การทดลองที่ 5.3 การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง

การทดลองที่ 5.3
การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง

วัตถุประสงค์

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

รายการอุปกรณ์

 -  แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                    1 อัน
 -  อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง H21A1 หรือ TCST2202      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
    2. เขียนโค้ด Arduino เพื่อรับค่าอินพุตแบบดิจิทัลที่ขา D3 (จากสัญญาณ Vout ของวงจรบนเบรด
บอร์ด) แล้วสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 เพื่อแสดงค่าของอินพุตที่รับโดยใช้ LED เป็นตัวแสดง
สถานะทางลอจิก (ถ้าไม่มีวัตถุมาปิดกั้นช่องรับแสง LED จะต้องไม่ติด)
    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 เพื่อนับเวลาตั้งแต่เริ่มนำกระดาษไปปิดกั้นจนถึงเมื่อนำกระดาษออกในแต่ละครั้งโดยวัดช่วงเวลาเป็นหน่วยมิลลิวินาที (msec) และให้แสดงผลออกทางพอร์ตอนุกรมผ่านทาง Serial
Monitor ของ Arduino IDE (ให้ศึกษาการใช้คำสั่ง millis() สำหรับการเขียนโค้ด Arduino)
    6. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด และตอบคำถามท้ายการทดลอง

รูปที่ 5.3.1: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

    1. จากการทดลองพบว่า จะวัดแรงดัน Vout ได้เท่ากับ  0.102 v โวลต์ เมื่อไม่มีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ H21A1 และจะวัด Vout ได้เท่ากับ  4.949 v  โวลต์ เมื่อมีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสงของอุปกรณ์ดังกล่าว

    2. ถ้านำกระดาษสีขาวและกระดาษสีดำ ไปปิดกั้นช่องรับแสง ในแต่ละกรณี จะให้ผลการทำงานของ

วงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย
         -  ต่างกัน