การทดลองที่ 5.2 การตรวจจับวัตถุในระยะใกล้ด้วยแสงอินฟราเรด

การทดลองที่ 5.2 การตรวจจับวัตถุในระยะใกล้ด้วยแสงอินฟราเรด

วัตถุประสงค์ 

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอนิฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ 
• ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ทั้งสองชนิดร่วมกับบอร์ด Arduino เพื่อใช้ตรวจจับวัตถุในระยะใกล้  

รายการอุปกรณ์ 

1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                          1 อัน 
2. ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด                                       1 ตัว 
3. ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว                             1 ตัว 
4. โฟโต้ทรานซิสเตอร์                                                   1 ตัว 
5. ตัวต้านทาน 220Ω                                                      1 ตัว 
6. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                    1 ตัว 
7. ตัวต้านทาน 10kΩ                                                       1 ตัว 
8. ตัวเก็บประจุแบบ Electrolytic 1uF หรือ 10uF (มีขั้ว)  1 ตัว 
9. สายไฟสําหรับต่อวงจร                                               1 ชุด 
10. มัลติมิเตอร์                                                                 1 เครื่อง  

ขั้นตอนการทดลอง 
1. ออกแบบวงจร (วาดผังวงจร) โดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ 1 ชุด พร้อม ตัวต้านทานตามที่กําหนดให้ แล้วนําสัญญาณเอาต์พุตของวงจรส่วนนี้ ไปต่อเข้าที่ขาอินพุต A1 ของ บอร์ด Arduino และให้มีวงจรไดโอดเปล่งแสง (LED) พร้อมตัวต้านทานจํากัดกระแส 330Ω หรือ 470Ω ที่ต่อกับขาเอาต์พุต D5 ของบอร์ด Arduino เพื่อใช้เป็นเอาต์พุตในการแสดงผล

2. ต่อวงจรตามผังวงจรที่ได้วาดไว้บนเบรดบอร์ด ให้ใชแ้รงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd  จากบอร์ด Arduino เท่านั้น

3. เขียนโค้ดสําหรับ Arduino ให้แสดงพฤติกรรมดังนี้ เมื่อมวีัตถุเข้าใกล้ (อยู่เหนือ) ตัวส่งและตัวรับแสง อินฟราเรดของวงจร (เช่น ที่ระยะห่างประมาณ 10 cm หรือน้อยกว่า) จะทําให้ LED เริ่มกระพริบ ด้วยความถี่ต่ํา (อย่างช้าๆ) แต่ถ้าวัตถุเข้าใกล้มากขึ้น LED จะกระพริบด้วยความถี่สูงขึ้น แต่ถ้าไม่มี วัตถุอยู่ในระยะใกล้ LED จะต้องไม่ติด (ไม่กระพริบ) ให้ทดลองกับวัตถุต่างสีกัน เช่น สขีาวและสีดํา

4. เขียนรายงานการทดลอง ซงึ่ประกอบด้วยคําอธบิายการทดลองตามขั้นตอน ผงัวงจรที่ถูกต้อง ครบถ้วนตามหลักไฟฟา้ (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการตอ่วงจรบน เบรดบอร์ด และตอบคําถามท้ายการทดลอง

ผลการทดลอง
ออกแบบวงจรโดยใช้โปรแกรม Frizing

วงจร Arduino Schematic View

วงจร Arduino Breadboard View

วงจรที่ต่อตามวงจรที่ออกแบบ

โค้ดสำหรับ Arduino Sketch

const byte Vin = A0; const byte Vout = 5; void setup() { pinMode(Vout, OUTPUT); digitalWrite(Vout,HIGH); analogReference( DEFAULT ); Serial.begin( 9600 ); } void loop() { int value = analogRead(Vin); if(value > 25){ digitalWrite(Vout,HIGH); delay(5000/value); digitalWrite(Vout,LOW); delay(5000/value); }else{ digitalWrite(Vout,LOW); } }

ผลการทำงานจากโค้ด
เมื่อทดลองกับกระดาษสีขาว

เมื่อทดลองกับกระดาษสีดำ

คําถามท้ายการทดลอง 
1. ในการทดลอง ถ้าใช้วัตถุต่างสีกัน จะมีผลต่อการทํางานของวงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย
ตอบ แตกต่างกันเนื่องจากวัตถุสีขาวนั้นจะสะท้อนแสงขาวออกมาทำให้โฟโต้ทรานซิสเตอร์ได้รับแสงเพิ่มมากขึ้น ในขณะที่วัตถุสีน้ำนั้นจะดูดกลืนแสงขาวทำให้เมื่อนำวัตถุดำไปใกล้โฟโต้ทรานซิสเตอร์จะทำให้ได้รับแสงน้อยกว่าวัตถุสีขาว
อ้างอิง: การทดลองที่ 5.2 การตรวจจับวัตถุในระยะใกล้ด้วยแสงอินฟราเรด  
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.