แผนการจดการเรยนรท 12 หนวยท 12 ชอวชา ไมโครคอนโทรลเลอร สอนครงท 12-13 ชอหนวย การควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร ชวโมงรวม 8 ชวโมง

ชอเรอง การควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร จานวนชวโมง 8 ชวโมง

หวขอเรองและงาน 1. การควบคมสเตปปงมอเตอร

1.1 ชนดของสเตปปงมอเตอร 1.2 การขบสเตปปงมอเตอรชนดยนโพลาร 1.3 วงจรขบสเตปปงมอเตอร 1.4 โปรแกรมสาหรบควบคมสเตปปงมอเตอร

2. การควบคมเซอรโวมอเตอร 2.1 โครงสรางของอารซเซอรโวมอเตอร 2.2 การควบคมอารซเซอรโวมอเตอร 2.3 การเขยนโปรแกรมควบคมอารซเซอรโวมอเตอร ชนดหมนได 360 องศา 2.4 การเขยนโปรแกรมควบคมอารซเซอรโวมอเตอร ชนดหมนได 180 องศา

สาระการเรยนร

การควบคมตาแหนงของมอเตอรไฟฟาใหไดตาแหนงทตองการ เชน ตาแหนงสาหรบการพมพของเครองพมพ Ink jet, เครองพมพ 3D, และการเคลอนทของเครองจกรกลไฟฟาตาง ๆตองมความแมนยา การศกษาพนฐานของการควบคมตาแหนงของมอเตอรไฟฟานน จะใชศกษาจากการทางานของสเตปเปอรมอเตอร ซงสามารถควบคมไดละเอยดเปนไมโครเมตร (โดยอาศยการ Drive แบบ Micro step) และการศกษาการควบคมตาแหนงอกชนดหนงคอการใชเซอรโวมอเตอรทสามารถควบคมมมการเคลอนทได

ไมโครคอนโทรลเลอร

159

สมรรถนะทพงประสงค

ความร ทกษะ คณธรรม/จรยธรรม 1. อธบายการทางานของสเตปปงมอเตอรได 2. บอกขอแตกตางของสเตปปงมอเตอร แบบตาง ๆ ได 3. อธบายการกระตนเฟสของสเตปปงมอเตอรใหทางานตามกาหนดได

4. อธบายการทางานของวงจรขบสเตปปงมอเตอรชนดยนโพลารได

5. อธบายการการทางานของอารซเซอรโวมอเตอรได

6. ระบสญญาณเพอการควบคมอารซเซอรโวมอเตอรชนดหมน 360 องศาได

7. ระบสญญาณเพอการควบคมอารซเซอรโวมอเตอรชนดหมน 180 องศาได

8. เขยนโปรแกรมภาษาเบสกควบคมอารซเซอรโวมอเตอรชนดหมน 360 องศาได

9. เขยนโปรแกรมภาษาเบสกควบคมอารซเซอรโวมอเตอรชนดหมน 180 องศาได

10. แกไขโปรแกรมเพอควบคมอารซเซอรโวมอเตอรตามทกาหนดได

1. ตอวงจรขบสเตปปงมอเตอรและสเตปปงมอเตอร เขากบ

ไมโครคอนโทรลเลอรได 2. เขยนโปรแกรมควบคมการทางานของขบสเตปปงมอเตอรได

3. เขยนโปรแกรมควบคมการทางานของขบสเตปปงมอเตอรทสามารถปรบความเรวได

4. ตอวงจรเซอรโวมอเตอร เขากบ ไมโครคอนโทรลเลอรได 5. เขยนโปรแกรมควบคมการทางานของเซอรโวมอเตอร ได

6. เขยนโปรแกรมควบคมการทางานของเซอรโวมอเตอร ทสามารถปรบความเรวได

7. ใชเครองมอวดและทดสอบตรวจสอบการทางานของวงจรเซอรโวมอเตอร ได

1. ตรงตอเวลา 2. มความตระหนกในหนาทของ นกศกษา 3. มความรบผดชอบตอตนเอง และสงคม 4. แตงกายถกตองตามระเบยบ 5. แสดงความเคารพดวยทาท ทสวยงาม 6. ทางานดวยความเตมใจ 7. ใชวสดอปกรณและเครองมอ อยางประหยดตระหนกถง ความปลอดภย

เนอหาสาระ 1. การควบคมสเตปปงมอเตอร

1.1 ชนดของสเตปปงมอเตอร

ROTOR

Common

Φ1

Φ2

Φ3

Φ4

+ V

สเตปปงมอเตอรยนโพลารแบบ Common ภายใน

AABB

ROTOR

Common 1

Φ1

Φ2

Φ3

Φ4

+ V

สเตปปงมอเตอรยนโพลารแบบ Common ภายนอก

AABB

Common 2+ V

ไมโครคอนโทรลเลอร

160

ROTORΦ1

Φ2

Φ3

Φ4

สเตปปงมอเตอรชนดไบโพลาร

ABCD

1.2 การขบสเตปปงมอเตอรชนดยนโพลาร

+ 12 V

ULN2003

D0D1D2D3

D0D1D2D3

1.5 KΩ

1.5 KΩ

1.5 KΩ

1.5 KΩ

ไมโครคอน

โทรลเลอ

ร ROTOR

Comm

on

Φ1

Φ2

Φ3

Φ4

Stepper Motor ชนด Unipolar

1.3 วงจรขบสเตปปงมอเตอร

20MHz

20pF 20pF

10 KΩ

+ 5 V

MCLRRESET

1231

13 14

11 32

1

OSC1 OSC2

VSS

VDD VDD

VSS

RD0

RD2

100 μF+

0.01 μF1N4148

0.1 μF

+ 5V

RA2RA1

RA3

RD1

ULN2003

RD3

+ 12 V

STEPPERMOTOR

Φ1

Φ2

Φ3Φ4

91

8

16

15

13

14

2

3

4

Common : สแดง

: สเหลอง: สนาตาล: สสม: สดาΦ1

Φ2Φ3Φ4

1.4 โปรแกรมสาหรบควบคมสเตปปงมอเตอร

ไมโครคอนโทรลเลอร

161

2. การควบคมเซอรโวมอเตอร 2.1 โครงสรางของอารซเซอรโวมอเตอร

DC Motor (อยภายใน)

Control Circuit

Output Spine Drive Gear

Servo Case

Potentiometer(อยภายใน)

2.2 การควบคมอารซเซอรโวมอเตอร

20 ms

19 ms1 ms

หมนทศทางตามเขมนาฬกา

18 ms2 ms

หมนทศทางทวนเขมนาฬกา

20 ms

หยดหมนไมมสญญาณพลส

18.750 ms1.250 ms

หยดหมน

หมนทศทางทวนเขมนาฬกาดวยความเรวตา 18.720 ms

1.280 ms

18.800 ms1.220 ms

หมนทศทางตามเขมนาฬกาดวยความเรวตา

ไมโครคอนโทรลเลอร

162

2.3 การเขยนโปรแกรมควบคมอารซเซอรโวมอเตอร ชนดหมนได 360 องศา

20MHz

20pF 20pF

10 KΩ

+ 5 V

MCLRRESET

1231

13 14

11 32

1

OSC1 OSC2

VSS

VDD VDD

VSS

RC1

100 μF+

0.01 μF1N4148

0.1 μF

+ 5V

RA2RA1

RA3

+ 5 V

RC SERVOMOTOR

(สแดง)

(สนาตาล)

(สสม)

+V

GND

PWM Signal360 Degree

2.4 การเขยนโปรแกรมควบคมอารซเซอรโวมอเตอร ชนดหมนได 180 องศา

20MHz

20pF 20pF

10 KΩ

+ 5 V

PIC1

8F45

50

MCLRRESET

1231

13 14

11 32

1

OSC1 OSC2

VSS

VDD VDD

VSS

RC1

100 μF+

0.01 μF1N4148

0.1 μF

+ 5V

10 K

SW1

10 K

SW2

RA2RA1

SW3 RA3

10 K

+ 5 V

RC SERVOMOTOR

(สแดง)

(สดา)

(สขาว)

+V

GND

PWM Signal180 Degree

RC Servo Motorของ Parallaxร น Standard servo

การควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร

ไมโครคอนโทรลเลอร

163

กจกรรมการเรยนการสอน

ขนตอนการสอน (กจกรรมของคร)

ขนตอนการเรยน (กจกรรมผเรยน)

เครองมอ/การวดผล ประเมนผล

1.ขนนาเขาสบทเรยน 1.1 ครบอกจดประสงคของการเรยนใน บทเรยนน 1.2 ครสอบถามความสาคญของการควบคม

สเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร 1.3 ครแจกแบบทดสอบกอนเรยนหนวยท 12

1.1 นกเรยนรบฟงจดประสงคของการเรยนใน บทเรยนน 1.2 นกเรยนบอกความสาคญของการควบคม

สเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร 1.3 นกเรยนทาทดสอบกอนเรยนหนวยท 12

1. คาถามประจาหนวย 2. แบบทดสอบกอน เรยนหนวยท 12

2. ขนสอนทฤษฎ 2.1 ครอธบายการควบคมสเตปปงมอเตอรและ

เซอรโวมอเตอรใชสอ power point ประกอบ 2.2 ซกถามปญหาเกยวกบการควบคมสเตปปง

มอเตอรและเซอรโวมอเตอร

2.1 รบฟงคาบรรยาย 2.2 ตอบคาถามและแสดงความคดเหน

1. power point หนวยท 12 2. คาถามหนวยท 12

3. ขนสรป 3.1 ครและนกเรยนชวยกนสรปและครซกถาม ปญหาขอสงสย

3.1 นกเรยนชวยครสรปและตอบคาถาม 3.2 จดบททกยอ

1. ใบสรปหนวยท 12

4. ขนสอนปฎบต 4.1 นกศกษาปฏบตงานตามใบงานท 8 เรอง

การเขยนโปรแกรมควบคมสเตปปงมอเตอร และใบงานท 9 เรอง การเขยนโปรแกรมควบคมเซอรโวมอเตอร

4.1 นกศกษาปฏบตงานตามใบงานท 8 เรอง การเขยนโปรแกรมควบคมสเตปปงมอเตอร และใบงานท 9 เรอง การเขยนโปรแกรมควบคมเซอรโวมอเตอร

1.ใบตรวจผลงาน ตามใบงานท 8, 9

5. ขนการประเมนผล 5.1 ครแจกใบประเมนผลหลงเรยนหนวยท 12 5.2 ดแลนกเรยนไมใหทจรต 5.3 เมอครบเวลาทกาหนดรบแบบทดสอบคน

5.1 รบใบประเมนผลหลงเรยนหนวยท 12 5.2 ทาแบบทดสอบหลงเรยน 5.3 เมอครบเวลาทกาหนดสงแบบทดสอบคน

1. แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 12

6. ขนมอบหมายงาน 6.1 ใหนกเรยนไปคนควาเพมเตมเกยวกบการ

ควบคม สเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอรและทา แบบฝกหดทายหนวยเรยนหนวยท 12 สงในสปดาหตอไป

6.1 รบมอบหมายงาน 1. ใบมอบงานหนวยท 12

7. ขนตรวจสอบความเรยบรอย 7.1 ตรวจความเรยบรอยและความเรยบรอย ของหองเรยนหองปฏบตงาน

7.1 ชวยกนจดเกบและทาความสะอาด หองเรยนหองปฏบตงานใหเรยบรอย

1.ใบตรวจสอบความ เรยบรอย

ไมโครคอนโทรลเลอร

164

งานทมอบหมายหรอกจกรรม กอนเรยน - นกศกษาทาแบบทดสอบกอนเรยนบทท 12 ขณะเรยน ใหนกศกษาอภปรายเกยวกบและสรปเกยวกบการควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร หลงเรยน

ใหนกเรยนไปคนควาเพมเตมเกยวกบการควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอรและทาแบบฝกหดทายหนวยเรยนหนวยท 12 สงในสปดาหตอไป

สอการเรยนการสอน 1. หนงสอเรยนไมโครคอนโทรลเลอร บทท 12 เรองการควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโว

มอเตอร 2. power point เรองการควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร 3. แบบฝกหดทายหนวยเรยนท 12

การวดผลการเรยน กอนเรยน ทดสอบกอนเรยน (Pre-test) โดยใชขอสอบบทท 12 จานวน 10 ขอ ขณะเรยน ถาม – ตอบปญหา , ความสนใจ , ความตงใจ , การอภปราย หลงเรยน ทดสอบหลงเรยน (Post-test) โดยใชขอสอบหนวยท 12 จานวน 10 ขอ การประเมนผล 1. การประเมนผลโดยใชแบบประเมนผลหลงการเรยนหนวยท 12 จานวน 10 ขอ (แบบเลอกตอบ ) 2. สงเกตการมสวนรวมในการเรยน 3. สงเกตจากการตอบคาถาม / การอภปราย เอกสารอางอง 1. สชน ชนสห. (2557). ไมโครคอนโทรลเลอร นนทบร : โรงพมพ บรษท ศนยหนงสอเมองไทย จากด.

ไมโครคอนโทรลเลอร

165

บนทกหลงการจดการเรยนรของคร วนท……….… เดอน……………..…...………. พ.ศ………….…

รหสวชา 2105-2105 ชอรายวชา ไมโครคอนโทรลเลอร สาขาวชา ชางอเลกทรอนกส ระดบชน ปวช. ปท 3 กลมท 1,2

1. หวขอเนอหาทสอน การควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร หนวยท 12 2. จานวนนกศกษาเขาเรยน ……… คน

รายละเอยดการสอน รายละเอยด/หวขอ เนอหาทสอน

เขาใจ/ ปฏบตได(คน)

ไมเขาใจ ปฏบต ไมได (คน)

1. การควบคมสเตปปงมอเตอร 2. การควบคมเซอรโวมอเตอร

สรป ผลการใชแผนการสอน ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………

ผลการเรยนของนกเรยน ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………

ผลการสอนของคร ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………

หมายเหต สาหรบนกศกษาทไมเขาใจหรอปฏบตไมไดจะแกไขในการสอนครงตอไป ในวนท….....เดอน…….........…..พ.ศ……....... โดยจะดาเนนการดงน

1. ………………………….……........…… 2. …………………………….…........…… 3. ……………………….…………............ 4. ………………………….…………........ 5. ………………………….……….........…

ลงชอ…………………………….

( ) ครผสอน

ไมโครคอนโทรลเลอร

166

แบบฝกหดทายหนวยท 12

จงอธบาย/บรรยาย 1. จงบอกขอแตกตางระหวางสเตปปงมอเตอรชนด Unipolar กบชนด Bipolar 2. จากตารางดานลาง สมมตตองการกระตนเฟสดงตาราง จงเขยนเปนรหสเลขฐานสบหก

สเตปทเฟสท 2 431

1

4

3

2

0

0

1

0

1

0

1 1

10

0

0

1

1

1

0

8765

1

0

1

1

1

1

0 1

00

0

1

1

1

0

1

รหสเลขฐาน 16 …... …… …… …… …… …… …… …… 3. จากวงจรดานลาง จงอธบายหนาทของไอซ ULN2003 และ LED จานวน 4 ตวทตอกบเอาตพต ของไอซ ULN2003

20MHz

20pF 20pF

10 KΩ

+ 5 V

MCLRRESET

1231

13 14

11 32

1

OSC1 OSC2

VSS

VDD VDD

VSS

RD0

RD2

100 μF+

0.01 μF1N4148

0.1 μF

+ 5V

RA1RA0

RA2

RD1

ULN2003

RD3

+ 12 V

STEPPERMOTOR

Φ1

Φ2

Φ3Φ4

91

8

16

15

13

14

2

3

4

Common : สแดง

: สเหลอง: สนาตาล: สสม: สดาΦ1

Φ2Φ3Φ4

4. ขอแตกตางของอารซเซอรโวมอเตอรชนด 360 องศากบชนด 180 องศาแตกตางกนอยางไร

ไมโครคอนโทรลเลอร

167

ใบประเมนผลหนวยท 12 วชา ไมโครคอนโทรลเลอร ชอหนวย การควบคมสเตปปงมอเตอรและเซอรโวมอเตอร

คาชแจง ใหเลอกคาตอบทถกทสดแลวทาเครองหมาย X ลงในกระดาษคาตอบ 1. สญญาณทปอนใหแกสเตปปงมอเตอรเปนสญญาณรปคลนใด ก สญญาณรปคลนสามเหลยม ข สญญาณรปคลนไซน ค สญญาณรปคลนพลส ง สญญาณรปคลนไฟฟากระแสตรง 2. สเตปปงมอเตอรชนด Unipolar มสายตอออกมาใชงานกเสน ก 3 ถง 4 เสน ข 4 ถง 5 เสน ค 5 ถง 6 เสน ง 6 ถง 7 เสน 3. รหสเลขฐานสบหกตอไปนขอใดไมใชรหสสาหรบใหสเตปปงมอเตอรหมนตามเขมนาฬกา (เมอ Φ1 ตอ D0, Φ2 ตอ D1, Φ3 ตอ D2, Φ4 ตอ D3) ก [$01, $02, $04, $08] ข [$09, $03, $06, $0C] ค [$01, $03, $02, $06, $04, $0C, $08, $09] ง [$09, $08, $0C, $04, $06, $02, $03, $01] 4. ขอใดเปนหลกการของวงจรขบสาหรบสเตปปงมอเตอรชนด Unipolar ก Open Emitter Drive ข Open Collector Drive ค Open Base Drive ง Open Emitter Drive, Open Collector Drive 5. จากรปดานลาง สวนประกอบหมายเลขใดเปนตวกาเนดพลงงานกลของอารซเซอรโวมอเตอร

ก 1 ข 2 ค 3 ง 4 6. ความกวางของสญญาณพลสบวกในขอใดทาใหเซอรโวมอเตอรชนด 360 องศา หมนทศทางตามเขมนาฬกา ก 2000 ไมโครวนาท ข 1800 ไมโครวนาท ค 1500 ไมโครวนาท ง 1000 ไมโครวนาท

ไมโครคอนโทรลเลอร

168

7. ความกวางของสญญาณพลสบวกในขอใดทาใหเซอรโวมอเตอรชนด 180 องศา หมนมาท ตาแหนง 0 องศา ก 1120 ไมโครวนาท ข 1220 ไมโครวนาท ค 1460 ไมโครวนาท ง 1750 ไมโครวนาท วงจรสาหรบขอ 8 ถง 9

20MHz

20pF 20pF

10 KΩ

+ 5 V

MCLRRESET

1231

13 14

11 32

1

OSC1 OSC2

VSS

VDD VDD

VSS

RC1

100 μF+

0.01 μF1N4148

0.1 μF

+ 5V

RA2RA1

RA3

+ 5 V

RC SERVOMOTOR

(สแดง)

(สนาตาล)

(สสม)

+V

GND

PWM Signal360 Degree

8. จากวงจรในรปทกาหนด ขอใดเปนคาสงให RC Servo Motor หมนทวนเขมนาฬกา ก LOOP1: HIGH PORTC.1 ข LOOP1: HIGH PORTC.1 PAUSE 2000 PAUSEUS 2000 LOW PORTC.1 LOW PORTC.1 PAUSE 1800 PAUSE 18 GOTO LOOP1 GOTO LOOP1 ค LOOP1: HIGH PORTC.1 ง LOOP1: HIGH PORTC.1 PAUSEUS 18 PAUSEUS 2000 LOW PORTC.1 LOW PORTC.1 PAUSE 2000 PAUSEUS 18 GOTO LOOP1 GOTO LOOP1

ไมโครคอนโทรลเลอร

169

9. จากวงจรในรปทกาหนด ขอใดเปนคาสงให RC Servo Motor หมนตามเขมนาฬกา ก LOOP1: LOW PORTC.1 ข LOOP1: HIGH PORTC.1 PAUSE 1000 PAUSEUS 1000 HIGH PORTC.1 LOW PORTC.1 PAUSE 1800 PAUSEUS 18 GOTO LOOP1 GOTO LOOP1 ค LOOP1: LOW PORTC.1 ง LOOP1: HIGH PORTC.1 PAUSEUS 18 PAUSEUS 1000 HIGH PORTC.1 LOW PORTC.1 PAUSE 1000 PAUSE 18 GOTO LOOP1 GOTO LOOP1 วงจรสาหรบขอ 10

10. ถาหากขอมลเดม พลสบวกมความกวาง 1850 ไมโครวนาท ทาให RC Servo Motor หมน ไปท – 30 องศา ถาหากตองการให RC Servo Motor หมนไปท – 40 องศา พลสบวกควรมคา เทาใด ก 1650 ไมโครวนาท ข 1750 ไมโครวนาท ค 1950 ไมโครวนาท ง 2220 ไมโครวนาท

ไมโครคอนโทรลเลอร

170

เฉลยใบประเมนผลหนวยท 12 คาตอบของแบบประเมนผลหนวยท 12

ขอท คาตอบ 1 ค 2 ค 3 ง 4 ข 5 ค 6 ง 7 ค 8 ข 9 ข 10 ค