บทที่ 2 แนะนำอุปกรณ์ IoT

ภาพรวมบทเรียน

บทที่ 2 แนะนำอุปกรณ์ IoT เป็นบทเรียนต่อจากพื้นฐาน IoT โดยเน้นการรู้จักอุปกรณ์จริงที่ใช้ในการทดลองและพัฒนาระบบ IoT โดยเฉพาะบอร์ด Arduino และการใช้งานโปรแกรม Arduino IDE สำหรับเขียน ตรวจสอบ และอัปโหลดโปรแกรมเข้าสู่บอร์ด

สไลด์บทนี้วางหัวข้อหลักไว้ 5 ส่วน ได้แก่ การแนะนำอุปกรณ์พื้นฐาน IoT, การเขียนโปรแกรมภาษา C ของ Arduino, การใช้คำสั่ง if else, การใช้คำสั่งทำซ้ำ และตัวอย่างโปรแกรม

2.1 อุปกรณ์พื้นฐานเกี่ยวกับ Internet of Things

การเริ่มต้นทำ IoT ควรรู้จักอุปกรณ์พื้นฐานที่ใช้ต่อวงจร อ่านค่า ควบคุมอุปกรณ์ และทดลองโปรแกรม อุปกรณ์ที่สไลด์แนะนำประกอบด้วยบอร์ด Arduino, Shield, Breadboard, Jumper Wire, หัวแร้ง, Resistor และ LED

2.2 Arduino คืออะไร?

Arduino อ่านว่า “อาดุ-อี-โน่” หรือ “อาดุยโน่” เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR ที่พัฒนาแบบ Open Source ทั้งด้าน Hardware และ Software จุดเด่นคือใช้งานง่าย เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นและผู้ที่ต้องการสร้างต้นแบบระบบ IoT

บอร์ด Arduino สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอกผ่าน I/O Port และขยายความสามารถด้วย Arduino Shield หลายประเภท เช่น XBee Shield, Music Shield, Relay Shield และ GPRS Shield

2.3 จุดเด่นของ Arduino

• ง่ายต่อการพัฒนา มีรูปแบบคำสั่งพื้นฐาน ไม่ซับซ้อน เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น
• มี Arduino Community ขนาดใหญ่ และมีตัวอย่างให้ศึกษาเป็นจำนวนมาก
• เป็น Open Hardware ทำให้ผู้ใช้สามารถนำบอร์ดไปต่อยอดได้หลายด้าน
• ราคาไม่แพง เหมาะกับการเรียนการสอนและงานต้นแบบ
• รองรับหลายระบบปฏิบัติการ สามารถพัฒนาโปรแกรมได้บนหลาย OS

2.4 รูปแบบการเขียนโปรแกรมบน Arduino IDE

Arduino IDE เป็นโปรแกรมสำหรับเขียนโค้ด ตรวจสอบโค้ด และอัปโหลดโค้ดเข้าสู่บอร์ด Arduino โดยเชื่อมต่อบอร์ดกับคอมพิวเตอร์ผ่านสาย USB

2.5 การเลือก Board และ Port

ก่อนอัปโหลดโปรแกรม ต้องเลือกบอร์ดและพอร์ตให้ถูกต้องใน Arduino IDE โดยไปที่เมนู Tools → Board เพื่อเลือกชนิดบอร์ด และ Tools → Port เพื่อเลือก COM Port ที่บอร์ดเชื่อมต่ออยู่ เช่น COM3 หรือ COM อื่น ๆ

2.6 การ Verify และ Upload โปรแกรม

ขั้นตอนสำคัญในการใช้งาน Arduino IDE คือการกด Verify เพื่อตรวจสอบความถูกต้องและ Compile โค้ด จากนั้นกด Upload เพื่อส่งโปรแกรมผ่านสาย USB ไปยังบอร์ด Arduino เมื่ออัปโหลดสำเร็จ มักแสดงข้อความว่า “Done uploading”

2.7 Layout & Pinout Arduino UNO R3

สไลด์อธิบายส่วนประกอบของ Arduino UNO R3 ซึ่งเป็นบอร์ดที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับการเรียนรู้เบื้องต้น เพราะ Library และ Shield ส่วนใหญ่รองรับรุ่นนี้

2.8 รุ่นต่าง ๆ ของ Arduino

สไลด์แนะนำ Arduino หลายรุ่น โดยแต่ละรุ่นเหมาะกับงานต่างกัน เช่น งานเริ่มต้น งานที่ต้องใช้ I/O จำนวนมาก งานขนาดเล็ก หรืองานที่ต้องเชื่อมต่อ Network

2.9 โครงสร้างโปรแกรม Arduino

โปรแกรม Arduino มีโครงสร้างหลัก 2 ฟังก์ชัน คือ setup() และ loop() โดย setup() ทำงานหนึ่งครั้งเมื่อบอร์ดเริ่มทำงาน ส่วน loop() ทำงานซ้ำไปเรื่อย ๆ

void setup() {
  // ทำงานครั้งเดียว เช่น กำหนดโหมดขา
}

void loop() {
  // ทำงานซ้ำ เช่น อ่านค่า Sensor หรือเปิดปิด LED
}

2.10 การใช้งาน Arduino คำสั่ง if else

คำสั่ง if else ใช้ตัดสินใจตามเงื่อนไข เช่น หากค่าจาก Sensor มากกว่าค่าที่กำหนดให้เปิดอุปกรณ์ มิฉะนั้นให้ปิดอุปกรณ์

int sensorValue = 650;
int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (sensorValue > 500) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

2.11 การใช้งาน Arduino คำสั่งทำซ้ำ

คำสั่งทำซ้ำช่วยให้โปรแกรมทำงานหลายรอบ เช่น กระพริบ LED หลายครั้ง อ่านค่า Sensor ต่อเนื่อง หรือสั่งงานอุปกรณ์เป็นชุด

int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(500);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    delay(500);
  }

  delay(2000);
}

2.12 ตัวอย่างโปรแกรม: LED Blink

ตัวอย่างพื้นฐานที่สุดของ Arduino คือการเปิด-ปิด LED หรือ Blink ซึ่งช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจการกำหนดขา Output และการใช้คำสั่ง digitalWrite() กับ delay()

int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH); // เปิด LED
  delay(1000);                // รอ 1 วินาที
  digitalWrite(ledPin, LOW);  // ปิด LED
  delay(1000);                // รอ 1 วินาที
}

แบบฝึกหัดท้ายบท

1. อธิบายหน้าที่ของ Arduino, Breadboard, Jumper Wire, LED และ Resistor
2. Arduino Shield คืออะไร และมีประโยชน์อย่างไร
3. อธิบายขั้นตอนการเลือก Board และ Port ใน Arduino IDE
4. Verify และ Upload ต่างกันอย่างไร
5. ระบุส่วนประกอบสำคัญของ Arduino UNO R3 อย่างน้อย 5 ส่วน
6. เปรียบเทียบ Arduino UNO R3 กับ Arduino Mega 2560 R3
7. เขียนโค้ดเปิด LED เมื่อค่าจาก Sensor มากกว่า 500
8. เขียนโปรแกรมให้ LED กระพริบ 5 ครั้งแล้วหยุดพัก 2 วินาที