บทท 3ขนตอนและวธการดำาเนนงาน

การพฒนาชดสาธตการควบคมตำาแหนงมอเตอรไฟฟากระแสตรงดวยไมโครคอนโทรลเลอร หลกสตรประกาศนยบตรวชาชพชนสง มขนตอนและวธดำาเนนงาน ดงภาพท 3-1

ภาพท 3-1 ผงงานของขนตอนดำาเนนงาน

ภาพท 3-1 ผงงานของขนตอนดำาเนนงาน (ตอ)

3.1 ศกษารายละเอยดวชาไมโครคอนโทรลเลอร และทฤษฎการสรางชดสาธต

ศกษาขอมลทเกยวของทงหมด ซงแบงออกเปน 2 สวน คอ

34

3.1.1 ทฤษฎการสรางชดสาธต3.1.2 ทฤษฎวชาไมโครคอนโทรลเลอร

3.1.1 ทฤษฎการสรางชดสาธตการสอนแบบสาธต จะเปนการแสดง หรอการทำาใหผเรยนเหนถง

ผลการทดสอบโดยมหลกการสาธตดงน การเตรยมความพรอมในการสาธต เชน เครองมอและอปกรณในการสาธตการเตรยมการสาธต และการทดสอบการสอน แบบนจะทำาใหผเรยนมความสนใจในการเรยนมากกวาการสอนแบบธรรมดา เพราะการสอนแบบสาธตจะทำาใหผเรยนเหนปรากฏตางๆ เพอพสจนทฤษฎทเรยน การสาธตจะตองมสอในการสาธตพรอมทงคมอประกอบการสาธต ซงทงสองสวนนจะเปนประโยชนสำาหรบผสอนทจะอำานวยความสะดวก และเปนแนวทางในการสาธตใหกบผเรยน

3.1.2 ทฤษฎวชาไมโครคอนโทรเลอรจากคำาอธบาย รายวชาไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller)

รหสวชา 3105-2014 หลกสตรประกาศนยบตรวชาชพชนสง สาขาวชาชางอเลกทรอนกส สำานกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา มรายละเอยดดงน

ศ กษาและปฏ บต โครงสรางและสถาป ตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร ลกษณะสญญาณและกระบวนการทำางาน การรบ-สงขอมลกบอปกรณเชอมตอภายนอก ชดคำาสง และการเขยนโปรแกรม การวดและทดสอบวงจรใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร การประยกตใชงานของ ไ มโครคอนโทรล เลอร จากคำาอธบายรายวชาพบวาไดกลาวไวเพยง “ การประยกตใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร เทานน ซงไมไดบอกรายละเอยดอนๆ” ทจะสามารถนำาไปวเคราะหบทเรยนได ซงในสวนของเนอหาทจะประยกต

35

ใชงานไมโครคอนโทรลเลอรเพอควบคมระบบการท ำางานตางๆ ทประกอบไปดวยมอเตอรไฟฟากระแสตรงนน จำาเปนอยางยงทจะตองศกษาการประยกตใชงานไมโครคอนโทรลเลอรในการผลตสญญาณพลสวดธมอดเลช นเพอน ำาสญญาณไปควบคมการหมนมอเตอร ไฟฟากระแสตรง และในเนอหาสวนนเองทผเรยนตองใชจนตนาการ ทำาความเขาใจในเนอหาอยางมาก เนองจากเปนการศกษาทเกยวกบสญญาณทางไฟฟา และการประยกตการใชงานสญญาณพลสวดธมอดเลชนเพอควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง ซงอาจทำาใหผเรยนไมเขาใจการทำางานอยางถองแท ในการประยกตการควบคมการหมนของมอเตอรตามทก ำาหนด โดยจะแบงเนอหาออกเปนสวนๆ เพอนำามากำาหนดเปนวตถประสงคในการศกษา และนำาไปสการออกแบบชดสาธต เพอจดทำาคมอ ประกอบการสอนแบบสาธตตอไป

3.2 การกำาหนดหวขอ และวตถประสงคกอนการกำาหนดหวขอเนอหา จะตองทำาการศกษาหลกสตรเสยกอน

โดยหลกสตรทนำามาศกษาเปนหลกสตรประกาศนยบตรวชาชพชนสง สำานกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา สาขาวชาชางอเลกทรอนกส กล มว ช าชพสาขาว ช า รห สว ช า 3105-2014 ช อว ช า ไม โครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) จำานวน 2 หนวยกต 3 ชวโมง โดยไดกำาหนดเนอหา ในเร องการประยกตใชงานไมโครคอนโทรลเลอรผลตสญญาณพลสวดมอดเลชน เพอใชไปควบคมตำาแหนงการหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรง และนำารายละเอยดของหวขอเนอหา มาทำาการกำาหนด วตถประสงคเชงพฤตกรรมการเรยนร แลวจงนำาไปปรกษาอาจารยท ปรกษา เพ อปรบปร งแก ไข จนสร ปได ก ำาหนดวตถประสงคเชงพฤตกรรมการเรยนร ไวดงน

1. อธบายหลกการกำาเนดสญญาณพลสวดมอดเลชนได 2. คำานวณคาแรงดนเอาตพตของสญญาณพลสวดมอดเลชนได

36

3. อธบายการใชไมโครคอนโทรลเลอรผลตสญญาณพลสวดมอดเลชนได

4. อธบายการควบคมการหมนของมอเตอรได 5. เปรยบเทยบการควบคมการหมนของมอเตอรแบบลเนยรกบ

แบบสวตชงได 6. อธบายหลกการควบคมต ำาแหนงการหมนของมอเตอร

ไฟฟากระแสตรงโดยใชไมโคร คอนโทรลเลอรได

3.3 จดทำาใบความรประกอบการสาธตเมอกำาหนดหวขอเรองและวตถประสงคไดแลว จงนำาวตถประสงค

มาจดทำาใบความร โดยไดศกษาจากตำาราและเอกสารประกอบการสอนวชาไมโครคอนโทรลเลอร หนงสอการเรยนรและประยกตใชงาน PIC MICROCOTROLLER ของ อาจารยสมบรณ เนยมกลำา นกพฒนาทรพยากรบคคล ระดบ 8 วทยากรอบรม สำานกงานพฒนาครและบคลากรอาชวศกษา โดยไดออกแบบเนอหาทครอบคลมวตถประสงค และใชชดสาธตเปนสอการเรยนการสอน โดยไดก ำาหนดรปแบบการจดการเรยนการสอน ซงจะทำาการเรยนการสอนสอนภาคทฤษฎกอน โดยประกอบสอการสอน PowerPoint เร องสญญาณพลสวดธมอดเลชนและการประยกตใชสญญาณพลสวดธมอดเลชนควบคมการหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ผานสอเคร องฉายวดโอโปรเจคเตอร แลวจงท ำาการสาธตการใชสญญาณพลสวดธมอดเลช นควบคมตำาแหนงการหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ซงไดแบงหวขอใบความรดงน

1. สญญาณพลสวดธมอดเลชน 2. ไมโครคอนโทรลเลอร ตระกลไมโครชพ เบอร PIC16F8773. การควบคมความเรวมอเตอรดซ (DC Motor) 4. วงจรขบมอเตอร H-Bridge

37

5. โปเทนทโอมเตอร หรอ ตวตานทานแบบเปลยนคาได

3.4 จดทำาใบแบบทดสอบประเมนความรเม อ ได ออกแบบใบความร ปร ะกอบการสาธต ท ตรงตาม

วตถประสงคทกำาหนดแลวจงไดทำาการออกแบบ ใบแบบทดสอบเพอประเมนผลของการเรยนวาไดบรรลตามวตถประสงคทตงไวหรอไม โดยไดออกแบบเปนขอสอบแบบอตนย ทงหมด 12 ขอ ซ งครอบคลมตามวตถประสงคเชงพฤตกรรมทกำาหนดไว ซงเหตผลทออกแบบขอสอบประเมนผลเปนแบบอตนยกเนองมาจากวา ขอสอบแบบอตนยจะทำาใหการวดประเมนผลไดตรงตามวตถประสงคไดมากทสด โดยวดความรความสามารถของผเรยนไดอยางแทจรง แตจะมผลเสยอยางมากถาผสอนลำาเอยงในการตรวจ จงควรจะวางหลกเกณฑในการตรวจโดยไดกำาหนดคะแนนอยางชดเจน ไดโดยการเฉลยแบบทดสอบ และกำาหนดระดบคะแนนในการตอบคำาถาม โดยไดกำาหนดเปนคะแนนทดสอบ 12 ขอ ขอละ 10 คะแนน รวม 120 คะแนน แลวทำาการหารดวย 6 เพอไดคะแนนทงหมด 20 คะแนน ซงสาเหตทกำาหนดคะแนนแตละขอใหสงไวกอนเพอถาคะแนนตรวจเกดผดพลาด ยงมตวหารอกครง เพอคะแนนทผดพลาดจะมผลนอยทสดในการวดและประเมนผล และอกเหตผลหนงในการออกแบบ แบบทดสอบประเมนผลแบบอตนยกเพราะวากลมประชากรตวอยางทใช มจำานวน 20 คนเทานน จงเหมาะทจะใชขอสอบแบบอตนยได

3.5 การออกแบบวงจรในการออกแบบวงจรชดสาธตจะประกอบไปดวย 2 วงจรดวยกน

คอ วงจรชดควบคมโดยใชไมโครคอนโทรเลอร เบอร 16F877 และ วงจรชดขบมอเตอร ไฟฟากระแสตรง H-Bridge รายละเอยดการออกแบบและสรางชดสาธต ไดดำาเนนงานดงน

38

3.5.1 วเคราะหระบบการทำางาน Position Control System แบบ Digital Servo ดงภาพท 3-2

ภาพท 3-2 ระบบการทำางาน Position Control System แบบ Digital Servo

จากภาพท 3-2 เปนการระบบการทำางานแบบ Close Loop ของระบบการควบคมตำาแหนงการหมนของมอเตอร โดยมตำาแหนงทปรบตงคาตำาแหนงการหมน Position Set Point สงไปภาคควบคม Control ทสามารถปรบอตราการทำางานได Gain และ Dead Band สงสญญาณตอไปใหวงจรขบมอเตอรไฟฟากระแสตรง และมการปอนกล บแบบลบ Negative มา เปร ยบ เท ยบก บต ำาแหน งท ต ง ค า Position Set Point เพอใหไดตำาแหนงทตองการ

3.5.2 ออกแบบวงจรชดสาธตการควบคมตำาแหนงมอเตอร ไฟฟากระแสตรงดวยสญญาณพลสวดธมอดเลชน โดยใชไมโครคอนโทรลเลอร เบอรPIC16F877 ดงภาพท 3-3

39

ภาพท 3-3 วงจรชดสาธตการควบคมตำาแหนงมอเตอรไฟฟากระแสตรง

ดวยสญญาณพลสวดธมอดเลชนเหตผลของการเลอกใชไมโครคอนโทรลเลอร เบอร PIC16F877

ของบรษท Micro chip เนองจากวาไมโครคอนโทรลเลอร เบอร PIC16F877 มวงจรรบสญญาณแอนาลอกแลวแปลงเปนสญญาณดจตอลอยภายในชฟไอซ ซงทำาใหสะดวกในการใชงานไมตองตอวงจรแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอลภายในภายนอกเพมเตม ตวอยางเชน ไมโครคอนโทรลเลอร MCS51 จะไมมวงจรแปลงสญญาณแอนาลอกเปนดจตอลภายในชฟ จงจำาเปนตองวงจรภายนอกเพมเตมไมสะดวกในการใชงาน

3.5.3 ออกแบบวงจรชดขบมอเตอรแบบ H-Bridge Driver ดงภาพท 3-4

40

ภาพท 3-4 วงจรชดขบมอเตอรแบบ H-Bridge Driver3.5.4 แหลงจายแรงดน จากการทดลองจะตองมการปอนแรง

ดนใหกบวงจร ดงนน ซงใชแหลงจายแรงดนอย 2 ชด ดวยกน คอ แหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแบบคาคงท 5 โวลต และแบบคาคงท 12 โวลต จายกระแสไดไมตำากวา 5 แอมป จะขนอยกบความตองการกระแสของมอเตอรไฟฟากระแสตรงทนำามาใชงาน เพยงพอกบความตองการของวงจร เนองจากเปนวงจรขนาดเลก และอปกรณทใชตอดงกระแสไมมาก ในสวนของวงจรควบคมไมโครคอนโทรลเลอร ตองการแรงดนไฟฟากระแสตรงขนาด 5 โวลต ซงสามารถจายไฟใหวงจรขนาด 12 โวลต ไดซงในวงจรไดออกแบบวงจรรกษาระดบแรงดนไวแลว คอ ไอซเบอร 7805 และวงจรขบมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบ H-Bridge จางแรงดน 12 โวลต ไดโดยตรง จงไดซอชดภาคจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตชงขนาดแรงดน 12 โวลต จายกระแสได 10 แอมป ระบทสเปคของชดจายไฟ

3.5.5 การพจารณาเลอกมอเตอรไฟฟากระแสตรง ควรเลอกแบบทดเฟองเนองจากจะอาศยแรงบดในการหมน และความเรวในการหม นท ไมส งมากน ก โดยในการจดท ำาคร งน ได เล อกมอเตอร ไฟฟากระแสตรงแบบทดเฟอง ขนาด 12 โวลต ความเรว 150 รอบตอนาท และในการเลอกใชตวตานทานเปลยนคาได VR ไดเลอกใชแบบไวทวาว เพอความแมนยำา และทนทานในการใชงาน

41

3.6 ทดสอบวงจรเมอทำาการออกแบบวงจร และจดหาอปกรณตางๆ ใหไดอปกรณ

ตรงตามวงจรทออกแบบไวหรอใกลเคยงกน จากนนนำาอปกรณมาประกอบวงจรในแผนปร นเอนกประสงค เพอทดสอบการทำางาน เพอใหการทำางาน เปนไปตามวตถประสงคทกำาหนด

3.7 สรางลายวงจรพมพเมอวงจรสามารถทำางานไดถกตองตามตองการแลวจงทำาการ

ออกแบบลายวงจรพมพ โดยใชโปรแกรม Protel การออกแบบลายวงจรพมพประกอบดวย

3.6.1 ออกแบบลายวงจร (Print Circuit Board : PCB) ชดวงจรควบคม ไมโครคอนโทรลเลอร เบอร PIC16F877 โดยใชโปรแกรมออกแบบแผนวงจรพมพ โปรแกรม Protel PCB ดงภาพท 3-5

42

ภาพท 3-5 ลายวงจร (Print Circuit Board : PCB) ชดวงจรควบคม ไมโครคอนโทรลเลอร

เบอร PIC16F877

3.6.2 ออกแบบลายวงจร (Print Circuit Board : PCB) ชดขบมอเตอรไฟฟากระแสตรง แบบ H-Bridge Driver โดยใชโปรแกรมออกแบบแผนวงจรพมพ โปรแกรม Protel PCB ดงภาพท 3-6

ภาพท 3-6 ลายวงจร (Print Circuit Board : PCB) ชดขบมอเตอรไฟฟากระแสตรง แบบ

H-Bridge Driver

เมอออกแบบลายวงจรพมพแลว นำาอปกรณประกอบลงบนลายวงจรพมพ และทำาการทดสอบทละวงจรอกครง จากนนเมอไดผลการทดลองทถกตองแลว บนทกผลการทดลอง เพอทจะนำาไปประกอบการทำารปเลมปญหาพเศษตอไป

3.7 ออกแบบแผงสาธตเมอทำาการทดลองวงจรตามวตถประสงคทไดกำาหนด จงนำาวงจร

มาเขยนแบบโดยใชโปรแกรม Visio วาดวงจรตามแบบทออกแบบไว

43

ใชโปรแกรม Photo Shop ออกแบบกราฟกแผงหนาชดสาธต ตามขนาดจรง เพอนำาไปปรนลงในสตกเกอร เพอนำาไปตดกบแผนอะครลก อกครงหนง ไดเลอกใชแทนสแตนเลสมาทำาเปนแทนยดแผงสาธต เพอความแขงแรงทนทาน สาวงาม และไมเปนสนม มขนาด สง 40 นว ยาว 30 นว ในสวนของแผงหนาชดสาธตจะเลอกใชแผนอะครลก หนา 5 มลลเมตร ซงมความแขงแรงทนทาน และเปนฉนวนไฟฟา โดยตดทบดวยสตกเกอรทออกแบบกราฟกรปวงจรและรายละเอยดตางๆ ซงมสพนเปนสเขยวออนเพอใหดแลวชดเจนตดกบตวอกษร และเพอความสบายตา มขนาด กวาง 20 นว ยาว 30 นว ซงมขนาดทใหญพอสมควรเหมาะสำาหรบการนำาไปสาธตดงแสดงในภาพท 3-7 และ ภาพท 3-8

ขนาด สง 40 นว จากฐาน กวาง 30 นว

ภาพท 3-7 แบบรางชดสาธตควบคมตำาแหนงมอเตอรไฟฟากระแสตรง

ดวยสญญาณพลสวดธมอดเลชน

44

ภาพท 3-8 แบบกราฟกชดสาธต

3.8 การจดทำาคมอการสาธตคมอการสาธตเปนคมอประกอบการสอนของผสอน ส ำาหรบเปน

แนวทางประกอบในการใชงานชดสาธต การจดทำาคมอเร มจากการนำาวตถประสงคทวไปทกำาหนดไวของหวขอเร องทจะทำาการสาธตซงไดกลาวมาแลวขางตน จะนำามาเปนแนวทางในการสอน ซงในคมอการสาธตจะประกอบดวย

1. จดมงหมายของชดสาธต 2. สวนประกอบของชดสาธต 3. สวนประกอบของชดปรบคาตางๆ ในวงจร 4. การใชงานชดสาธต และสาธตอะไรไดบาง ? 5. ขอแนะนำาในประกอบการสาธต

3.9 การประเมนจากผเชยวชาญเมอจดทำาชดสาธตการควบคมตำาแหนงการหมนของมอเตอร

ไฟฟากระแสตรงดวยไมโครคอนโทรลเลอร หลกสตรประกาศนยบตรวชาชพชนสง พรอมคมอการใชงาน ใบความร และแบบทดสอบประเมนผล กนำาไปใหผเชยวชาญประเมนสอ

45

ชดสาธต โดยมผเชยวชาญทงหมด 5 ทาน ซงเปนผทรงคณวฒ และมประสบการณในการสอนในวชาไมโครคอนโทรลเลอร โดยมผเชยวชาญมรายชอดงตอไปน

1. นายสมบรณ เนยมกลำา นกพฒนาสมรรถนะครและบคลากรอาชวศกษา

2. นายทองคำา แกวสข วทยาลยเทคนคสตหบ 3. นายสนทร เรองวฒนานนท วทยาลยเทคนคสตหบ 4. นายบรรพต จนทรแดง ว ท ย า ล ย เ ท ค น ค

ฉะเชงเทรา 5. นายประกอบ เจรญศลป ว ท ย า ล ย เ ท ค น ค

ฉะเชงเทรา หวขอการประเมนคณภาพของการพฒนาชดสาธตการควบคม

ตำาแหนงมอเตอรไฟฟากระแสตรงดวยไมโครคอนโทรลเลอร หลกสตรประกาศนยบตรวชาชพชนสง แบงออกเปน 5 ดาน ดงน คอ

1. ดานหลกการใชสอสาธต2. ดานใบเนอหา3. ดานขอสอบประเมนผล4. ดานตวเครอง (Hard ware) ของชดสาธต5. ดานคมอการใชงาน

การแปลคาการประเมนจากแบบประเมนคณภาพของผเชยวชาญตามแนวทางของเบสท (ไชยยศ, 2526:138) มเกณฑประเมนดงน

คาเฉลย 4.51 – 5.00 หมายถง ผเช ยวชาญมความคดเหนวาชดสาธตมคณภาพอยในเกณฑ ดมาก

46

คาเฉลย 3.51 – 4.50 หมายถง ผเช ยวชาญมความคดเหนวาชดสาธตมคณภาพอยในเกณฑ ด คาเฉลย 2.51 – 3.50 หมายถง ผเช ยวชาญมความคดเหนวาชดสาธตมคณภาพอยในเกณฑ ใชไดคาเฉลย 1.51 – 2.50 หมายถง ผเช ยวชาญมความคดเหนวาชดสาธตมคณภาพอยในเกณฑ ควรปรบปรงคาเฉลย 1.00 – 1.50 หมายถง ผเชยวชาญมความคดเหนวาชดสาธตมคณภาพอยในเกณฑ ใชไมได

การวเคราะหขอมล ผจดทำาไดดำาเนนการวเคราะหเพอหาคณภาพของสอชดสาธต โดยใชสถตทเกยวของดงน

การวเคราะหแบบประเมนความคดเหนของผเชยวชาญ ใชคาเฉลยเลขคณต และคาเบยงเบนมาตรฐาน (ลวนและองคณา, 2538:73-79)

ใชคาเฉลยเลขคณต คอ

และ คาเบยงเบนมาตรฐาน คอ

เมอ คอ คะแนนแตละตวคอ คาเฉลยเลขคณตคอ คาเบยงเบนมาตรฐานคอ ผลรวมของคะแนนทงหมดคอ จำานวนขอมล

3.10 การวเคราะหหาประสทธาพของชดสาธตโดยการนำาไปใชกบผเรยน

47

การวเคราะหหาประสทธภาพของชดสาธตทางสถต สำาหรบการหาประสทธภาพของชดสาธต อาจารยทปรกษาไดแนะนำาถงการเกบขอมลและการวเคราะหแบบใหม คอ

คดจำานวนผเรยน 60% จากผเรยนทงหมด แลวมผลสำาฤทธทางการเรยน รอยละ 80 ขนไป ถาไดตามเกณฑนถอวา ชดสาธตทใชประกอบการเรยนการสอน มประสทธภาพ สามารถใชเปนสอประกอบการเรยนการสอนไดแลว

3.11 การจดทำาปญหาพเศษฉบบสมบรณเมอการจดทำาชดสาธตการควบคมตำาแหนงมอเตอรไฟฟากระแส

ตรงดวยไมโครคอนโทรเลอร เสรจสมบรณตามทไดวางแผนไว กรวบรวมขอมลในการจดทำาปญหาพเศษ โดยสรปลำาดบขนตอนการปฏบตงานจรง ตามผงเวลาการทำางาน เปรยบเทยบไดจากตารางท 3-1

ตารางท 3-1 ตารางเปรยบเทยบการดำาเนนงาน

ลำาดบขนการทำางาน

ระยะเวลาการทำางาน 2551ม.ค.

ก.พ.

ม.ค.

เม.ย.

พ.ค.

ม.ย.

ก.ค.

ส.ค.

ก.ย.

ศกษาขอมลทเกยวของ

วเคราะหและออกแบบ

ทดลองและจำาลองการทำางานสรางวงจรตามทออกแบบ

ตารางท 3-1 ตารางเปรยบเทยบการดำาเนนงาน (ตอ)

ทดสอบการทำางาน

48

ตรวจสอบและแกไข

อาจารยทปรกษาตรวจสอบ

ใหผเชยวชาญประเมน

นำาไปใชกบผเรยน

เกบขอมลสรปคณภาพสอเขยนโครงรางปญหาพเศษสอบโครงงานปญหาพเศษ

ระยะเวลาทกำาหนดระยะเวลาทปฏบตจรง

49