อุปกรณ์เก็บข้อมูลสภาวะ ...2.4.1.3 ค ณสมบ ต...

อปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตร

โดย นายประสบโชค นดปราณ รหสนกศกษา B5216666

รายงานนเปนสวนหนงของการศกษาวชา 427499 โครงงานวศวกรรมโทรคมนาคม หลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม หลกสตรปรบปรง พ.ศ. 2545

ส านกวชาวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ประจ าภาคการศกษาท 3 ปการศกษา 2556

ข

กตตกรรมประกาศ

(Acknowledgement)

การจดท าโครงงานเรอง อปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตรนไดประสบผลส าเรจดวยดเนองจากการไดรบความอนเคราะหในการใหค าปรกษาในดานตางๆ ในระหวางการด าเนนการจากบคคลหลายทานทไดใหความชวยเหลอและใหค าปรกษา รวมทงขอเสนอแนะทเปนประโยชนในการท าโครงงานครงน ซงบคคลเหลานประกอบไปดวย ผศ.ร.อ. ดร.ประโยชน ค าสวสด (อาจารยทปรกษาโครงงาน) นางสาวนภาพร พมปร (นกศกษาปรญญาโท สาขาวศวกรรมโทรคมนาคม) นกศกษาส านกวชาเทคโนโลยการเกษตรสาขาวชาเทคโนโลยการผลตพช ขาพเจาใครขอขอบพระคณผทมสวนเกยวของทกทานทมสวนรวมในการใหขอมล และเปนทปรกษาในการท างานฉบบนจนสมบรณ ตลอดจนใหการดแลและใหความเขาใจเกยวกบพนฐานการใชโปรแกรม ซงขาพเจาขอขอบพระคณเปนอยางสงไว ณ ทน นายประสบโชค นดปราณ

ค

สารบญ เรอง หนา บทคดยอ ก กตตกรรมประกาศ ข สารบญ ค สารบญรป ฉ สารบญตาราง ฌ บทท 1 บทน า 1.1 หลกการและเหตผล 1 1.2 วตถประสงค 1

1.3 ขอบเขตงาน 1 1.4 ขนตอนการด าเนนงาน 2 1.5 ผลทคาดวาจะไดรบ 2

บทท 2 ทฤษฎและหลกการทเกยวของ 2.1 บทน า 3 2.2 ไมโครคอนโทรลเลอร 3 2.3 คณสมบตของ MCU เบอร STM32F103RE 4 2.4 คณสมบตและขอมลดานเทคนคของ Light Dependent Resistor (LDR) 5

2.4.1 หลกการท างานของ Light Dependent Resistor (LDR) 6 2.4.1.1 คณสมบตทางเทคนคของ LDR 6 2.4.1.2 คณสมบตทางแสงของ LDR 7 2.4.1.3 คณสมบตทางไฟฟาของ LDR 8 2.4.2 การตอใชงาน Light Dependent Resistor (LDR) 8

2.4.3 การค านวณคาความเขมแสง 8 2.5 คณสมบตและขอมลดานเทคนคของเซนเซอรวดอณหภมและความชน (SHT11) 10 2.5.1 คณสมบตของ เซนเซอรวดอณหภมและความชน (SHT11) 11 2.5.1.1 คณสมบตทางเทคนคของ SHT11 11 2.5.2 ขาสญญาณส าหรบการสอสารขอมลของเซนเซอร SHT11 11 2.5.2.1 ขาสญญาณนาฬกา (SCK) 11 2.5.2.2 ขาสญญาณรบ/สงขอมล (DATA) 11

ง

สารบญ เรอง หนา

2.5.3 รปแบบการสอสารขอมลของ SHT11 12 2.5.3.1 การสงค าสง (sending a command) 12

2.5.4 รจสเตอรแสดงสถานะ (STATUS) 14 2.5.4.1 ความละเอยดในการวดคาความชนและอณหภม 14 2.5.4.2 ตรวจสอบระดบไฟเลยง 14 2.5.5 ตวท าความรอน 14

2.5.6 การค านวณคาอณหภม 14 2.6 ชดเชอมตอหนวยความจ า SD/MMC CARD 17 2.6.1 ความรเบองตนเกยวกบ SD การด 17 2.6.2 คณสมบตเดนของ SD การด 17 2.6.3 ระบบบสทใชตดตอกบ SD การด 18

2.6.4 การจดแบงพนทของ SD การด 20 2.6.5 รจสเตอรของ SD การด 21

2.6.6 กระบวนการอาน-เขยน SD การด 24 2.6.7 การตดตอกบ SD การด 25 2.5.7.1การตดตอ SD การดผานบส SD 26 2.5.7.2 การตดตอกบ SD การดผานบส SPI 27 2.5.7.3 การอานขอมลในโหมด SPI 28 2.5.7.4 การเขยนขอมลในโหมด SPI 29 บทท 3 การออกแบบฮารดแวร และการออกแบบซอฟแวร 3.1 บทน า 30 3.2 การออกแบบฮารดแวร 30 3.3 การออกแบบซอฟแวร 34

3.3.1 การเขยนโปรแกรมดวย MATLAB รวมกบ Keil uVision4 34 บทท 4 ผลการทดลอง 4.1 บทน า 41 4.2 การทดลองท 1 การวดเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสง (เทคโนโลยการเกษตร) 41 4.2.1 วตถประสงค 42

จ

สารบญ เรอง หนา 4.2.2 ขนตอนการทดลอง 42 4.2.3 วเคราะหผลการทดลอง 43 4.2.4 สรปผลการทดลอง 44 4.3 การทดลองท 2 การวดเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสงทใชในทางไฟฟาในทแจง 44

และในทรม 4.3.1 วตถประสงค 44 4.3.2 ขนตอนการทดลอง 44 4.3.3 วเคราะหผลการทดลองตอนท 2 50 4.3.4 สรปผลการทดลองตอนท 2 50 4.4 การทดลองท 3 การเกบขอมลลงใน SD Card 51 4.4.1 วตถประสงค 51 4.4.2 ขนตอนการทดลอง 51 4.4.3 วเคราะหผลการทดลองตอนท 3 60 4.4.4 สรปผลการทดลองตอนท 3 60 บทท 5 สรปผลการทดสอบและขอเสนอแนะ 5.1 บทน า 61 5.2 สรปผลการทดสอบ 61 5.3 ปญหาและอปสรรค 61 5.4 ขอเสนอแนะ 62 ประวตผเขยน 63 บรรณานกรม 64 ภาคผนวก ก การตดตงโปรแกรม 65 ภาคผนวก ข คณสมบตของเครองวดมาตรฐานทใชในการปรบเทยบ 78 ภาคผนวก ค โคดโปรแกรม 82

ฉ

สารบญรป

เรอง หนา รปท 2.1 การจดขาสญญาณ STM32F103RE 4 รปท 2.2 บอรดวดความเขมแสง 5 รปท 2.3 โครงสรางของ LDR 5 รปท 2.4 กราฟเปรยบเทยบระหวางคาความตานทานกบความเขมแสง 6 รปท 2.5 กราฟแสดงความไวของ LDR ทความยาวคลน 550-650 นาโนเมตร 7 รปท 2.6 การตอขาของ LDR 8 รปท 2.7 เซนเซอรวดอณหภมและความชน (SHT11) 10 รปท 2.8 โครงสรางของ SHT11 10 รปท 2.9 รปรางของเซนเซอร SHT11 การจดขาและการตอใชงาน 11 รปท 2.10 สภาวะการสงค าสงขอมล 12 รปท 2.11 สภาวะเรมตนการสงสญญาณ 13 รปท 2.12 ไดอะแกรมการท างานเบองตนของ SD การด 17 รปท 2.13 การจดแบงพนทของ SD การด 20 รปท 2.14 ความสมพนธของบตขอมลในรจสเตอร OCR กบแรงดนของ SD การด 22 รปท 2.15 กระบวนการอาน-เขยนขอมลของ SD การด 24รปท 2.16 ไดอะแกรมการตดตอกบ SD การดผานบส SD 26 รปท 2.17 วงจรการเชอมตอเบองตนระหวางโฮสตหรอไมโครคอนโทรลเลอรกบ 27

SD การดผานระบบบส SD รปท 2.18 กระบวนการอานขอมลแบบบลอกเดยวจาก SD การด 28 รปท 2.19 จงหวะการเขยนขอมลลงใน SD การดแบบบลอกเดยว 29 รปท 3.1 แผนภาพเครองวดความเขมแสง 23 รปท 3.2 เครองวดความเขมแสงทออกแบบขน 24รปท 3.3 จอกราฟฟกแอลซดขนาด 3x16 24 รปท 3.4 การตอขาของ LDR 25 รปท 3.5 หนาตางของโปรแกรม MATLAB 26 รปท 3.6 การเปด Simulink 26 รปท 3.7 การเปด New modle 26 รปท 3.8 การเปดใชงาน Block ใน Simulink 27

ช

สารบญรป (ตอ) เรอง หนา รปท 3.9 การ Save ไฟลงาน 27 รปท 3.10 แสดง Block Sumilink ทใชในการควบคมการท างาน 28 รปท 4.1 เครองมอวดแสงทางการเกษตรชอรน Sun scan type SS1 41 รปท 4.2 บรเวณพนททท าการทดสอบ 42 รปท 4.3 การวดคาความเขมแสงโดยเครองวดแสงมาตรฐาน 46 รปท 4.4 บรเวณทท าการทดสอบในทแจง 10 จด 47 รปท 4.5 บรเวณทท าการทดสอบในทรม 10 จด 48 รปท 4.6 กราฟแสดงแรงดน (Volt) ทวดไดจากเครองมอวด 54 รปท 4.7 กราฟแสดงคาแสง (Lux) ทวดไดจากเครองมอวด 55 รปท 4.8 กราฟแสดงคาความชนสมพทธทวดไดจากเครองมอวด 55 รปท 4.9 กราฟแสดงคาอณหภม (C) ทวดไดจากเครองมอวด 56 รปท 4.10 กราฟแสดงแรงดน (Volt) ทวดไดจากเครองมอวด 58 รปท 4.11 กราฟแสดงคาแสง (Lux) ทวดไดจากเครองมอวด 59 รปท 4.12 กราฟแสดงคาความชนสมพทธทวดไดจากเครองมอวด 59 รปท 4.13 กราฟแสดงคาอณหภม (C) ทวดไดจากเครองมอวด 60 รปท ก.1 วงจรสมบรณของ MICROCONTROLLER ตระกล ARM 66 รปท ก.2 การตอ Jumper ส าหรบการใชงานในรปแบบตางๆ 67 รปท ก.3 การเลอกโปรแกรมการตดตง 68 รปท ก.4 เลอกโหมดการตดตงโปรแกรม 68 รปท ก.5 ขอตกลงตางๆส าหรบการใชงานโปรแกรม 69 รปท ก.6 กรอกรหสส าหรบการลงโปรแกรม 69 รปท ก.7 การเลอกชนดการตดตง 70 รปท ก.8 การเลอกโฟลเดอรส าหรบตดตงโปรแกรม 70 รปท ก.9 การยนยนการตดตงโปรแกรม 71 รปท ก.10 เลอกโปรแกรมทตองการตดตง 72 รปท ก.11 หนาตางแสดงโหมดการตดตงโปรแกรม 72 รปท ก.12 ขอตกลงตางๆส าหรบการใชงานโปรแกรม Keil uVision4 73 รปท ก.13 หนาตางการเลอกโฟลเดอรในการตดตงโปรแกรม 73

ซ

สารบญรป (ตอ) เรอง หนา รปท ก.14 หนาตางส าหรบกรอกรายละเอยดของผใชงาน 74 รปท ก.15 หนาตางการโหลดโปรแกรมลงเครองคอมพวเตอร 74 รปท ก.16 การตอสาย USB เขากบ Fio Board 75 รปท ก.17 การตอสาย USB เขากบเครองคอมพวเตอร 75 รปท ก.18 หนาตางแสดงการเชอมตอ 76 รปท ก.19 หนาตางยนยนการท างานเสรจสมบรณ 76 รปท ก.20 การลงโปรแกรมเสรมส าหรบการใชงาน 77 รปท ข.1 เครองวดความเขมแสงยหอ Mastech รน LX 1010BS 79

ฌ

สารบญตาราง เรอง หนา ตารางท 2.1 รายละเอยดค าสงและขอมลค าสงส าหรบควบคมการท างาน 13

ของเซนเซอร SHT11 ตารางท 2.2 การก าหนดคาคงททางอณหภม d1 และ d2 สาหรบค านวณ 15

คาอณหภมจรงทวดได ตารางท 2.3 การก าหนดคาคงทซงตองใชในการค านวณคาความชนสมพทธจรงทวดได 16 ตารางท 2.4 สรปขอมลส าคญของการตดตอกบ SD การดทงแบบบส SD และ SPI 18 ตารางท 2.5 เปนการจดขาเมอตดตอ SD การดดวยบส SD 19 ตารางท 2.6 เปนการจดขาเมอตดตอ SD การดดวยบส SPI 19 ตารางท 2.7 การแสดงรจสเตอรใน SD การด 21 ตารางท 2.8 แสดงสายสญญาณของการตดตอกบ SD การดทงแบบผานบส SD และ SPI 25 ตารางท 4.1 ผลการทดลองการวดคาเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสง(เทคโนโลยการเกษตร) 43 ตารางท 4.2 ผลการทดลองการวดคาความเขมแสงบรเวณกลางแจง 49 ในแปลงเกษตรของบรเวณมหาวทยาลยและหอพก ตารางท 4.3 ผลการทดลองการวดคาความเขมแสงในทรม ในบรเวณหอพกสรนเวศ 11 49 ตารางท 4.4 ผลการเกบขอมลใน SD Card วนท 1 เวลา 12.00 น.ใชเวลา 5 นาท 53 ตารางท 4.5 ผลการเกบขอมลใน SD Card วนท 2 เวลา 12.00 น.ใชเวลา 5 นาท 57

1

บทท 1 บทน า

1.1 หลกการและเหตผล ในปจจบนการท าเกษตรกรรม เกษตรกรสวนใหญใชขอมลสภาวะแวดลอมจากกรมวชา

การเกษตร กรมอตนยมวทยา ซงเปนขอมลทคอนขางหยาบ ถาเกษตรกรมเครองมอวดทสามารถ

ท างานไดในพนทการเกษตรของตวเขาจรงๆ กจะสามารถน าขอมลทวดไดมาเปนขอมลประกอบใน

การตดสนใจ ใชในการวางแผนการท าเกษตรกรรม ใชในการตดสนใจในการทจะใชทรพยากรน า

ปย หรอ แรธาตอาหารของพชใหเกดประสทธภาพ คมคาทสดและเกดประโยชนสงสด

1.2 วตถประสงค 1. เพอศกษาระบบควบคมของบอรด Fio Std

2. เพอศกษาการท างานของเซนเซอรวดอณหภมและความชนสมพทธในอากาศ

3. เพอน าความรทไดมาพฒนาน าไปใชในการเกษตรได

4. ฝกการท างาน และการแกปญหาตาง ๆ ทเกดขน

1.3 ขอบเขตงาน 1. ศกษาการท างานของ Board Fio Std ซงใชไมโครคอนโทรลเลอรตระกล ARM 32-

bits Cortex TM-M3 Processor (STM32F103RET6)

2. ศกษาการตรวจจบเซนเซอรวดอณหภมและความชนสมพทธในอากาศ และบนทก

ขอมลลงใน Secure Didital Card (SD Card)

3. วดความเขมแสงแสดงผลผานจอ LCD และบนทกขอมลลงใน Secure Didital Card

(SD Card)

2

1.4 ขนตอนการด าเนนงาน 1. ศกษาหวเรองทสนใจ และท าการศกษาขอมลหลกการทฤษฎทเกยวของ 2. ศกษาคณสมบต วธการใชอปกรณ แลวท าการจดหาหรอสงซออปกรณทไดก าหนดไว 3. ลงมอปฏบตงาน ท าการเขยนโปรแกรมทใชควบคมการท างานของเซนเซอร 4. ตรวจสอบโปรแกรมและการท างานของอปกรณ จดเตรยมเอกสารรปแบบการน าเสนอ

โครงงาน

1.5 ผลทคาดวาจะไดรบ 1. มความรเกยวกบ Board Fio Std และชดอปกรณเซนเซอรวดอณหภมและความชน

สมพทธในอากาศ 2. มความรเกยวกบโปรแกรมตางๆ เชน

โปรแกรม Matlab 2010b

โปรแกรม Simulink (v7.3)

โปรแกรม Real-Time Workshop (v7.3)

โปรแกรม Realview MDK for ARM (v4.0)

3. เพอทจะเปนประโยชนในการศกษาคนควา และอางองของผทสนใจ 4. สามารถแกปญหาจากการปฏบตงานจรงได

3

บทท 2

ทฤษฎและหลกการทเกยวของ

2.1 บทน า

ในบทนเราจะกลาวถง ไมโครคอนโทรลเลอร คณสมบตของ MCU (Multipoint Control Unit) เบอร STM32F103RE คณสมบตและขอมลดานเทคนคของ Temperature And Humidity (SHT11 sensor) คณสมบตและขอมลดานเทคนคของ Light Dependent Resistor (LDR) และชดเชอมตอหนวยความจ า SD/MMC CARD

2.2 ไมโครคอนโทรลเลอร

ไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) มาจากค า 2 ค า ค าหนงคอ ไมโคร (Micro)

หมายถงขนาดเลก และค าวา คอนโทรลเลอร (Controller) หมายถงตวควบคมหรออปกรณควบคม

ดงนน ไมโครคอนโทรลเลอร จงหมายถงอปกรณควบคมขนาดเลก แตในตวอปกรณควบคมขนาด

เลกน ไดบรรจความสามารถทคลายคลงกบระบบคอมพวเตอรทคนโดยสวนใหญคนเคย กลาวคอ

ภายในไมโครคอนโทรลเลอรไดรวมเอาซพย หนวยความจ า และพอรตซงเปนสวนประกอบหลก

ส าคญของระบบคอมพวเตอรเขาไวดวยกน โดยท าการบรรจเขาไวในตวถงเดยวกน

ในโครงงานนเปนบอรดไมโครคอนโทรลเลอรในตระกล ARM ซงบอรดนเลอกใช MCU เบอร STM32F103RE โดยการออกแบบโครงสรางของบอรดนนจะเนนเรองการจดวางบอรดใหมขนาดเลกเพอใหงายตอการน าไปประยกตใชงาน โดยไดน า MCU มาจดวงจรรวมกบอปกรณพนฐานทจ าเปน และจดขาออกมาใชงานภายนอก ซงการจดเรยงขาสญญาณจะท าการจดเรยงอยางเปนระเบยบเพอใหสามารถใชงานไดโดยสะดวก โดยทบอรดจะใชไฟเลยง +3.3V

4

2.3 คณสมบตของ MCU เบอร STM32F103RE

รปท 2.1 การจดขาสญญาณ STM32F103RE

1. ความเรวสญญาณนาฬกา Crystal 8 MHz 2. รองรบการโปรแกรมแบบ SPI 3. Power supply ใชแรงดนไฟฟา 3.3 V 4. ภายใน MCU มหนวยความจ าโปรแกรมแบบ Flash ขนาด 496 Kbytes 5. จ านวน I/O สงสดถง 53 I/O Pins ซงขาสญญาณ I/O จะมการใชงานรวมกนของ

Function อนๆ อกดงน 5.1 SPI จ านวน 3 ชอง , I2C จ านวน 2 ชอง , 12-Bit ADC จ านวน 2 ชอง 5.2 Programmable Serial USART จ านวน 5 ชอง 5.3 Advanced Control Timers จ านวน 2 ชอง

5

2.4 คณสมบตและขอมลดานเทคนคของ Light Dependent Resistor (LDR)

รปท 2.2 บอรดวดความเขมแสง

ตวตานทานเปลยนคาตามแสง (Light Dependent Resistor) เปนอปกรณประเภทสารกงตวน าชนด 2 ขวตอ ท ามาจากสารแคดเมยมซลไฟล (Cds) หรอแคดเมยมซลไนด (Cdse) ซงเปนสารประกอบชนดกงตวน ามาฉาบบนแผนเซรามคทใชเปนฐานรอง แลวตอขาจากสารทฉาบเอาไว

รปท 2.3 โครงสรางของ LDR

6

2.4.1 คณสมบตของ Light Dependent Resistor (LDR)

คาความตานทานในตว LDR ระหวางขวตอทงสองจะเปลยนแปลงไปตามความเขมของ

แสงทมาตกกระทบ ความเขมของแสงนอย LDR มคาความตานทานสง และถาความเขมของแสง

มาก LDR มคาความตานทานต า

รปท 2.4 กราฟเปรยบเทยบระหวางคาความตานทานกบความเขมแสง

2.4.1.1 คณสมบตทางเทคนคของ LDR 1. ทคาความเขมแสงเทากบ 10 lux ตวตานทานจะมคาประมาณ 10 ‟ 15 kOhm 2. ตวตานทานมผลการตอบสนองสงสดในชวง 550-650 nm

3. ก าลงงานทแผกระจายออกไปสงสด 35 mW 4. ผลการตอบสนองทางเวลาอยท 35 ms 5. ใชงานไดทอณหภม -30 ถง 60 องศาเซลเซยส

7

2.4.1.2 คณสมบตทางแสงของ LDR

LDR ไวตอแสงในชวงคลน 400-1000 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 10^-9 เมตร) ซง

ครอบคลมชวงคลนทไวตอตาคน (400-700 นาโนเมตร) นนคอ LDR ไวตอแสงอาทตย และแสงจาก

หลอดไส หรอ หลอดเรองแสง และยงไวตอแสงอนฟราเรดทตามองไมเหนอกดวย (ชวงคลนตงแต

700 นาโนเมตรขนไป)

รปท 2.5 กราฟแสดงความไวของ LDR ทความยาวคลน 550-650 นาโนเมตร

2.4.1.3 คณสมบตทางไฟฟาของ LDR

ความตานทานในขณะไมมแสงจะอยในชวงตงแต 0.5 เมกะวตตขนไป และความตานทาน

ขณะทมแสงจะอยในชวงตงแต 10 กโลวตต ลงมาทนแรงดนสงสดไดมากกวา 100 โวลต และทน

ก าลงไฟไดประมาณ 50 มลลวตต

8

2.4.2 การตอใชงาน Light Dependent Resistor (LDR)

รปท 2.6 การตอขาของ LDR

จ า ยไฟ เ ล ย ง เขา ท ข า 3 และ ตอขา 1 ลงกราวด ส วนขา 2 จะใช ต อกบบอ รดไมโครคอนโทรลเลอร ในการทดลองนเราจะใหขา 2 ของ LDR ตอเขากบ Port C0 ของไมโครคอนโทรลเลอร 2.4.3 การค านวณคาความเขมแสง ในการค านวณคาความเขมแสงนน เราจะตองทราบคาความตานทานกอน จงจะสามารถค านวณหาคาความเขมแสงได การหาคาความตานทาน :

(Ω) (2.1)

9

สมการทใชในการหาคาความเขมแสง :

Ω

Ω

Ω

(2.2)

สมการทใชในการปรบแตงคาใหถกตองกบเครองวดความเขมแสงมาตรฐาน:

(2.3)

10

2.5 คณสมบตและขอมลดานเทคนคของเซนเซอรวดอณหภมและความชน (SHT11)

รปท 2.7 เซนเซอรวดอณหภมและความชน (SHT11)

เซนเซอร SHT11 เปนเซนเซอรวดอณหภมและความชนสมพทธ โดยมเชอมตอแบบ I2C

เพยงสอง เสน และ SHT11 ใหเอาตพตเปนดจตอลขนาด 14 บต ซงจะตองอานขอมลดบจากโมดล

SHT11 เขามากอน จากนนจงใชการค านวณทางคณตศาสตรเพอใหไดคาอณหภมออกมา

รปท 2.8 โครงสรางของ SHT11

11

2.5.1 คณสมบตของ เซนเซอรวดอณหภมและความชน (SHT11)

เปนโมดลวดความชนสมพทธและอณหภมจาก sensor มขนาดเลกและเพอความสะดวกในการใชงานจงไดตดตงลงบนแผนวงจรพมพและตอคอนเนกเตอร 8 ขาเพอใหสามารถตตงลงบนแผนวงจรหรอเบรดบอรดเพอท าการทดลองไดงายรวมไปถงการน าไปประยกตใชงานจรงดวย

2.5.1.1 คณสมบตทางเทคนคของ SHT11 1.ท าหนาทเปนทงตววดความชนและอณหภมภายในตวถงเดยวกน

2.สามารถก าหนดความละเอยดของยานการวดได

3.มขนาดเลกกนพลงงานต า ท างานในยานแรงดนไฟเลยง +2.4 ถง + 5.5 V

4.เสถยรภาพในการท างานสง

2.5.2 ขาสญญาณส าหรบการสอสารขอมลของเซนเซอร SHT11

2.5.2.1 ขาสญญาณนาฬกา (SCK)

ท าหนาทในการรบสญญาณนาฬกาเพอใชในการสอสารขอมล

2.5.2.2 ขาสญญาณรบ/สงขอมล (DATA)

เปนขาสญญาณในการรบ/สงขอมล ในการใชงานควรตอตวตานทาน 47 -10 กโลโอหม

รปท 2.9 รปรางของเซนเซอร SHT11 การจดขาและการตอใชงาน

12

2.5.3 รปแบบการสอสารขอมลของ SHT11

2.5.3.1 การสงค าสง (sending a command)

ในสภาวะเรมตนกอนการสงขอมลค าสงจากไมโครคอนโทรเลอรไปยง SHT11 จ าเปน

จะตองสรางรปแบบสญญาณกระตนผานขาสญญาณ SCK และ DATA เพอใหตรงกบเงอนไขท

เรยกวา Trasmission start หรอภาวะเรมสงสญญาณ นนคอขา DATA ตองถกท าใหเปนลอจก “0”

นานอยางนอย 1 ไซเกลของสญญาณนาฬกา SCK หลงจากน SHT11 จะทราบไดทนทวาขอมล

หลงจากนคอค าสง

รปท 2.10 สภาวะการสงค าสงขอมล

หลงจากสรางเงอนไข Trasmission start แลวสามารถสงค าสงไปยง SHT11 เพอก าหนดการท างาน

ไดทนท โดยขอมลค าสงตางๆ ส าหรบการท างานดงแสดงในตารางท 2.1

13

ตารางท 2.1 รายละเอยดค าสงและขอมลค าสงส าหรบควบคมการท างานของเซนเซอร SHT11

ค าสง ขอมลค าสง สงวนไว 000x

อานคาอณหภม (Measure Temperature) 00011 อานคาความชนสมพทธ (Measure Humidity) 00101

อานคารจสเตอรก าหนดสถานะ (Read Status Register) 00111 สงวนไว 0101x ถง 1110x

รเซตการท างาน (Soft reset) ท าใหรจสเตอรก าหนดสถานะกลบไปสคา defult และตองใชเวลาในการท างานอยางนอย 11 มลลวนาทจง

จะสามารถรบค าสงถดไปได

11110

รเซตการเชอมตอ (Connection reset sequence) เมอตองการเรมตนการเชอมตอระหวาง

ไมโครคอนโทรเลอรกบเซนเซอร SHT11 ตองสรางสญญาณรเซตขนกอน โดยท าใหขา DATA ม

สถานะลอจก “1” นานเทากบชวงเวลาทปอนสญญาณนาฬกา SCK 9 ลกตดตอกนแลวตามดวย

สภาวะเรมตนการสงสญญาณ

รปท 2.11 สภาวะเรมตนการสงสญญาณ

14

2.5.4 รจสเตอรแสดงสถานะ (STATUS)

ส าหรบฟงกชนทมการปรบแตงพเศษ จะตองมการก าหนดผานรจสเตอร STATUS

2.5.4.1 ความละเอยดในการวดคาความชนและอณหภม

คาตงตนกอนตงคาความละเอยด ในกรวดความชนจะมความละเอยด 12 บต สวนความ

ละเอยดในการวดอณหภมจะเปน 14 บต ถามการก าหนดบต “0” ของรจสเตอร STATUS เปน

“1” คาความละเอยดของการวดคาความชนจะเหลอเทากบ 8 บต สวนการวดคาอณหภมจะเหลอ

เทากบ 8 บตซงเปนผลใหความเรวในการอานคามมากขน และกนก าลงงานต าลง

2.5.4.2 ตรวจสอบระดบไฟเลยง

เปนฟงกชนตรวจสอบแรงดนไฟเลยงวา ต ากวา 2.47 V หรอไมโดยมความแมนย า+0.05 V

2.5.5 ตวท าความรอน

ตวท าความรอนภายในเซนเซอร SHT11 จะท าใหอณหภมของตวตรวจจบเพมขนเปน 5

องศาเซลเซยส โดยท าใหเซนเซอร SHT11 ใชกระแสไฟฟาเพมขน 8 mA ท 5 V ตวท าความรอนจะ

ถกใชงานเพอขจดไอน าทตดอยทตวตรวจจบ เมอคาความชนสงกวา 95% ซงท าใหความแมนย าใน

การอานคาจากตวตรวจจบมมากขน โดยตรวจสอบดวยการเปรยบเทยบคา อณหภมและความชน

กอนและหลงการเปดตวท าความรอน

2.5.6 การค านวณคาอณหภม

ค านวณไดจากสมการโดย Sensirion ผผลตโมดล SHT11 ซงก าหนดไวดงน

Temperature = d1 + (d2 x SOT)

โดยท Temperature คอคาอณหภมจรง d1 คอคาคงทขนอยกบไฟเลยงทปอนใหกบขา VDD ของ SHT11 ดรายละเอยดใน

ตารางท 2.2 d2 คอคาคงทขนอยกบความละเอยดของอณหภมทตองการจาก SHT11 ดในตาราง

ท 2.2

15

SOT คอคาอณหภมดบทอานไดจากโมดล SHT11

ตารางท 2.2 การก าหนดคาคงททางอณหภม d1 และ d2 สาหรบค านวณคาอณหภมจรงทวดได

ไฟเลยง คาคงททางอณหภมตวท 1 (d1)

หนวย C หนวย F +5V -40.00 -40.00 +4V -39.75 -39.50

+3.5V -39.66 -39.35 +3V -39.60 -39.28

+2.5V -39.55 -39.23

ความละเอยด คาคงททางอณหภมตวท 2 (d2)

หนวย C หนวย F 14 บต 0.01 0.018 12 บต 0.04 0.072

ส าหรบการอานคาความชนสมพทธจากโมดล SHT11 จะตองอานขอมลดบจากโมดล

SHT11 เขามากอน จากนนจงใชการค านวณทางคณตศาสตรเพอใหไดคาความชนสมพทธออกมา

โดยค านวณไดจากสมการทก าหนดมาจาก Sensirion ผผลตโมดล SHT11 ดงน

RH ture = (T ‟ 25) x [t1 + (t2 x SORH)] + RH linear

RH linear = C1 + (C2 + SORH) + [C3 x (SORH)2]

โดยท RHture คอคาความชนสมพทธจรง T คอ คาอณหภมจรงทค านวณไดจากสมการค านวณคาอณหภม

16

t1 และ t2 คอ คาคงทโดยขนอยกบความละเอยดของความชนสมพทธทตองการจากโมดล SHT11 ด รายละเอยดการก าหนดคาจากตารางท 2.3

C1, C2 และ C3 คอ คาคงทขนอยกบความละเอยดของความชนสมพทธทตองการจากโมดล SHT11 ดรายละเอยดการก าหนดคาจากตารางท 2.3

SORH คอ คาขอมลดบของความชนสมพทธทอานไดจากโมดล SHT11

ตารางท 2.3 การก าหนดคาคงทซงตองใชในการค านวณคาความชนสมพทธจรงทวดได

ความละเอยด คาคงท t1 t2

14 บต 0.01 0.00008 8 บต 0.01 0.00128

ความละเอยด คาคงท

c1 c2 c3 14 บต -4 0.0405 -2.8x10-6 8 บต -4 0.648 -7.2x10-4

17

2.6 ชดเชอมตอหนวยความจ า SD/MMC CARD

2.6.1 ความรเบองตนเกยวกบ SD การด SD การดเปนหนวยความจ าแบบเขยนและลบใหมไดแบบหนงทใชเทคโนโลยหนวยความจ าแบบแฟลช (Secure digital card) มลกษณะการท างานและการตดตอคลายกบการดหนวยความจ าแบบ MMC (Multimedia card) หากแตใน SD การดไดบรรจสวนการรกษาขอมลเขาไปเพมเตม ในรปท2.7 แสดงไดอะแกรมการท างานของ SD การด จะเหนวา มสวนประกอบ 2 สวนคอโมดลหนวยความจ าแบบแฟลช และตวควบคม การตดตอกบ SD หรอบส SPI

รปท 2.12 ไดอะแกรมการท างานเบองตนของ SD การด

2.6.2 คณสมบตเดนของ SD การด SD การดเกดขนจากความรวมมอของ 3 บรษทคอ Matsushita Electric Industrial (MEI), SanDisk Corporation (SanDisk) และ Toshiba Corporation (Toshiba) มการก าหนดคณสมบตตางๆรวมถงมาตรฐานการตดตอทชดเจนภายใตการก ากบดแลโดย SD Card Association (www.sdcard.org)

ในปจจบน SD การดไดรบความนยมสงมากโดยเฉพาะในอปกรณสารสนเทศสมยใหม ไมวาจะเปนกลองดจตอล โทรศพทเคลอนท เครองเลน MP3 เปนตน ทงนเนองจาก SD การดไดรบการออกแบบใหมความโดดเดนในทกดานทหนวยความจ าชนดพงม 5 ประการ ดงน

18

คณสมบตทางเทคนคทส าคญของ SD การด 1. สามารถเกบขอมลไดถง 4 GB (ในขณะจดท าเอกสารน) 2. รองรบการตดตอแบบหนงสายสญญาณ และแบบ 4 สายสญญาณ รวมทงแบบบส

SPI 3. สามารถปองกนการคดลอกขอมลลขสทธได 4. สามารถลบ-เขยนใหมในแตละเซกเตอรได 100,000 ครง 5. สามารถเกบรกษาขอมลไดนานมากกวา 10 ป

2.6.3 ระบบบสทใชตดตอกบ SD การด การตดตอกบ SD การดสามารถกระท าได 2 วธคอ

1.ผานทางบส SD 2.บส SPI

ขาสญญาณของ SD การด ขาสญญาณมาตรฐานของ SD การดมทงสน 9 ขา โดยมลกษณะเปนหนาสมผส

โลหะ ดงแสดงในรปท 2.7 สวนการก าหนดชอ และหนาทของขาสญญาณจะแตกตางกนตามรปแบบของการตดตอดงสรปไดในตารางท 2.4 และ 2.5 โดยในตารางท 2.5 เปนการจดขาเมอตดตอ SD การดดวยบส SD สวนตารางท 2.6 เปนการจดขาเมอท างานผานบส SPI

ตารางท 2.4 สรปขอมลส าคญของการตดตอกบ SD การดทงแบบบส SD และ SPI

การตดตอ SD การดดวยบส SD การตดตอ SD การดดวยบส SPI ใชสายสญญาณ 6 เสน สญญาณนาฬกา สญญาณค าสง (Command) สญญาณขอมล 4 สาย

ใชสายสญญาณอนกรม 3 เสน สญญาณนาฬกา สญญาณขอมลเขา (DI) สญญาณขอมลออก (DO) สญญาณเลอกการด CS

มการปองกนความผดพลาดในการถายทอดขอมล

สามารถเลอกหรอไมเลอกการปองกนความผดพลาดในการถายทอดขอมล

สามารถถายทอดขอมลไดทงแบบลอกเดยวหรอหลายบลอก

สามารถถายทอดขอมลไดทงแบบบลอกเดยวหรอหลายบลอก

19

ตารางท 2.5 เปนการจดขาเมอตดตอ SD การดดวยบส SD หมายเลขขา ชอขาสญญาณ ชนด ค าอธบาย

1 CD/DAT3 อนพต/เอาตพต ตรวจสอบการด/สายขอมลบต 3 2 CMD อนพต/เอาตพต สญญาณค าสง/ตรวจสอบการตอบสนอง 3 Vss สายแหลงจายไฟ กราวด 4 VDD สายแหลงจายไฟ ไฟเลยง 5 CLK อนพต สญญาณนาฬกา 6 Vss สายแหลงจายไฟ กราวด 7 DAT0 อนพต/เอาตพต สายขอมลบต0 8 DAT1 อนพต/เอาตพต สายขอมลบต1 9 DAT2 อนพต/เอาตพต สายขอมลบต2

ตารางท 2.6 เปนการจดขาเมอตดตอ SD การดดวยบส SPI หมายเลขขา ชอขาสญญาณ ชนด ค าอธบาย

1 CS อนพต สญญาณเลอกตดตอ (ลอจก “0”) 2 DI อนพต สญญาณขอมลเขาจากโฮสต 3 Vss1 สายแหลงจายไฟ กราวด 4 VDD สายแหลงจายไฟ ไฟเลยง 5 CLK อนพต สญญาณนาฬกา 6 Vss2 สายแหลงจายไฟ กราวด 7 DO0 เอาตพต สญญาณขอมลสงออกจากการด 8 RSV อนพต ส ารองไว 9 RSV อนพต ส ารองไว

20

2.6.4 การจดแบงพนทของ SD การด หนวยทเลกสดของการถายทอดขอมลใน SD การดคอ 1 ไบต (byte) สวนการ

ถายทอดขอมลจรงนน ควรกระท าในลกษณะบลอกขอมล โดยสามารถก าหนดขนาดของบลอกได โดยในแตละบลอกสามารถบรรจขอมลไดหลายๆ ไบต แตโดยปกตแลวมกจะเลอกใชทบลอกละ 512 ไบต ทงนเพอใหสอดคลองกบระบบ FAT (File Allocation Table) หรอตารางส าหรบจดวางแฟมขอมลซงใชในระบบคอมพวเตอร

รปท 2.13 การจดแบงพนทของ SD การด จากรปท 2.8 มการจดสรรเปน 3 สวนหลกคอ บลอกขอมล เปนกลมของขอมลทไดรบการก าหนดขนาดจากผใชงาน และน าไปใชในค าสง และเขยนบลอกขอมล ส าหรบการก าหนดและตรวจสอบขนาดของบลอกขอมลสามารถกระท าไดทรจสเตอร เซกเตอร เปนหนวยของพนทขอมลใน SD การดทสมพนธกบค าสงลบ ใน 1 เซกเตอรมหลายบลอกขอมล โดยไดรบการก าหนดมาตายตวจากผผลต ผใชงานสามารถตรวจสอบขนาดของเซกเตอรไดจากรจสเตอร

21

กลมปองกนการเขยน (WP Group) เปนพนทของหนวยความจ าทไดรบการจดแบงใหนอยทสดใชเพอบรรจลขสทธทไมตองการใหเกดการเขยนทบ ขนาดของพนทจะ ไดรบการก าหนดมาตายตวเชนกนผใชงานสามารถตรวจสอบขนาดของพนทไดจากรจสเตอร CSD 2.6.5 รจสเตอรของ SD การด

มทงหมด 6 ตว โดยเปนรจสเตอรหลกทใช 4 ตว,รจสเตอรพเศษ 1 ตว และรจสเตอรเสรมอก 1 ตว ดงแสดงในตารางท 2.4 ตารางท 2.7 การแสดงรจสเตอรใน SD การด ชอรจสเตอร ขนาด รายละเอยด

OCR 32 บต รจสเตอรเกบสภาวะการท างาน(Operation Condition Register) CID 128 บต รจสเตอรเกบคารหสเฉพาะตวของ SD การด

(Card Identification number) CSD 128 บต รจสเตอรเกบขอมลคณสมบตเฉพาะของ SD การด

(Card Specific Data) RCA 16 บต รจสเตอรก าหนดคาแอดเดรสแบบสมพทธ (Relative Card Address)

สามารถก าหนดไดจากโฮสตไมใชในกรณตดตอ SD การดในโหมด SPI

SCR 64 บต รจสเตอรเกบคาคณสมบตพเศษของ SD การด(SD Configuration Register) เปนรจสเตอรพเศษ ไมมใชใน MMC (เนองจาก MMC มการตดตอคลายกบ SD การดมาก ดงนนใน MMC จะมรจสเตอร 4 ตว ใหใชงาน)

DSR 16 บต รจสเตอรเสรมส าหรบเกบคาคณสมบตของไดรเวอรทางเอาตพต (Driver Stage Register) - ใชกบ SDIO การด

22

รจสเตอร OCR (Operating condition register) เปนรจสเตอรเกบขอมลของคาแรงดนไฟเลยงของ SD การด ส าหรบตรวจสอบแรงดนของ

SD การด ปกตแรงดนไฟเลยงของ SD การดอยในชวง 2.7 V ถง 3.6 V ดงนนคาของรจสเตอร OCR ควรเทากบ รจสเตอร CID (Card identification register)

เปนรจสเตอรทมความยาว 16 ไบต ใชในการเกบขอมลเฉพาะของ SD การด ซงก าหนดมาจากผผลต ผใชงานไมสามารถท าการเปลยนแปลงได โดยคาและความหมายของขอมลในรจสเตอร CID ใน SD การดจะแตกตางจาก MMC

รปท 2.14 ความสมพนธของบตขอมลในรจสเตอร OCR กบแรงดนของ SD การด

รจสเตอร CSD (Card specific data) เปนรจสเตอรขนาด 16 ไบต (128 บต) ทใชเกบขอมลคณสมบตเฉพาะของ SD การด ซงมรายละเอยดคอนขางมากเพราะรจสเตอรนบรรจขอมลเกยวกบความจ,อตราเรวในการถายทอดขอมล , แรงดนและกระแสไฟฟา ในขณะอานและเขยนขอมล,รปแบบของไฟล,การปองกนขอมล,การลบและขอมลเกยวกบการเขยนขอมลลงใน SD การด ส าหรบในการทดลองนเลอกใช 2 ขอมลคอ C_SIZE (บต 73: 62) และ C_SIZE_MUL (บต 49:47) เพอน ามาค านวณหาความจของ SD การดทตดตอดวย

23

รจสเตอร RCA (Relative card address) เปนรจสเตอรขนาด 16 บตใชเกบคาแอดเดรสของหนวยความจ าแบบสมพนธ ซงทางโฮสต(หมายถง คอมพวเตอรหรอไมโครคอนโทรลเลอร) สามารถเลอกก าหนดได อยางไรกตาม หาก เลอกการตดตอ SD การดแบบ SPI จะไมสามารถตดตอกบรจสเตอรตวนได รจสเตอร SCR (SD Configuration register) เปนรจสเตอรขนาด 64 บต ทใชเกบคาคณสมบตพเศษของ SD การด ทเพมเตมนอกเหนอไปจากทเกบในรจสเตอร CSD ซงขอมลทงหมดนไดรบการก าหนดมาจากผผลตเชนกน มทงสน 5 ขอมล คอ ขอมลเวอรชนของ SCR (บต 63:60 รวม 4 บต),ขอมลเวอรชนของคณสมบตทางกายภาพของ SD การด (บต 59:56 รวม 4 บต ใชจรงบตเดยว), ขอมลสถานะของขอมลหลงจากการลบ (1 บตคอ บต 55 ), ขอมลก าหนดระดบการปองกน(บต 54 : 52 รวม 3 บต),ขอมลแจงการรบรองขนาดของขอมลทท าการถายทอดไดของ SD การด(บต 47:32) และส ารองส าหรบใชเฉพาะผผลตอก 32 บต (บต 31: 0) รจสเตอร DSR (Drive stage register) เปนรจสเตอรขนาด 16 บต ส าหรบเกบคาคณสมบตของไดรเวอรทางเอาตพตของ SDIO การดจะมความแตกตางกนไปในอปกรณเอาตพตแตละตว ดงนน รจสเตอรหลกๆทใชจะม 3 ถง 4ตวคอ OCR, CID, CSD และ RCA ส าหรบการทดสอบเบองตนจะใชเพยง 2 ตวคอ CID และ CSD

รจสเตอรแสดงสถานะการท างานของ SD การดม 2 ตว คอ Card status และ SD_Status โดย Card status มขนาด 32 บตใชแสดงสถานะการท างานปกต มการท างานเหมอนกบของ MMC การด SD_Status มขนาด 512 บต สามารถแสดงสถานะการท างานพเศษทเพมเตมไปจาก Card status โดยขอมลสถานะจะถกสงสงลงไปบนสายน าสญญาณ DAT พรอมกบรหสตรวจสอบ CRC 16 บต รจสเตอรทงสองตวนมการจ าแนกชนดของสถานะการท างานออกเปน 4 แบบ และสามารถเคลยรบตไดดวยเงอนไขทแตกตางกนอก 3 เงอนไข สามารถสรปไดดงน

24

„ ชนดของของสถานะการท างาน E - บตแจงความผดพลาด S - บตแจงสถานะ R - บตแจงการตรวจจบและเซตเมอไดรบการตอบสนองค าสง X - บตแจงการตรวจจบและเซตในขณะทก าลงกระท าค าสง หากตองการอานบตน ซพย จะตองสงค าสงอานสถานะมายง SD การดกอน „ เงอนไขในการเคลยรบตแจงสถานะ A - เคลยรดวยกระบวนการท างานตามปกต B - เคลยรเนองจากผลของค าสงกอนหนา ดงนนบตสถานะจะเคลยรหลงจากท างานผานไป 1 ค าสง หรอเปนการสงเคลยรบตสถานะโดยตรง C ‟ เคลยรดวยการอาน 2.6.6 กระบวนการอาน-เขยน SD การด SD การดมกระบวนการอาน-เขยนขอมล 2 โหมด ดงแสดงในรปท 2.25 โดยมอตราการถายทอดขอมล 25 เมกะบตตอวนาทในกรณใชสายเดยว (ตดตอแบบบส SPI) และ 100 เมกะบตตอวนาทในกรณใชสายขอมล 4 เสน (ตดตอแบบบส SD)

รปท 2.15 กระบวนการอาน-เขยนขอมลของ SD การด

25

2.6.7 การตดตอกบ SD การด โฮสตหรอคอมพวเตอรหรอไมโครคอนโทรลเลอรสามารถตดตอกบ SD การดได 2 วธ คอ ผานบส SD และบส SPI โดยใชสายสญญาณทแตกตางกนดงแสดงรายละเอยดในตารางท 2.5 ตารางท 2.8 แสดงสายสญญาณของการตดตอกบ SD การดทงแบบผานบส SD และ SPI

ขา การตดแบบบส SD การตดแบบบส SPI

ชอขา ชนดวงจร ค าอธบาย ชอขา ชนดวงจร ค าอธบาย

1 CD/DAT3 I/O และ พชพล

ตรวจสอบการมอยของการด/สายขอมล DAT3

CS อนพต สญญาณเลอกกราวด (Chip select)

2 CMD พชพล สญญาณค าสงสญญาณตอบสนอง

DI อนพต สายสญญาณขอมลเขา

3 VSS1 อนพตกราวด

กราวด VSS อนพตกราวด

กราวด

4 VDD อนพตไฟเลยง

ไฟเลยง VDD อนพตไฟเลยง

ไฟเลยง

5 CLK อนพต สญญาณนาฬกา SCK อนพต สญญาณนาฬกา

6 VSS2 อนพตกราวด

กราวด VSS2 อนพตกราวด

กราวด

7 DAT0 I/O และ พชพล

สายขอมล DAT0 D0 อนพต พชพล

สายสญญาณขอมลออก

8 DAT1 I/O และ พชพล

สายขอมล DAT1 RESER

VE ส ารองไว

9 DAT2 I/O และ พชพล

สายขอมล DAT2 RESER

VE ส ารองไว

26

2.6.7.1 การตดตอ SD การดผานบส SD มไดอะแกรมแสดงการตดตอตามรปท 2.11 ใชสายสญญาณ 6 เสน และสายพลงงาน 3 เสน

„ CMD : สายสญญาณค าสง เปนสญญาณ 2 ทศทางตดตอระหวางโฮสตกบ SD การด „ DAT0 ถง DAT3 : สายสญญาณขอมลเปนสญญาณ 2 ทศทางเพอถายทอดขอมลระหวางโฮสตกบ SD การดมทงสน 4 เสน „ CLK : สายสญญาณนาฬกา สญญาณนจะสงออกจากโฮสตเพอก าหนดจงหวะการท างาน „ VDD : สายไฟเลยง „ GND : สายกราวด (ปกตม 2 เสน)

รปท 2.16 ไดอะแกรมการตดตอกบ SD การดผานบส SD

27

รปท 2.17 วงจรการเชอมตอเบองตนระหวางโฮสตหรอไมโครคอนโทรลเลอรกบ SD การดผานระบบบส SD

2.6.7.2 การตดตอกบ SD การดผานบส SPI

กลมขอมลทใชในการตดตอบนระบบบส SPI หรอเรยกวา SPI message ประกอบดวยค าสง (command), การตอบสนอง (response) และบลอกขอมล (data-block) การสอสารระหวางโฮสตหรอ ไมโครคอนโทรลเลอรกบ SD การดจะไดรบการก าหนดจงหวะจากโฮสตโดยโฮสตจะเรมตนการตดตอดวยการท าใหสายสญญาณ CS เปนลอจก “0” การตอบสนองของ SD การดในการตดตอผานบส SPI มหลกเกณฑดงน (1) SD การดทถกเลอกใหตดตอจะตองตอบสนองตอทกค าสงเสมอ (2) ขอมลตอบสนองจะใชขนาด 8 หรอ 16 บต (3) เมอ SD การดประสบป ญหาในการกคนขอมล SD การดจะแจงกลบดวยขอมลตอบสนองผดพลาด (error response) แทนทจะเปนบลอกขอมล โดยมคาเวลาไทมเอาตทมากกวาการตดตอผานบส SD มการตอบสนองค าสงเมอทกๆบลอกขอมลถกสงไปยง SD การดในระหวางการเขยน จะมการตอบสนองดวยสญลกษณพเศษ (special data response token) บลอกของขอมลอาจมขนาดใหญเทากบ 1 บลอกขอมลปกต หรอเลกเพยง 1 ไบตได

28

2.6.7.3 การอานขอมลในโหมด SPI การอานขอมลในโหมด SD การดในโหมดการตดตอแบบ SPI น สามารถอานไดทงแบบ

บลอกเดยวและหลายบลอก ค าสงทใชคอ CMD17 ส าหรบบลอกเดยว และ CMD18 ส าหรบหลายบลอก เมอ SD การดไดรบค าสงรองขอเพออานขอมลแลว มนจะสงรหสตอบสนองตอดวยบลอกขอมลทมความยาวตามทก าหนดจากค าสง CMD16 (SET_BLOCK_LENGTH) ปดทายดวยรหส CRC ดงแสดงในรปท 2.13

รปท 2.18 กระบวนการอานขอมลแบบบลอกเดยวจาก SD การด ส าหรบรหส CRC 16 บตนนจะถกก าหนดดวยสมการโพลโนเมยลตามมาตรฐาน CCITT ดงน X16+X12+X5+1 ความยาวของบลอกขอมลสงสดคอ 512 ไบต ก าหนดโดย REAL_BL_LEN หนงพาราม เตอรของร จสเตอร CSD มขอบเขตในการก าหนดค าไดต งแ ต 1 จนถงค าของ REAL_BL_LEN แตโดยสวนใหญแลว มกเลอกทจะอานบลอกขอมลความยาว 512 ไบต เพอความเรวและตอเนองในการท างาน แอดเดรสเรมตนของการอานสามารถก าหนดทแอดเดรสใดๆ กไดภายในขอบเขตของ SD การดใบนนๆทท าการอาน ในกรณทเกดความผดพลาดในกระบวนการอานขอมลขน SD การดจะไมสงขอมลใดๆออกมาแตจะสงรหสแจงความผดพลาดกลบมายงโฮสตแทน และยกเลกกระบวนการตดตอเพออานขอมลในทนท ในกรณทมการอานขอมล ในแตละบลอกจะมรหส CRC 16 บตปดทายเสมอ เพอชวยแยกขอมลใหชดเจน รวมทงชวยในการตรวจสอบวาขอมลทถกอานออกไปถกตองสมบรณดงแสดงในรปท 2.13 และเมอตองการหยดอานขอมลตองมการสงรหสค าสงแจงแก SD การดดวย นนคอรหสค าสง CMD12 (Stop transmission command) หรอค าสงหยดการสงขอมลของ SD การด

29

2.6.7.4 การเขยนขอมลในโหมด SPI การเขยนขอมลไปยง SD การดในโหมดการตดตอแบบ SPI นสามารถเขยนไดทงแบบบลอกเดยวและหลายบลอก ค าสงทใชคอ CMD24 ส าหรบบลอกเดยว และ CMD25 ส าหรบบลอก เมอ SD การด ไดรบค าสงรองขอเพอเขยนขอมลแลว มนจะสงรหสตอบสนอง จากนนจะรอบบลอกขอมลจากโฮสต ความยาวของบลอกขอมลในกรณเขยนนตองใช 512 ไบต เพอชวยลดความผดพลาดในการเขยนขอมลในครงถดไป ในรปท 2.14 แสดงจงหวะการเขยนขอมลลงใน SD การดแบบบลอกเดยว ในทกๆบลอกขอมลทจะน ามาเขยนลงใน SD การดตองเรมตนดวยบลอกเรมตน (start block) มความยาว 1 ไบตเมอขอมลถกสงออกมายง SD การดจะสงสญญาณตอบสนองตามดวยสถานะไมวาง (busy) เพอใชเวลาไปตรวจสอบวา ในขณะนนการดยงมพนทเหลอพอส าหรบเขยนขอมลใหมลงไปหรอไม ถามพอกจะเขยนขอมล และปรบปรงความจของการดทเหลอหลงจากเขยนขอมลใหมแลว ในจงหวะทเกดสถานะไมวางนน ทสายสญญาณขอมลออก (หรอขอมลเอาตพต) จะไดรบการก าหนดใหเปนลอจกต าจนกวาจะเสรจสนกระบวนการสถานะของสายสญญาณจะกลบมาเปนลอจกสง

รปท 2.19 จงหวะการเขยนขอมลลงใน SD การดแบบบลอกเดยว

หลงจากทการเขยนขอมลเสรจสนลง โฮสตควรตรวจสอบผลการท างานดวย โดยสงรหสค าสง CMD13 (SEND_STATUS) ไปยง SD การดโดยจะเนนการตรวจสอบรหส CRC และบตแจงเตอนความผดพลาดจากการเขยนขอมลลงไปในหนวยความจ า

30

บทท 3 การออกแบบฮารดแวรและการออกแบบซอฟตแวร

3.1 บทน า

ในบทนจะกลาวถงการออกแบบฮารดแวรและการออกแบบซอฟแวร การสรางบลอก ไดอะแกรมดวยโปรแกรม MATLAB เพอควบคมการท างานของไมโครคอนโทรลเลอร

3.2 การออกแบบฮารดแวร

ระบบของเครองอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตร แยกเปนสวนหลกๆ ดงน คอ 1.ไมโครคอนโทรลเลอรเบอร STM32F103RET6 2.เซนเซอรวดความเขมแสง Light Dependent Resistor (LDR) และเซนเซอรวดอณหภมและความชน Humidity And Temperature (SHT11) 3.การแสดงผลแสดงทจอแสดงผล LCD 4.การบนทกขอมลลง SD Card และ 5.แบตเตอรขนาด 10 โวลต ดงทแสดงในรปท 3.1

รปท 3.1 แผนภาพเครองอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตร

ไมโครคอนโทรเลอร

STM32F103RET6TR

เซนเซอรแสง

(LDR)

แบตเตอร 12 โวลต

เซนเซอรอณหภม

และความชนสมพทธ

(SHT11)

จอแสดงผล

(LCD)

Micro SD

Card

31

รปท 3.2 เครองอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตรทออกแบบขน

เรมตนจากปอนไฟกระแสตรง 12 โวลต เขาท CN6 จากนนผาน D2 ซงกคอวงจรปรบลดคาแรงดนเพอใหได 3.3 โวลต กอนเขา MCU โดยสถานะของแรงดนจะถกแสดงดวย LED5 หวใจหลกของโครงงานนเปนไมโครคอนโทรลเลอรตระกล ARM เบอร STM32F103RE มหนวยความจ าโปรแกรมแบบ Flash ขนาด 496 Kbytes ความเรวสญญาณนาฬกา 8 MHz สามารถเขยนโปรแกรมไดดวยเทคนคการเขยนโปรแกรมแบบกราฟฟก (G-programming) โดยใช Simulink

รปท 3.3 จอกราฟฟกแอลซดขนาด 3x16

32

การแสดงผลในโครงงานนใชจอกราฟฟกแอลซดขนาด 3x16 characters โดยเชอมตอออกจาก D4-D7 เขากบ B12-B15 ของ MCU โดยขา CSB ตอกบกราวด และขา PSB ตอเขากบไฟ เลยง 3.3 โวลต การเชอมตอหนวยความจ า Micro SD Card ใชแรงดน 3.3 โวลตเขาทขา Vdd ตอกราวดเขากบขา Vss และขา PC8-PC11 ตอกบ MCU

รปท 3.4a การตอขาของ LDR

รปท 3.4b การตอขาของ LDR เชอมตอกบบอรด Fio Std

เซนเซอรแสง LDR ทใชมทงหมด 8 ตวเปนตวตานทานไวแสง โดยจายไฟเลยง 3.3 โวลต

ทขา 3 และตอกราวดเขากบขา 1 ของแตละตวโดยตอขา 2 เขากบ A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7 ทง

8 ขาของ MCU โดยเลยนแบบเครองมอวดแสงทางการเกษตร ดงแสดงในรปท 3.4a และ 3.4b

33

เซนเซอรอณหภมและความชนสมพทธ (SHT11) โดยจายไฟเลยง 3.3 โวลต ทขา 1 และตอกราวดเขากบขา 4 ตอสญาณ SCK เขาทขา 2 ตอสาย Data เขาทขา 3 ดงแสดงในรป 3.4c และรป 3.4d

รปท 3.4c การตอขาของ SHT11 เชอมตอกบ MCU

รปท 3.4d การตอขาของ SHT11 เชอมตอกบบอรด Fio Std

34

3.3 การออกแบบซอฟแวร 3.3.1 การเขยนโปรแกรมดวย MATLAB รวมกบ Keil uVision4

การเขยนโปรแกรมในทน เราไมจ าเปนตองเขยนโดยใชภาษา C โดยตรงในการควบคมการ

ท างาน แตเราจะใช Simulink แทน โดยเมอเราท าการรนโปรแกรมผานโปรแกรม MATLAB กจะม

การแปลง Simulink ทเราท าการสรางไปเปนภาษา C โดยอตโนมตซงจะรนลงบอรดโดยใช

โปรแกรม Keil uVision4

1. ขนตอนแรกท าการเปดโปรแกรม MATLAB ซงจะเขาสหนาของโปรแกรม

รปท 3.5 หนาตางของโปรแกรม MATLAB

2. คลกซายท Simulink จะไดหนาตาง Simulink Library Browser

รปท 3.6 การเปด Simulink

35

3. หลงจากนนคลกซายท New model ทหนาตางของ Simulink Library Browser

รปท 3.7 การเปดใช New model

4. จากนนท าการเลอก Block ทตองการใชงาน ซงอยดานซายมอของหนาตาง Simulink Library Browser ซงจะมใหเลอกใชงานในหลากหลายโหมด เมอได Block ทตองการ ใหคลกขวาท Block เลอกค าสง Add to untitled หรออกหนงวธคอการลาก Block ทตองการมาใสใน New model ทเราสรางไวแลวกได

รปท 3.8 การเปดใชงาน Block ใน Simulink

36

5. เมอท าการสรางเสรจเรยบรอย ใหท าการ Save โดยคลกซายทค าสง File เลอก Save as… จะปรากฏหนาตางใหเราตงชอตามทตองการ โดยก าหนดใหไฟลนนนามสกล “.mdl”

รปท 3.9 การ Save ไฟลงาน

37

Block Simulink ทไดออกแบบขน

รปท 3.10 แสดง Block Sumilink ทใชในการควบคมการท างาน

38

1. Setup System Clocks&Systick Block นมหนาทในการตดตอสอสารระหวางโปรแกรมกบไมโครคอนโทรเลอร การควบคมการสงสญญาณนาฬกาใหเขาจงหวะกน

2. Compile and Download Control

Block นมหนาทในการควบคมการโหลดขอมลของ

Simulink แปลงไปเปนภาษา C แลวโหลดขอมลผาน

สาย USB ลงไมโครคอนโทรเลอร

3. ADC Configuration Block นมหนาทในการรบขอมลทเปนสญญาณอนาลอก

จากภายนอกเขามายงไมโครคอนโทรเลอร แลวท าการ

แปลงขอมลเปนสญญาณดจตอล

4. SHT1x Read Humidity

Block นมหนาทในการอานขอมลดบจากเซนเซอร

SHT11 จากนนจงใชการค านวณทางคณตศาสตร เพอให

ไดคาความชนสมพทธออกมา แลวท าการแปลงขอมล

เขามายงไมโครคอนโทรเลอร

39

5. SHT1x Read Temperature

Block นมหนาทในการอานขอมลดบจากเซนเซอร

SHT11 จากนนจงใชการค านวณทางคณตศาสตรเพอให

ไดคาอณหภมออกมาแลวท าการแปลงขอมลเขามายง

ไมโครคอนโทรเลอร

6. Character LCD

Block นมหนาทในการสงขอมลทไดจากการประมวล

ผลออกไปยงหนาจอ LCD

7. SD Card

Block นมหนาทในการสงขอมลทไดจากการประมวล

ผลไปบนทกลงใน SD Card

8. Embedded MATLAB Function

Block นมหนาทในการค านวณหาคาพารามเตอรท

ตองการ โดยการปอนสมการนนๆ ลงใน Block นได

โดยตรง

40

9. Sprintf

Block นมหนาทในการก าหนดลกษณะคาทตองการ

สงออกไปยง Character LCD ใหมรปแบบใด เชน

ทศนยม 1 ต าแหนง จ านวนเตม เปนตน

10. RapidSTM32 Moving Average

Block นมหนาทในการค านวณหาคาเฉลย โดยเรา

สามารถก าหนดจ านวนทตองการในการหาคาเฉลยได

11. Constant Block นมหนาทในการก าหนดสถานะของ Block อนๆ

ทจ าเปนตองก าหนดสถานะกอนการใชงาน

41

บทท 4 ผลการทดลอง

4.1 บทน า

ในบทนเราจะกลาวถงการทดสอบอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตร ซงไดท าการวดความเขมแสงในสถานทตางๆ ชวงระยะเวลาทตางกนออกไป เพอศกษาขอมลกอนการปรบแตง และท าการปรบแตงอปกรณใหมความถกตองทสด

4.2 การทดลองท 1 การวดเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสง (เทคโนโลยการเกษตร) การทดลองนเปนการทดสอบการวดคาความเขมแสง แลวท าการบนทกขอมลลงในตารางเพอใชในการเปรยบเทยบกบขอมลของเครองมอวดแสงของเทคโนโลยการเกษตร ชอรน Sun scan type SS1 ดงแสดงในรปท 4.1

(ก) (ข)

(ค) รปท 4.1 เครองมอวดแสงทางการเกษตรชอรน Sun scan type SS1

42

รปท 4.2 บรเวณพนททท าการทดสอบ

4.2.1 วตถประสงค 1. เพอทดสอบอปกรณวดความเขมแสง 2. เพอเปนการบนทกขอมลทไดไปท าการวเคราะห

4.2.2 ขนตอนการทดลอง 1.น าอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตร ไปวางไว ตรงจดทตองการ

วดความเขมแสง โดยการทดลองนท าการวดคา ณ บรเวณแปลงการเกษตรของมหาวทยาลย 2. ท าการเปดสวตซทแบตเตอร

3. ท าการเกบขอมลตามจดตางๆ ทงหมด 4 จด ในทนเราจะท าการวดขอมลแสงเหมอนกบ เทคโนโลยการเกษตรวดคา ซงเทคโนโลยการเกษตรจะท าการวดคาแสงของตนมนส าปะหลงทง 4 ตนโดยจะท าการวดแสงทบรเวณใตใบ และบนใบมนของตนมนส าปะหลง 4. เมอไดขอมลจากการวดแสงครบทง 4 ตนแลว น าขอมลทได จดบนทกขอมลลง ในตารางท 4.1 จากตารางท 4.1 แสดงผลการบนทกขอมลของคาตางๆทไดจากการทดลอง โดยท

คอลมนท 1 คอ จดทก าหนดขนส าหรบการวดทต าแหนงตางๆ จ านวน 5 จด คอลมนท 2 คอ คาของแสงทวดไดจากเครองมอวดทใชงานจรง (Sun scan type SS1)

43 คอลมนท 3 คอ คาของแสงทวดไดจากเครองมอทประดษฐขน คอลมนท 4 คอ คาของผลตาง (% Error) โดยค านวณสมการท 4.1 ตารางท 4.1 ผลการทดลองการวดคาเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสง(เทคโนโลยการเกษตร)

จดท

คาความเขมแสง (Lux) ผลตาง

(% Error) เครองมอวดจรง

(Sun scan type SS1 ) เครองมอวดจากการประดษฐ

1. บนใบ = 1,593.4

ใตใบ = 1,056.7 บนใบ = 1,619.50 ใตใบ = 1,181.50

บนใบ = 1.638 ใตใบ = 11.8

2. บนใบ = 1,544.7 ใตใบ = 1,016.3

บนใบ = 1,450.30 ใตใบ = 1,148.0

บนใบ = 6.111 ใตใบ = 12.958

3. บนใบ = 1,558.5 ใตใบ = 1,248.2

บนใบ = 1,290.83 ใตใบ = 1,172.66

บนใบ = 17.147 ใตใบ = 6.051

4. บนใบ = 1,573.7 ใตใบ = 1,288.0

บนใบ = 1,350.34 ใตใบ = 1,058.95

บนใบ = 14.193 ใตใบ = 17.783

%Error เฉลยจากการวดบนใบ = 9.772 %Error เฉลยจากการวดใตใบ = 12.058

4.2.3 วเคราะหผลการทดลองท 1

จากการทดลองเปนการเปรยบเทยบคาของแสงทวดไดจากอปกรณทง 2 ชน (เครองมอวดแสง (เทคโนโลยการเกษตร) และเครองมอวดแสงทประดษฐขน) จากตารางท 4.1 คอลมนท 1 และ 2 เปนคาทวดไดจากเครองมอวดจรงและเครองมอวดทประดษฐขน เปนการวดคาจากบรเวณ บนใบและใตใบ ตามล าดบ ซงคาทไดจะมความแตกตางกนบาง ซงคาทแตกตางกนนนขนอยกบปจจยหลายอยางเชน แสงทมการเปลยนแปลงตลอดเวลา และเครองมอทใชวดทง 2 ชนดนมความไวทตางกน โดยรวมแลว เหนไดวาคาแสงทวดไดมแนวโนมในลกษณะเดยวกน แตคาในแตชวงจะมความคลาดเคลอนทแตกตางกนออกไป

44

4.2.4 สรปผลการทดลองท 1 จากการทดลองวดเปรยบเทยบเครองมอวดจรงกบเครองมอวดทประดษฐขน จะเหนไดวา คาทวดไดจากเครองมอวดแสงทประดษฐขนกบเครองมอวดจรงนนมคาใกลเคยงกน ซงเปนการวดคาเปรยบเทยบกน ซงจะท าใหคาทไดมความแตกตาง มเปอรเซนตความคาดเคลอนบนใบเฉลยอยทประมาณ 9.772% และเปอรเซนตความคลาดเคลอนใตใบเฉลยอยทประมาณ 12.058 ซงถาเราตองการลดความคาดเคลอนนน เราจ าเปนตองมการแบงชวงเวลาการวดใหถมากขนไปดวย

4.3 การทดลองท 2 การวดเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสงทใชในทางไฟฟาในท แจง และในทรม

การทดลองนเปนการทดสอบการวดคาความเขมแสงโดยการเปลยนเครองมอทใชวดเปรยบเทยบเปนเครองมอวดแสงทางไฟฟา (Lux Meter รน LX1010BS) และท าการบนทกขอมลท งในบรเวณทแจงและในบรเวณทรมเมอว ดเสรจจงบนทกคาทไดลงในตารางเพอท าการเปรยบเทยบขอมล 4.3.1 วตถประสงค 1. เพอทดสอบอปกรณวดความเขมแสง 2. เพอเปนการบนทกขอมลทไดไปท าการวเคราะห 4.3.2 ขนตอนการทดลอง

1.น าเครองวดความเขมแสงไปวางไว ตรงจดทตองการวดความเขมแสง โดยการทดลองนไดท าการวดคาแสงในทรมภายในบรเวณหอพกสรนเวศ 11 (หอพกชาย) ของมหาวทยาลย และในทแจงภายในบรเวณแปลงการเกษตรของมหาวทยาลย

2. ท าการเชอมตออปกรณเขากบแบตเตอรแลวท าการเปดสวตซ 3. ท าการวดเกบขอมลบรเวณสถานทตางๆ 10 จดภายในบรเวณหอพกสรนเวศ 11

โดยจะก าหนดจดทจะท าการเกบขอมลภายในหอพกสรนเวศ 11 ขนมา การวดเราจะน าอปกรณทประดษฐขนไปวดเทยบกบเครองมอวดแสงทางไฟฟา (Lux Meter รน LX1010BS) ทจดๆเดยวกนและในเวลาเดยวกน พอเรมวดกจบเวลา 1-15 วนาทแลวจงอานคาทไดจากอปกรณวดทงสอง แลวบนทกคาลงในตาราง

4. เมอไดขอมลจากการวดตามจดตางๆทตองการแลวทง 10 จดจงน าขอมลดงดงกลาวทวดไดมาบนทกคาลงในตารางท 4.2

45 สมการทใชค านวณในการทดลอง

คาของผลตาง (% Error)

คาจรง คาทไดจากการทดลอง

คาจรง (4.1)

การหาคาความตานทาน :

(Ω) (4.2)

สมการทใชในการหาคาความเขมแสง :

(4.3)

สมการทใชในการปรบเทยบคาใหถกตองกบเครองวดความเขมแสงมาตรฐาน:

(4.4)

46

จากตารางท 4.2 แสดงผลการบนทกขอมลของคาตางๆทไดจากการทดลอง โดยท คอลมนท 1 คอ บรเวณทท าการทดสอบ คอลมนท 2 คอ คาความเขมแสงทวดไดจากเครองวดแสงทางไฟฟา (เครองมอมาตรฐาน Lux Meter รน LX1010BS) ดงแสดงตวอยางการวดในรปท 4.1 คอลมนท 3 คอ คาความเขมแสงทวดไดจากเครองวดทประดษฐขน คอลมนท 4 คอ คาของผลตาง (% Error) โดยค านวณสมการท 4.1

รปท 4.3 การวดคาความเขมแสงโดยเครองวดแสงมาตรฐาน

47 ภาพบรเวณทท าการทดสอบ 10 จดในทแจง

จดท 1 จดท 2 จดท 3

จดท 4 จดท 5 จดท 6

จดท 7 จดท 8 จดท 9

จดท 10

รปท 4.4 บรเวณทท าการทดสอบในทแจง 10 จด

48 ภาพบรเวณทท าการทดสอบ 10 จดในทรม

จดท 1 จดท 2 จดท 3

จดท 4 จดท 5 จดท 6

จดท 7 จดท 8 จดท 9

จดท 10

รปท 4.5 บรเวณทท าการทดสอบในทรม 10 จด

49 ตารางท 4.2 ผลการทดลองการวดคาความเขมแสงบรเวณกลางแจง ในแปลงเกษตรของบรเวณ มหาวทยาลยและบรเวณหอพกนกศกษา

บรเวณทท าการทดสอบ คาความเขมแสงทวดได (Lux) ผลตาง (% Error) เครองวดแสงทางไฟฟา เครองวดทประดษฐขน

1.หนาหอพกสรนเวศ 11 79,700 90,099.44 13.05 2.หลงหอพกสรนเวศ 11 83,700 9,2338.69 10.32 3.แปลงปลกตนทานตะวน 85,500 85720.51 0.25 4.แปลงปลกถว 62,300 70,323.55 12.88 5.แปลงปลกพรก 85,000 98,405.19 15.77 6.แปลงปลกมะเขอเทศ 1 89,000 99,562.84 11.87 7.แปลงปลกมะเขอเทศ 2 38,500 40,282.08 4.63 8.หนาบรเวณทวจยโครงงาน 74,600 79,929.97 7.14 9.หนาบรเวณโรงเรอน 78,200 91,281.45 16.73 10.บรเวณทโลงแจงภายในแปลง 35,100 40,050.53 14.10

Error เฉลย = 10.67% ตารางท 4.3 ผลการทดลองการวดคาความเขมแสงบรเวณทรม ในบรเวณหอพกสรนเวศ 11

บรเวณทท าการทดสอบ คาความเขมแสงทวดได (Lux) ผลตาง (% Error) เครองวดแสงทางไฟฟา เครองวดทประดษฐขน

1.ลานอเนกประสงคดานหนา 10,040 11,715.83 16.69 2.ลานอเนกประสงคดานหลง 3,280 3,636.76 10.88 3.ทางเดนดานหนาหอชน 1 1,580 1,853.78 17.33 4.ทางเดนดานหลงหอชน 1 9,690 10,758.74 11.03 5.ทางเดนดานหนาหอชน 2 393 510.96 3.64 6.ทางเดนดานหลงหอชน 2 407 478.97 17.68 7.หองน า 1 249 249.28 0.11 8.หองน า 2 117 185.73 26.35 9.หองน า 3 229 248.35 8.45 10.ในหองพกนกศกษา 98 123.47 25.99

Error เฉลย = 13.82%

50

4.3.3 วเคราะหผลการทดลองท 2

จากการทดลองในทแจง จากตารางผลการทดลองทง 2 พบวาคาความเขมแสงในทแจงมคาทมากและความเขมแสงในทรมจะมคานอยจะเหนไดจากการวดของเครองมอทง 2 ชน (เครองมอวดแสงทางไฟฟาและเครองมอวดแสงทประดษฐขนเอง) ซงคาทไดจากเครองวดแสงทประดษฐขนเองนนมคาใกลเคยงกบเครองวดแสงทางไฟฟาแตคาทไดจะแตกตางกนบาง และคามแนวโนมในลกษณะเดยวกน แตคาในแตชวงจะมความคลาดเคลอนทแตกตางกนออกไป ตามลกษณะของแสงทวดในแตละจดจะมมากนอยไมเทากน 4.3.4 สรปผลการทดลองท 2

จากการทดลองจะเหนไดวาคาของแสงทวดไดจากอปกรณวดแสงทง 2 ชนคาทไดจะมคาใกลเคยงกนแนวโนมในลกษณะเดยวกน แตคาในแตชวงจะมความคลาดเคลอนทแตกตางกนออกไปบาง ตามลกษณะของแสงทวดในแตละจดจะมมากนอยไมเทากน การทจะใหคานนไมแตกตางกนมากนนเราจะตองท าการวดและอานคาทรวดเรวเพราะเนองจากเครองวดแสงทางไฟฟานนมความไวมากเมอเทยบกบเครองวดแสงทเราประดษฐขน และบางทสภาพอากาศกเปลยนแปลงเรวมาก

51

4.4 การทดลองท 3 การเกบขอมลลงใน SD Card การทดลองนเปนการทดสอบการวดคาความเขมแสง คาความชนสมพทธและคาอณหภม แลวท าการบนทกขอมลลง SD Card เพอน าขอมลทไดไปใชในการประกอบการตดสนใจ 4.4.1 วตถประสงค 1. เพอทดสอบอปกรณวดความเขมแสง 2. เพอทดสอบอปกรณวดอณหภมและความชนสมพทธ 3.เพอเปนการบนทกขอมลทไดไปท าการวเคราะห 4.4.2 ขนตอนการทดลอง

1.น าเครองวดความเขมแสงไปวางไว ตรงจดทตองการวดความเขมแสง โดยการทดลองนไดท าการวดคาแสงภายในบรเวณแปลงการเกษตรของมหาวทยาลยบรเวณจดทท าวจยโครงงาน

2. ท าการเชอมตออปกรณเขากบแบตเตอรแลวท าการเปดสวตซ 3. ท าการวดเกบขอมลบรเวณนนโดยจะท าการเกบขอมลทกๆเวลา 12.00 น.ของทกๆวนเปนเวลา 2 วนโดยการเกบขอมลแตละครงจะท าการจบเวลาเปนเวลา 5 นาท

4. ขอมลทเกบไดจะถกบรรจอยใน SD Card เพอใชในการวเคราะหขอมลตอไป สมการทใชค านวณในการทดลอง

สมการทใชค านวณหาคาอณหภม

Temperature = d1 + (d2 x SOT) (4.4)

โดยท Temperatuer คอคาอณหภมจรง d1 คอคาคงทขนอยกบไฟเลยงทปอนใหกบขา VDD ของ SHT11 d2 คอคาคงทขนอยกบความละเอยดของอณหภมทตองการจาก SHT11 SOT คอคาอณหภมดบทอานไดจากโมดล SHT11 สมการทใชค านวณหาคาความชนสมพทธ

RHture = (T - 25) x [t1 + (t2 x SORH)] + RHlinear (4.5) RHlinear = c1 + (c2 x SORH) + [c3 x (SORH)2] (4.6)

52 โดยท RHture คอคาความชนสมพทธจรง T คอ คาอณหภมจรงทค านวณไดจากสมการท 4.4 t1 และ t2 คอ คาคงทโดยขนอยกบความละเอยดของความชนสมพทธทตองการจากโมดล SHT11 c1,c2 และ c3 คอ คาคงทขนอยกบความละเอยดของความชนสมพทธทตองการจากโมดล SHT11 SORH คอ คาขอมลดบของความชนสมพทธทอานไดจากโมดล SHT11

จากตารางท 4.4 แสดงผลการบนทกขอมลของคาตางๆทไดจากการทดลอง โดยท

คอลมนท 1 คอ จ านวนขอมล คอลมนท 2 คอ คาของแรงดนทวดได (Volt) คอลมนท 3 คอ คาของแสงทวดไดจากเครองมอทประดษฐขน (Lux) คอลมนท 4 คอ คาของความชนสมพทธทวดได คอลมนท 5 คอ คาของอณหภมทวดได (C)

53 ตารางท 4.4 ผลการเกบขอมลใน SD Card วนท 1 เวลา 12.00 น.ใชเวลา 5 นาท

ตารางการเกบขอมล ขอมล คาแรงดน(Volt) คาแสง(Lux) คาความชนสมพทธ คาอณหภม(C)

1 0.12 124534 52.34 35.25 2 0.13 114189.1 50.27 35.67 3 0.15 84947.41 53.38 35.98 4 0.13 118306.8 54.07 36.85 5 0.13 120994.9 51.39 37.68 6 0.13 116909.7 50.21 38.46 7 0.18 63023.99 46.14 39.03 8 0.19 56856.5 45.14 39.44 9 0.19 54682.9 44.98 39.69

10 0.18 60365.63 44.49 39.13 11 0.19 53858.73 46.43 38.87 12 0.19 57092.74 46.79 39.02 13 0.19 58479.83 47.14 39.7 14 0.19 57211.4 42.77 40.13 15 0.19 56272.24 44.85 40.38 16 0.19 54738.49 45.95 40.67 17 0.2 52109.21 42.58 41.02 18 0.2 51851.51 41.56 41.06 19 0.19 53588.11 41.86 40.62 20 0.19 54961.77 41.27 40.25 21 0.19 53588.11 42.58 40.37 22 0.2 51800.19 43.36 40.22 23 0.2 50989.28 44.07 40.36 24 0.2 51493.88 43.23 40.7 25 0.2 51039.4 40.61 40.54 26 0.2 53052.86 43.16 40.24

54

ตารางการเกบขอมล ขอมล คาแรงดน(Volt) คาแสง(Lux) คาความชนสมพทธ คาอณหภม(C)

27 0.19 54295.97 47.3 40.82 28 0.2 51291.15 48.29 41.17 29 0.2 51697.79 43.42 41.41 30 0.2 50640.41 42.71 41.88 31 0.2 49953.2 43.75 42.26 32 0.2 52999.78 44.36 42.68 33 0.2 50690.03 40.12 42.61

รปท 4.6 กราฟแสดงคาแรงดน (Volt) ทวดไดจากเครองมอวด

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40

ค าแรงดน(

Volt)

ขอมล

กราฟแสดงคาแรงดน Volt ทวดไดในเวลา 5 นาท

คาแรงดน Volt

55

รปท 4.7 กราฟแสดงคาแสง (Lux) ทวดไดจากเครองมอวด

รปท 4.8 กราฟแสดงคาความชนสมพทธทวดไดจากเครองมอวด

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 10 20 30 40

ค าแส

ง(Lux)

ขอมล

กราฟแสดงคาแสงทวดไดในเวลา 5 นาท

คาแสง

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40

ค าคว

ามชน

สมพท

ธ

ขอมล

กราฟแสดงคาความชนสมพทธทวดไดในเวลา 5 นาท

คาความชนสมพทธ

56

รปท 4.9 กราฟแสดงคาความอณหภม (C) ทวดไดจากเครองมอวด

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40

ค าอณ

หภม(C)

ขอมล

กราฟแสดงคาอณหภมทวดไดในเวลา 5 นาท

คาอณหภม

57 ตารางท 4.5 ผลการเกบขอมลใน SD Card วนท 2 เวลา 12.00 น.ใชเวลา 5 นาท

ตารางการเกบขอมล ขอมล คาแรงดน(Volt) คาแสง(Lux) คาความชนสมพทธ คาอณหภม(C)

1 0.34 17139.83 43.55 38.11 2 0.34 17693 45.5 38.88 3 0.34 17854.2 43.49 39.72 4 0.35 17119.44 41.56 39.76 5 0.35 16977.71 40.58 39.66 6 0.34 17757.23 41.11 40.06 7 0.34 17502.3 40.42 40.53 8 0.33 18820.47 40.55 40.87 9 0.34 17725.07 41.07 41.34

10 0.34 17886.7 41.34 41.88 11 0.33 18486.41 41.66 42.53 12 0.34 17941.04 40.55 43.07 13 0.34 18006.57 38.84 43.36 14 0.34 18171.9 38.58 43.69 15 0.33 18669.65 40.42 44.35 16 0.33 18361.93 40.52 44.89 17 0.33 18294.54 39.63 45.01 18 0.34 17897.54 42.18 45.34 19 0.34 17725.07 37.49 45.2 20 0.34 17211.45 36.46 45.4 21 0.35 16817.78 34.26 45 22 0.34 17387.2 34.73 44.71 23 0.35 17078.78 35.26 44.68 24 0.35 16293.65 36.46 44.79 25 0.35 16748.48 37.39 44.7 26 0.37 14771.58 35.2 44.37

58

ตารางการเกบขอมล ขอมล คาแรงดน(Volt) คาแสง(Lux) คาความชนสมพทธ คาอณหภม(C)

27 0.36 15585.83 34.9 43.91 28 0.35 16388.93 36.82 43.64 29 0.37 15252.63 36.06 43.49 30 0.36 15865.41 38.94 43.48 31 0.38 13722.52 37.65 43.65

รปท 4.10 กราฟแสดงคาแรงดน (Volt) ทวดไดจากเครองมอวด

0.32

0.33

0.34

0.35

0.36

0.37

0.38

0.39

0 5 10 15 20 25 30 35

ค าแรงดน(

Volt)

ขอมล

กราฟแสดงคาแรงดน Volt ทวดไดในเวลา 5 นาท

คาแรงดน Volt

59

รปท 4.11 กราฟแสดงคาแสง (Lux) วดไดจากเครองมอวด

รปท 4.12 กราฟแสดงคาความชนสมพทธทวดไดจากเครองมอวด

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0 5 10 15 20 25 30 35

ค าแส

ง(Lux)

ขอมล

กราฟแสดงคาแสงทวดไดในเวลา 5 นาท

คาแสง

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30 35

ค าคว

ามชน

สมพท

ธ

ขอมล

กราฟแสดงคาความชนสมพทธทวดไดในเวลา 5 นาท

คาความชนสมพทธ

60

รปท 4.13 กราฟแสดงคาอณหภม (C) ทวดไดจากเครองมอวด 4.4.3 วเคราะหผลการทดลอง จากผลการทดลองท 3 การเกบขอมลลงใน SD Card เหนไดวาการเกบขอมลลงใน SD Card จะท าการเกบขอมลทงหมด 4 ชดขอมลประกอบไปดวย คาแรงดน (Volt) ,คาแสง (Lux) , คาความชนสมพทธ , คาอณหภม (C) ทไดจากการเกบขอมลใน 1 ครงเกบขอมลทกๆเวลา 12.00 น.ระยะเวลาทใชในการเกบขอมล 5 นาท ดงแสดงในตารางผลการทดลอง และกราฟของผลการทดลอง 4.4.4 สรปผลการทดลอง จากการทดลองท 3 การเกบขอมลลงใน SD Card สามารถสรปไดวาเครองอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตร สามารถใชงานไดจรงตามทเราตองการ

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

0 5 10 15 20 25 30 35

ค าอณ

หภม(C)

ขอมล

กราฟแสดงคาอณหภมทวดไดในเวลา 5 นาท

คาอณหภม

61

บทท 5

สรปผลการทดสอบและขอเสนอแนะ

5.1 บทน า

เนอหาในบทนจะเปนการสรปผลทไดจากการทดสอบทงหมด วาความเขมแสงในบรเวณพนทตางๆทไดท าการทดสอบทง 3 การทดลองนนการวดเปนอยางไรและสามารถน าผลการทดสอบไปใชในแปลงเกษตรจรงได

5.2 สรปผลการทดสอบ

โครงงานน าเสนอการออกแบบชดอปกรณเกบขอมลสภาวะแวดลอมในแปลงเกษตรโดย

ใช SHT11 และ LDR เปนตวเซนเซอรและใชไมโครคอนโทรเลอร ในการควบคม โดยผวจยไดท า

การทดลองโดยแบงเปน 3 การทดลอง คอการทดลองแรกใชการวดเปรยบเทยบกบเครองมอวดแสง

(เทคโนโลยการเกษตร) ชอรน Sun scan type SS1 การทดลองทสองวดเปรยบเทยบกบเครองมอวด

แสงทใชในทางไฟฟา ชอรน (Lux Meter รน LX1010BS) ในทแจงและในทรม และการทดลองท

สามการเกบขอมลลงใน SD Card โดยผลการทดลองแสดงใหเหนวาชดอปกรณเกบขอมลดงกลาว

สามารถท างานไดตามวตถประสงคทตองการและสามารถใชงานไดจรง

5.3 ปญหาและอปสรรค

1. ปญหาเรองอปกรณอเลกทรอนกสแตละชน เมอใชงานนานไปอาจจะเกดความเสยหายท าใหผลการทดลองคลาดเคลอน

2. ในปจจบนสภาพอากาศเปลยนแปลงไปอยางรวดเรวมากในแตละวน ในการวดความเขมแสงนนจ าเปนจะตองมแสงเพยงพอและสม าเสมอเพอใหคาทวดไดเกดความคลาดเคลอนนอยทสด

3. ความเขมแสงบางชวงเวลา อปกรณไมสามารถท าการวดได เนองจากเกนขอจ ากดของอปกรณ

62

5.4 ขอเสนอแนะ 1. แบตเตอรทใชในอปกรณมขนาดเลกอาจจะใชงานไดไมนาน ถาตองการใชงานให

นานขนจะตองเปลยนแบตเตอรเปนแบตเตอรทใหพลงงานไดนานมากขน หรอ เปลยนมาใชโซลาเซลล

2. ในบรเวณทอณหภมสงหรอต าจนเกนขอบเขตการท างานของ LDR ไมควรทจะน าอปกรณไปใชงาน เพราะอาจจะท าใหคาการวดไมถกตอง

3. ในการวดคาควรตงอปกรณใหตรง เปนระนาบเดยวกบพน ไมควรเอยงหรอตะแคง เพราะมผลตอคาความเขมแสงทได

63

ประวตผเขยน

นายประสบโชค นดปราณ เกดวนท 20 กนยายน พ.ศ. 2533 ภมล าเนาอยท ต าบลบางจกร อ าเภอวเศษชยชาญ จงหวดอางทอง ส าเรจการศกษาระดบมธยมปลายจากโรงเรยนวเศษไชยชาญ “ตนตวทยาภม” อ าเภอวเศษชยชาญ จงหวดอางทอง ปจจบนเปนนกศกษาช นป ท 4 สาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม ส านกวชาวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร จงหวดนครราชสมา

65

ภาคผนวก ก

66

รปท ก.1 วงจรสมบรณของ MICROCONTROLLER ตระกล ARM

67

รปท ก.2 การตอ Jumper ส าหรบการใชงานในรปแบบตางๆ

68

การตดตงโปรแกรม MATLAB

1. ดบเบลคลกไอคอนทชอ “Setup” เพอเขาสโหมดการตดตงโปรแกรม

รปท ก.3 การเลอกโปรแกรมการตดตง

2. เลอกการตดตงโดยไมใชอนเตอรเนต โดยคลกทชองวางหนา “Install without using

the Internet” จากนนคลก Next

รปท ก.4 เลอกโหมดการตดตงโปรแกรม

69

3. ตรวจสอบขอตกลงกอนการใชโปรแกรม MATLAB ยนยนโดยการกดชองวางหนา

Yes จากนนคลก Next

รปท ก.5 ขอตกลงตางๆส าหรบการใชงานโปรแกรม

4. คลกทชองวางหนาขอความ “I have the File Installation Key for my license” จากนน

ปอนรหสใสในชองวาง เมอเสรจคลกท Next

รปท ก.6 กรอกรหสส าหรบการลงโปรแกรม

70

5. เลอกการตดตงโดยคลกเลอกทชอง “Typical” หลงจากนนคลก Next

รปท ก.7 การเลอกชนดการตดตง

6. เลอกโฟลเดอรทตองการตดตงโปรแกรม โดยการพมพชอโฟลเดอรหรอคลกท

“Browse” เมอเสรจเรยบรอยคลก Next

รปท ก.8 การเลอกโฟลเดอรส าหรบตดตงโปรแกรม

71

7. ตรวจสอบไฟลทท าการตดตงในเครอง หลงจากนนกด “Install” จะท าการตดตง

โปรแกรมลงเครองคอมพวเตอรซงจะใชเวลาพอสมควร หลงจากนนกสามารถเปดใช

งานโปรแกรม MATLAB ได

รปท ก.9 การยนยนการตดตงโปรแกรม

72

การตดตงโปรแกรม Keil uVision4

1. ดบเบลคลกไอคอนทชอวา “mdk423” เพอเขาสโหมดการตดตงโปรแกรม

รปท ก.10 เลอกโปรแกรมทตองการตดตง

2. เขาสโหมดการตดตงโปรแกรม จากนนคลก Next

รปท ก.11 หนาตางแสดงโหมดการตดตงโปรแกรม

73

3. ตรวจสอบขอตกลงกอนการใชโปรแกรม Keil uVision4 ยนยนโดยการคลกทชองวาง

ดานลางซาย จากนนคลก Next

รปท ก.12 ขอตกลงตางๆส าหรบการใชงานโปรแกรม Keil uVision4

4. เลอกโฟลเดอรส าหรบตดตงโปรแกรม โดยคลกท “Browse” เมอเสรจเรยบรอยคลก Next

รปท ก.13 หนาตางการเลอกโฟลเดอรในการตดตงโปรแกรม

74

5. กรอกขอมลของตนเองลงไปในชองวางใหครบทกชอง จากนนคลก Next

รปท ก.14 หนาตางส าหรบกรอกรายละเอยดของผใชงาน

6. โปรแกรมจะท าการโหลดขอมลลงในเครองคอมพวเตอร ซงจะใชเวลาสกครหนง เมอ

โปรแกรมลงเสรจ จากนนคลก Next

รปท ก.15 หนาตางการโหลดโปรแกรมลงเครองคอมพวเตอร

75

7. ท าการตอสาย USB ทพอรตของคอมพวเตอรและพอรตของ FiO Board เพอเชอมขอมล

ระหวางเครองคอมพวเตอรกบ FiO Board

รปท ก.16 การตอสาย USB เขากบ FiO Board

รปท ก.17 การตอสาย USB เขากบเครองคอมพวเตอร

76

8. เมอท าการเชอมตอเสรจเรยบรอย คลกท Next เพอใหโปรแกรมท าการเชอมตอกบ

ฮารดแวร

รปท ก.18 หนาตางแสดงการเชอมตอ

9. แสดงผลการโหลดโปรแกรมลงเครองคอมพวเตอรและการเชอมตอกบฮารดแวรเรยบรอย

คลก Finish

รปท ก.19 หนาตางยนยนการท างานเสรจสมบรณ

77

10. ลงโปรแกรมเสรมส าหรบการใชงาน ดบเบลคลกไอคอนทชอวา “dotNetFx35setup” เปน

อนเสรจเรยบรอย

รปท ก.20 การลงโปรแกรมเสรมส าหรบการใชงาน

78

ภาคผนวก ข

79

คณสมบตของเครองวดมาตรฐานทใชในการปรบเทยบ

รปท ข.1 เครองวดความเขมแสงยหอ Mastech รน LX 1010BS

1. หนาจอแสดงผลดจตอล : 3 ½

2. ขอบเขตการใชงานแบบเปน 3 ระดบ (1-100,000 Lux.)

2,000 Lux range: อานคา x1

20,000 Lux range: อานคา x10

100,000 Lux range: อานคา x100

3. คณลกษณะของอณหภมทมผลตอคาทวดได : ±2% /°C

4. อปกรณรบแสง : ซลกอนโฟโตไดโอด

5. อณหภมและความชนทเหมาะกบการใชงาน : 0 °C ถง 40 °C , 0-70% Rh

6. อณหภมและความชนททนไดสงสด : -10 °C ถง 40 °C , 0-80% Rh

7. น าหนก : 170 g

80

8. พลงงานทใช : แบตเตอร 9V

9. ขนาดของเครองวด : 106 x 57 x 26mm (photo detector)

130x72x30mm (meter body)

150cm (photo detector lead)

10. เปอรเซนตความคลาดเคลอน : 0 – 1,999 Lux : ±4(%rdg+2d)

2,000 – 19,999 Lux : ±(4%rdg+2d)

20,000 – 199,999 Lux : ±(5%+2d)

81

ภาคผนวก ค

82

ฟงกชนโปรแกรม MATLAB ทใชในการค านวณ

function y = fcn(u) %#eml r = (u*2000)/(3.3-u); if r>12000 ; y=(r^(1/-0.766))/(10^(4.846/-0.766)); elseif r<=12000&&r>3200 ; y=(r^(1/-0.717))/(10^(4.797/-0.717)); else r<=3200&&r>=0 ; y=(r^(1/-0.663))/(10^(4.688/-0.663)); end;

function y = fcn(u) %#eml if u>1250; y=u^1.21 ; elseif u<=1250&&u>500 ; y=u^1.205 ; elseif u<=500&&u>300 ; y=u^1.178 ; else u<=300&&u>=0; y=u^1.17; end; หมายเหต : ฟงกชนนไดจากการปรบเทยบมาตรฐานการวดคาความเขมแสงกบเครองมอวดแสง Lux Meter รน LX1010BS