การทดลองที่ 5.3 การต่อวงจรสวิตซ์ควบคุมด้วยแสง

วัตถุประสงค์

•   ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง(Opto-Interrupter) เช่น เบอร์ H21A1
•   ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ชนิดนี้ร่วมกับบอร์ด Arduino

รายการอุปกรณ์

•   แผงต่อวงจร(เบรดบอร์ด) 1 อัน
•   อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสงH21A1 หรือTCST2202 1 ตัว
•   ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว 1 ตัว
•   ตัวต้านทาน 220Ω 1 ตัว
•   ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω 1 ตัว
•   ตัวต้านทาน 10kΩ 1 ตัว
•   บัซเซอร์แบบเปียโซ(Piezo Buzzer) 1 ตัว
•   สายไฟสําหรับต่อวงจร 1 ชุด
•   มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

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

   

   รูปที่ 5.3.1 : ผังวงจรสำหรับต่อวงจรทดลอง

   

   รูปจากการต่อวงจร
2. เขียนโค้ด Arduino เพื่อรับค่าอินพุตแบบดิจิทัลที่ขา D3 (จากสัญญาณ Vout ของวงจรบนเบรด
   บอร์ด) แล้วสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 เพื่อแสดงค่าของอินพุตที่รับโดยใช้ LED เป็นตัวแสดง
   สถานะทางลอจิก(ถ้าไม่มีวัตถุมาปิดกั้นช่องรับแสง LED จะต้องไม่ติด)
   
   Code ในการทดลอง
   const byte Vin_pin = 3;
   const byte Vout_pin = 5;
   long time = millis();
   long Start = 0;
   void setup() {
   pinMode(Vin_pin,INPUT);
   pinMode(Vout_pin,OUTPUT);
   Serial.begin(9600);
   }
   
   void loop() {
   int A = digitalRead(Vin_pin);
   if(A==1 && Start ==0) {Start = time;}
   if(A!=1 && Start !=0) {Serial.println(time-Start); Start = 0;}
   }
3. ใช้กระดาษสีดําปิดกั้น (หรือวัตถุอื่น เช่น ไม้บรรทัดเหล็ก) บริเวณช่องรับแสงของอุปกรณ์สวิตช์
   ควบคุมด้วยแสง สังเกตความแตกต่างระหว่างกรณีที่มีวัตถุปิดกั้นและไม่มี (เช่น ใช้มัลติมิเตอร์วัด
   แรงดัน Vout)
4. ทดลองต่อบัซเซอร์แบบเปียโซ (สร้างเสียงเตือน) แทนวงจร LED ในวงจรบนเบรดบอร์ด (โดยนําไปต่ออนุกรมกับตัวต้านทานขนาด 330Ω และให้สังเกตว่า บัซเซอร์แบบเปียโซมีขาบวกและขาลบ)
5. แก้ไขโค้ด Arduino เพื่อนับเวลาตั้งแต่เริ่มนํากระดาษไปปิดกั้นจนถึงเมื่อนํากระดาษออกในแต่ละครั้ง
   โดยวัดช่วงเวลาเป็นหน่วยมิลลิวินาที (msec) และให้แสดงผลออกทางพอร์ตอนุกรมผ่านทาง Serial
   Monitor ของ Arduino IDE (ให้ศึกษาการใช้คําสั่ง millis() สําหรับการเขียนโค้ด Arduino)

คำถามท้ายการทดลอง

1. จากการทดลองพบว่า จะวัดแรงดัน Vout ได้เท่ากับ…0.107...โวลต์ เมื่อไม่มีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ H21A1 และจะวัด Vout ได้เท่ากับ…4.617…โวลต์ เมื่อมีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ดังกล่าว
2. ถ้านํากระดาษสีขาวและกระดาษสีดํา ไปปิดกั้นช่องรับแสง ในแต่ละกรณี จะให้ ผลการทํางานของ

   วงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย

• ไม่แตกต่างกัน เนื่องจากไม่ว่าจะนำกระดาษสีขาวหรือกระดาษสีดำมาปิดช่องรับแสงของอุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง Piezo Buzzer ก็จะทำงาน ดังนั้นไม่ว่ากระดาษสีขาวหรือกระดาษสีดำก็ไม่มีความแตกต่างกัน