การทดลองที่ 5.3

การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง

วัตถุประสงค์ในการทดลอง

1.    ฝึกการต่อวงจรโดยใช้สวิตช์ควบคุมด้วยแสง Opto-Interrupter บนเบรดบอร์ดอย่างถูกต้อง

2.   รู้จักการทำงานทางกายภาพของสวิตช์ควบคุมด้วยแสง

3.   ประยุกต์ใช้งานวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสงร่วมกับบอร์ด Arduino ได้อย่างถูกต้องและเกิดประโยชน์

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง  

                    1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                          1 อัน
            2. อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง H21A1 หรือ TCST2202         1 ตัว
            3. ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว                                             1 ตัว
            4. ตัวต้านทาน 220Ω                                                                     1 ตัว
            5. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                                  1 ตัว
            6. ตัวต้านทาน 10kΩ                                                                      1 ตัว
            7. บัซเซอร์แบบเปียโซ (Piezo Buzzer)                                        1 ตัว
            8. สายไฟสําหรับต่อวงจร                                                               1 ชุด
            9. มัลติมิเตอร์                                                                                  1 เครื่อง

ขั้นตอนและผลการทดลอง

      1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.3.1 โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V และ GND จากบอร์ด Arduino 

ภาพการต่อวงจรบนเบรดบอร์ดจำลอง

ภาพการต่อวงจรจริงบนเบรดบอร์ด

      2. เขียนโค้ด Arduino เพื่อรับค่าอินพุตแบบดิจิทัลที่ขา D3 (จากสัญญาณ Vout ของวงจรบนเบรด
บอร์ด) แล้วสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 เพื่อแสดงค่าของอินพุตที่รับโดยใช้LED เป็นตัวแสดง
สถานะทางลอจิก (ถ้าไม่มีวัตถุมาปิดกั้นช่องรับแสง LED จะต้องไม่ติด) 

Code: Arduino
const byte TCST = 3;
const byte LED1_PIN = 5;

void setup() {
  pinMode (TCST, INPUT);
  pinMode (LED1_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin (9600);
}

void loop() {
  digitalWrite (LED1_PIN,(digitalRead(TCST)));

}

      3. ใช้กระดาษสีดําปิดกั้น (หรือวัตถุอื่น เช่น ไม้บรรทัดเหล็ก) บริเวณช่องรับแสงของอุปกรณ์สวิตช์
ควบคุมด้วยแสง สังเกตความแตกต่างระหว่างกรณีที่มีวัตถุปิดกั้นและไม่มี (เช่น ใช้มัลติมิเตอร์วัด
แรงดัน Vout)

วัดแรงดัน Vout. ที่ขณะมีวัตถุกั้น

วัดแรงดัน Vout. ที่ขณะไม่มีวัตถุกั้น

      4. ทดลองต่อบัซเซอร์แบบเปียโซ (สร้างเสียงเตือน) แทนวงจร LED ในวงจรบนเบรดบอร์ด (โดยนําไปต่ออนุกรมกับตัวต้านทานขนาด 330Ω และใหส้ังเกตว่า บัซเซอร์แบบเปียโซมีขาบวกและขาลบ) 

      5. แก้ไขโค้ด Arduino เพื่อนับเวลาตั้งแต่เริ่มนํากระดาษไปปิดกั้นจนถึงเมื่อนํากระดาษออกในแต่ละครั้งโดยวัดช่วงเวลาเป็นหน่วยมิลลิวินาที (msec) และให้แสดงผลออกทางพอร์ตอนุกรมผ่านทาง Serial 
Monitor ของ Arduino IDE (ให้ศึกษาการใช้คําสั่ง millis() สําหรับการเขียนโค้ด Arduino) 

Code: Arduino

const byte TCST = 3;
const byte LED1_PIN = 5;
unsigned long time1;
unsigned long time2;
unsigned long DeltaTime;
void setup() {
  pinMode (TCST, INPUT);
  pinMode (LED1_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin (9600);
}
void loop() {
  digitalWrite(LED1_PIN, (digitalRead(TCST) == HIGH) ? HIGH : LOW);
  if (digitalRead(TCST) == HIGH)
  {
    time1 = millis();
    while (true)
{
      time2 = millis();
      if (digitalRead(TCST) == LOW)
      {
        Serial.print("Time :");
        DeltaTime = (time2 - time1);
        Serial.println(DeltaTime);
        break;
      }
    }
  }
  delay(100);
}

บันทึกผลการทดลอง

จากการทดลองข้อที่ 2 :

จากการทดลองข้อที่ 3 :

จากการทดลองข้อที่ 4 :

คำถามท้ายการทดลอง

              1. จากการทดลองพบว่า จะวัดแรงดัน Vout ได้เท่ากับ 0.103 โวลต์ เมื่อไม่มีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์H21A1 และจะวัด Vout ได้เท่ากับ 4.954 โวลต์ เมื่อมีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ดังกล่าว
     2. ถ้านํากระดาษสีขาวและกระดาษสีดํา ไปปิดกั้นช่องรับแสง ในแต่ละกรณีจะให้ผลการทำงานของวงจรที่แตกต่างกันหรือไม่จงอธิบาย  ไม่แตกต่างกัน เนื่องจากตัวอุปกรณ์สวัิตช์ควบคุมด้วยแสง H21A1 มีวิธีการตรวจจับแบบ Transmissive, Slotted