Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
บทท 2
ทฤษฎทเกยวของ
ในบทนกลาวถงรายละเอยดเนอหาทเกยวของกบโครงงานทไดท าการศกษาคนควาเพอ
น ามาเปนความร ส าหรบการพฒนาการท าเครองท าน าอนการจดการควบคมคาอณหภมน าอน
ดวยบอรด ราสเบอรรพายเพอไปบงคบเครองท าน าอนใหไดอณหภมน าอนตามทผ ตองการใชงาน
และใชบอรดราสเบอรรพายท าใหสามารถบนทกคาอณหภมไดมากถง9คน
การวดอณหภม หมายถง ระดบความรอนเยนของอากาศและสงแวดลอมทอยรอบตวเรา การวด
อณหภมของอากาศและสงแวดลอมรอบตวเรา สามารถท าได 2 วธ คอ 1.ใชประสาทสมผสของรางกาย 2. การใชเครองมอเครองวดในการวดอณหภม
2.1 Raspberry Pi 3
Raspberry Pi (ออกเสยงวา ราส-เบอร-ร-พาย) เปนเครองคอมพวเตอรขนาดเลกและมราคาทถก เมอเทยบกบคอมพวเตอรทว ๆ ไป แตมความสามารถในการท างานไดเหมอนคอมพวเตอร และสามารถเชอมตอชดไมโครคอนโทรลเลอรนเขากบจอภาพคอมพวเตอรหรอจอทวทรองรบ HDMI หรอเชอมตอผานสายสญญาณวดโอปกตไดเชนกน
นอกจากตอจอแสดงผลแลว ยงมความสามารถรองรบเมาสและคยบอรดผาน USB port ปกต สวนระบบจายไฟของไมโครคอนโทรลเลอรน จะใชสาย Mini USB ทเปนแบบเดยวกบอปกรณชารจโทรศพทและอปกรณอนๆ อยทวไปเขากบคอมพวเตอร จงท าใหสะดวกในการอปกรณเหลานมาใชงาน
6
รปท 2.1ไมโครคอนโทรลเลอร Raspberry Pi
1. จดเชอมตอ GPIO(General Purpose Input/Output)คอพอรตเชอมตอทสามารถ
ก าหนดใหเปน Input หรอ Output ได โดยสามารถควบคมไดแตละ pin เหมอน
ไมโครคอนโทรลเลอร GPIO pin ทงหมดม 26 pin(2x13) โดยใน pin นนจะม
ฟงกชนตางๆ ตดมาดวยไดแก SPI, I2C, serial UART, 3V3 และ 5V power
2. พอรต USB 2.0
3. พอรต RJ-45 Ethernet LAN 10/100Mbps
4. จดเชอมตอสญญาณเสยงขนาด 3.5 มลลเมตร
5. พอรต CSI (Camera Serial Interface) ส าหรบเชอมตอโมดลกลองดงภาพ แสดง
ตวอยางโมดลกลอง
6. พอรต HDMI ส าหรบเชอมตอสญญาณภาพและเสยง
7. พอรต Micro USB Power ส าหรบเปนไฟเลยงวงจรบอรด Raspberry Pi
8. ชองเสยบ SD Card อยบรเวณดานลางของบอรด
7
9. พอรต DSI (Display Serial Interface) ใชส าหรบตอจอแสดงผล เชน จอแสดงผล
แบบ TFT Touch Screen เปนตน
2.2 LM335Z Temperature sensor
เปนเซนเซอรวดอณหภมในของเหลวและอากาศทยานการวดตงแต -40 ถง 100 องศาเซลเซยส ซงมความแมนย าในการวด 1 C ดวยความไวในการตอบสนองถง 10 mV/C ประกอบอยบนตวถงโลหะพรอมสายสญญาณแบบเทปลอน ( teflon) ทนตอการกดกรอนและทนอณหภมสงถง 200 C
รปท 2.2LM335Z Temperature sensor
2.3 Current Sensor Module
เปนอปกรณทใชเพออานคากระแสทไหลผาน โดยอาศยไอซ ACS712-05 Current
Sensor ทวดกระแสโดยใชหลกการของ Hall Effect ใชไดทงการวดเพองานทางระบบ
อเลกทรอนกส วดก าลงไฟฟา เปนตน
มคณสมบตทส าคญดงน
วดกระแสไดในยาน -5 ถง +5 A (วดไดทงกระแส AC และ DC)
ใชแหลงจายแรงดน 5 V
8
Sensitivity 185 mV/A
5 μs output rise time in response to step input current
80 kHz bandwidth
รปท 2.3Current Sensor Module
2.4 Stepping Motor
รปท 2.4 Stepping Motor
9
ขอดของสเตปปงมอเตอรเมอเปรยบกบมอเตอรกระแสตรง ( DC MOTOR) 1. การควบคมไมตองอาศยตวตรวจจบการหมน
2. ไมตองใชแปรงถานดงนนจงทาใหไมมสวนทจะตองสกหรอและปญหาของการสปารค )ทเกดจากหนาสมผสของแปรงถานแหวนตวนาในโรเตอร ( ททาใหเกดสญญาณรบกวน
3. การควบคมโดยทางวงจรดจตอลหรอไมโครโพรเซสเซอรทาไดงายและสะดวก 2.5 Matrix Keypad
ป มกดทใชการรวมกนของสแถวและคอลมนทสทจะใหป มลดกบอปกรณโฮสตโดยปกตจะเปนไมโครคอนโทรลเลอร ภายใตแตละป มเปนป มกดทมปลายดานหนงเชอมตอกบหนงแถวและสวนอน ๆ ทเชอมตอกบหนง คอลมน
รปท 2.5Matrix Keypad
10
2.6 จอLCD
รปท 2.6 จอLCD
LCD หรอ Liquid Crystal Display คอหนาจอแสดงผลตวอกษร ตวเลขหรออกขระตางๆ
(Character LCD) รวมถงบางรนทสามารถแสดงภาพกราฟฟคไดดวย (Graphic LCD)จอ LCD น
จ าเปนมาก ส าหรบงานทตองการแสดงผลการท างานตางๆ เพอใหผใชงานสามารถเชอมเปนสวน
หนงกบวงจรอเลกทรอนกสนนๆได
Blue LCD 16X2 จอ LCD แบบ Character LCD สามารถแสดงผลตวเลข ตวอกษรและ
อกขระหรอเครองหมายตางๆได ค าวา 16X2 หมายถง แสดงผลไดสงสด 2 บรรทด บรรทดละ
16 ตวอกษรพนหลงจอ (Blaklight) สน าเงนสามารถปรบความเขมของหนาจอไดดวยตวตานทาน
การใชงาน
นยมใชงานกบไมโครคอนโทรลเลอร โดยเฉพาะ บอรด Arduioเพอการใชงานทงายขน จง
ขอแนะน าการใชงาน LCD กบ Arduinoซงมตว Library ใหมาในซอฟตแวรโปรแกรมอยแลว เพยง
แคเขยน Code เพมเตมและตอสายใหถกตองกใชงานไดแลว
การตอสาย
การตอสายสามารถแบงไดเปน 2 แบบหลกๆคอ
• Parallel Interface ใชสายไฟอยางนอย 12 เสน
• I2C Interface ใชสายไฟอยางนอย 4 เสน
11
2.7 GPIO Extension Board for Raspberry Pi2 B+ รน FZ1076
รปท 2.7 GPIO Extension Board for Raspberry Pi2 B+ รน FZ1076
GPIO Extension Board for RPi 2 and Model B+ [5] เปนบอรดเชอมตอขาระหวาง
บอรดกบ GPIO ของ EFDV295 – Raspberry Pi Model B ใชงานรวมกบ ELNK055 – 40 Pins
GPIO Ribbon Cable for RPi2 (40pins) เพอน าไปเสยบบน Prototyping/Bread Board เพอ
สะดวกในการทดลองเซนเซอรหรออปกรณตางๆ GPIO Ribbon Cable for Raspberry Pi 2
Model B ขาสญญาณจะเรยงตามขาสญญาณของคอนเนคเตอร
2.8 สาย GPIO Ribbon Cable
รปท 2.8สาย GPIO Ribbon Cable for Raspberry Pi B+ / A+ / Pi 2 (40pin)
12
สาย GPIO Ribbon Cable (40pin) [6] เปนสายทใชส าหรบเชอมตอระหวางบอรด
Raspberry Pi 2 กบบอรด GPIO Extension Board หรอตอใชงานอนๆทเปน GPIO 40pin ขนอย
กบผใชงาน ความยาวของสาย 20 cm
2.9 สายแพ Jumper Wire 40 pins
รปท 2.9สายแพ Jumper Wire 40 pins
สาย Jumper Wire [7] แบบสายแพ สามารถฉกออกเปนเลกได 40 เสน ความยาวสาย 20 cm ปลายทง 2 ดานเปนหว pin header ตวผ
2.10 830 point White BreadBoard (ProtoBoard)
รปท 2.10 830 point White BreadBoard (ProtoBoard)
13
BreadBoardหรอ ProtoBoard [10] ขนาด 16.5 * 5.5 * 1 ซม. มทงหมด 4 Bus line ตลอดความยาวของบอรด (1 Bus line ม 50 ร) และมรอกจ านวน 63 แถว (แถวละ 10 ร) เพยงพอตอการเสยบ IC ทมขา 14 ขา จ านวน 9 ตว หรอ IC ทม 16 ขา จ านวน 7 ตว โดยแตละแถวจะมตวหนงสอก ากบไวใหชดเจนเพองายตอการอางอง ในกรณทมอปกรณตออยจ านวนมาก หรอ เพอเชอมตอกบบอรดอน ๆเพอการท างาน
2.11 สาย HDMI
รปท 2.11สาย HDMI
HDMI - High-Definition Multimedia Interface [8] เปนมาตรฐานการเชอมตอทใช
ส าหรบการสงภาพและเสยงทมการรบสงสญญาณภาพแบบไมถกบบอด (Uncompressed) และ
ถกบบอดหรอสงเสยงเปนแบบดจตอลแบบไมถกบบอดจากอปกรณตนก าเนดระบบสงสญญาณ
มลตมเดยทมความละเอยดสง เชน การเชอมตอสาย HDMI เขากบหนาจอคอมพวเตอร โทรทศน
ในระบบดจตอล หรออปกรณระบบเสยงแบบดจตอล HDMI จะเปนระบบดจตอลทจะมาแทน
ระบบการสงสญญาณภาพและเสยงเปนแบบอนาลอก ประเภทของสาย HDMI จะม 5 แบบคอ
1.Standard HDMI Cable รองรบปรมาณขอมลของการสงสญญาณภาพท 1080i และ
720p ไดอยางราบลน เหมาะสมกบการใชงานประเภทกลองเคเบลทว กลองดาวเทยม
14
2.Standard HDMI Cable with Ethernet ความสามารถจะเหมอนกบสาย Standard แต
เพม Ethernet Channel เขามา
3.Standard Automotive HDMI Cable ความสามารถเหมอนกบสาย Standard แตจะม
การเพมการทดสอบเขามาใหมากกวา เพราะสายตองน าไปใชในรถยนตซงมการกวนกน
ของสญญาณสงกวาการใชงานตามบานทวไป
4.High Speed HDMI Cable รองรบปรมาณขอมลในการสงสญญาณภาพไดมากกวา
1080p ขนไปและรองรบการสงสญญาณภาพแบบ 3D 4K และ Deep Color
5.Hight Speed HDMI Cable with Ethernet ความสามารถจะเหมอนกบสาย High
Speed แตจะเพม Ethernet Channel เขามาจดเดนของ HDMI มความมความบกพรอง
ของสญญาณนอยทสด น าสงสญญาณทงหมดมาไวในสายเดยวสะดวกสามารถปรบ
ระบบตางๆโดยอตโนมตใหเหมาะสมกบสอทกชนดทไดชม–ฟง รองรบการท างานกบ
คอมพวเตอร ท าใหสามารถแสดงผลจากคอมพวเตอรสระบบ HDTV ได เพอสงผาน
ขอมลไดทงภาพวดโอและเสยงทมคณภาพระดบ High-Definition มความเรวในการสง
สญญาณขอมลภาพอยท 165 เมกะเฮรตซ ทมความละเอยดสงถง 1080p ท 60เฮรตซได
2.12 Wall Adapter Power
รปท 2.12Wall Adapter Power Supply - 5V DC 2A (USB Micro-B)
15
Wall Adapter Power Supply - 5V DC 2A (USB Micro-B) [9] แหลงจายไฟแบบ
สวตชง ส าหรบการแปลงไฟฟากระแสสลบแรงดน 100 – 240V (ใชกบระบบไฟฟา 110 หรอ 220
โวลต) เปนไฟฟากระแสแรงดน 5 โวลตกระแส 2 แอม มาพรอมกบหวตอแบบ Micro USB
ส าหรบบอรด Raspberry Pi ใชไดกบ Raspberry Pi 2 B / B+ / B / A+ / A) หรออปกรณอนทใช
ไฟผานทางพอรต Micro USB Input Voltage : 100-240 VAC
2.13 เครองท าน าอน
เครองท าน าอนเปนเครองใชไฟฟาชนดหนง มระบบการท างานควบคไปกบฝกบวและกอกน า ซงกระบวนการทท าน าใหเปนน าอนนนจะใชฮตเตอรหรอหมอตมในการท าความรอนใหกบน าทไหลผานเขามา
รปท 2.13แสดงสวนประกอบของเครองท าน าอน
กระบวนการท างานของเครองท าน าอนเรมแรกจะอาศยขดลวดขนาดใหญเปนตวน าความรอนโดยขดลวดชนดนจะพนอยบรเวณรอบๆทอน าเยน ทฉดเขาไปในเครองโดยใชความรอนจากขดลวดกระแสไฟฟาทใสไวตรงกลางเครอง เมอกระแสน าเยนไหลผานขดลวดทมความรอนมากน ากจะถกเปลยนเปนน าอนทนท สวนประกอบและลกษณะการท างาน
16
1. ตวถงน า เปนอปกรณทใชบรรจน าและเปนอปกรณทจะถกใหความรอน ดงนนอปกรณชนดนจะตองสามารถทนตอความรอนไดเปนอยางด
2. ขดลวดความรอน (heater)จะรอนขนเมอมกระแสไฟฟาไหลผานลวดความรอน ซงลวดความรอนนโดยมากสวนในสดจะเปนลวดนโครม สวนทอยตรงกลางจะเปนผงแมกนเซยม
3. ออกไซด ซงมสมบตเปนฉนวนไฟฟาและทนอณหภมสง ชนนอกสดจะเปนทอโลหะทอาจ
ท าดวยทองแดงหรอสเตนเลส 4. อปกรณควบคมอณหภม ( thermostat)จะท าห นา ทตดกระแสไฟฟา ท ไหลผาน
ลวดความรอน เมออณหภมของน าถงระดบทเราตงไว เครองท าน าอน แบงหมอตมได 3 ชนดดงน
1. หมอตมทองแดง มความทนทาน ปลอดภย เพราะสามารถทนทานตอความรอนไดอยางด สามารถทนจากแรงดนไดดทสด มอายการใชงานทยนยาวไมรว ไมเปราะและไมแตกงาย อกทงปองกนอณหภมหลอมละลายไดดกวาพลาสตก แตท าใหน ามความรอนทชา ซงขอเสยนกเกดขนกบตวหมอตมทกชนด และไมสามารถถอดออกมาลางได
2. หมอตมแบบขดลวดทองแดง มลกษณะคลายกบการท างานของหมอตมทองแดง แตจะตางกนตรงทหนปนมาอดตนไดงาย ท าใหพงเรวกวาหมอตมแบบทองแดง แตมจดเดนทดกวาคอน าความรอน ท าใหน าในหมอรอนไดเรว แตอณหภมของน าจะไมคงท
3. หมอตมพลาสตก เปนหมอตมทราคาถก แตกงาย รวซมไดเรว ละลายและเสยไดงาย แตสามารถถอดออกมาลางได แตตองมความระมดระวงเนองจากมโอกาสจะท าใหเกดไฟรว หรอ เครองท าน าอนเกดความผดปกตซงอาจเกดอนตรายไดถงชวต
ระบบความปลอดภยทเครองท าน าอนไฟฟา 1. ตวตดไฟอตโมมตELCB หรอ ELB (Earth Leakage Circuit Breaker) เปนตวตดไฟท
ไดรบความนยมเปนอยางสง มรปรางเปนแทงสเหลยมสด า มลกษณะคลายเซฟตเบรกในเครองปรบอากาศ หรอทปมน า โดยขอดของเครอง ELCB คอ มความทนทาน ความปลอดภยในการใชงาน และสามารถหาอะไหลไดงาย
2. ตวตดไฟอตโมมตESD (Electrostatic discharge)เปนวงจรตดไฟอเลกทรอนก ซงสามารถตกกระแสไฟฟาไดอยางรวดเรว หากมกระแสไฟฟารวออกมาเพยงแคเลกนอย แตมกมอายการใชงานทสน และยากตอการหาอะไหลมาเปลยนหากเกดกรณทเสยหาย
17
2.14 ภาษาไพธอน (Python)
ภาษาไพธอน พฒนาโดยชาวเยอรมนชอนาย Guido van Rossumซงไดออกแบบมา
เพอใหท างานไดกบ Web Application ทลกษณะคลายกบภาษา Perl, PHP, JAVA และ ASP
เนองจากภาษาไพธอน เปนภาษาทใหมจงมคณสมบตทดดงตอไปน
1. สามารถใชไดทกแพลตฟอรม กลาวคอ สามารถท างานไดทก ๆ CPU หลาย ๆ
ระบบปฏบตการ เพยงแตผ เขยนโปรแกรมเขยนจากแพลตฟอรมใด ๆ แลวน าโปรแกรมท
ไดไปใหท างานตางแพลตฟอรมกนได
2. ไมตองเสยคาใชจายในการจดซอโปรแกรมตนฉบบ โดยปกตแลวโปรแกรมภาษาทว ๆ
ไปจะตองจดซอโปรแกรมตนฉบบเพอน ามาตดตงในราคาทแพงมาก แตโปแกรมภาษาไพ
ธอนสามารถดาวนโหลดจาก www.python.org ไดโดยตรง แลวน ามาตดตงและศกษา
การใชดวยตนเอง เพราะเปนโปรแกรมประเภท Open Source
3. ภาษาไพธอนไดน าเอาขอดของโปรแกรมในอดตเขามาไวดวยกน เชน ภาษา C, C++,
Java และ Perl เปนตน
4. มความปลอดภยสง เนองจากภาษาไพธอนท างานอยดาน Server เปนหลก เมอมการ
รองขอจากเครอง Client จะประมวลผลทเครอง Server ท าใหผ ใชทวไปไมสามารถเขาถง
เครอง Server ไดโดยตรงจงมความปลอดภยสงกวา
5. ใชในการพฒนา Web Service ซงในปจจบนการพฒนาซอฟตแวรไดเนนทมการ
แลกเปลยนขอมลซงกนและกนทงในองคกรเดยวกนหรอแมแตตางองคกรกน ท าใหเกด
ความ สะดวกสบาย ไมตองใชซอฟตแวรอน ๆ มาแปลงขอมลเพอใหเขากนไดอกตอไป
เรยนรไดเรวกวาโปรแกรมภาษาอน ๆ เพราะมโครงสรางภาษาทไมซบซอน ซงโครงสราง
ภาษาคลายคลงกบภาษา C ถาโปรแกรมเมอรทเคยใชภาษา C มากอนจะท าใหเรยนรได
เรวยงขน นอกจากนการเขยนโปรแกรมดวยภาษาไพธอนจะมความกระชบและสนกวา
ภาษาซ
18
2.15 MySQL
MySQL คอ Open Source Relational Database Management System (RDBMS)
ซงตอนแรก MySQL นนเปนของบรษท MySQL AB แตในปจจบนผ ทเปนเจาของ MySQL คอ
บรษท Oracle โดย MySQL นนถอวาเปนฐานขอมลทไดรบความนยมในการน ามาใชงานบน
Web Application เปนอยางมาก ซงเปนสวนหนงในสงทเรยกวา LAMP (Linux, Apache,
MySQL และ PHP) โดยตวอยาง Web Application ทมการใช MySQL เชน TYPO3, Joomla,
WordPress, phpBB, MyBB, Drupal รวมไปทงเวบไซตขนาดใหญทมการใช MySQL ในสวน
หนงของ Production เชน Wikipedia, Google (ไมใชสวนของการคนหา), Facebook, Twitter,
Flickr,Nokia.com และ YouTube เปนตน
คณสมบต (Feature)
1. สนบสนน Cross-platform support
2. รองรบ Stored procedures
3. รองรบ Triggers และ Cursors
4. สนบสนน Information schema
5. สนบสนน SSL
6. รองรบการท า Query caching
7. รองรบการท า Sub-SELECTs
8. รอบรบการท า Replication ทงแบบ Master-Master Replication และ Master-Slave
Replication
9. Full-text indexing และ searching using MyISAM engine
10. รองรบ Unicode