ประโยชน์และการนำโปรเจคไปพัฒนาต่อ
การควบคุมตำแหน่งของเซอร์โวมอเตอร์ (Servo Motor) นั้น มีความสำคัญในการสร้าง และ การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ ที่ต้องการควบคุมกลไก จากคอนโทรลเลอร์ รวมทั้งการพัฒนาชุดควบคุมหุ่นยนต์แขนกล , หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ (humanoid robot) เป็นต้น
เป้าหมายและหลักการทำงานของโปรเจค
ทดสอบโดย หมุน โพเทนซิโอมิเตอร์ (Potentiometer) ตัวต้านทานปรับค่าได้ 10K Ohm หรืออาจจะเรียกสั้นๆว่า “pot” ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีสามขา ปรับค่าได้ ที่ต่ออยู่ที่ Pin อนาล็อก A0 ของ Arduino เมื่ออ่านค่าอินพุท แบบ อนาล็อก (Analog) แล้วเก็บค่าไว้ในตัวแปร
แต่เนื่องจาก การแปลงค่าจาก อนาล็อก เป็น ดิจิตอล (Analog to Digital Converter) หรือเรียกสั้นๆว่า ADC ของ Arduino นั้นเป็น ADC ขนาด 10-bit จึงอ่านค่า Analog ได้ตั้งแต่ 0 – 1023 แต่ Servo Motor สามารถหมุนได้เพียงแค่ 0 - 180 องศา จึงต้องแปลงค่า เพื่อทำการสเกลค่าลงจาก 0 - 1023 ให้เป็น 0 - 180 แล้วนำไปเก็บไว้ในตัวแปรอีกครั้ง
แล้วให้จอ LCD บรรทัดบนแสดงผลค่าของตัวแปร ADC ที่ยังไม่ได้แปลงค่า และ LCD บรรทัดล่างแสดงผลค่าของตัวแปร ADC ที่แปลงค่าเป็นองศาของ Servo ส่วนที่ Pin ดิจิตอล (Digital) หมายเลข 9 เป็นเอาท์พุท ที่สั่งให้ Servo Motor หมุนไปยังตำแหน่งตามค่าตัวแปร ADC ที่แปลงค่าเป็นองศาของ Servo แล้วเช่นกัน
รู้จัก Servo Motor
Servo เป็นคำศัพท์ที่ใช้กันทั่วไปในระบบควบคุมอัตโนมัติ มาจากภาษาละตินคำว่า Sevus หมายถึง “ทาส” (Slave) ในเชิงความหมายของ Servo Motor ก็คือ Motor ที่เราสามารถสั่งงานหรือตั้งค่า แล้วตัว Motor จะหมุนไปยังตำแหน่งองศาที่เราสั่งได้เองอย่างถูกต้อง โดยใช้การควบคุมแบบป้อนกลับ (Feedback Control)
ส่วนประกอบภายนอก Servo Motor
เซอร์โวชุดนี้มีขนาดเล็กแรงบิด 1.2-1.4 KG/cm สีน้ำตาลเป็นสายกราวด์ สีแดงเป็นไฟเข้า 4.8-7.2V สีส้มเป็นสัญญาณอินพุต หมุนได้ 180 องศา ส่วนใหญ่ต่อเข้ากับ Pin ดิจิตอล (Digital) ของ Arduino UNO ที่เป็น Pin ที่สามารถใช้งาน PWM Signal ได้ เช่น 3 , 5 , 6 , 9 , 10 , 11
ส่วนประกอบภายใน Servo Motor
1. ELECTRIC MOTOR เป็นส่วนของตัวมอเตอร์
2. MOTOR CONTROL UNIT เป็นส่วนที่ควบคุมและประมวลผล
3. CONNETION CABLE เป็นส่วนเชื่อมต่อสายสัญญาณพัลซ์ควบคุมและสายไฟเลี้ยง
4. POTENTIOMETER TO CONTROL THE ANGLE เป็นส่วนควบคุมองศาในการหมุน
5. GEAR เป็นส่วนชุดเกียร์ทดแรง
อุปกรณ์ที่ใช้ในโปรเจค
5. SG90 Tower Pro Micro Servo motor
6 . ตัวต้านทานปรับค่าได้ 10k ohm
*** การใช้งานแบบไม่ต้องการเชื่อมต่อสาย USB กับ คอมพิวเตอร์ ให้ใช้ Adapter DC 9V 1A Power Supply เป็นแหล่งจ่ายไฟ เสียบเข้ากับ DC Power Jack ของ บอร์ด Arduino ***
ขั้นตอนการทำโปรเจค
1. ต่อใช้งาน จอ LCD กับ Arduino
1.2 ประกอบ Sensor Shield V 5.0
1.3 เชื่อมต่อสาย LCD
1.4 ดาวน์โหลด Arduino I2C Library สำหรับ LCD
https://github.com/fdebrabander/Arduino-LiquidCrystal-I2C-library
1.5 ติดตั้ง I2C Library สำหรับ LCD
1.5.1 เชื่อมต่อสาย USB ระหว่าง คอมพิวเตอร์ กับ บอร์ด Arduino
1.5.2 เปิดโปรแกรม Arduino IDE
1.5.3 ไปที่ Skecth -> Include Library -> Add .ZIP Library...
1.5.4 ไปที่ ไลบรารี Arduino-LiquidCrystal-I2C-library-master.zip ที่เรา ดาวน์โหลด มา -> Open
1.6.1 เขียนโค้ดดังนี้
#include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); void setup() { lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.print("Hello, world!"); } void loop() { }
1.6.2 ไปที่ Tools > Board เลือกเป็น Arduino/Genuino UNO
1.6.3 ไปที่ Tools > Port แล้วเลือกพอร์ตที่ปรากฏ (กรณีใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มี COM Port มากกว่าหนึ่ง ให้เลือกตัวอื่นที่ไม่ใช่ COM1)
ในตัวอย่างเลือกเป็น "COM6"
(ถ้ายังว่าง หรือ เป็น COM1 ให้ตรวจสอบการติดตั้งไดร์เวอร์ การต่อสาย USB ของ Arduino UNO)
เพื่ออัพโหลด
1.6.5 หากสามารถอัพโหลดโปรแกรมลงบอร์ดได้สำเร็จ จะแสดงคำว่า Done uploading. ที่แถบด้านล่าง
1.7 ปรับความสว่างหน้าจอ LCD
2. เชื่อมต่อสาย ตัวต้านทานปรับค่าได้ 10k Ohm (VR)
3. เชื่อมต่อสาย Servo Motor
4. อัพโหลดโค้ด
/* Servo Motor Control with Potentiometer Arduino. For more details visit: https://miniarduino.blogspot.com/2019/03/arduino-servo-motor-potentiometer.html */ // include the library code: #include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> #include <Servo.h> // Set the LCD address to 0x27 or 0x3F for a 16 chars and 2 line display LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); Servo myservo; // create servo object to control a servo int potpin = A0; // analog pin used to connect the potentiometer int val; // variable to read the value from the analog pin void setup() { lcd.begin(); // initialize the LCD lcd.backlight(); // Turn on the blacklight and print a message. myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object } void loop() { val = analogRead(potpin); // reads the value of the potentiometer (value // between 0 and 1023) lcd.setCursor(0, 0); // set the cursor to column 0, line 0 lcd.print("ADC = " + String(val)); // print (value // between 0 and 1023) to the LCD. val = map(val, 0, 1023, 0, 180); // scale it to use it with the servo value lcd.setCursor(0, 1); // set the cursor to column 0, line 1 lcd.print("Servo = " + String(val)); // print (value // between 0 and 180) to the LCD. // between 0 and 180) myservo.write(val); // sets the servo position according to the // scaled value delay(15); // waits for the servo to get there }
4.1 อธิบายโค้ด
val = analogRead(potpin);
อ่านค่า Analog จาก Potentiometer ที่ต่ออยู่ที่ขา A0 เก็บไว้ในตัวแปร val
lcd.print("ADC = " + String(val));
แสดงค่า 0 – 1023 ที่จอ LCD
val = map(val, 0, 1023, 0, 180);
เนื่องจาก ADC ภายใน Arduino เป็น ADC ขนาด 10-bit จึงอ่านค่า Analog ได้ตั้งแต่ 0 – 1023 แต่ RC Servo Motor สามารถหมุนได้เพียงแค่ 0 - 180 องศา จึงต้องใช้ Function map เพื่อทำการสเกลค่าลงจาก 0 - 1023 เป็น 0 - 180 แล้วนำไปเก็บไว้ในตัวแปร val
lcd.print("Servo = " + String(val));
แสดงค่า 0 – 180 ที่จอ LCD
myservo.write(val);
เมื่อสเกลค่า จาก 0-1023 ลงเหลือ 0-180 แล้วก็นำมาสั่งให้ Servo Motor หมุนไปยังตำแหน่งในค่าตัวแปร val
delay(15);
หน่วงเวลา 15 มิลลิวินาที.
ผลของการทำงานทำให้สามารถปรับตำแหน่งองศาของ Servo Motor ได้โดยการหมุนปรับค่า Potentiometer และแสดงค่าที่จอ LCD
5. ปัญหาที่พบในโปรเจคนี้
การปรับค่า Potentiometer ให้ Servo Motor หมุนได้ 180 องศาไม่มีปัญหา แต่ในการปรับค่า Potentiometer ให้ Servo Motor หมุนได้จนถึง 0 องศานั้นไม่สามารถทำได้ในบางครั้ง น่าจะเกิดจาก คุณสมบัติหรือคุณภาพ ของ Potentiometer ตัวที่เลือกใช้งาน
การปรับค่า Potentiometer ให้ Servo Motor หมุนได้ 180 องศาไม่มีปัญหา แต่ในการปรับค่า Potentiometer ให้ Servo Motor หมุนได้จนถึง 0 องศานั้นไม่สามารถทำได้ในบางครั้ง น่าจะเกิดจาก คุณสมบัติหรือคุณภาพ ของ Potentiometer ตัวที่เลือกใช้งาน
