอร ตไมโครคอนโทรลเลอร แล วเขี ยนข อมู ล “0” มายั งจุ ดต อ EN นี้
KidBrightIoT 47 รู ปที่ 4-12 ตั วอย างการต อใช งาน SoilStick กั บบอร ด KidBright32iP การต อใช งานกั บบอร ด KidBright32iP แสดงในรู ปที่ 4-12 เนื่ องจากต องการใช ขาพอร ตให น อย ที่ สุ ด จึ งเลื อกให SoilStick ทํ างานตลอดเวลาที่ มี การจ ายไฟเลี้ ยง จึ งไม ต อสายเข าที่ จุ ดต อ EN ตั วอย าง โปรแกรมและวิ ธี การใช งานจะเหมื อนกั บ ZX-SOIL ในหั วข อ 4.2.1
48 KidBrightIoT 4.3 ปลั๊ กอิ น iTerminal แสดงค าตั วเลข 4 หลั กบน ส วนแสดงผล LED 16 x 8 จุ ดของบอร ด KidBright32iP ในการแสดงค าตั วเลขของบอร ด KidBright32iP ที่ ใช LED 16 x 8 จุ ดโดยปกติ จะแสดงผล ได 2 หลั ก (โดยไม มี เลื่ อนตั วเลข) ถ าค าตั วเลขมี มากกว า 2 หลั ก จะแสดงผลในแบบตั วเลขวิ่ ง หาก ต องการให แสดงผลเป นเลข 4 หลั ก ทํ าได โดยใช ปลั๊ กอิ น iTerminal ที่ พั ฒนาโดย INEX และ Artron (IOXHOP เดิ ม) โดยการแสดงผลตั วเลขจะมี การลดความละเอี ยดและขนาดลงเหลื อ 4 x 8 จุ ด ดั งแสดง รู ปแบบตั วเลขที่ เกิ ดขึ้ นจากการทํ างานของปลั๊ กอิ น iTerminal ในรู ปที่ 4-13 รู ปที่ 4-13 รู ปแบบการแสดงผลตั วเลขที่ ใช เป นแนวทางในการพั ฒนาปลั๊ กอิ น iTerminal รู ปที่ 4-14 หน าเว็ บสํ าหรั บดาวน โหลดปลั๊ กอิ น iTerminal