หน่วยที่ 7 การขับโหลดไฟฟ้ากระแสสูงและการเชื่อมต่ออุปกรณ์...

หนวยท 7 การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino เรยบเรยงโดยครทนพงษ ภรกษ

1 เอกสารประกอบการสอนวชาไมโครคอนโทรลเลอรเบองตน

หนวยท 7 การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย

ARDUINO

สาระส าคญ

หนงในการประยกตใชงานระบบควบคมอตโนมต คอการควบคมอปกรณทมความตองการกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาสง เชนหลอดไฟ มอเตอร ขดลวดเคลอนท หรอโซลนอยด ในขณะทไมโครคอนโทรลเลอรสามารถขบกระแสไฟฟาทางเอาตพตไมสง คอประมาณ +3 หรอ +5V 20mA ดงนนจงตองมการเรยนรถงแนวทางในการน าไมโครคอนโทรลเลอรไปขบอปกรณทตองการพลงงานไฟฟาสง อปกรณทนยมน ามาใชในการขบโหลดกระแสไฟฟาสงรวมกบไมโครคอนโทรลเลอรคอรเลย (Relay ) รเลยท าหนาทเปนสวตชกระแสไฟฟาสง

เนอหาสาระการเรยนร 7.1 ความรเบองตนเกยวกบรเลย 7.2 วงจรขบรเลย 7.3 การเชอมตออปกรณภายนอกดวยบอรดขบรเลย 7.4 การใชงาน Arduino กบบอรดขบรเลย 4 ชอง

จดประสงคการเรยนร

จดประสงคทวไป 1. เพอใหมความรความเขาใจเกยวกบการขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino 2. เพอใหสามารถน าความรไปประยกตใชในการเขยนโปรแกรมก าหนดการท างานดวย Arduino 3. เพอใหตระหนกถงความส าคญของการขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino



จดประสงคเชงพฤตกรรม 1. อธบายความรเบองตนเกยวกบรเลยได 2. ตอวงจรขบรเลยได 3. เชอมตออปกรณภายนอกดวยบอรดขบรเลยได 4. ควบคมอปกรณภายนอกดวยบอรดขบรเลยได 5. ใชงาน Arduino กบบอรดขบรเลย 4 ชองได



**********************************************************************************

เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino ใชเวลา 20 นาท วชา ไมโครคอนโทรลเลอรเบองตน รหสวชา (2127-2007) ระดบชน ประกาศนยบตรวชาชพ (ปวช.) สาขาวชา เมคคาทรอนกส ค าชแจง 1. แบบทดสอบมทงหมด 10 ขอ (10 คะแนน) 2. ใหผเรยนเลอกค าตอบทถกทสดแลวกาเครองหมายกากบาท () ลงในกระดาษค าตอบ 1. ไมโครคอนโทรลเลอรสามารถจายแรงดนและกระแสไฟฟาไปขบรเลยไดประมาณเทาใด ก. +4 หรอ +5V 20mA ข. +3 หรอ +5V 20mA ค. +2 หรอ +5V 20mA ง. +1 หรอ +5V 20mA 2. รเลยท าหนาท ก. ใชก าหนดขาเปน INPUT ข. โหมดการท างานเปน INPUT หรอ OUTPUT ค. เปนสวตชแรงดนและกระแสไฟฟาสง ง. ก าหนดขาพอรมสถานะเปนลอจกสงหรอลอจกต า 3. รเลยเปนอปกรณทท างานแบบใด

4. หนาสมผส (contact) ทมใชในรเลยเปนแบบใด ก. หนาสมผสปกตปด (Normally Closed:NC)

ข. หนาสมผสปกตปด (Normally Closed:NC) และ ปกตเปด (Normally Opened :NO) ค. หนาสมผสปกต และผดปกต

ง. หนาสมผสปกตเปด (Normally Opened :NO)

ก. กลไกทางกล ข. แมเหลกไฟฟา

ค. สวตซแรงเหวยงหนศนยกลาง ง. สวตซแรงเหวยง

แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 7 เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino



5. คณสมบตรเลยทพมพลงบนตวถงรเลยวา 10A 250VAC , 10A 125VAC หมายความวาอยางไร ก. ใชกบไฟฟากระแสตรงทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดเกน 10 A. ข. ใชกบไฟฟากระแสตรงทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดไมเกน 10 A. ค. ใชกบไฟฟากระแสสลบทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดเกน 10 A. ง. ใชกบไฟฟากระแสสลบทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดไมเกน 10 A.

6. อปกรณทท าหนาทจายแรงดนและกระแสสงโดยเฉพาะเรยกวา ก. ออปแอมป ข. ไมโครคอนโทรลเลอร ค. ไดรเวอร ง. OTA 7. การใชทรานซสเตอรขบแบบเดยว เบอร 2N3904 มคากระแสคอลเลกเตอรสงสดถง ก. 400 mA ข. 300 mA ค. 200 mA ง. 100 mA 8. Relay Module 4 Channels มเอาตพตคอนเนคเตอรอะไรบาง ก. อานคาขอมลทไดรบจากพอรตอนกรม ข. อานคาขอมลทไดรบจากพอรตขนาน

ค. สงงานดวยระดบแรงดน TTL ง. NO/COM/NC

9. การใชไอซขบเบอร ULN2003 ขบกระแสโหลดไดมากทสดเทาใด ก. 600 mA ข. 500 mA ค. 400 mA ง. 300 mA 10. ULN2003 ปองกนแรงดนยอนกลบจากอปกรณเอาตพตอยางไร ก. ตอตวเกบประจ ข. ตอความตานทาน

ค. ตอทรานซสเตอร ง. ตอไดโอด



หนงในการประยกตใชงานระบบควบคมอตโนมต คอการควบคมอปกรณทมความตองการกระแสไฟฟาและ

แรงดนไฟฟาสง เชนหลอดไฟ มอเตอร ขดลวดเคลอนท หรอโซลนอยด ในขณะทไมโครคอนโทรลเลอรสามารถขบแรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาทางเอาตพตไมสง คอประมาณ +3 หรอ +5V 20mA

ดงนนจงตองมการเรยนรถงแนวทางในการน าไมโครคอนโทรลเลอรไปขบอปกรณทตองการพลงงานไฟฟาสง อปกรณทนยมน ามาใชในการขบโหลดกระแสไฟฟาสงรวมกบไมโครคอนโทรลเลอรคอรเลย (Relay)

รปท 7.1 บอรดรเลยใชในการเชอมตออปกรณภายนอกของ Arduino (ทมา www.Thaieasyelec.com)

7.1 ความรเบองตนเกยวกบรเลย รเลยท าหนาทเปนสวตชแรงดนและกระแสไฟฟาสง ใชงานไดทงกบโหลดไฟฟากระแสตรงและกระแสสลบ

เปนอปกรณแมเหลกไฟฟาแบบหนง ทท าหนาทเปนสวตชตดตอหนงชดหรอมากกวา ขนอยกบจ านวนหนาสมผสทรเลยตวหนงๆ บรรจอย

หนวยท 7การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino

นการภายใต การ



รเลยมสญลกษณตามรปท 7.2 (ก) รเลยประกอบดวยสวนส าคญ 2 สวนคอ ขดลวด (Coil) และหนาสมผส (Contact) แบงเปนหนาสมผสปกตปดวงจรหรอแบบตอ (Normally Closed:NC) และปกตเปดวงจรหรอไมตอ (Normally Opened :NO)

รปท 7.2 แสดงสญลกษณและการท างานเบองตนของรเลย (ทมา www.Inex.co.th)

รปท 7.3 การท างานเบองตนของรเลย (ทมา www.Thaieasyelec.com)

การกระตนใหรเลยท างาน ท าไดงายมากเพยงจายแรงดนใหแกขดลวดในปรมาณทขดลวดนนตองการ กท าใหแมเหลกไฟฟาเกดขนท หนาสมผสเกดการดดหนาสมผสจากจด NC มายงจด NO ดงนนเมอรเลยท างาน หนา สมผส NO จะตอวงจร ในขณะท NC จะเปดวงจรแทน ในลกษณะนท างานเหมอนเปนสวตช 2 ทางทควบคมดวยแมเหลกไฟฟา ดงแสดงการท างานในรปท 7.2 (ข)



คณสมบตทส าคญของรเลยไดแก 1. แรงดนตกครอมขดลวด ทท าใหรเลยท างาน (Vcoil หรอ Coil Voltage) 2. คาความตานทานของขดลวด (Coil Resistance) 3. อตราทนไดสงสด ทงแรงดนและกระแสไฟฟาของหนาสมผส (Contact Rating) 4. อายการใชงาน (Operating Time) 5. ต าแหนงขาของหนาสมผส NO, NC และ C รวมทงขาตอใช งานของขดลวด

รปท 7.3 ลกษณะภายนอกของรเลย (ทมา www.Thaieasyelec.com)

หมายเลขในรปท 7.3 มความหมายดงน 1. ยหอรนของผผลต (แบรนด) รวมถงสญลกษณมาตรฐานตางๆ 2. รายละเอยดของไฟฟากระแสสลบทรองรบการท างานได (VAC) 3. รายละเอยดของไฟฟากระแสตรงทรองรบการท างานได (VDC) 4. โมเดล ระดบแรงดนฝงขดลวด ชนดและโครงสราง และขอมลดาน Coil Sensitivity คณสมบตแบบละเอยด ดไดจากตารางท 7.1

ตารางท 7.1 ลกษณะภายนอกของรเลย (ทมา www.Thaieasyelec.com)



จากตารางท 7.1 เปน Relay ยหอ Songle โมเดล SRD รองรบการท างานแรงดนกระแสสลบท 250V@10A หรอ 125V@10A รองรบแรงดนกระแสตรงท 28VDC@10A ฝงขดลวดท างานดวยแรงดน 5 V โครงสรางตว Relay เปนแบบซลด มคาความไวขดลวดท 0.36 W หนาสมผสเปนรปแบบ 1 From C

หนาสมผสแบบ A (Form A) หมายถง หนาสมผสของ Relay ในสภาพปกตจะเปดอย (Normally Open) เขยนเปนสญลกษณไดคอ

หนาสมผสแบบ A (Form A) หนาสมผสแบบ B (Form B) หมายถง หนาสมผสของ Relay ในสภาพปกตจะปด (Normally Close) และ

เขยนเปนสญลกษณไดคอ

หนาสมผสแบบ B (Form B)

หนาสมผสแบบ C (Form C) แบบนเรยกวา "Break, Make หรอ Transfer" เขยนสญลกษณไดดงน

หนาสมผสแบบ C (Form C)

หนาสมผสแบบ C จะมอยดวยกน 3 ขา ในขณะท Relay ยงไมท างาน หนาสมผส 1 และ 2 จะตอกนอย เมอ Relay ท างานหนาสมผส 1 และ 2 จะแยกกน จากนนหนาสมผส 1 จะมาตอกบหนาสมผส 3 แทน พอ Relay หยดท างานหนาสมผส 1 กบ 2 กจะกลบมาตอกนตามเดม

7.2 วงจรขบรเลย ในการท างานปกต พอรตเอาตพตของไมโครคอนโทรลเลอร ไม สามารถน าไปขบอปกรณเอาตพต

กระแสไฟฟาสงไดโดยตรง เนองจากขอจ ากดดานความสามารถในการจายกระแสไฟฟา ดงนนถาตองการน า ไมโครคอนโทรลเลอร ไปขบโหลดกระแสไฟฟาสง ตองมอปกรณทท าหนาทจายแรงดนและกระแสส งโดยเฉพาะ เรยกอปกรณเหลานวาอปกรณขบ หรอไดรเวอร (Driver)

7.2.1 การใชทรานซสเตอรขบแบบเดยว การขบโดยวธน เหมาะสมส าหรบโหลดทมความตองการกระแสไฟฟาปานกลาง ตงแต 30 ถ ง 200 mA

เชนรเลยก าลงต าไปจนถงปานกลาง ทมคาความตานทานของขดลวดภายในรเลยไมต ากวา 100 ohm, หลอดไฟก าลงต า และมอเตอรไฟตรงขนาดเลก



รปท 7.4 วงจรขบโหลดกระแสไฟฟาปานกลาง รปท 7.5 การขบโหลดโดยใชทรานซสเตอรตอแบบดารลงตน (ทมา www.Inex.co.th)

ในรปท 7.4 เปนการตอทรานซสเตอร เขากบขาพอรตของไมโครคอนโทรลเลอร โดยมตวตานทาน R1 ท า หนา ทจ ากดกระแสไฟฟาท ไหลเขาขาเบสของทรานซ สเตอร Q1 ซ งจะท างานก ตอเมอขาพอรตของไมโครคอนโทรลเลอร มสถานะลอจกเปน “1” เมอ Q1 ท างาน เกดกระแสไฟฟาไหลผาน RL ซงเปนโหลดตออย ทางเอาตพต ทขาคอลเลกเตอรของ Q1 กระแสโหลดสงสด (ILmax) มคาเทากบ 12V / 300 ohm = 40 mA ถงแมวา Q1 เบอร 2N3904 มคากระแสคอลเลกเตอรสงสดถง 100mA แตในทางปฏบตจรง ไมควรออกแบบใหทรานซสเตอรท างานถงพกดสงสด ยานปลอดภยของทรานซสเตอร ควรอยไมเกนครงหนงของอตราการทนไดสงสดดวยการจดวงจรตามรปท 7.4 สามารถใชสญญาณจากพอรตเอาตพต กระตนใหทรานซสเตอรท างานเพอขบรเลยขนาดเลกไดอยางปลอดภย

7.2.2 การใชทรานซสเตอรแบบดารลงตนขบโหลดกระแสสง จากการใชทรานซสเตอรตอกนแบบคาสเคด เพอเพมความสามารถในการขบกระแสไฟฟาใหสงขน น ามาส

การใชทรานซสเตอรอกแบบหนงทบรรจทรานซสเตอร 2 ตวตอกนแบบดารลงตนภายใตตวถงเดยวกน ท าใหขบกระแสไฟฟาทางเอาตพตไดสง และมความเรวในการท างานสงดวย โดยใชอปกรณเพยงตวเดยว สงผลใหขนาดของวงจรเลกลง ดงแสดงวงจรตามรปท 7.5 จากวงจร Q1 ซงเปนทรานซสเตอรแบบดารลงตน สามารถขบกระแสไฟฟาทางเอาตพตไดสงถง 750 mA ดวยการตอเขากบพอรตเอาตพต โดยผานตวตานทานจ ากดกระแสเพยงตวเดยวและไมตองตอทรานซสเตอรแบบคาสเคด ท าใหมความเรวในการท างานสง ตลอดจนสามารถขบกระแสไฟฟาทางเอาต พตไดสงพอสมควร



7.2.3 การใชไอซขบ ไอซทใชในการขบโหลดกระแสสง มกจะมวงจรทางเอาตพตเปนแบบคอลเลกเตอรเปด ท า ใหใชกบแรง

ดนไฟฟาทสงได ส าหรบไอซขบหรอไอซไดรเวอรทยกมาอธบายคอเบอร ULN2003 เปนไอซทภายในบรรจอนเวอร เตอรเกต 7 ตว มรปแบบการจดขาและวงจรภายในแสดงในรปท 7.6

ใชกบแรงดนไดสงสด +30V กระแสเอาตพตสงสดในแตละขาเทากบ 500 mA ทงนขนอยกบความสามารถในการจายกระแสไฟฟาของแหลงจายไฟดวย นอกจากนนยงมการตอไดโอดปองกนแรงดนยอนกลบจากอปกรณ เอาตพต ทมโครงสรางเปนขดลวดไวททกขาเอาตพต ท าใหใชขบโหลดทเปนขดลวด เชนรเลย หรอมอเตอรไฟตรงขนาดเลกถงขนาดกลางได

รปท 7.6 การใชไอซไดรเวอรเบอร ULN2003 ขบโหลดกระแสสง (ทมา www.Inex.co.th)



7.3 การเชอมตออปกรณภายนอกดวยบอรดขบรเลย Relay4 ชอง เปนแผงวงจรขบรเลย 4 ชอง ราคาประหยดมคณสมบตทางเทคนคโดยสรปแสดงดานลาง

สวนในรปท 7.7 แสดงวงจรสมบรณและลกษณะรปรางของบอรด Relay4 ชอง

รปท 7.7 ลกษณะภายนอกของ Relay Module 4 Channels (ทมา www.Thaieasyelec.com)

Relay Module 4 Channels มเอาตพตคอนเนคเตอรท Relay เปน NO/COM/NC สามารถใชกบโหลดไดทงแรงดนไฟฟา DC และ AC โดยใชสญญาณในการควบคมการท างานดวยสญญาณโลจก TTL

คณสมบต (Features) • รเลยเอาตพตจ านวน 4 ชอง • สงงานดวยระดบแรงดน TTL • CONTACT OUTPUT ของรเลยรบแรงดนไดสงสด 250 VAC 10 A, 30 VDC 10 A • ม LED แสดงสถานะ การท างานของรเลยและแสดงสถานะของบอรด • มจมพเปอรส าหรบเลอกวาจะใชกราวดรวมหรอแยก • ม OPTO-ISOLATED เพอแยกกราวดสวนของสญญาณควบคมกบไฟฟาทขบรเลยออกจากกน ขาสญญาณ (Pin Definition)



รปท 7.8 แสดงขาทใชในการเชอมตอของ Relay Module 4 Channels (ทมา www.Thaieasyelec.com)

ตารางท 7.2 แสดงขาทใชในการเชอมตอของ Relay Module 4 Channels (ทมา www.Thaieasyelec.com)



รปท 7.9 วงจรสมบรณของ Relay4i บอรดขบรเลย 4 ชอง (ทมา www.Inex.co.th)

การใชงานบอรดขบรเลย Relay4i ตอโหลดทตองการควบคมเขาทจดตอหนาสมผสของรเลย ซงม 4 ชอง แตละชองเลอกใหท างานแบบตอหรอตดวงจรกได ปกตแลวจะเลอกใชงานแบบ ตอวงจรมากกวา นนคอเมอรเลยท างานจะเปนการตอวงจรเพอจายไฟเลยงไปยงโหลดหรออปกรณไฟฟา เพอใหท างานตอไป



รปท 7.10 แสดงสวนประกอบของ Relay4i บอรดขบรเลย 4 ชองและการตอใชงาน (ทมา www.Inex.co.th)

จากรปท 7.10 จะเหนวาผใชงานสามารถตอหนาสมผสรเลยเขากบเครองใชไฟฟาไดสงสด 220Vac 600W (วตต) โดยตอผานเตาเสยบ ในขณะทอกชองหนงนนจะตอกบหลอดไฟ 12V ในแตละชองของหนาสมผสรเลยตอ กบโหลดไดทงแบบไฟฟากระแสตรงหรอกระแสสลบ รวมถงการตอวงจรเพอท าหนาทเปนเหมอนสวตชธรรมดาก สามารถท าได

• ใชไอซขบโหลดกระแสสงเบอร ULN2003 บนบอรดจดวงจรเพอขบรเลย 12V 4 ชอง • ใชไฟเลยง +12V แยกตางหาก • รบสญญาณลอจก “1” จากไมโครคอนโทรลเลอรหรอวงจรภายนอกในการกระตนใหรเลยท า งาน • มไฟแสดงการท างานของรเลย • จดตอหนาสมผสรเลยเปนแบบขนสกรท าใหสามารถตอใชงานไดอยางสะดวก • อตราทนไดของหนาสมผสรเลย 220Vac 5A รองรบโหลดไดไมเกน 600 วตต 1. หนาสมผส NO หมายถงปกตเปดวงจร (Normally Open) เมอรเลยท างานจะตอวงจรเขากบขา C

ดงนนหากตองการใชงานในแบบตอวงจรตองเลอกตอใชงานหนาสมผส NO และ C 2. หนาสมผส NC หมายถงปกตปดวงจร (Normally Close) เมอรเลยท างานจะเปดวงจรออกจากกบขา C

หากตองการใชงานแบบตดวงจรตองเลอกตอใชงานหนาสมผส NC และ C 3. จดตอหนาสมผสรเลยเปนแบบขนสกร ท าใหสามารถตอใชงานไดอยางสะดวก 4. อตราทนไดของหนาสมผสรเลย 220Vac 5A สามารถรองรบโหลดได 600 วตต



5. ตอไฟเลยง +12V ส าหรบเลยงวงจรแยกตางหากจากไฟเลยงของแผงวงจรควบคม 6. เมอตองการใหวงจรขบรเลยชดใดท างาน ใหปอนสญญาณลอจก “1” จากไมโครคอนโทรลเลอรเขาทจด

ตออนพต Relay-1 ถง Relay-4 โดยตอใชงานพรอมกนทง 4 ชอง หรอควบคมแยกชองกได 7. เมอวงจรขบไดรบสญญาณลอจก “1” ไอซขบบนบอรด Relay4i ท างานจะไดยนเสยงหนาสมผสรเลย

ตดตอพรอมกบไฟแสดงการท างานของรเลยตดสวาง หากตองการหยดการท างานใหสงสญญาณลอจก “0”เขามาท อนพตของวงจร

7.4 การใชงาน Arduino กบบอรดขบรเลย 4 ชอง ล าดบตอไปเปนการน าเสนอตวอยางการทดลองเพอน าบอรดมาใชงานกบบอรด Relay4i เพอขบโหลด

กระแสสง โดยแบงออกเปน 2 แบบคอ

สวตชไฟฟาแบบโปรแกรมไดอยางงาย เปนการทดลองขบรเลยอยางงายโดยผใช งานสามารถปรบเปลยนคาเวลาในการท า งานและหยดท างานได

ควบคมการขบรเลยผานคอมพวเตอร 7.4.1 สวตชไฟฟาแบบโปรแกรมไดอยางงาย ในการทดลองน เปนการสรางระบบควบคมเปด/ปด อปกรณไฟฟาตามเวลาอยางงาย เปนการแสดงให

เหนถงการน าระบบไมโครคอนโทรลเลอร ซงใช ไฟเลยง +5V ในการท างานไปควบคมการเปดปดของอปกรณไฟฟาระบบ +12V ซงสามารถน าแนวทางของการทดลองน ไปประยกตใช ควบคมอปกรณไฟฟา 220Vac ไดโดยสงเกตผลการท างานจาก LED แสดงสถานะการท างานของบอรด Relay4i รวมถงเสยงการต ดตอหนาสมผสของรเลย ในขณะท างาน

ตอวงจรตามรปท 7.11 ไฟเลยงบอรด Relay4i คอ +12 V (ควรวดแรงดนจากแหลงจายไฟกอนตอเขา กบบอรดเพอใชงานจรง)

เปดโปรแกรม Arduino IDE เขยนโปรแกรมท 7.1 จากนนคอมไพล และอปโหลดสบอรด Arduino

รนโปรแกรมเมอเรมท างานรเลยทกตวถกควบคมใหหยดท างาน จากนนรเลยชอง 1 จะเปนตวแรกท ท า งานนาน 0.5 วนาทแลวหยดท างาน รเลยชอง 2 จะท างานตอในล าดบถดไป เรยงไปตามล าดบจนครบทง 4 ชอง จากนนรเลยทกชองถกขบใหท างานนาน 0.5 ว นาท แลวหยดลงนาน 0.5 วนาท กอนจะเรมท างานในรอบใหม



รปท 7.11 การเชอมตอวงจรเพอทดลองใชงานบอรด Arduino กบ Relay4i บอรดขบรเลย 4 ชอง (ทมา www.Inex.co.th)

โปรแกรมท 7.1 int RELAY1_PIN = 18; // Output for driving relay pin 1 int RELAY2_PIN = 19; // Output for driving relay pin 2 int RELAY3_PIN = 20; // Output for driving relay pin 3 int RELAY4_PIN = 21; // Output for driving relay pin 4

// Set off state for all relays boolean RELAY_STATE = false; char RelayOut[4] = {RELAY1_PIN,RELAY2_PIN,RELAY3_PIN,RELAY4_PIN}; char i;



void setup() { pinMode(RELAY1_PIN, OUTPUT); // Set output pin pinMode(RELAY2_PIN, OUTPUT); pinMode(RELAY3_PIN, OUTPUT); pinMode(RELAY4_PIN, OUTPUT); digitalWrite(RELAY1_PIN, LOW); // Set default state of relay digitalWrite(RELAY2_PIN, LOW); digitalWrite(RELAY3_PIN, LOW); digitalWrite(RELAY4_PIN, LOW); }

void loop() { for (i=0;i<4;i++) // Loop counter { digitalWrite(RelayOut[i],HIGH); // Turn-on relay delay(500); // Delay 0.5 second digitalWrite(RelayOut[i],LOW); // Turn-off relay delay(500); // Delay 0.5 second } // Turn-on all relays digitalWrite(RELAY1_PIN,HIGH); digitalWrite(RELAY2_PIN,HIGH); digitalWrite(RELAY3_PIN,HIGH); digitalWrite(RELAY4_PIN,HIGH); delay(500); // Delay 0.5 second // Turn-off all relays digitalWrite(RELAY1_PIN,LOW); digitalWrite(RELAY2_PIN,LOW); digitalWrite(RELAY3_PIN,LOW); digitalWrite(RELAY4_PIN,LOW); delay(500); }



ค าอธบายโปรแกรม ในโปรแกรมใชตวแปร Relay Out ซงก าหนดเปนตวแปรแบบอะเรยทมสมาชก 4 ตว แตละตวคอขา

พอรตทใชสงสญญาณไปยงวงจรขบรเลย แลวใชการวนลปเพอท าการเขยนคาไปยงขาพอรตเพอเปดปด วงจรขบร เลย ดวยวธนท าใหโปรแกรมควบคมกระชบขน รเลยแตละตวจะท างานและหยดท างาน 0.5 วนาท เรยงล าดบจากการชดวยตวแปร i จากนนจะท าการขบรเลยทงหมดใหท างาน 0.5 วนาท และหยดท างานทงหมดเปนเวลา 0.5 วนาท จากนนวนกลบไปเรมตนท างานใหม

7.4.2 ควบคมการขบรเลยผานคอมพวเตอร ในการทดลองนเปนการสรางระบบควบคม เปด/ปด อปกรณไฟฟาดวยการควบคมจากคอมพ วเตอร

เปนการแสดงใหเหนถงการสอสารขอมลอนกรมระหวางคอมพวเตอรกบระบบไมโครคอนโทรลเลอร เพ อท าการควบคมการเปดปดของอปกรณไฟฟาผานรเลย

ใชวงจรในรปท 7.11 ท าการทดลอง

เปดโปรแกรม Arduino IDE เขยนโปรแกรมท 7.2 จากนนคอมไพลและอปโหลดสบอรด Arduino

เมออปโหลดโปรแกรมเสรจ ท าการเปดหนาตาง Serial monitor เลอกอตราบอดเปน 9600 โปรแกรมท 7.2

/* Example sketch to control the RELAY4 4-Channel Relay Driver. * Connect Relay4i inputs to Arduino pins 18, 19, 20 and 21 * Open the Serial monitor at 9600 baud * and value to ON/OFF each relay * Credit : http://www.freetronics.com */ int RELAY1_PIN = 18; // Output for driving relay pin 1 int RELAY2_PIN = 19; // Output for driving relay pin 2 int RELAY3_PIN = 20; // Output for driving relay pin 3 int RELAY4_PIN = 21; // Output for driving relay pin 4 byte command = 0;

void setup(){ Serial.begin(9600); // Set baudrate 9600 bps delay(5000); // Initial delay Serial.println(“Arduino with RELAY4i”); // Shows title message Serial.println(“Ready. Type 0 to OFF all relays, 1 – 4 to ON each relay.”); pinMode(RELAY1_PIN,OUTPUT); // Set output pin pinMode(RELAY2_PIN,OUTPUT); pinMode(RELAY3_PIN,OUTPUT);



pinMode(RELAY4_PIN,OUTPUT); resetAllChannels(); // OFF all relay driver delay(1000); // Delay 1 second }

โปรแกรมท 7.2 ไฟล Relay_Simple.ino โปรแกรมภาษา C/C++ ของ Arduinio ส าหรบบอรด Arduino

ในการขบรเลย 4 ตวผานทางบอรด RELAY4i ตามเงอนไขทก าหนดในโปรแกรม

รปท 7.12 การเปดหนาตาง Serial Monitor

(ทมา www.Inex.co.th)

รปท 7.13 การแสดงผลของ Serial Monitor (ทมา www.Inex.co.th)



สรปเนอหาสาระส าคญ

การจะควบคมใหมอเตอรหมนไปกลบ หรอ ซาย-ขวา นนจะตองใช Relay 2 ตวในการควบคม การสรางระบบควบคม เปด/ปด อปกรณไฟฟาดวยการควบคมจากคอมพวเตอร เปนการแสดงใหเหนถงการสอสารขอมลอนกรมระหวางคอมพวเตอรกบระบบไมโครคอนโทรลเลอร เพอท าการควบคมการเปดปดของอปกรณไฟฟาผานรเลย สามารถตอหนาสมผสรเลยเขากบเครองใชไฟฟาไดสงสด 220Vac 600W (วตต) โดยตอผานเตาเสยบ ในขณะทอกชองหนงนนจะตอกบหลอดไฟ 12V ในแตละชองของหนาสมผสรเลย ตอกบโหลดไดทงแบบไฟฟากระแสตรงหรอกระแสสลบ รวมถงการตอวงจรเพอท าหนาทเปนเหมอนสวตชธรรมดากสามารถท าไดโดยใชไอซขบโหลดกระแสสงเบอร ULN2003



เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino ใชเวลา 20 นาท ******************************************************************************************************* ค าชแจง 1. แบบฝกหดมทงหมด 2 ตอน ประกอบดวยตอนท 1 และตอนท 2 (20 คะแนน) 2. แบบฝกหดตอนท 1 เปนค าถามแบบถก-ผด มทงหมด 20 ขอ (10 คะแนน) 3. แบบฝกหดตอนท 2 เปนค าถามแบบปรนย มทงหมด 10 ขอ (10 คะแนน)

ค าชแจง ใหผเรยนกาเครองหมายถก ในขอทคดวาถก และกาเครองหมายผด ในขอทคดวาผด คณสมบตทส าคญของรเลยไดแก 1. แรงดนตกครอมขดลวด ทท าใหรเลยท างาน (Vcoil หรอ Coil Voltage) 2. คาความตานทานของขดลวด (Coil Resistance) ปกต มคาประมาณ 100 ถง 600W 3. อตราทนไดต าสด ทงแรงดนและกระแสไฟฟาของหนาสมผส (Contact Rating) 4. ไมมอายการใชงาน (Operating Time) 5. ต าแหนงขาของหนาสมผส NO, NC และ C รวมทงขาตอใช งานของขดลวด คณสมบต (Features) ของ Relay Module 4 Channels มดงน 6. รเลยเอาตพตจ านวน 2 ชอง 7. สงงานดวยระดบแรงดน CMOS 8. มจมพเปอรส าหรบเลอกวาจะใชกราวดรวมหรอแยก ตว 9. ไมม OPTO-ISOLATED 10. ม LED แสดงสถานะ

แบบฝกหดหนวยท 7

แบบฝกหดตอนท 1



ค าชแจง ใหผเรยนเลอกค าตอบทถกทสดแลวกาเครองหมายกากบาท () ใหครบทกขอ 1. อปกรณทนยมน ามาใชในการขบโหลดกระแสไฟฟาสงรวมกบไมโครคอนโทรลเลอร คอ

ก. สวตซ ข. รเลย ค. แมกเนตก

ง. PLC 2. รเลยใชงานกบโหลดกระแสไฟฟาแบบใด

ก. กระแสตรง ข. กระแสตรงและกระแสสลบ ค. กระแสสลบ 110 V ง. กระแสสลบ 220 V

3. รเลยประกอบดวยสวนส าคญ 2 สวน คอ ก. ตวตานทาน และ ตวเกปประจ ข. ขดลวด และ ตวเกปประจ ค. ขดลวด และ หนาสมผส

ง. ตวตานทาน และ ขดลวด 4. เมอรเลยท างานหนาสมผส (contact) เปนเชนไร ก. NC เปน NO และ NO เปน NC ข. NC เปน NO

ค. NO เปน NC ง. ไมมอะไรเปลนแปลง

5. คณสมบตรเลยทพมพลงบนตวถงรเลยวา 10A 30VDC , 10A 28VDC หมายความวาอยางไร ก. ใชกบไฟฟากระแสตรงทแรงดน 28 ถง 30 V. ทนกระแสไฟฟาไดไมเกน 10 A. ข. ใชกบไฟฟากระแสตรงทแรงดน 28 ถง 30 V. ทนกระแสไฟฟาไดเกน 10 A. ค. ใชกบไฟฟากระแสสลบทแรงดน 28 ถง 30 V. ทนกระแสไฟฟาไดไมเกน 10 A. ง. ใชกบไฟฟากระแสสลบทแรงดน 28 ถง 30 V. ทนกระแสไฟฟาไดเกน 10 A.

แบบฝกหดตอนท 2



6. ขอความทพมพลงบนตวถงรเลยวา SRD-05VDC-SL-C หมายความวาอยางไร ก. ระดบแรงดนฝงขดลวด ชนดและโครงสราง และขอมลดาน Coil Sensitivity ข. โมเดล ระดบแรงดนฝงขดลวด และขอมลดาน Coil Sensitivity

ค. โมเดล ระดบแรงดนฝงขดลวด ชนดและโครงสราง และขอมลดาน Coil Sensitivity ง. โมเดล ระดบแรงดนฝงขดลวด ชนดและโครงสราง

7. เปนหนาสมผสแบบใด ก. ปกตเปด (Normally open) ข. ปกตปด (Normally close)

ค. หนาสมผสแบบ C ง. หนาสมผสแบบ B

8. การขบโหลดแบบดารลงตนเบอร 2N6387 สามารถขบกระแสโหลดไดมากทสดเทาใด ก. 650 mA ข. 700 mA ค. 750 mA ง. 800 mA

9. Relay Module 4 Channels ม OPTO-ISOLATED เพออะไร ก. การท างานของรเลยและแสดงสถานะของบอรด ข. การท างานของรเลย

ค. การท างานของบอรด ง. on/off

10. ไอซทใชในการขบโหลดกระแสสง มกจะมวงจรทางเอาตพตเปนแบบใด ก. อมเตอรรวม ข. เบสรวม ค. คอลเลกเตอรปด ง. คอลเลกเตอรเปด



***************************************************************************************************ค าชแจง

ใหผเรยนทกคนท าการทดลองตามปฎบตการทดลองหนวยท 7 เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino ใชเวลา 180 นาท ( 20 คะแนน)

จดประสงคเชงพฤตกรรม

1. สามารถขบโหลดไฟฟากระแสสงไดถกตอง 2. สามารถแกปญหาในการท างานของบอรด Arduino Uno R3 ได 3. สามารถตอใชงานและอพโหลดโปรแกรมใหกบบอรด Arduino Uno R3 ได

อปกรณการทดลอง

1. เครองคอมพวเตอรและโปรแกรม Arduino IDE 1.6.9 1 ชด 2. USB Cable Arduino Uno R3 1 เสน 3. Arduino Uno R3 Board 1 บอรด

6. Hook-up Wires 10 เสน 7. Breadboard 1 แผง 8. Relay Module4i 1 ตว 9. DC Motor 5 V 1 ตว 10. Incandescent Lamp 1 หลอด

ขอควรระวง 1. ควรระวงไมวางบอรด Arduino Uno R3 หรอชลตางๆ บนโตะโลหะหรอทวางทเปนโลหะเพราะอาจเกดการลดวงจรของภาคจายไฟได

2. ไมควรตอสายตอวงจรในบอรด Arduino Uno R3 ทงไว ควรถอดสายตอวงจรออกใหหมด เพราะผลการทดลองอาจเกดการผดพลาดไมเปนไปตามทฤษฎได

3. ไมควรถอดสายสายโหลด USB เขาออกตลอดเวลา เพราะอาจท าใหภาคจายไฟของบอรด Arduino Uno R3 เสยหายได

ปฏบตการทดลองหนวยท 7 เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino



การทดลองท 7.1 การควบคมมอเตอรใหหมนไดทงซาย-ขวา โดยไมการคมความเรวรอบ

มอเตอรหมนขวา มอเตอรหมนซาย

รปท 7.14 การควบคมทศทางหมนของมอเตอร DC จากวงจรรปท 7.14 เราจะเหนไดวาในการจะควบคมใหมอเตอรหมนไปกลบ หรอ ซาย-ขวา นนจะตองใช Relay 2 ตวในการควบคม หลกการการท างานคอ มบอรด Arduino UNO R3 ในการรบขอมลจากคอมพวเตอรสอสารผานพอรต Serial แลวน าคาทไดไปตรวจสอบวาตรงกบคาทก าหนดไวหรอไม ถาตรงกนกสงให Relay ท างานตามทเราตองการ

1. น าขว + ของมอเตอรตอเขากบขา COM ของรเลยตวท 1 2. น าขว – ของมอเตอรตอเขากบขา COM ของรเลยตวท 2 3. น าขา NC ของรเลยทง 2 ตว ตอเขากบไฟลบ (GND) 4. น าขา NO ของรเลยทง 2 ตว ตอเขากบไฟบวก (+5VDC)

Hardware Required/Circuit

รปท 7.15 แสดงการตอใชงาน Arduino + Relay Module + Motor

http://thaieasyelec.com/products-components/relay.html

http://thaieasyelec.com/products/development-boards/arduino/official-boards-made-in-italy/arduino-uno-r3-detail.html

http://thaieasyelec.com/products-components/relay.html



ตารางท 7.3 แสดงรายละเอยดขาของ Arduino + Relay Module + Motor CODE

#define R 13 //ก าหนดขาทน าไปตอกบรเลย #define L 12 char test ; //สรางตวแปรไวส าหรบรอรบขอมล

void setup() { // Open serial communications and wait for port to open: Serial.begin(9600); pinMode(R, OUTPUT); // ก าหนดโหมดใหเปน Output pinMode(L, OUTPUT); }

void loop() // run over and over { if (Serial.available()) // ตรวจสอบวามขอมลเขามาหรอไม test = Serial.read(); else if (test == '1') // ถาขอมลทเขามาคอ 1, 2, 3 ใหท างานตามทก าหนด {



digitalWrite(R, HIGH); digitalWrite(L, LOW); else if (test == '2') { digitalWrite(L, HIGH); digitalWrite(R, LOW); } else if (test == '3') { digitalWrite(L, LOW); digitalWrite(R, LOW); } }

การทดสอบ 1. ดาวนโหลดโปรแกรมส าหรบสงขอมลผาน Serial (ในบทความนใชโปรแกรม Terminal.exe) 2. เปดโปรแกรม Arduino น าโคดตวอยางดานบน ไปรนและอพโหลดไปยง Arduino UNO R3 3. เปดโปรแกรม Terminal.exe เลอก Com Port และก าหนดความเรวในการรบสงขอมล จากนนกดปม Connect

รปท 7.15 แสดงโปรแกรม Terminal.exe 4. ท าการสงขอมลให Arduino โดยพมพขอความลงในชองดานลางของโปรแกรม a. ขอมลทก าหนดไวคอ 1 = หมนขวา, 2 = หมนซาย, 3 = หยดหมน

http://thaieasyelec.com/images/doc/Terminal.7z

http://thaieasyelec.com/products/development-boards/arduino/official-boards-made-in-italy/arduino-uno-r3-detail.html



ผลการทดลอง............................................................................................................................. ......................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................................................................. ........................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ............................................. การทดลองท 7.2 การขบโหลดอปกรณไฟฟากระแสสลบดวยรเลย

ส าหรบอปกรณทใชไฟฟากระแสสลบ (AC) • ตอไฟเสนท 1 จากแหลงจายไฟไปยงอปกรณทขวลบ (ถามแจงไว ถาไมมกใชขวใดกได) • ตอไฟเสนท 2 จากแหลงจายไฟเขาขา NO ของรเลย • ตอสายจากขา COM ของรเลยไปยงอปกรณไฟฟาขวทเหลอ

ส าหรบอปกรณทใชไฟฟากระแสตรง (DC) • ตอไฟลบหรอ GND ไปยงอปกณไฟฟาเขาทขวลบหรอ GND • ตอไฟบวกหรอ VCC ไปยงขา NO ของรเลย • ตอสายจากขา COM ของรเลยไฟยงอปกรณไฟฟาทขวบวก

Hardware Required/Circuit

รปท 7.16 แสดงการขบโหลดอปกรณไฟฟากระแสสลบดวยรเลย



ตารางท 7.4 แสดงรายละเอยดขาของ Arduino + Relay Module + อปกรณไฟฟา

CODE

#define Lamp1 12 //ก าหนดขาทน าไปตอกบรเลย char test ; //สรางตวแปรไวส าหรบรอรบขอมล void setup() { // Open serial communications and wait for port to open: Serial.begin(9600); pinMode(Lamp1, OUTPUT); //ก าหนดโหมดใหเปน Output } void loop() // run over and over { if (Serial.available()) // ตรวจสอบวามขอมลเขามาหรอไม test = Serial.read(); else if (test == '1') //ถาขอมลทเขามาคอ 1 , 3 ใหท างานตามทก าหนด { digitalWrite(Lamp1, HIGH); } else if (test == '3') { digitalWrite(Lamp1, LOW);}}



การทดสอบ 1. ดาวนโหลดโปรแกรมส าหรบสงขอมลผาน Serial (ในบทความนใชโปรแกรม Terminal.exe) 2. เปดโปรแกรม Arduino น าโคดตวอยางดานบนไปรนและอพโหลดไปยง Arduino UNO R3 3. เปดโปรแกรม Terminal.exe เลอก Com Port และก าหนดความเรวในการรบสงขอมล จากนนกดปม Connect 4. ท าการสงขอมลให Arduino โดยพมพขอความลงในชองดานลางของโปรแกรม a. ขอมลทก าหนดไวคอ 1 = เปดไฟ, 3 = ปดไฟ ผลการทดลอง............................................................................................................................. ......................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................................................................. ........................................................................................................................................................................... ..............................................



สรปผลการทดลอง ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ปญหาอปสรรคหรอขอเสนอแนะ

......................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................ ตารางการประเมนผลคะแนนภาคปฏบต

หวขอการพจารณาภาคปฏบต ระดบคะแนน การทดลองท 7.1 การควบคมมอเตอรใหหมนไดทงซาย-ขวา โดยไมการคมความเรวรอบ

10 คะแนน

การทดลองท 7.2 การขบโหลดอปกรณไฟฟากระแสสลบดวยรเลย 10 คะแนน

รวมคะแนนภาคปฏบต

…........คะแนน



**********************************************************************************

เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino ใชเวลา 20 นาท วชา ไมโครคอนโทรลเลอรเบองตน รหสวชา (2127-2007) ระดบชน ประกาศนยบตรวชาชพ (ปวช.) สาขาวชา เมคคาทรอนกส ค าชแจง 1. แบบทดสอบมทงหมด 10 ขอ (10 คะแนน) 2. ใหผเรยนเลอกค าตอบทถกทสดแลวกาเครองหมายกากบาท () ลงในกระดาษค าตอบ 1. ไมโครคอนโทรลเลอรสามารถจายแรงดนและกระแสไฟฟาไปขบรเลยไดประมาณเทาใด ก. +1 หรอ +5V 20mA ข. +2 หรอ +5V 20mA ค. +3 หรอ +5V 20mA ง. +4 หรอ +5V 20mA 2. รเลยท าหนาท ก. โหมดการท างานเปน INPUT หรอ OUTPUT ข. ใชก าหนดขาเปน INPUT ค. ก าหนดขาพอรมสถานะเปนลอจกสงหรอลอจกต า ง. เปนสวตชแรงดนและกระแสไฟฟาสง 3. รเลยเปนอปกรณทท างานแบบใด

4. หนาสมผส (contact) ทมใชในรเลยเปนแบบใด ก. หนาสมผสปกตปด (Normally Closed:NC) และ ปกตเปด (Normally Opened :NO)

ข. หนาสมผสปกตปด (Normally Closed:NC) ค. หนาสมผสปกตเปด (Normally Opened :NO)

ง. หนาสมผสปกต และผดปกต

ก. แมเหลกไฟฟา ข. กลไกทางกล

ค. สวตซแรงเหวยง ง. สวตซแรงเหวยงหนศนยกลาง

แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 7 เรอง การขบโหลดไฟฟากระแสสงและการเชอมตออปกรณภายนอกดวย Arduino



5. คณสมบตรเลยทพมพลงบนตวถงรเลยวา 10A 250VAC , 10A 125VAC หมายความวาอยางไร ก. ใชกบไฟฟากระแสตรงทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดไมเกน 10 A. ข. ใชกบไฟฟากระแสตรงทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดเกน 10 A. ค. ใชกบไฟฟากระแสสลบทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดไมเกน 10 A. ง. ใชกบไฟฟากระแสสลบทแรงดน 125 ถง 250 V. ทนกระแสไฟฟาไดเกน 10 A.

6. อปกรณทท าหนาทจายแรงดนและกระแสสงโดยเฉพาะเรยกวา ก. ไมโครคอนโทรลเลอร ข. ออปแอมป ค. OTA ง. ไดรเวอร 7. การใชทรานซสเตอรขบแบบเดยว เบอร 2N3904 มคากระแสคอลเลกเตอรสงสดถง ก. 100mA ข. 200mA ค. 300MA ง. 400mA 8. Relay Module 4 Channels มเอาตพตคอนเนคเตอรอะไรบาง ก. อานคาขอมลทไดรบจากพอรตขนาน ข. อานคาขอมลทไดรบจากพอรตอนกรม

ค. NO/COM/NC ง. สงงานดวยระดบแรงดน TTL

9. การใชไอซขบเบอร ULN2003 ขบกระแสโหลดไดมากทสดเทาใด ก. 300 mA ข. 400 mA ค. 500 mA ง. 600 mA 10. ULN2003 ปองกนแรงดนยอนกลบจากอปกรณเอาตพตอยางไร ก. ตอความตานทาน ข. ตอตวเกบประจ

ค. ตอไดโอด ง. ตอทรานซสเตอร

หน่วยที่ 7 การขับโหลดไฟฟ้ากระแสสูงและการเชื่อมต่ออุปกรณ์...

Documents