เซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหว (Motion Sensor)

                เซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหว เป็นอุปกรณ์ที่แปลงการตรวจจับความเคลื่อนไหวเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวมี 3 ประเภทคือ

1. Passive infrared sensors (PIR)

– เป็นเซ็นเซอร์ที่รับความร้อนจากร่างกายเมื่อเคลื่อนที่ ไม่มีการปล่อยพลังงานออกมาจากเซ็นเซอร์

2. Ultrasonic

- เป็นเซ็นเซอร์ที่มีการปล่อยคลื่นอัลตร้าโซนิกออกมาและตรวจวัดการสะท้อนของคลื่นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่

3. Microwave

- เป็นเซ็นเซอร์ที่มีการปล่อยคลื่นไมโครเวฟออกมาและตรวจวัดการสะท้อนของคลื่นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่

                ในโครงงานนี้ได้เลือกใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวประเภท Passive infrared sensors

Passive infrared sensors (PIR sensor)

                เป็นอุปกรณ์ที่ตรวจจับความเคลื่อนไหวด้วยการตรวจวัดความร้อนในพื้นที่ที่ต้องการ ความร้อนวัดได้จากการเปลี่ยนแปลงระดับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุ เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ ( สิ่งมีชีวิตทุกชนิด จะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมาจากตัวเอง การแผ่รังสีดังกล่าวเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอม ปริมาณรังสีจะมีมากน้อยตามแต่โครงสร้างทางเคมี และอุณหภูมิของวัตถุหรือสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ) จึงทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณลอจิกที่เปลี่ยนแปลงที่ขาเอาต์พุตได้

ส่วนประกอบที่สำคัญของ PIR sensor

1. เลนส์ - สำหรับควบคุมหรือโฟกัสพื้นที่ในการตรวจจับความเคลื่อนไหว
2. เซ็นเซอร์ - เป็นตัวแปลงพลังงานความร้อนจากรังสีอินฟราเรด มาเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า

                ในโครงงานนี้ได้เลือกใช้โมดูล PIR sensor #555-28027 ของบริษัท Parallax

PIR sensor #555-28027

รูป โมดูลตรวจความเคลื่อนไหว (PIR sensor #555-28027)

                PIR sensor #555-28027 เป็นแผงวงจรตรวจจับความเคลื่อนไหวด้วยการตรวจวัดความร้อน สามารถวัดได้ไกลถึง 6 เมตร มีขนาดเล็ก ถูกออกแบบมาให้ใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่ายโดยใช้ขาเชื่อมต่อเพียง 1 ขา และสามารถเลือกโหมดสัญญาณเอาต์พุตได้

คุณสมบัติ 
- ใช้ไฟเลี้ยง +3 ถึง +5 โวลต์ ต้องการกระแสไฟฟ้ามากกว่า 3 มิลลิแอมป์ 
- สามารถตรวจจับความเคลื่อนไหวได้ในช่วง 6 เมตร
 - รัศมีในการตรวจจับ 70 องศา 
- สัญญาณเอาต์พุต 1 บิต 
- อุณหภูมิในการทำงานอยู่ในช่วง 0 ถึง 50 องศาเซลเซียส (ใช้ในพื้นที่ร่ม) 
- ใช้เวลาในการเรียนรู้สภาพแวดล้อม 10  ถึง 60 วินาที ในช่วงเวลานี้ควรจะมีตามการเคลื่อนไหวน้อยที่สุดในพื้นที่ที่มีการตรวจจับ เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง
- ขนาด 32.2 มิลลิเมตร × 24.3 มิลลิเมตร × 25.4 มิลลิเมตร (กว้าง  × ยาว  × สูง)

โหมดสัญญาณเอาต์พุต

โหมดสัญญาณเอาต์พุตสามารถเลือกใช้งานได้ 2 แบบ คือ

1. สัญลักษณ์ H (HIGH) หมายถึง เอาต์พุตเป็นลอจิก 0 เมื่ออยู่ในสภาวะปกติ และเอาต์พุตเป็นลอจิก 1 เมื่อตรวจจับความเคลื่อนไหวได้

2. สัญลักษณ์ L (LOW) หมายถึง เอาต์พุตเป็นลอจิก 0 เมื่ออยู่ในสภาวะปกติ และเอาต์พุตเป็นลูกคลื่นลอจิก 1 สลับกับ 0 อย่างต่อเนื่อง(pulse) เมื่อตรวจจับความเคลื่อนไหวได้

                ในโครงงานนี้ได้เลือกใช้สัญญาณเอาต์พุตในโหมด H

จุดเชื่อมต่อการใช้งานของ PIR sensor #555-28027

รูปแสดงจุดเชื่อมต่อการใช้งานของ PIR sensor #555-28027

จุดเชื่อมต่อสำหรับใช้งานมีทั้งหมด 3 จุด

                1. ขาไฟเลี้ยง (+) สำหรับต่อไฟเลี้ยงแรงดัน +3.3 ถึง +5 โวลต์

                2. ขาเอาต์พุต (OUT) สำหรับต่อเข้ากับขาอินพุตของไมโครคอนโทรเลอร์

                3. ขากราวน์ (-) สำหรับต่อกราวด์ 0 โวลต์

แหล่งอ้างอิง

http://www.makmai.siam.im/showthread.php?tid=36&pid=66#pid66

http://www.warf.com/electronic-products-4509.html

http://www.parallax.com/Portals/0/Downloads/docs/prod/audiovis/555-28027-PIRsensor-v1.4.pdf

Light Dependent Resistor (LDR)

ตัวต้านทานเปลี่ยนค่าตามแสง ( Light Dependent Resistor ) เป็นอุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำชนิด 2 ขั้วต่อ ทำมาจากสารแคดเมียมซัลไฟล์ (Cds) หรือแคดเมียมซีลิไนด์ (Cdse) ซึ่งเป็นสารประกอบชนิดกึ่งตัวนำมาฉาบบนแผ่นเซรามิคที่ใช้เป็นฐานรอง แล้วต่อขาจากสารที่ฉาบเอาไว้

           

รูป LDR โครงสร้าง และสัญลักษณ์ของ LDR

คุณสมบัติของ LDR

ค่าความต้านทานในตัว LDR ระหว่างขั้วต่อทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงไปตามความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ ความเข้มของแสงน้อย LDR มีค่าความต้านทานสูง และถ้าความเข้มของแสงมาก LDR มีค่าความต้านทานต่ำ

รูปกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มแสงและค่าความต้านทานของ LDR

คุณสมบัติทางแสง LDR

ไวต่อแสงในช่วงคลื่น 400-1000 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 10 ^ -9 เมตร) ซึ่งครอบคลุมช่วงคลื่นที่ไวต่อตาคน (400-700 นาโนเมตร) นั่นคือ LDR ไวต่อแสงอาทิตย์ และแสงจากหลอดไส้ หรือ หลอดเรืองแสง และยังไวต่อแสงอินฟราเรดที่ตามองไม่เห็นอีกด้วย (ช่วงคลื่นตั้งแต่ 700 นาโนเมตรขึ้นไป)

คุณสมบัติทางไฟฟ้า

ความต้านทานในขณะไม่มีแสงจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.5 เมกะวัตต์ขึ้นไป และความต้านทานขณะที่มีแสงจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10 กิโลวัตต์ ลงมาทนแรงดันสูงสุดได้มากกว่า 100 โวลต์ และทนกำลังไฟได้ประมาณ 50 มิลลิวัตต์

การใช้งาน apache2 + php5 + Sqlite และ Qt + Sqlite

            เนื่องจากการใช้งานบน linux-pc และ การใช้งานบน mini2440 นั้นมีความคล้ายคลึงกันจึงขออธิบายเฉพาะการใช้งานบน linux-pc น่ะครับ

1. เริ่มต้นให้ทำการติดตั้งแพกเกจ apache2 + php5 + Sqlite โดยใช้คำสั่ง
   
   sudo apt-get install  apache2  php5  php5-cli  php5+sqlite  sqlite3
   
   
   
2. เนื่องจาก tool ที่ใช้ในการจัดการของ Sqlite แบบ GUI  สำหรับที่ใช้ในการทดสอบคือ sqlitebrowser สามาถติดตั้งโดย
   
   sudo apt-get install sqlitebrowser
   
3. ทดสอบโดยการสร้างฐานข้อมูลชื่อ dbtest และสร้างตาราง profile ขึ้นมาดังรูป
   
   
   
   
   
   
   
4. จากนั้นทำการ save และ copy ไฟล์ไปไว้ในโฟลเดอร์ที่ทำการรันhttp ในที่นี้คือ /var/www โดยใช้คำสั่ง 
   
   sudo cp -p /dbtest /var/www
   
   
5. ทำการทดสอบโดยสร้างโปรเจค Qt ขึ้นมาแล่ะทดสอบโดยการเขียนโคดอย่างง่าย ๆ เพื่อ insert ข้อมูลเข้าไปใน database Sqlite
   โดยเมื่อสร้างโปรเจคแล้วให้เข้าไปเพิ่ม path plugin ของ sql ในไฟล์ .pro ดังรูป
   
   
   
   
   
6. จากนั้นทำการพิมพ์โคดเพื่อทดสอบ และ รันโปรแกรมโดยใช้สถานนะเป็น root ด้วยการ
   
   sudo ./test
   
   
   
   
7. เข้าไปที่โฟลเดอร์ /var/www และทำการสร้างไฟล์ php เพื่อทดสอบการติดต่อกับฐานข้อมูล
   
   cd /var/www
   sudo gedit new.php
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   จากนั้นทดสอบโดยการเปิดหน้าเว็บขึ้นมาโดยเรียก ip ไปที่เครื่องที่เก็บฐานข้อมูลดังรูป
   
   
   

                   สำหรับการใช้งานใน mini2440 มีการติดตั้งและการใช้งานเหมือนกับ linux-pc แต่เพื่อความสะดวกในการสร้างและจัดการฐานข้อมูลจึงเลือกที่จะสร้างฐานข้อมูลและตารางต่างๆ ให้พร้อมก่อนทำการย้ายไปเก็บไว้บน mini2440 แล้วใช้ Qt ในการจัดเก็บข้อมูลอีกทีหนึ่ง

Ultrasonic Distance Detector Module : SRF05

โมดูลตรวจจับและวัดระยะทางด้วยอัลตร้าโซนิก

        SRF05 เป็นแผงวงจรวัดตรวจจับและวัดระยะทางด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิกที่มีความเที่ยงตรงสูงโดยสามารถวัดระยะทางได้ไกลถึง 4 เมตร ถูกออกแบบมาให้ใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่ายโดยใช้ขาเชื่อมต่อเพียง 1 หรือ 2 ขา ขึ้นอยู่กับการกำหนดรูปแบบการทำงานทางฮาร์ดแวร์ เหมาะอย่างยิ่งกับการประยุกต์ใช้งานด้านหุ่นยนต์

คุณสมบัติ

• ใช้ไฟเลี้ยง +5 โวลต์ ต้องการกระแสไฟฟ้า 30 มิลลิแอมป์
• ใช้ตัวรับและส่งคลื่นอัลตร้าโซนิก ใช้ความถี่ 40 กิโลเฮริตซ์ ในการทำงาน
• วัดระยะทางในช่วง 1 เซนติเมตรถึง 4 เมตร
• สัญญาณพัลส์สำหรับกระตุ้นการทำงาน ต้องมีความกว้างอย่างน้อย 10 ไมโครวินาที
• ให้ผลลัพธ์จากการวัดระยะเป็นค่าความกว้างพัลส์ซึ่งเป็นสัดส่วนกับระยะทางที่วัดได้  
• มีขนาดเล็กคือ 43 มิลลิเมตร × 20 มิลลิเมตร × 17 มิลลิเมตร (กว้าง  × ยาว  ×สูง)
• สามารถติดต่อได้ 2 แบบคือ แบบ 2 สัญญาณ (Echo กับ Trigger) และแบบอนุกรมสัญญาณเส้นเดียว

หลักการทำงาน

               SRF05 จะทำการส่งสัญญาณคลื่นอัลตร้าโซนิกออกไป แล้ววัดระยะเวลาที่มีสัญญาณสะท้อนตอบกลับมา เอาต์พุตที่ได้จาก SRF05 จะอยู่ในรูปของความกว้างพัลส์ซึ่งสัมพันธ์กับระยะทางของวัตถุที่ตรวจจับได้ ความถี่ของสัญญาณอัลตร้าโซนิกของ SRF05 คือ กิโลเฮริตซ์ ถูกส่งออกไปในอากาศด้วยความเร็ว 1.125 ฟุตต่อมิลลิวินาที (ประมาณ 346 เมตรต่อวินาที) ดังนั้นเมื่อทราบความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่น เวลาเริ่มต้นส่งคลื่น และเวลาที่ได้รับ เสียงสะท้อนกลับมา ซึ่งความกว้างพัลส์สะท้อนต้องอยู่ในช่วง100 ไมโครวินาที ถึง 25 มิลลิวินาที จึงสามารถคำนวณหาค่าของระยะทางได้ ถ้ามากกว่า 30 มิลลิวินาที แสดงว่าตรวจจับไม่พบวัตถุ

 รูปแสดงหลักการตรวจจับวัตถุโดยใช้สัญญาณความถี่เหนือเสียงหรืออัลตร้าโซนิก

จุดเชื่อมต่อการใช้งานของ SRF05

                                                                       รูปแสดงจุดเชื่อมต่อการใช้งานของ SRF05

จุดเชื่อมต่อสำหรับใช้งานมีทั้งหมด 5 จุด

                                1. ขาไฟเลี้ยง (+5 V) สำหรับต่อไฟเลี้ยงแรงดัน +5 โวลต์

                                2. ขา Echo Pulse Output (ECHO) เป็นขาเอาต์พุตสำหรับส่งสัญญาณพัลส์ออกจาก SRF05 ซึ่งการใช้งานจะนำขานี้ไปต่อเข้ากับพอร์ตอินพุตของไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อตรวจจับความกว้างของสัญญาณพัลส์ที่ส่งออกมาเพื่อแปลความหมายออกมาเป็นระยะทางอีกครั้งหนึ่ง

                                3. ขา Trigger Pulse Input (TRIGGER) เป็นขาอินพุตรับสัญญาณพัลส์ที่มีความกว้างอย่างน้อย 10 ไมโครวินาทีเพื่อกระตุ้นการสร้างคลื่นอัลตร้าโซนิกความถี่ 40 กิโลเฮริตซ์ ออกสู่อากาศจากตัวส่ง ดังนั้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางที่อยู่เบื้องหน้าก็จะเกิดการสะท้อนกลับมายังตัวรับ และถูกแปลงออกมาเป็นความกว้างของสัญญาณพัลส์ที่จะส่งออกไปทางขา ECHO นอกจากนี้ในโหมด 1 สัญญาณ จะใช้จุดนี้เป็นจุดสื่อสารข้อมูลอนุกรมเพื่อรับส่งค่าการวัดกับไมโครคอนโทรลเลอร์

                                4. ขา MODE สำหรับเลือกรูปแบบการติดต่อกับ SRF05 

                                    ปล่อยลอยไว้ (NC): เลือกให้ติดต่อแบบ 2 สัญญาณ ผ่านจุดต่อ ECHO และ TRGGER

                                    ต่อลงกราวด์          :  เลือกให้ติดต่อแบบ 1 สัญญาณ ผ่านจุดต่อ TRIGGER

                                5. ขา GND สำหรับต่อกราวด์ 0 โวลต์

โหมดการใช้งาน

มีโหมดการใช้งาน 2 โหมด

                1. การติดต่อแบบ 2 สัญญาณ ผ่านจุดต่อ ECHO และ TRIGGER

รูปแสดงจุดเชื่อมต่อการใช้งานของ SRF05 ในกรณีติดต่อแบบ 2 สัญญาณ

               รูปไดอะแกรมเวลาแสดงสัญญาณที่ส่งไป และสัญญาณที่ตอบกลับของ SRF05 ในกรณีติดต่อแบบ 2 สัญญาณ

                2. การติดต่อแบบ 1 สัญญาณ ผ่านจุดต่อ TRIGGER

รูปแสดงจุดเชื่อมต่อการใช้งานของ SRF05 ในกรณีติดต่อแบบ 1 สัญญาณ

รูปไดอะแกรมเวลาแสดงสัญญาณที่ส่งไป และสัญญาณที่ตอบกลับของ SRF05 ในกรณีติดต่อแบบ 1 สัญญาณ