งาน 8 โครงงานเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ

โครงงานเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ

โดย นาย ศุภเศรษฐ์ เกษศิลป์ (pon_tay@hotmail.com) สาขาวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์ ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ     Download Simulink Model File (proj07_clothdrying.7z)     ที่มาและความเป็นมาของโครงงาน ปัจจุบัน โลกมีการพัฒนาการมากขึ้น ผู้คนต้องแข่งขันในทุกด้าน มีเวลาสำหรับการทำงานในบ้านน้อยลง จึงได้คิดประดิษฐ์เครื่องมือที่สามารถช่วยประหยัดเวลาในการทำงานคือ เครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติขึ้นมามาใช้งานจะได้นำเวลาส่วนที่เหลือไปใช้ในการทำงานอย่างอื่นหรือเมื่อออกไปทำงานนอกบ้าน ในการตากผ้าแต่ละครั้งต้องตากในที่มีแสงแดด จะทำให้ผ้าแห้งไวและไม่มีกลิ่นอับ แต่ในการตากผ้าแต่ละครั้งต้องมีคนคอยเก็บผ้าเมื่อผ้าแห้ง เมื่อฝนตกผ้าที่ตากไว้อาจเปียกได้ ดังนั้นเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติออกแบบ เป็นแบบเป็นแขนยื่นออกไปนอกชายคา เพื่อให้สามารถติดตั้งข้างกำแพงได้ และสามารถใช้งานได้แม้กระทั้งไม่มีสนามให้ติดตั้ง…

ที่มาและความเป็นมาของโครงงาน

ปัจจุบัน โลกมีการพัฒนาการมากขึ้น ผู้คนต้องแข่งขันในทุกด้าน มีเวลาสำหรับการทำงานในบ้านน้อยลง จึงได้คิดประดิษฐ์เครื่องมือที่สามารถช่วยประหยัดเวลาในการทำงานคือ เครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติขึ้นมามาใช้งานจะได้นำเวลาส่วนที่เหลือไปใช้ในการทำงานอย่างอื่นหรือเมื่อออกไปทำงานนอกบ้าน ในการตากผ้าแต่ละครั้งต้องตากในที่มีแสงแดด จะทำให้ผ้าแห้งไวและไม่มีกลิ่นอับ แต่ในการตากผ้าแต่ละครั้งต้องมีคนคอยเก็บผ้าเมื่อผ้าแห้ง เมื่อฝนตกผ้าที่ตากไว้อาจเปียกได้
ดังนั้นเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติออกแบบ เป็นแบบเป็นแขนยื่นออกไปนอกชายคา เพื่อให้สามารถติดตั้งข้างกำแพงได้ และสามารถใช้งานได้แม้กระทั้งไม่มีสนามให้ติดตั้ง การเก็บผ้าเข้าในที่ร่มจะอาศัยชายคาบ้าน ราวตากผ้านี้สามารถนำไปใช้กับห้องแถว หรือ หอพักที่สูง 2 ชั้นขึ้นไปได้ โดยติดกับระเบียงหลังห้อง

คุณสมบัติการทำงานของโครงงาน

1. สามารถเก็บผ้าที่ตากไว้เข้าในที่ร่มเมื่อฝนตกได้
2. สามารถนำผ้าออกมาตากได้เมื่อตอนฝนหยุดตกแล้ว
3. เมื่อฝนตกจะมีเสียงเตือนให้รับทราบ
4. มีไฟแสดงสถานะให้รู้ว่าผ้าตากอยู่หรือเก็บเข้าที่แล้ว

การต่อวงจรเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ

รูปที่ 2 วงจรสมบูรณ์

วงจรการต่อวงจรที่สมบูรณ์ของโครงงาน

ส่วนที่ 1 บอร์ด Drive Motor DC 12V เป็นการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาใช้ให้เกิดประโยช์น โดยการนำทรานซิสเตอร์และรีเลย์มาต่อมาส่วนที่1 ตาม รูปที่ 2 เพื่อทำไปขับมอเตอร์ให้หมุนกลับทางได้ โดยไม่ต้องไปซื้อบอร์ดที่มีราคาแพงมาใช้แล้วในการต่อใช้งานกับบอร์ดSTM32F4นั้นเป็นการรับข้อมูลมาจากบอร์ดSTM32F4เป็นการสั่งให้มอเตอร์หมุนโดยการต่อจะต่อเข้าที่ PA1และPA2
ส่วนที่ 2 ชุดไฟแสดงสถานะ LED เป็นการรับค่ามาจากบอร์ดSTM32F4โดยเป็นตัวแสดงสถานะให้ทราบว่ามีฝนตกแล้วฝนหยุดตก การแสดงเตือนนั้นจะมี2สี คือ สีแดงกับสีฟ้า สีฟ้า หมายถึง ไม่มีฝนตกเป็นการนำผ้าออกมาตากอยู่ทำให้เราได้รู้สถานะของเครื่องว่าทำงานอยู่ด้วย LED สีฟ้าจะต่ออยู่กับขา PA3
สีแดง หมายถึง ฝนตกหรือเครื่องได้ทำการเก็บผ้าเข้ามาในที่ร่มแล้วLEDสีแดงจะติดขึ้นเพื่อบอกว่าในขณะนี้ฝนตกเครื่องได้ทำการเก็บผ้าแล้วLED สีแดงจะต่ออยู่กับขา PE7
ส่วนที่ 3 เสียงเตือนหรือBuzzer เป็นการเตือนผู้ใช้งานด้วยเสียงว่าขณะนี้ได้มีฝนตกลงมาแล้วเป็นการบอกด้วยว่าได้ทำการเก็บผ้าเข้ามาแล้วในการต่อเข้ากับบอร์ด STM32F4จะต่อเข้ากับขา PE5
ส่วนที่ 4 ขาที่ใช้ของบอร์ดSTM32F4 เป็นเอารูปของบอร์ดที่หมายเลขขาที่เรานำมาใช้งานแล้วได้บอกการต่อขาที่เราใช้ใน รูปที่2ในส่วนที่4จะมีลูกศรชี้ขาที่เราใช้ไว้แล้วเราจะใช้ต่อเพียง ขา PA1,PA2,PA3,PE5,PE7
Limit switch ในวงจรมีหน้าที่ไว้เป็นตัวกำหนดระยะทางให้กับระยะทางของราวตากผ้าที่เราได้ทำขึ้น เพื่อป้องกันการเกิดความเสียของอุปกรณ์ในการทำงานได้ จะทำงานเหมือนกับสวิตช์ปิด-เปิดตัวหนึ่งเมื่อมีการเคลื่อนที่ไปถูกหน้าสัมผัสจะทำให้ตัดการทำงานของมอเตอร์ให้หยุดหมุนจะทำให้ไม่เกิดความเสียหายได้

ส่วนประกอบของวงจรประกอบไปด้วย

1. บอร์ด STM32F4 DISCOVERY
2. บอร์ด Supply 3.3V DC
3. Sensor Rian
4. บอร์ด Drive Motor DC 12V
5. Limit switch
6. Buzzer 5V
7. หลอดไฟ LED
8. Motor DC 12V

โปรแกรม Simulink ที่สมบูรณ์ของโครงงานเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ

รูปที่ 3 โปรแกรม Simulink ของโครงงานเครื่องเก็บผ้า

การใช้โปรแกรม Matlab เขียนโค้ดบน Simulink ของเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ เราได้ทำการใช้บล็อก ADC มาเป็นการรับค่ามาจากเซ็นเซอร์เพื่อเป็นสัญญาเข้าบอร์ด STM32F4 ที่ขา PA5 เป็นInput จากนั้นได้นำค่าที่ จากบล็อก ADC ไปเข้ากับบล็อก Gain เพื่อทำการกำหนดค่าการขยายเพื่อเป็นการตั้งค่าให้กับบอร์ดโดยนำเอาค่าทีได้มา 3.3/4095 ให้เป็นค่าสูงสุด แล้วไปเข้า Low pass filter เพื่อเป็นตัวกรองสัญญารบกวนหรือสัญญาที่เราไม่ต้องการที่นำไปใช้ให้เป็นสัญญาที่ดีขึ้น แล้วนำไปเข้า Matlab Funtion เพื่อทำการเขียนเงื่อนไขที่หนึ่งเข้าใน Matlab Funtion ให้ทำตามเงื่อนไขที่กำหนด นำค่าที่ออกมาตามเงื่อนไขไปเข้าบล็อก Digital output ทั้งสามบล็อกในแต่ละบล็อกจะเป็นค่าที่นำไป 1.เข้ากับชุด Drive Motor เพื่อเป็นการกลับทางหมุนมอเตอร์ 2.เข้ากับหลอดไฟแสดงสถานะ LED นำสัญญาที่ได้ Matlab Funtion อันแรกไปเข้าบล็อก State-flow ที่ได้เขียนเงื่อนไขที่เราต้องการ State-flow จะมีบล็อก pulse generator เป็นตัวกำหนดสัญญา PWM ให้กับบล็อก State-flow แล้วนำค่าที่ได้ตามเงื่อนไขที่เรากำหนดไว้ไปเข้า Digital output3 เป็น output ที่นำไปใช้กับเสียงเตือนในเวลาฝนตกหรือ Buzzer

ในการทำงานจะมีทั้ง 2 กรณี

1. กรณีฝนตก การทำงานของเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติจะทำการเก็บผ้ามาในที่ร่มที่เราติดตั้งไว้ เพื่อจะไม่ให้เสื้อผ้าที่ตากไว้เปียกฝน แล้วจะมีเสียงเตือนให้รู้ว่าฝนตกแล้วหลอดไฟLED จะเปลี่ยนเป็นสีแดงให้รู้ว่าได้เก็บผ้าแล้ว
   โปรแกรมจะทำงานโดยรับค่าเข้ามาจากเซนเซอร์มาเข้าบล็อก ADC เป็นบล็อกแรกจากนั้นจะไปเข้า Gian จะทำให้แปลงเป็นค่าสูงสุดเพื่อเข้าบล็อกต่อไปที่รับ Input และจากนั้นจะไปเข้าบล็อก Matlab Funtion
   ชุดที่1 ทำการประมวลผลตามเงื่อนไขที่เขียนไว้ในตัวมัน แล้วนำค่าที่ได้ไปเข้าบล็อกดิจิตอลเอาต์พุตที่ขา PA1 เพื่อเป็นสัญญาณไปให้ชุดไดร์มอเตอร์ ขา PA3 เป็นค่าที่ออกไปให้กับหลอดแสดงสถานะ LED อีกหนึ่งจะไปเข้าชุดของ State-flow เพื่อที่จะนำสัญญาณไปทำการสั่งให้ Buzzer ทำงานเป็นการเตือนว่าฝนตก
2. กรณีฝนไม่ตกหรือหยุดตกแล้ว การทำงานของเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติจะนำผ้าออกมาตากเหมือนเดิมจากนนั้นหลอดไฟLED จะเปลี่ยนสีเป็นสีฟ้าให้รู้ว่าเครื่องได้ทำการตากผ้าแล้ว
   โปรแกรมจะทำงานโดยรับค่าเข้ามาจากเซ็นเซอร์มาเข้าบล็อก ADC เป็นบล็อกแรกจากนั้นจะไปเข้า Gian จะทำให้แปลงเป็นค่าสูงสุดเพื่อเข้าบล็อกต่อไปที่รับ Input ต่อจากนี้เป็นบล็อกกรองสัญญาณ Low pass filter เพื่อกรองสัญญาณที่ไม่ต้องการออกไปจากระบบ และจากนั้นจะไปเข้าบล็อก Matlab Funtion
   ชุดที่2 ในตอนแรกจะเหมือนกับกรณีที่1เพราะเราได้ทำการรับเซนเซอร์มาจากอันเดียวกันในการทำงาน แต่จะต่างกันในการนำออกไปใช้งาน โดยที่ขาออกจาก Matlab Funtionชุดที่2 จะไปเข้าขาของบล็อกดิจิตอลเอาต์พุตที่ขา PA2 ขานี้จะเป็นการนำสัญญาณไปเข้าชุดไดร์มอเตอร์ เพื่อทำการกลับทางหมุนของมอเตอร์ให้นำผ้าที่เก็บออกไปตากต่อหลังจากฝนได้หยุดตก จากนั้นจะไปเข้า ขา PE7 เป็นไฟแสดงสถานะLED สีฟ้าให้เราได้รู้ว่าเครื่องได้ทำการตากผ้าแล้ว

อธิบายการเขียน m-file

 

อธิบายการเขียน State-flow

หน้าที่ของ State-flow ที่มาใช้ในเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ เพื่อทำการเป็นตัวกำหนดสถานะของ Buzzer ให้มีการดังเพื่อเป็นการเตือนให้ผู้ใช้ได้รู้ แต่ในรูปที่4 นั้นจะเห็นได้ว่าบล็อกจะมีสัญญาณเข้า 2 ตัว ตัวที่ 1 ที่เขียนว่า data1 เป็นการรับเอาข้อมูลเข้ามาในบล็อก ส่วนตัวที่ 2 เป็นตัวกำหนดการทำงานให้เป็นจังหวะที่เป็นหัวลูกศรข้างบนชี้เข้าโดยจะกำหนดให้ทำงานเฉพาะขอบขาขึ้นของการทำงาน สัญญาณออกจะอยู่ 1 ตัว คือ Buzzer เป็นตัวที่จะไปทำให้ Buzzer ติดช

รูปที่ 5 การเขียนโค้ดState-flow

การเขียนโค้ดลงในบล็อก State-flow จะเขียนแบบ flow chart คือจะนำบล็อกวางเป็นเงื่อนไขที่จะนำไปใช้ใน การเขียนของเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติในขั้นตอนแรกเราจะกำหนด Data เป็นข้อมูลที่รับเข้าให้เป็น 0 แล้วนำไปเชื่อมโยงกับบล็อก Buzzer ON โดยนำข้อมูลที่เรากำหนดจาก Data ถ้าเป็น 1 ให้เข้าบล็อก Buzzer ON ทำให้ Buzzer มีเสียงดังออกมาเป็นเวลาที่เราได้เขียนกำหนดเงื่อนไขไว้เป็นเวลา 2 วินาที แล้วจากนั้นจะเข้าบล็อก Buzzer OFFเป็นเงื่อนไขที่ทำให้ Buzzer หยุดการทำงาน จากนั้นจะกลับไปที่ Data รอทำตามเงื่อนไขที่กำหนดไว้อีกครั้ง

หลักการทำงาน เครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ

เครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ นั้นจะทำงานเมื่อมีฝนตกลงมาโดนที่หน้าสัมผัสของเซนเซอร์ตรวจจับฝนตก เมื่อมีฝนตกมากระทบเข้ากับหน้าสัมผัสจะส่งค่าที่ได้ไปเข้าบอร์ดSTM32F4จะทำให้เครื่องเก็บผ้าทำงานเก็บผ้าที่ตากไว้เข้าที่ร่มและเมื่อฝนได้อยู่ตกจะทำให้หน้าสัมผัสที่เปียกฝนในตอนแรกนั้นแห้งลงจะทำให้เครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติได้ทำการนำผ้าที่ตากอยู่หรือผ้าอาจยังไม่แห้ง นำออกมาตากใหม่ให้ผ้าที่ยังไม่แห้งนั้นแห้ง

อุปกรณ์หลักที่ใช้ในการทำงาน

1. แหล่งจ่ายไฟ +12V เพื่อใช้เลี้ยงวงจร Drive Motor DC 12V

รูปที่ 6 แหล่งจ่ายไฟ DC12V

2. แหล่งจ่าย 3.3V เพื่อจ่ายให้วงจรเซนเซอร์และจ่ายไฟ 5V เพื่อจ่ายเลี้ยงคอยล์รีเลย์

รูปที่ 7 แหล่งจ่าไฟ 3.3V กับ 5V

ขั้นตอนในการใช้งานเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติ

ขั้นตอนที่ 1. การตรวจการต่อสายของแต่ละวงจรว่าพร้อมใช้งานหรือไม่ มีสายของวงไหนหลุดออกจากกันหรือไม่ และตรวจสอบการต่อสายเซนเซอร์ว่าพร้อมทำงานหรือไม่

รูปที่ 8 การตรวจการต่อสายของแต่ละวงจร

รูปที่ 9 การตรวจการต่อสายของเซอเซอร์

ขั้นตอนที่ 2.เสียบไฟเลี้ยงเครื่องเก็บผ้าอตโนมัติและเปิดเครื่องพร้อมทำงาน

รูปที่ 10 การเสียบไฟเลี้ยงให้บอร์ดไดร์มอเตอร์

รูปที่ 11 การแสดงไฟสถานะของแต่ละบอร์ดว่าพร้อมใช้งาน

ขั้นตอนที่ 3. เมื่อมีฝนตกและการทำงานของเครื่องเก็บผ้าอัตโนมัติจะนำผ้าที่ตากไว้เข้ามาเก็บแล้วเมื่อฝนหยุดจะนำผ้าออกมาตาก

รูปที่ 12 เครื่องทางานนาผ้ามาตากไฟแสดงเป็นสีฟ้า

3.1เมื่อมีฝนตกทำให้หน้าสัมผัสเปียกน้ำเครื่องจะทำงานจะเก็บผ้าเข้าที่ร่ม

รูปที่ 13 ทาการทดลองโดยเทน้าให้หน้าสัมผัส

รูปที่ 14 เครื่องทางานเก็บผ้าเข้าที่ร่มไฟแสดงเป็นสีแดง

3.1เมื่อไม่มีฝนตกหรือหลังจากฝนหยุดตกแล้วทำให้หน้าสัมผัสแห้งจะทำให้เครื่องทำงานให้นำผ้าออกมาตากเหมือนเดิม

รูปที่ 15 เมื่อฝนหยุดตกหน้าสัมผัสแห้งไฟแสดงสถานะเป็นสีฟ้า

 

รูปที่ 16 เครื่องทาการนาผ้าออกมาตากใหม่อีกครั้ง

 

 

โครงงานนี้เป็นผลงานของนักศึกษา สาขาวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์ ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ เนื้อหาในบทความเป็นการออกแบบและความเห็นส่วนตัวของผู้ทำโครงงาน บริษัท เอมเมจิน จำกัด อาจไม่เห็นด้วยเสมอไป