โครงงานชุดช่วยประหยัดไฟฟ้าในบ้าน

โดย นาย วีระพงค์ จันทร์สังข์
สาขาวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์ ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

 

 

Download Simulink Model File (proj08_energysaving.7z)

 

รูปที่ 1 วงจรการต่อใช้งานจริง

รูปที่ 1 วงจรการต่อใช้งานจริง

ที่มาและความเป็นมาของโครงงาน ชุดช่วยประหยัดไฟฟ้าในบ้าน

ในปัจจุบันผู้คนต่างๆมักมุ่งเน้นไปในเรื่องของการทำงานจนบางครั้งอาจจะลืมเรื่องของสิ่งเล็กๆรอบตัวไป ทางผู้จัดทำจึงเล็งเห็นความสำคัญของสิ่งอำนวยความสะดวกให้แก่มนุษย์เรา นั่นก็คือ ชุดช่วยประหยัดไฟฟ้าในบ้าน ซึ่งสามารถช่วยประหยัดไฟฟ้าในบ้านได้ ซึ่งในกรณีที่เราลืมปิดไฟในบ้าน
โครงงานนี้เป็นการศึกษาเกี่ยวกับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32F4 เพื่อควบคุมการเปิด ปิด ไฟฟ้าภายในบ้าน เมื่อมีคนอยู่เปิด และเมื่อไม่มีคนอยู่ปิด

คุณสมบัติการทำงานของโครงงาน

  • สามารถควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้านเมื่อไม่มีคนอยู่
  • ตัวขับใช้ไตรแอก 220 VAC
  • สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานด้านความปลอดภัยได้ (กันขโมย)

การทำงานของวงจร

เมื่อมีคนเดินผ่านชุดเซนเซอร์ PIR จะทำให้ที่ขา S ของ PIR มีพัลล์ลูกเล็กๆเกิดขึ้น เนื่องมาจากตัว PIR จะทำการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากตัวของคน ในขณะมีการเคลื่อนไหว พัลล์ลูกเล็กๆที่ออกมาจาก PIR นี้ถูกขยายด้วย IC ซึ่งทำหน้าที่เป็นวงจรขยายที่สามารถปรับเกณฑ์การขยายด้วย VR1 และยังสามารถปรับเกณฑ์การหน่วงเวลาเมื่อเซนเซอร์ PIR ตรวจจับได้ โดยปรับที่ VR2 เมื่อชุดเซนเซอร์ PIR ตรวจจับได้ส่งผลให้ ขา OUT ของ
ชุดเซนเซอร์ PIR มีสัญญาณไฟ +3.3V(High)ต่อกับ PA1ของบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ และบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ทำการประมวลผลและบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์มีสัญญาณจากออปโต้ทรานซิสเตอร์+3.3V(High)ที่มาจากหม้อแปลง 6VAC ที่ความถี่50Hzมาต่อกับ PA0 ของบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อให้สัญญาณ PWM ตรงกับความถี่ 50Hz ของไฟสลับที่มาจากไฟฟ้าในบ้าน ส่งผลให้มีสัญญาณ PWM ที่ขา PA9 PWM=100%ลดเรื่อยๆจนPWM=0%ต่อเข้ากับขา 2 ของของออปโต้ DIAC (LED) ส่งผลให้ออปโต้ DIACทำงานตามสัญญาณ PWM ตามบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ และออปโต้ DIAC (DIAC) ต่อกับ TRIAC ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์ โดยถูกควบคุมโดยสัญญาณ PWM จากบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ และและออปโต้ DIAC ตามลำดับ ส่งชนวนให้ขา G ของ TRIAC ตามสัญญาณ PWM
ส่งผลให้หลอดไฟที่ต่อไว้เริ่มสว่างที่ละนิดจนสว่างสุด เมื่อมีคนเดินผ่านหรือเมื่อชุดเซนเซอร์ PIR ตรวจจับเจอ และเมื่อไม่มีคนเดินผ่านหรือเมชุดเซนเซอร์ PIR ตรวจจับไม่เจอหลอดไฟที่ต่อไว้เริ่มลดแสงสว่างที่ละนิดจนไม่มีแสงสว่าง

Image 001

จากรูปเป็นการแสดงของจอ LCD ที่ชุดเซ็นเซอร์ PIR ยังไม่มีตรวจจับ หรือยังไม่มีคนผ่าน แสดงถึงค่า PWM =100%และ COUNT1 = 0 ทำให้หลอดไฟไม่มีแสงสว่าง

Image 002

จากรูปเป็นการแสดงของจอ LCDที่ชุดเซ็นเซอร์PIRตรวจจับ ได้หรือมีคนผ่าน แสดงถึงค่า PWM =100%และCOUNT1 >= 2000 ทำให้หลอดไฟสว่าง

รูปที่ 2 วงจร Schematic ทั้งหมด

รูปที่ 2 วงจร Schematic ทั้งหมด

  • Digital input (PA1) รับสัญญาณจาก ชุดเซนเซอร์ PIR
  • Digital input (PA0) รับสัญญาณจาก ชุด ซิงค์เฟส
  • Output (A9) ส่งสัญญาณ PWM ไปยังชุดกำลัง (หรี่ไฟ)
  • PE7,PE8,PE9,PE12,PE13,PE14,PE15 ต่อไปยังจอ LCD
รูปที่ 3 วงจร Schematic ชุดวงจร Input และ Output ทั้งหมด

รูปที่ 3 วงจร Schematic ชุดวงจร Input และ Output ทั้งหมด

รูปที่ 4 วงจร Schematic ชุดกำลัง(หรี่ไฟ)

รูปที่ 4 วงจร Schematic ชุดกำลัง(หรี่ไฟ)

รับสัญญาณ PWM จากบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ขา PA9
รายการอุปกรณ์
ตัวต้านทาน R1 = 220 โอห์ม 1 ตัว
ออปโต้ ไดแอค 1 ตัว
ไทรแอค 1 ตัว
หลอดไฟ 220v
แหล่งจ่ายไฟ AC 220V

รูปที่ 4 วงจร Schematic ชุดซิงค์เฟส

รูปที่ 4 วงจร Schematic ชุดซิงค์เฟส

ส่งสัญญาณพัลล์ให้ขา digital input (PA0)
รายการอุปกรณ์
ตัวต้านทาน R1 = 10k โอห์ม 1 ตัว
ออปโต้ทรานซิสเตอร์ 1 ตัว
ไดโอด 1 ตัว
หม้อแปลง เข้า 220V ออก 6V
แหล่งจ่ายไฟ AC 220V

รูปที่ 5 วงจร Schematic ชุด PIR

รูปที่ 5 วงจร Schematic ชุด PIR

ส่งสัญญาณให้ขา digital input (PA1)

รูปที่ 6 บล็อกการเขียนโปรแกรมหรี่ไฟ

รูปที่ 6 บล็อกการเขียนโปรแกรมหรี่ไฟ

 

Image 009

บล็อกประกาศตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Target Setup
เป็นบล็อกประกาศตัวแปรต่างๆที่ใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ (STM32F4)

Image 010

บล็อกประกาศตัวแปรเกี่ยวกับการใช้งานจอ LCD ชื่อว่าบล็อกว่า Character LCD Setup
เป็นบล็อกประกาศตัวแปรต่างๆที่ใช้งานเชื่อมต่อกับจอ LCD กับไมโครคอนโทรลเลอร์ (STM32F4) โดยขาของไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้งานกับจอ LCD E7,E8,E9,E12,E13,E14,E15

Image 011

บล็อกแสดงข้อความบนจอ LCD ชื่อว่าบล็อกว่า Character LCD Write
เป็นการแสดงข้อความที่ได้เป็นตัวแปร string จากข้อมูลจาก LINE1 โดยกำหนดค่า Constan =0 เพื่อใช้งานจอLCD แบบมีการเคลียค่าทุกครั้งที่ส่งออกไป
Constan1 =0 เพื่อแสดงตัวอักษรแรกหลักที่1 Constan2 =0 เพื่อแสดงอักษรบรรทัดที่1

Image 012

บล็อกแสดงข้อความบนจอ LCD ชื่อว่าบล็อกว่า Character LCD Write
เป็นการแสดงข้อความที่ได้เป็นตัวแปร string จากข้อมูลจาก LINE2 โดยกำหนดค่า โดยกำหนดค่า Constan3 =1 เพื่อใช้งานจอLCD แบบมีการไม่เคลียค่าทุกครั้งที่ส่งออกไป
Constan4 =0 เพื่อแสดงอักษรหลักที่1 Constan5 =1 เพื่อแสดงอักษรบรรทัดที่2

Image 013

บล็อกรับค่าจากภายนอกซึ่งเป็นค่าแบบดิจิตอล(ลอจิก) ชื่อว่าบล็อกว่า Digital Input
กำหนดขา PA1ซึ่งรับค่ามาจากชุด เซนเซอร์ PIR

Image 014

บล็อกเพื่อเขียนภาษาซีเพิ่มเติม โดยมี 2อินพุต เอาท์พุต ชื่อบล็อกว่า Embedded MATLAB Function ภายในบล็อกมีการเขียนดังนี้ (เมื่อดับเบิ้ลคลิกที่บล็อก)

Image 015

 

Image 016

บล็อกเก็บค่าตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Write

บล็อกเก็บค่าตัวแปรชื่อตัวแปลว่า cn1 จากบล็อก Embedded MATLAB Function เพื่อแปลงค่าตัวแปร

Image 017

บล็อกอ่านค่าตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Storage Read1
บล็อกอ่านค่าตัวแปรชื่อตัวแปลว่า cn1 จากบล็อก Volatile Data Write

Image 018

บล็อกเขียนตัวอักษรและค่าตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Printf
บล็อกเขียนตัวอักษรและค่าตัวแปรเพื่อแสดงบนจอ LCD โดยเขียนว่า COUNT1 = %3d (ซึ่งแสดงค่าตัวเลขจากเซนเซอร์PIRตรวจจับได้)

Image 019

บล็อกประกาศตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Storage2
เป็นบล็อกประกาศตัวแปรชนิด double โดยมีชื่อตัวแปรว่า ii

Image 020

บล็อกประกาศตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Storage1
เป็นบล็อกประกาศตัวแปรชนิด int32 โดยมีชื่อตัวแปรว่า cn1

Image 021

บล็อกประกาศตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Storage3
เป็นบล็อกประกาศตัวแปรชนิด string โดยมีชื่อตัวแปรว่า LINE2

Image 022

บล็อกรับค่าจากภายนอกซึ่งเป็นค่าแบบดิจิตอล(ลอจิก) ชื่อว่าบล็อกว่า Digital Input
กำหนดขา PA0ซึ่งรับค่ามาจากชุด ซิงค์เฟส ที่ความถี่ 50 Hz

Image 023

บล็อกเก็บค่าตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Write1
บล็อกเก็บค่าตัวแปรชื่อตัวแปลว่า ii จากบล็อก Embedded MATLAB Function เพื่อเก็บค่าตัวแปร

Image 024

บล็อกอ่านค่าตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Volatile Data Storage Read2
บล็อกอ่านค่าตัวแปรชื่อตัวแปลว่า ii จากบล็อก Volatile Data Write1

Image 025

บล็อก Gain
นำค่าที่ออกมา คูณ 100แล้วหาร500 จะได้เปอร์เซ็นต์ ไม่เกิน 100 %

Image 026

บล็อกเขียนตัวอักษรและค่าตัวแปร ชื่อว่าบล็อกว่า Printf
บล็อกเขียนตัวอักษรและค่าตัวแปรเพื่อแสดงบนจอ LCD โดยเขียนว่า PWM=%2.2f (ซึ่งแสดงค่าเปอร์เซ็นต์ของสัญญาณPWM)

Image 027

บล็อกส่งค่าออกภายนอกซึ่งเป็นค่าแบบดิจิตอล(ลอจิก) ชื่อว่าบล็อกว่า Basic PWM
กำหนดขา PA9ซึ่งส่งสัญญาณ PWMไปยังชุดจากชุดชุดกำลัง(หรี่ไฟ)

รูปที่ 7 รูปโครงงานชุดประหยัดไฟฟ้าในบ้านที่สมบูรณ์

รูปที่ 7 รูปโครงงานชุดประหยัดไฟฟ้าในบ้านที่สมบูรณ์

สรุปการทำงานชุดประหยัดไฟฟ้าในบ้าน

ชุดประหยัดไฟฟ้าในบ้านสามารถใช้งานได้จริง เมื่อเราลืมปิดไฟ ภายในบ้านเมื่อเราออกไปนอกบ้าน ไฟก็หรี่ดับ สามารถช่วยให้เราได้ประหยัดค่าไฟฟ้าได้ และยังนำไปประยุกต์ใช้งานด้านความปลอดภัยได้อีกด้วย(กันขโมย)

 

 

โครงงานนี้เป็นผลงานของนักศึกษา สาขาวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์ ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ เนื้อหาในบทความเป็นการออกแบบและความเห็นส่วนตัวของผู้ทำโครงงาน บริษัท เอมเมจิน จำกัด อาจไม่เห็นด้วยเสมอไป