บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ

ในบทนกลาวถงรายละเอยดเนอหาทเกยวของกบโครงงานทไดท าการศกษาคนควาเพอ

น ามาเปนความร ส าหรบการพฒนาการท าเครองท าน าอนการจดการควบคมคาอณหภมน าอน

ดวยบอรด ราสเบอรรพายเพอไปบงคบเครองท าน าอนใหไดอณหภมน าอนตามทผ ตองการใชงาน

และใชบอรดราสเบอรรพายท าใหสามารถบนทกคาอณหภมไดมากถง9คน

การวดอณหภม หมายถง ระดบความรอนเยนของอากาศและสงแวดลอมทอยรอบตวเรา การวด

อณหภมของอากาศและสงแวดลอมรอบตวเรา สามารถท าได 2 วธ คอ 1.ใชประสาทสมผสของรางกาย 2. การใชเครองมอเครองวดในการวดอณหภม

2.1 Raspberry Pi 3

Raspberry Pi (ออกเสยงวา ราส-เบอร-ร-พาย) เปนเครองคอมพวเตอรขนาดเลกและมราคาทถก เมอเทยบกบคอมพวเตอรทว ๆ ไป แตมความสามารถในการท างานไดเหมอนคอมพวเตอร และสามารถเชอมตอชดไมโครคอนโทรลเลอรนเขากบจอภาพคอมพวเตอรหรอจอทวทรองรบ HDMI หรอเชอมตอผานสายสญญาณวดโอปกตไดเชนกน

นอกจากตอจอแสดงผลแลว ยงมความสามารถรองรบเมาสและคยบอรดผาน USB port ปกต สวนระบบจายไฟของไมโครคอนโทรลเลอรน จะใชสาย Mini USB ทเปนแบบเดยวกบอปกรณชารจโทรศพทและอปกรณอนๆ อยทวไปเขากบคอมพวเตอร จงท าใหสะดวกในการอปกรณเหลานมาใชงาน

6

รปท 2.1ไมโครคอนโทรลเลอร Raspberry Pi

1. จดเชอมตอ GPIO(General Purpose Input/Output)คอพอรตเชอมตอทสามารถ

ก าหนดใหเปน Input หรอ Output ได โดยสามารถควบคมไดแตละ pin เหมอน

ไมโครคอนโทรลเลอร GPIO pin ทงหมดม 26 pin(2x13) โดยใน pin นนจะม

ฟงกชนตางๆ ตดมาดวยไดแก SPI, I2C, serial UART, 3V3 และ 5V power

2. พอรต USB 2.0

3. พอรต RJ-45 Ethernet LAN 10/100Mbps

4. จดเชอมตอสญญาณเสยงขนาด 3.5 มลลเมตร

5. พอรต CSI (Camera Serial Interface) ส าหรบเชอมตอโมดลกลองดงภาพ แสดง

ตวอยางโมดลกลอง

6. พอรต HDMI ส าหรบเชอมตอสญญาณภาพและเสยง

7. พอรต Micro USB Power ส าหรบเปนไฟเลยงวงจรบอรด Raspberry Pi

8. ชองเสยบ SD Card อยบรเวณดานลางของบอรด

7

9. พอรต DSI (Display Serial Interface) ใชส าหรบตอจอแสดงผล เชน จอแสดงผล

แบบ TFT Touch Screen เปนตน

2.2 LM335Z Temperature sensor

เปนเซนเซอรวดอณหภมในของเหลวและอากาศทยานการวดตงแต -40 ถง 100 องศาเซลเซยส ซงมความแมนย าในการวด 1 C ดวยความไวในการตอบสนองถง 10 mV/C ประกอบอยบนตวถงโลหะพรอมสายสญญาณแบบเทปลอน ( teflon) ทนตอการกดกรอนและทนอณหภมสงถง 200 C

รปท 2.2LM335Z Temperature sensor

2.3 Current Sensor Module

เปนอปกรณทใชเพออานคากระแสทไหลผาน โดยอาศยไอซ ACS712-05 Current

Sensor ทวดกระแสโดยใชหลกการของ Hall Effect ใชไดทงการวดเพองานทางระบบ

อเลกทรอนกส วดก าลงไฟฟา เปนตน

มคณสมบตทส าคญดงน

วดกระแสไดในยาน -5 ถง +5 A (วดไดทงกระแส AC และ DC)

ใชแหลงจายแรงดน 5 V

8

Sensitivity 185 mV/A

5 μs output rise time in response to step input current

80 kHz bandwidth

รปท 2.3Current Sensor Module

2.4 Stepping Motor

รปท 2.4 Stepping Motor

9

ขอดของสเตปปงมอเตอรเมอเปรยบกบมอเตอรกระแสตรง ( DC MOTOR) 1. การควบคมไมตองอาศยตวตรวจจบการหมน

2. ไมตองใชแปรงถานดงนนจงทาใหไมมสวนทจะตองสกหรอและปญหาของการสปารค )ทเกดจากหนาสมผสของแปรงถานแหวนตวนาในโรเตอร ( ททาใหเกดสญญาณรบกวน

3. การควบคมโดยทางวงจรดจตอลหรอไมโครโพรเซสเซอรทาไดงายและสะดวก 2.5 Matrix Keypad

ป มกดทใชการรวมกนของสแถวและคอลมนทสทจะใหป มลดกบอปกรณโฮสตโดยปกตจะเปนไมโครคอนโทรลเลอร ภายใตแตละป มเปนป มกดทมปลายดานหนงเชอมตอกบหนงแถวและสวนอน ๆ ทเชอมตอกบหนง คอลมน

รปท 2.5Matrix Keypad

10

2.6 จอLCD

รปท 2.6 จอLCD

LCD หรอ Liquid Crystal Display คอหนาจอแสดงผลตวอกษร ตวเลขหรออกขระตางๆ

(Character LCD) รวมถงบางรนทสามารถแสดงภาพกราฟฟคไดดวย (Graphic LCD)จอ LCD น

จ าเปนมาก ส าหรบงานทตองการแสดงผลการท างานตางๆ เพอใหผใชงานสามารถเชอมเปนสวน

หนงกบวงจรอเลกทรอนกสนนๆได

Blue LCD 16X2 จอ LCD แบบ Character LCD สามารถแสดงผลตวเลข ตวอกษรและ

อกขระหรอเครองหมายตางๆได ค าวา 16X2 หมายถง แสดงผลไดสงสด 2 บรรทด บรรทดละ

16 ตวอกษรพนหลงจอ (Blaklight) สน าเงนสามารถปรบความเขมของหนาจอไดดวยตวตานทาน

การใชงาน

นยมใชงานกบไมโครคอนโทรลเลอร โดยเฉพาะ บอรด Arduioเพอการใชงานทงายขน จง

ขอแนะน าการใชงาน LCD กบ Arduinoซงมตว Library ใหมาในซอฟตแวรโปรแกรมอยแลว เพยง

แคเขยน Code เพมเตมและตอสายใหถกตองกใชงานไดแลว

การตอสาย

การตอสายสามารถแบงไดเปน 2 แบบหลกๆคอ

• Parallel Interface ใชสายไฟอยางนอย 12 เสน

• I2C Interface ใชสายไฟอยางนอย 4 เสน

11

2.7 GPIO Extension Board for Raspberry Pi2 B+ รน FZ1076

รปท 2.7 GPIO Extension Board for Raspberry Pi2 B+ รน FZ1076

GPIO Extension Board for RPi 2 and Model B+ [5] เปนบอรดเชอมตอขาระหวาง

บอรดกบ GPIO ของ EFDV295 – Raspberry Pi Model B ใชงานรวมกบ ELNK055 – 40 Pins

GPIO Ribbon Cable for RPi2 (40pins) เพอน าไปเสยบบน Prototyping/Bread Board เพอ

สะดวกในการทดลองเซนเซอรหรออปกรณตางๆ GPIO Ribbon Cable for Raspberry Pi 2

Model B ขาสญญาณจะเรยงตามขาสญญาณของคอนเนคเตอร

2.8 สาย GPIO Ribbon Cable

รปท 2.8สาย GPIO Ribbon Cable for Raspberry Pi B+ / A+ / Pi 2 (40pin)

12

สาย GPIO Ribbon Cable (40pin) [6] เปนสายทใชส าหรบเชอมตอระหวางบอรด

Raspberry Pi 2 กบบอรด GPIO Extension Board หรอตอใชงานอนๆทเปน GPIO 40pin ขนอย

กบผใชงาน ความยาวของสาย 20 cm

2.9 สายแพ Jumper Wire 40 pins

รปท 2.9สายแพ Jumper Wire 40 pins

สาย Jumper Wire [7] แบบสายแพ สามารถฉกออกเปนเลกได 40 เสน ความยาวสาย 20 cm ปลายทง 2 ดานเปนหว pin header ตวผ

2.10 830 point White BreadBoard (ProtoBoard)

รปท 2.10 830 point White BreadBoard (ProtoBoard)

13

BreadBoardหรอ ProtoBoard [10] ขนาด 16.5 * 5.5 * 1 ซม. มทงหมด 4 Bus line ตลอดความยาวของบอรด (1 Bus line ม 50 ร) และมรอกจ านวน 63 แถว (แถวละ 10 ร) เพยงพอตอการเสยบ IC ทมขา 14 ขา จ านวน 9 ตว หรอ IC ทม 16 ขา จ านวน 7 ตว โดยแตละแถวจะมตวหนงสอก ากบไวใหชดเจนเพองายตอการอางอง ในกรณทมอปกรณตออยจ านวนมาก หรอ เพอเชอมตอกบบอรดอน ๆเพอการท างาน

2.11 สาย HDMI

รปท 2.11สาย HDMI

HDMI - High-Definition Multimedia Interface [8] เปนมาตรฐานการเชอมตอทใช

ส าหรบการสงภาพและเสยงทมการรบสงสญญาณภาพแบบไมถกบบอด (Uncompressed) และ

ถกบบอดหรอสงเสยงเปนแบบดจตอลแบบไมถกบบอดจากอปกรณตนก าเนดระบบสงสญญาณ

มลตมเดยทมความละเอยดสง เชน การเชอมตอสาย HDMI เขากบหนาจอคอมพวเตอร โทรทศน

ในระบบดจตอล หรออปกรณระบบเสยงแบบดจตอล HDMI จะเปนระบบดจตอลทจะมาแทน

ระบบการสงสญญาณภาพและเสยงเปนแบบอนาลอก ประเภทของสาย HDMI จะม 5 แบบคอ

1.Standard HDMI Cable รองรบปรมาณขอมลของการสงสญญาณภาพท 1080i และ

720p ไดอยางราบลน เหมาะสมกบการใชงานประเภทกลองเคเบลทว กลองดาวเทยม

14

2.Standard HDMI Cable with Ethernet ความสามารถจะเหมอนกบสาย Standard แต

เพม Ethernet Channel เขามา

3.Standard Automotive HDMI Cable ความสามารถเหมอนกบสาย Standard แตจะม

การเพมการทดสอบเขามาใหมากกวา เพราะสายตองน าไปใชในรถยนตซงมการกวนกน

ของสญญาณสงกวาการใชงานตามบานทวไป

4.High Speed HDMI Cable รองรบปรมาณขอมลในการสงสญญาณภาพไดมากกวา

1080p ขนไปและรองรบการสงสญญาณภาพแบบ 3D 4K และ Deep Color

5.Hight Speed HDMI Cable with Ethernet ความสามารถจะเหมอนกบสาย High

Speed แตจะเพม Ethernet Channel เขามาจดเดนของ HDMI มความมความบกพรอง

ของสญญาณนอยทสด น าสงสญญาณทงหมดมาไวในสายเดยวสะดวกสามารถปรบ

ระบบตางๆโดยอตโนมตใหเหมาะสมกบสอทกชนดทไดชม–ฟง รองรบการท างานกบ

คอมพวเตอร ท าใหสามารถแสดงผลจากคอมพวเตอรสระบบ HDTV ได เพอสงผาน

ขอมลไดทงภาพวดโอและเสยงทมคณภาพระดบ High-Definition มความเรวในการสง

สญญาณขอมลภาพอยท 165 เมกะเฮรตซ ทมความละเอยดสงถง 1080p ท 60เฮรตซได

2.12 Wall Adapter Power

รปท 2.12Wall Adapter Power Supply - 5V DC 2A (USB Micro-B)

15

Wall Adapter Power Supply - 5V DC 2A (USB Micro-B) [9] แหลงจายไฟแบบ

สวตชง ส าหรบการแปลงไฟฟากระแสสลบแรงดน 100 – 240V (ใชกบระบบไฟฟา 110 หรอ 220

โวลต) เปนไฟฟากระแสแรงดน 5 โวลตกระแส 2 แอม มาพรอมกบหวตอแบบ Micro USB

ส าหรบบอรด Raspberry Pi ใชไดกบ Raspberry Pi 2 B / B+ / B / A+ / A) หรออปกรณอนทใช

ไฟผานทางพอรต Micro USB Input Voltage : 100-240 VAC

2.13 เครองท าน าอน

เครองท าน าอนเปนเครองใชไฟฟาชนดหนง มระบบการท างานควบคไปกบฝกบวและกอกน า ซงกระบวนการทท าน าใหเปนน าอนนนจะใชฮตเตอรหรอหมอตมในการท าความรอนใหกบน าทไหลผานเขามา

รปท 2.13แสดงสวนประกอบของเครองท าน าอน

กระบวนการท างานของเครองท าน าอนเรมแรกจะอาศยขดลวดขนาดใหญเปนตวน าความรอนโดยขดลวดชนดนจะพนอยบรเวณรอบๆทอน าเยน ทฉดเขาไปในเครองโดยใชความรอนจากขดลวดกระแสไฟฟาทใสไวตรงกลางเครอง เมอกระแสน าเยนไหลผานขดลวดทมความรอนมากน ากจะถกเปลยนเปนน าอนทนท สวนประกอบและลกษณะการท างาน

16

1. ตวถงน า เปนอปกรณทใชบรรจน าและเปนอปกรณทจะถกใหความรอน ดงนนอปกรณชนดนจะตองสามารถทนตอความรอนไดเปนอยางด

2. ขดลวดความรอน (heater)จะรอนขนเมอมกระแสไฟฟาไหลผานลวดความรอน ซงลวดความรอนนโดยมากสวนในสดจะเปนลวดนโครม สวนทอยตรงกลางจะเปนผงแมกนเซยม

3. ออกไซด ซงมสมบตเปนฉนวนไฟฟาและทนอณหภมสง ชนนอกสดจะเปนทอโลหะทอาจ

ท าดวยทองแดงหรอสเตนเลส 4. อปกรณควบคมอณหภม ( thermostat)จะท าห นา ทตดกระแสไฟฟา ท ไหลผาน

ลวดความรอน เมออณหภมของน าถงระดบทเราตงไว เครองท าน าอน แบงหมอตมได 3 ชนดดงน

1. หมอตมทองแดง มความทนทาน ปลอดภย เพราะสามารถทนทานตอความรอนไดอยางด สามารถทนจากแรงดนไดดทสด มอายการใชงานทยนยาวไมรว ไมเปราะและไมแตกงาย อกทงปองกนอณหภมหลอมละลายไดดกวาพลาสตก แตท าใหน ามความรอนทชา ซงขอเสยนกเกดขนกบตวหมอตมทกชนด และไมสามารถถอดออกมาลางได

2. หมอตมแบบขดลวดทองแดง มลกษณะคลายกบการท างานของหมอตมทองแดง แตจะตางกนตรงทหนปนมาอดตนไดงาย ท าใหพงเรวกวาหมอตมแบบทองแดง แตมจดเดนทดกวาคอน าความรอน ท าใหน าในหมอรอนไดเรว แตอณหภมของน าจะไมคงท

3. หมอตมพลาสตก เปนหมอตมทราคาถก แตกงาย รวซมไดเรว ละลายและเสยไดงาย แตสามารถถอดออกมาลางได แตตองมความระมดระวงเนองจากมโอกาสจะท าใหเกดไฟรว หรอ เครองท าน าอนเกดความผดปกตซงอาจเกดอนตรายไดถงชวต

ระบบความปลอดภยทเครองท าน าอนไฟฟา 1. ตวตดไฟอตโมมตELCB หรอ ELB (Earth Leakage Circuit Breaker) เปนตวตดไฟท

ไดรบความนยมเปนอยางสง มรปรางเปนแทงสเหลยมสด า มลกษณะคลายเซฟตเบรกในเครองปรบอากาศ หรอทปมน า โดยขอดของเครอง ELCB คอ มความทนทาน ความปลอดภยในการใชงาน และสามารถหาอะไหลไดงาย

2. ตวตดไฟอตโมมตESD (Electrostatic discharge)เปนวงจรตดไฟอเลกทรอนก ซงสามารถตกกระแสไฟฟาไดอยางรวดเรว หากมกระแสไฟฟารวออกมาเพยงแคเลกนอย แตมกมอายการใชงานทสน และยากตอการหาอะไหลมาเปลยนหากเกดกรณทเสยหาย

17

2.14 ภาษาไพธอน (Python)

ภาษาไพธอน พฒนาโดยชาวเยอรมนชอนาย Guido van Rossumซงไดออกแบบมา

เพอใหท างานไดกบ Web Application ทลกษณะคลายกบภาษา Perl, PHP, JAVA และ ASP

เนองจากภาษาไพธอน เปนภาษาทใหมจงมคณสมบตทดดงตอไปน

1. สามารถใชไดทกแพลตฟอรม กลาวคอ สามารถท างานไดทก ๆ CPU หลาย ๆ

ระบบปฏบตการ เพยงแตผ เขยนโปรแกรมเขยนจากแพลตฟอรมใด ๆ แลวน าโปรแกรมท

ไดไปใหท างานตางแพลตฟอรมกนได

2. ไมตองเสยคาใชจายในการจดซอโปรแกรมตนฉบบ โดยปกตแลวโปรแกรมภาษาทว ๆ

ไปจะตองจดซอโปรแกรมตนฉบบเพอน ามาตดตงในราคาทแพงมาก แตโปแกรมภาษาไพ

ธอนสามารถดาวนโหลดจาก www.python.org ไดโดยตรง แลวน ามาตดตงและศกษา

การใชดวยตนเอง เพราะเปนโปรแกรมประเภท Open Source

3. ภาษาไพธอนไดน าเอาขอดของโปรแกรมในอดตเขามาไวดวยกน เชน ภาษา C, C++,

Java และ Perl เปนตน

4. มความปลอดภยสง เนองจากภาษาไพธอนท างานอยดาน Server เปนหลก เมอมการ

รองขอจากเครอง Client จะประมวลผลทเครอง Server ท าใหผ ใชทวไปไมสามารถเขาถง

เครอง Server ไดโดยตรงจงมความปลอดภยสงกวา

5. ใชในการพฒนา Web Service ซงในปจจบนการพฒนาซอฟตแวรไดเนนทมการ

แลกเปลยนขอมลซงกนและกนทงในองคกรเดยวกนหรอแมแตตางองคกรกน ท าใหเกด

ความ สะดวกสบาย ไมตองใชซอฟตแวรอน ๆ มาแปลงขอมลเพอใหเขากนไดอกตอไป

เรยนรไดเรวกวาโปรแกรมภาษาอน ๆ เพราะมโครงสรางภาษาทไมซบซอน ซงโครงสราง

ภาษาคลายคลงกบภาษา C ถาโปรแกรมเมอรทเคยใชภาษา C มากอนจะท าใหเรยนรได

เรวยงขน นอกจากนการเขยนโปรแกรมดวยภาษาไพธอนจะมความกระชบและสนกวา

ภาษาซ

18

2.15 MySQL

MySQL คอ Open Source Relational Database Management System (RDBMS)

ซงตอนแรก MySQL นนเปนของบรษท MySQL AB แตในปจจบนผ ทเปนเจาของ MySQL คอ

บรษท Oracle โดย MySQL นนถอวาเปนฐานขอมลทไดรบความนยมในการน ามาใชงานบน

Web Application เปนอยางมาก ซงเปนสวนหนงในสงทเรยกวา LAMP (Linux, Apache,

MySQL และ PHP) โดยตวอยาง Web Application ทมการใช MySQL เชน TYPO3, Joomla,

WordPress, phpBB, MyBB, Drupal รวมไปทงเวบไซตขนาดใหญทมการใช MySQL ในสวน

หนงของ Production เชน Wikipedia, Google (ไมใชสวนของการคนหา), Facebook, Twitter,

Flickr,Nokia.com และ YouTube เปนตน

คณสมบต (Feature)

1. สนบสนน Cross-platform support

2. รองรบ Stored procedures

3. รองรบ Triggers และ Cursors

4. สนบสนน Information schema

5. สนบสนน SSL

6. รองรบการท า Query caching

7. รองรบการท า Sub-SELECTs

8. รอบรบการท า Replication ทงแบบ Master-Master Replication และ Master-Slave

Replication

9. Full-text indexing และ searching using MyISAM engine

10. รองรบ Unicode