บทที่ 9 Arduino และ Motor

ภาพรวมบทเรียน

บทที่ 9 Arduino และ Motor เป็นบทเรียนเกี่ยวกับการควบคุมการเคลื่อนที่ในระบบ IoT โดยมอเตอร์แต่ละประเภทมีลักษณะการใช้งานต่างกัน เช่น DC Motor เหมาะกับงานหมุนต่อเนื่อง, Servo Motor เหมาะกับงานควบคุมตำแหน่งหรือทิศทาง และ Stepper Motor เหมาะกับงานควบคุมตำแหน่งอย่างละเอียด

จากสไลด์ บทนี้แบ่งเป็น 4 หัวข้อหลัก ได้แก่ อุปกรณ์ที่ต้องใช้, โปรแกรมมอเตอร์ DC หมุนซ้าย-ขวา, โปรแกรมมอเตอร์ Servo หมุน 360 องศา และโปรแกรมควบคุมการหมุนด้วยสเต็ปมอเตอร์

9.1 อุปกรณ์ที่ต้องใช้

สไลด์เริ่มจากการทบทวนอุปกรณ์พื้นฐาน เช่น Arduino Uno R3, Breadboard และสาย Jumper จากนั้นเพิ่มอุปกรณ์เฉพาะสำหรับการควบคุมมอเตอร์ ได้แก่ L298N Motor Drive Module, DC Motor, SG90 Micro Servo Motor, ULN2003 Driver Board และ 5V 4-phase Stepper Motor

9.2 ประเภทมอเตอร์และแนวคิดการควบคุม

มอเตอร์ในบทนี้แบ่งได้เป็น 3 กลุ่มหลัก โดยแต่ละกลุ่มเหมาะกับงานที่แตกต่างกัน

9.3 โปรแกรม DC Motor หมุนซ้าย–ขวา

สไลด์ตัวอย่าง 9.1 ใช้ Arduino UNO R3 ควบคุม DC Motor ผ่าน L298N Motor Drive Module โดยต่อขา Arduino 2 ไปยัง IN3 และขา 3 ไปยัง IN4 ของ Motor Driver จากนั้นต่อ OUT3/OUT4 ไปยังสายของ DC Motor

อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3
• บอร์ดทดลอง
• สายไฟ Jumper ผู้–ผู้ และ ผู้–เมีย
• L298N Motor Drive Module
• DC Motor พร้อมใบพัด 80 mm

9.4 Code โปรแกรม DC Motor

โค้ดจากสไลด์กำหนดให้ขา 2 และ 3 ของ Arduino ควบคุมทิศทางมอเตอร์ เมื่อขา 2 เป็น HIGH และขา 3 เป็น LOW มอเตอร์จะหมุนทิศหนึ่ง จากนั้นหยุด และสลับทิศทางโดยให้ขา 2 เป็น LOW และขา 3 เป็น HIGH

int Motor_Pin2 = 2;
int Motor_Pin3 = 3;

void setup() {
  pinMode(Motor_Pin2, OUTPUT);
  pinMode(Motor_Pin3, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  digitalWrite(Motor_Pin2, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  delay(3000);

  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  delay(3000);

  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, HIGH);
  delay(3000);
}

9.5 โปรแกรม Servo Motor หมุน 360 องศา

สไลด์ตัวอย่าง 9.2 ใช้ SG90 Micro Servo Motor แบบหมุนต่อเนื่อง 360 องศา โดยควบคุมด้วยคำสั่ง writeMicroseconds() ซึ่งช่วงค่าประมาณ 1500 microseconds จะหยุดหมุน ค่าน้อยกว่า 1500 จะหมุนทิศหนึ่ง และค่ามากกว่า 1500 จะหมุนอีกทิศหนึ่ง

วิธีการต่อวงจรตามสไลด์

• ต่อขา 3 ของ Arduino เข้ากับสายสีส้มของ Servo
• ต่อขา A5 เข้ากับสายสีแดง
• ต่อขา GND เข้ากับสายสีน้ำตาล

9.6 Code โปรแกรม Servo

#include <Servo.h>

Servo servo_pin;

void setup() {
  servo_pin.attach(3);
}

void loop() {
  servo_pin.writeMicroseconds(0);
  delay(3000);

  servo_pin.writeMicroseconds(1450);
  delay(3000);

  servo_pin.writeMicroseconds(3000);
  delay(3000);
}

9.7 โปรแกรมควบคุมการหมุนด้วย Stepper Motor

Stepper Motor เป็นมอเตอร์ที่เหมาะกับการควบคุมตำแหน่งและมุมอย่างแม่นยำ เพราะหมุนเป็นจังหวะหรือ Step โดยหลักการคือจ่ายไฟให้ขดลวดทีละชุดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กผลักแกนกลางให้หมุน

สไลด์อธิบายว่าการจ่ายไฟให้ขดลวดทั้ง 4 มุมอย่างถูกลำดับจะทำให้มอเตอร์หมุนได้ และหากเปลี่ยนวิธีจ่ายไฟสามารถเพิ่มความละเอียดของการหมุนได้ เช่น จาก 90 องศาเป็น 45 องศา

อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3
• สายไฟ Jumper ผู้–เมีย
• Driver Board ULN2003
• 5V 4-phase Stepper Motor

9.8 Code โปรแกรม Stepper Motor

โค้ดจากสไลด์ใช้ Serial Monitor รับคำสั่งจากผู้ใช้ โดยกำหนดให้พิมพ์ 0 เพื่อหยุดหมุน, 1 เพื่อหมุนขวา และ 2 เพื่อหมุนซ้าย

int Motor_Pin1 = 8;
int Motor_Pin2 = 9;
int Motor_Pin3 = 10;
int Motor_Pin4 = 11;
int Motor_Speed = 4;
char val = '0';

void setup() {
  pinMode(Motor_Pin1, OUTPUT);
  pinMode(Motor_Pin2, OUTPUT);
  pinMode(Motor_Pin3, OUTPUT);
  pinMode(Motor_Pin4, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    val = Serial.read();
    Serial.println(val);
  }

  if (val == '1') {
    rightspin();   // หมุนวนขวา
  }

  if (val == '2') {
    leftspin();    // หมุนวนซ้าย
  }

  if (val == '0') {
    digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
    digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
    digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
    digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  }
}

void rightspin() {
  digitalWrite(Motor_Pin1, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  delay(Motor_Speed);

  digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin2, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  delay(Motor_Speed);

  digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  delay(Motor_Speed);

  digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin4, HIGH);
  delay(Motor_Speed);
}

void leftspin() {
  digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin4, HIGH);
  delay(Motor_Speed);

  digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  delay(Motor_Speed);

  digitalWrite(Motor_Pin1, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin2, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  delay(Motor_Speed);

  digitalWrite(Motor_Pin1, HIGH);
  digitalWrite(Motor_Pin2, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin3, LOW);
  digitalWrite(Motor_Pin4, LOW);
  delay(Motor_Speed);
}

9.9 ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ Motor ในโครงงาน IoT

ช่วงท้ายสไลด์มีตัวอย่างการนำมอเตอร์ไปประยุกต์ใช้ในโครงงานจริง เช่น ถังขยะอัตโนมัติ และ บ้านแมว โดยใช้ Sensor ตรวจจับสถานะ แล้วใช้ Servo Motor ควบคุมการเปิด–ปิด พร้อมแจ้งเตือนผ่าน LINE Notify หรือระบบแจ้งเตือนอื่น

แบบฝึกหัดท้ายบท

1. อธิบายหน้าที่ของ L298N Motor Drive Module ในการควบคุม DC Motor
2. เขียนตารางการต่อขา Arduino กับ L298N และ DC Motor ตามตัวอย่างในบทเรียน
3. ปรับโค้ด DC Motor ให้หมุนซ้าย 5 วินาที หยุด 2 วินาที แล้วหมุนขวา 5 วินาที
4. อธิบายความหมายของค่า writeMicroseconds(0), 1450 และ 3000 ในโปรแกรม Servo
5. อธิบายหลักการทำงานของ Stepper Motor และเหตุผลที่ควบคุมตำแหน่งได้แม่นยำ
6. แก้โค้ด Stepper Motor ให้รับคำสั่งจาก Serial Monitor เป็นตัวอักษร R, L และ S แทน 1, 2 และ 0
7. ออกแบบโครงงานถังขยะอัตโนมัติ โดยระบุ Sensor, Motor, Output และระบบแจ้งเตือนที่ต้องใช้
8. เปรียบเทียบว่า DC Motor, Servo Motor และ Stepper Motor เหมาะกับงานแบบใดบ้าง