งาน 13 โครงงานชุดหลอดไฟอัจฉริยะ

รูปที่ 1 โครงงานที่สำเร็จ

Contents [show]

ที่มาและความเป็นมาของโครงงาน ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

ในปัจจุบันหลอดไฟที่ใช้กัน เช่น หลอดไฟบนถนน หลอดไฟตามสาธารณะ หรือ หลอดไฟบ้านทั่วไป นั้นจะทำงานได้ก็ต่อเมื่อมีการเปิด – ปิด สวิตซ์ การทำงานของอุปกรณ์ส่องสว่างนั้นๆ ดังนั้น ทางผู้จัดทำโครงงานจึงคิด สิ่งประดิษฐ์ ที่สามารถ เปิด – ปิด อุปกรณ์ส่องสว่าง ได้อัตโนมัติ โดยที่ไม่ต้องไปเปิด – ปิด สวิตซ์ ให้ทำงาน แต่ตัวอุปกรณ์ส่องสว่างจะทำงานเอง และในการคิดค้น ทางผู้จัดทำโครงงานคำนึงถึง การประหยัดพลังงาน และ ต้องมีงบประมาณที่สร้างสิ่งประดิษฐ์ในราคาที่ตลาดยอมรับได้
โดยการทำงานของสิ่งประดิษฐ์ 1.) เมื่อมีแสงมาก หลอดไฟจะดับ 2.) เมื่อมีแสงน้อย หลอดไฟจะติด 3.) เมื่อมีแสงไม่มาก ไม่น้อย หลอดไฟจะหรี่ หรือ เพื่อรักษาความสว่างไว้

คุณสมบัติการทำงานของโครงงาน

• สามารถทำงานได้กับไฟ 220 โวลต์ ความถี่ 50 เฮิร์ต
• หลอดไฟสว่างแบบเต็มที่ เมื่อไม่มีแสงมากระทบที่ตัวรับรู้ LDR
• หลอดไฟสว่างแบบหรี่ เมื่อมีแสงมากระทบตัวรับรู้ LDR ไม่มาก ไม่น้อย
• หลอดไฟดับ เมื่อมีแสงมากระทบที่ตัวรับรู้ LDR มาก
• สามารถตรวจจับการทำงานของแสงที่กำลังสูงสุด 24 วัตต์(W) ค่าความส่องสว่าง 15 แคนเดลา (Cd) และค่าสว่าง 2500 ลักซ์ (lux)
• ระหว่างการหรี่ ยังมีการกระพริบของหลอดไฟ
• ค่าความสว่างของหลอดไฟจะขึ้นอยู่กับค่ากำลังของหลอดไฟชนิดนั้นๆ

การต่อวงจารสำหรับชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

รูปที่ 4 STM32F4 DISCOVERY และ LCD

ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ(Lamp Intelligent) จะใช้วงจรการทำงาน โดย จากรูปที่ 4. เป็นรูปวงจรของบอร์ดSTM32F4 Discovery และ วงจรการต่อ LCD โดยที่บอร์ด STM32F4 นั้นจะเป็นตัวประมวลผล การทำงานของค่า Input ที่รับเข้ามาในบอร์ด และ LCD จะเป็นตัวแสดงผลการทำงานในค่าต่างๆ ที่ได้ตั้งไว้

ส่วนประกอบวงจรประกอบไปด้วย

รูปที่ 5 ชุดแยกกราวด์ เพื่อนำสัญญาณไป Sync Phase ในบอร์ด STM32F4

จากรูปที่ 5 จะเป็นชุดแยกกราวด์ โดยการต่อระหว่าง หม้อแปลง 9 V ที่เข้ามาในวงและ ผ่านไดโอด(Diode) เพื่อตัวสัญญาณด้านลบออก จะเหลือแรงดันประมาณ 6 V และใช้ตัวต้านทาน 500 Ω จะเหลือแรงดันประมาณ 3 V เข้า PC817 ที่ขา 1,2 โดยขา 1 เป็นไฟบวก และ ขา 2 เป็นไฟลบ และ ที่ขา 3 กับ ขา 4 จะเป็นไฟ +5 V ที่มาจากบอร์ด STM32FA และที่ขา 3 จะเป็น กราวด์ และนำตัวต้านทาน 1 kΩ และต่อแบ่งแรงดันเข้าบอร์ดเพื่อนำสัญญาณไปเปรียบเทียบกับสัญญาณในบอร์ด เป็นการ Sync Phase ในบอร์ดทำงานเพื่อให้สัญญาณราบเรียบดีขึ้น

ส่วนประกอบวงจรประกอบไปด้วย

รูปที่ 6 ชุดขับ Sensor LDR

จากรูปที่ 6 จะเป็นชุดขับ Sensor LDR โดยการต่อจะการต่อวงจรแบบแบ่งแรงดัน โดยไฟจากบอร์ด STM32F4 มีแรงดัน +5 V เข้าไฟเลี้ยงในวงจรเข้า ตัวรับรู้ LDR และผ่านตัวต้านทานไหลลง กราวด์ โดยที่จะนำสัญญาณระหว่าง ตัวรับรู้ LDR กับ ตัวต้านทาน มาเข้าบอร์ด

ส่วนประกอบวงจรประกอบไปด้วย

รูปที่ 7 ชุดขับหลอดไฟ

จากรูปที่ 7 จะเป็นชุดขับหลอดไฟ โดยจะเป็นส่วนของ Output โดยที่ในบอร์ด STM32F4 มีเขียนโค๊ดเรียบร้อยแล้ว สัญญาณที่ออกจากบอร์ด จะเป็นสัญญาณ จุดฉนวน ให้กับ BT138 ให้ทำงานโดยผ่านตัว MOC3020 เพื่อแยกกราวด์ ระหว่างไฟตรง กับ ไฟสลับ และนำสัญญาณไปจุดฉนวน เมื่อมีการจุดฉนวน หลอดไฟจะติด

ส่วนประกอบวงจรประกอบไปด้วย

โปรแกรม Simulink

โปรแกรม Simulink ที่สมบูรณ์ของโครงงานชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

รูปที่ 8 Simulink ที่สมบูรณ์

รูปที่ 9 ใน Block set 1

รูปที่ 10 ใน Block set 2

รูปที่ 11 ใน Block set 3

โปรแกรม Simulink ที่ใช้ทั้งหมดในโครงงาน ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

จากรูป12 และ 13 เป็นส่วนของการ Setup โดยสีเหลืองเป็นของบอร์ด STM32F4 และสีม่วง เป็นของ จอแสดงผล LCD

รูปที่ 12 และ รูปที่ 13

รูปที่ 14

จากรูปที่ 14 เป็นส่วนของการรับสัญญาณ Input เข้ามาใน บอร์ด STM32F4 โดยสีฟ้ารับ สัญญาณจาก Sensor LDR สีเขียวรับสัญญาณ PWM และสี เหลืองอ่อน รับสัญญาณ ไฟสลับ

รูปที่ 15

จากรูปที่ 15 เป็นการนำสัญญาณที่รับเข้ามาคูณกับค่า Gain ที่ตั้งไว เปรียบเสมือนการับเปรียบเทียบค่า โดยการ ส่งให้ PWM ออกไปเต็ม 100 เมื่อ ค่า A = 4094 และออกไป 0 เมื่อค่า A = 0

รูปที่ 16

จากรูปที่ 16 เป็นการนำสัญญาณไฟสลับกับสัญญาณ PWM มาเปรียบเทียบกัน โดยใช้หลักการคูณ คือรับค่า Input เป็นดิจิตอล เมื่อสัญญาณเข้ามาจะเป็น 1 และ 0 เมื่อสัญญาณตัวได้ตัวหนึ่งไม่มีการคูณเข้าด้วยกัน ก็จะเป็น 0 เช่น AC = 1 PWM = 1 ดังนั้น 1*1 = 1

AC = 0 PWM = 1 ดังนั้น 1*0 = 0
AC = 1 PWM = 0 ดังนั้น 0*1 = 1
จึงทำให้สัญญาณ จะไปด้วยกัน ที่ความถี่เท่ากัน

รูปที่ 17

จากรูปที่ 17 และ 9 เป็นการนำสัญญาณจากSensor LDR มาเปรียบเทียบค่าให้ตรงกับมาตรฐาน โดยการคำนวณจะเป็นการใช้สูตรการหาค่าความส่องสว่าง และ ค่าความสว่าง ของกำลังหลอดไฟ ที่Sensor LDR รับรู้ได้

รูปที่ 18

จากรูปที่ 18 เป็นการกำหนดตัวแปรให้แก่ค่าที่ต้องการจะเก็บ เพื่อที่จะนำค่าที่รับมานั้นไปแสดงผล บนจอแสดง LCD

รูปที่ 19

จากรูปที่ 19 และ 10 เป็นตัวรับค่าเพื่อไปแสดงให้กับจอแสดงผล LCD โดยค่าที่รับมาแสดงมีทั้งหมด 3 ค่าได้แค่ ค่ากำลังที่ sensor รับได้ ค่าความสว่าง และ ค่าการส่องสว่าง

รูปที่ 20

จากรูปที่ 20 และ 11 เป็นการตั้งค่าให้หน้าจอแสดงผล LCD ว่าอักขระ อยู่บรรทัดไหน คอลัมน์ไหน โดยใช้ Buffer เก็บค่าและส่งให้ Block set LCD ที่เป็นตัวกำหนดตำแหน่งของอักขระ

PCBที่สมบูรณ์ของโครงงานชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

รูปที่ 21

รูปที่ 21 เป็น PCB ที่ใช้งานจริง เป็นชุดขับหลอดไฟ

รูปที่ 22

รูปที่ 22 เป็น PCB ที่ใช้งานจริง ชุดแยกกราวด์ เพื่อนำสัญญาณมา Sync Phase

รูปที่ 23

รูปที่ 23 เป็น PCB ที่ใช้งานจริง ชุดขับ Sensor LDR ต่อแบบแบ่งแรงดัน

หลักการทำงาน ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent) นั้นจะทำงานเมื่อมีแสงมากระทบกับ Sensor LDR โดยSensor นั้นจะอยู่ส่วนบนของเสาไฟ เมื่อมีแสงมากตกกระทบ ที่ Sensor LDR มาก หลอดไฟจะทำการดับ แสดงว่ามีแสงที่มากพอ และ ถ้ามีแสงมาตกกระทบ กับ Sensor LDR น้อยกว่าค่าสูงสุด หลอดไฟจะทำการหรี่ เพื่อรักษาแสงให้มีความสมดุล และสุดท้ายหากไม่มีแสงมากตกกระทบกับ Sensor LDR เลย หลอดไฟจะทำการส่องสว่างมากที่สุด เท่าที่ค่ากำลังของหลอดไฟนั้นๆ ทำงานได้

อุปกรณ์หลัก ที่ใช้ในการทำงาน

1. แหล่งจ่ายไฟ +5 V เพื่อใช้เลี้ยงการทำงานของ วงจรทั้งหมด

2. เครื่องการทำงาน

ขั้นตอนการใช้งาน ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent)

ขั้นตอนที่ 1. ตรวจสอบการต่อสายไฟ ว่าอยู่ในสถานะพร้อมใช้งานหรือไม่ มีสายไหน ขาดหรือชำรุด และตรวจสอบไส้ของหลอดไฟว่าอยู่ในสถานะพร้อมทำงานหรือไม่

ขั้นตอนที่ 2.เสียบไฟเลี้ยงเครื่อง และ เปิดให้เครื่องทำงาน

ขั้นตอนที่ 3. เมื่อเปิดสวิตซ์ การทำงานเรียบร้อยแล้ว เครื่องจะอยู่ในสภาวะปกติ คือ แสงที่มากระทบกับ sensor ด้วยบนของเครื่องเท่าไร ค่าความสว่างของหลอดไฟก็จะเปลี่ยนแปลงไปเท่านั้น

3.1 ในสภาวะปกติเมื่อเครื่องเปิด

3.2 เมื่อมีแสงมากกระทบกับ Sensor LDR ด้านบนสุดของเครื่อง แบบไม่มากไม่น้อยหลอดไฟจะหรี่

3.3 เมื่อมีแสงมากกระทบกับ Sensor LDR ด้านบนสุดของเครื่อง แบบมาก หลอดไฟจะดับสนิท

3.4 เมื่อไม่มีแสงมากระกบกับ Sensor LDR หลอดไฟจะติดสว่างสุด

สรุปผลการทดลอง

ชุดหลอดไฟอัจฉริยะ (Lamp Intelligent) นั้นหัวใจของการทำงานคือ การเปลี่ยนแปลงความสว่างของหลอดไฟ ให้มีการหรี่ การดับ และการสว่างเต็มที่ ในการทดลองจริงนั้นสัญญาณที่นำไป จุดฉนวน (Trigger) นั้น ยังไม่ตรงกับเฟสสัญญาณไฟบ้าน ดังนั้นต้องมีการ Sync Phase เพื่อให้ได้การทำงานที่ ราบเรียบ ขึ้นจากการ Sync Phase สัญญาณที่ได้

จากรูปทั้ง 3 เป็นสัญญาณ จุดฉนวน(Trigger)(สีเหลือง)กับสัญญาณไฟสลับ(สีฟ้า)เทียบกัน
สัญญาณที่ Sync Phase ยังไม่ดีพอ จารรูปทั้ง 3 จะเห็นว่ามีบางช่วงของการจุดฉนวน นั้นมีสัญญาณที่ไม่นิ่งและความถี่ไม่เท่ากันทำให้ในการจุดฉนวนนั้นเกิดการกระพริบ แต่ชุดหลอดไฟอัจฉริยะยังสามารถทำงานแสดงให้เห็นผลอย่างชัดเจนได้ว่า เกิดการพยายามหรี่ เกิดการพยายามดับ และติดสว่างเต็มที่ ดังนั้นจึงขอสรุปสั้นๆว่า ควร Sync Phase ให้ดีกว่านี้ จะทำให้เครื่องสามารถทำงานได้ราบเรียบขึ้น

โครงงานนี้เป็นผลงานของนักศึกษา สาขาวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์ ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ เนื้อหาในบทความเป็นการออกแบบและความเห็นส่วนตัวของผู้ทำโครงงาน บริษัท เอมเมจิน จำกัด อาจไม่เห็นด้วยเสมอไป