บทที่ 4 Arduino เซ็นเซอร์

ภาพรวมบทเรียน

บทที่ 4 Arduino เซ็นเซอร์ เน้นการประยุกต์ใช้ Arduino ร่วมกับเซ็นเซอร์ที่ใช้บ่อยในงาน IoT ได้แก่ เซ็นเซอร์ตรวจจับแสง LDR และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ/ความชื้น DHT11 และ DHT22 ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับโครงงาน Smart Farm, Smart Home และระบบเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อม

จากสไลด์ เนื้อหาหลักแบ่งออกเป็น 3 ช่วงสำคัญ คือ (1) การแนะนำอุปกรณ์พื้นฐานสำหรับงานเซ็นเซอร์ (2) โปรแกรมเปิด-ปิดหลอด LED ด้วยเซ็นเซอร์ตรวจจับแสง และ (3) โปรแกรมเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้นด้วย DHT22

4.1 อุปกรณ์พื้นฐานเซ็นเซอร์ ตรวจจับแสง อุณหภูมิ และความชื้น

สไลด์เริ่มจากการทบทวนอุปกรณ์พื้นฐานที่ใช้ต่อวงจร Arduino เพื่ออ่านค่าเซ็นเซอร์และแสดงผล ได้แก่ Arduino UNO R3, หลอด LED, ตัวต้านทาน, บอร์ดทดลอง, เซ็นเซอร์แสง LDR และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ/ความชื้น DHT22

4.1.5 เซ็นเซอร์ตรวจจับแสง LDR

LDR หรือ Light Dependent Resistor เป็นตัวต้านทานที่ค่าความต้านทานเปลี่ยนไปตามระดับความเข้มแสง เมื่อมีแสงมากค่าความต้านทานจะลดลง และเมื่อแสงน้อยค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้น จึงนิยมใช้ในโครงงานตรวจจับสภาพสว่าง เช่น โคมไฟอัตโนมัติ ระบบเปิดไฟเมื่อมืด หรือระบบวัดสภาพแสงในโรงเรือน

4.1.6 เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ และความชื้น DHT22

DHT22 เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้วัดทั้งอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ มีช่วงการวัดกว้างกว่าและแม่นยำกว่า DHT11 ตามสไลด์ระบุว่า DHT22 วัดอุณหภูมิได้ประมาณ -40°C ถึง 80°C และวัดความชื้นได้ประมาณ 0% ถึง 100% RH จึงเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความละเอียดมากขึ้น เช่น ระบบติดตามสภาพแวดล้อมในห้อง ปลูกพืช หรือระบบบันทึกข้อมูลวิจัย

เปรียบเทียบความแตกต่างของ DHT11 และ DHT22

สไลด์ได้เปรียบเทียบ DHT11 และ DHT22 เพื่อให้ผู้เรียนเลือกใช้งานได้เหมาะสม โดย DHT11 เหมาะกับงานเบื้องต้นที่ไม่ต้องการความละเอียดมาก ส่วน DHT22 เหมาะกับงาน IoT และงานวิจัยที่ต้องการช่วงการวัดกว้างและแม่นยำกว่า

4.2 โปรแกรม เปิด-ปิด หลอด LED ด้วยเซ็นเซอร์ตรวจจับแสง

หัวข้อนี้ใช้ LDR ในการตรวจจับความสว่าง แล้วนำค่าที่อ่านได้มาใช้ตัดสินใจเปิดหรือปิดหลอด LED โดยใช้คำสั่ง analogRead() อ่านค่าจากขา Analog ซึ่ง Arduino จะอ่านค่าได้อยู่ในช่วง 0 ถึง 1023

4.2.1 อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3 พร้อมสาย USB
• เซ็นเซอร์ตรวจจับแสง LDR
• LED ขนาด 5mm จำนวน 1 ดวง
• บอร์ดทดลอง Breadboard
• Resistor 330Ω สำหรับ LED และ Resistor 10kΩ สำหรับวงจร LDR
• สายไฟ Jumper ผู้-ผู้

4.2.2 วิธีการต่อวงจร

จากสไลด์ แนะนำให้ต่อ LED ที่ขา Digital และต่อ LDR เข้ากับขา Analog ผ่านวงจรแบ่งแรงดัน เพื่อให้ Arduino อ่านระดับแสงได้เป็นค่า Analog

4.2.3 ตัวอย่างโปรแกรม LDR

ตัวอย่างโค้ดด้านล่างสอดคล้องกับแนวคิดในสไลด์ คืออ่านค่าแสงจากขา Analog แล้วนำมาใช้ตัดสินใจเปิด-ปิดหลอด LED

int ledPin = 3;
int analogPin = A5;   // ขาที่อ่านค่าสัญญาณจาก LDR
int val = 0;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  val = analogRead(analogPin);   // อ่านค่าจาก LDR
  Serial.print("val = ");
  Serial.println(val);

  if (val < 100) {               // ถ้าแสงน้อย
    digitalWrite(ledPin, HIGH);  // เปิด LED
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);   // ปิด LED
  }

  delay(100);
}

4.3 โปรแกรม เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ และความชื้น

ช่วงท้ายของสไลด์เป็นการนำ Arduino มาใช้งานร่วมกับ DHT22 เพื่ออ่านค่าอุณหภูมิและความชื้น แล้วแสดงผลทาง Serial Monitor เหมาะสำหรับงานเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมเบื้องต้น

4.3.1 อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3 พร้อมสาย USB
• เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น DHT22
• Breadboard
• Resistor 4.7kΩ หรือ 10kΩ สำหรับ Pull-up
• สายไฟ Jumper ผู้-ผู้

4.3.2 การติดตั้ง Libraries

ในสไลด์มีการกล่าวถึงการติดตั้งไลบรารีสำหรับ DHT ก่อนใช้งานโค้ดจริง ปัจจุบันแนะนำให้ติดตั้งผ่าน Arduino IDE → Library Manager เพื่อให้ง่ายและสะดวกกว่า โดยค้นหาและติดตั้งอย่างน้อย 2 ตัว ได้แก่

• DHT sensor library (ของ Adafruit)
• Adafruit Unified Sensor

4.3.3 วิธีการต่อวงจร DHT22

ตามแนวทางในสไลด์ สามารถต่อ DHT22 เข้ากับ Arduino โดยใช้ ขา 2 เป็นขาสัญญาณข้อมูล (DATA), ต่อ VCC เข้ากับ 5V และต่อ GND เข้ากับ GND พร้อมเพิ่มตัวต้านทาน Pull-up ระหว่าง VCC และ DATA

4.3.4 โปรแกรม (Code)

ตัวอย่างโค้ดด้านล่างสรุปแนวคิดจากสไลด์สำหรับการอ่านค่าอุณหภูมิและความชื้นด้วย DHT22 ผ่านไลบรารี DHT

#include "DHT.h"

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Status\tHumidity (%)\tTemperature (C)");
  dht.begin();
}

void loop() {
  delay(2000);

  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();

  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
    return;
  }

  Serial.print("OK\t");
  Serial.print(humidity);
  Serial.print("\t\t");
  Serial.println(temperature);
}

แบบฝึกหัดท้ายบท

1. อธิบายหลักการทำงานของ LDR และยกตัวอย่างการใช้งาน 2 กรณี
2. ทำไมการต่อวงจร LDR จึงต้องใช้ตัวต้านทานร่วมกันในลักษณะวงจรแบ่งแรงดัน
3. เขียนโปรแกรมให้ LED ติดเมื่อค่าที่อ่านจาก LDR ต่ำกว่า 200
4. เปรียบเทียบ DHT11 และ DHT22 ในด้านช่วงการวัดและความแม่นยำ
5. อธิบายหน้าที่ของ Library DHT sensor library และ Adafruit Unified Sensor
6. วาดแผนภาพการต่อวงจร DHT22 กับ Arduino และระบุขาสำคัญให้ถูกต้อง
7. เขียนโปรแกรมอ่านค่าอุณหภูมิและความชื้นจาก DHT22 และแสดงผลผ่าน Serial Monitor
8. อธิบายสาเหตุที่อาจทำให้เกิด Error DHT.h: No such file or directory