การทดลองใช้งานโมดูล HC-SR04 วัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิค
โมดูลสำหรับวัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตราโซนิค มีให้เลือกใช้งานแตกต่างกันไปแล้วแต่ผู้ผลิต คุณภาพ และราคา มีราคาถูกไม่กี่ร้อยบาท ไปจนถึงราคาเป็นพันบาท สามารถนำไปใช้ประยุกต์ใช้งานได้ เช่น การตรวจจับสิ่งกีดขวางสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่ บทความนี้จะกล่าวถึง การทดลองใช้งานโมดูล HC-SR04 วัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิค ร่วมกับบอร์ด Arduino
หลักการทำงานของโมดูลวัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิค
โมดูล HC-SR04 เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาถูก สำหรับวัดระยะห่างด้วยคลื่นอัลตราโซนิค (ใช้คลื่นเสียงความถี่ ประมาณ 40kHz) มีสองส่วนหลักคือ ตัวส่งคลื่นที่ทำหน้าที่สร้างคลื่นเสียงออกไปในการวัดระยะแต่ละครั้ง ("Ping") แล้วเมื่อไปกระทบวัตถุหรือสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงถูกสะท้อนกลับมายังตัวรับแล้วประมวลผลด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในโมดูล ถ้าจับเวลาในการเดินทางของคลื่นเสียงในทิศทางไปและกลับ และถ้าทราบความเร็วเสียงในอากาศ ก็จะสามารถคำนวณระยะห่างจากวัตถุกีดขวางได้
 รูปภาพอุปกรณ์ HC-SR04
โมดูล HC-SR04 ทำงานที่แรงดันประมาณ +5V (4.5V ถึง +5.5V) โดยป้อนให้ขา VCC และ GND โมดูลนี้ มีขาสัญญาณดิจิทัล TRIG (อินพุต) และ ECHO (เอาต์พุต) ที่นำไปเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ อย่างเช่น Arduino ในการวัดระยะห่างแต่ละครั้ง จะต้องสร้างสัญญาณแบบ Pulse ที่มีความกว้าง (Pulse Width) อย่างน้อย 10 usec ป้อนให้ขา TRIG และหลังจากนั้นให้วัดความกว้างของสัญญาณช่วง HIGH จากขา ECHO ถ้าวัตถุอยู่ใกล้ ความกว้างของสัญญาณ Pulse ที่ได้ก็จะน้อย แต่ถ้าวัตถุอยู่ไกลออกไป ก็จะได้ค่าความกว้างของสัญญาณ Pulse ที่มากขึ้น
การเลือกใช้งานโมดูลประเภทนี้ มีประเด็นที่สำคัญ เช่น ช่วงระยะห่างของการวัด ความกว้างของมุมเมื่อคลื่นเสียงเดินทางออกไปจากตัวส่ง (เรียกว่า Beam Angle) นอกจากนั้น การสะท้อนกลับของคลื่นเสียงที่วัตถุกีดขวาง ขนาดและรูปทรงของวัตถุ และการสะท้อนกลับของเสียงจากหลายทิศทาง หรือต่างระยะกัน ก็มีผลต่อความถูกต้องหรือความผิดพลาดในการวัดค่าระยะห่างได้เช่นกัน
ข้อมูลเชิงเทคนิคของโมดูล HC-SR04
ศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากเอกสารต่อไปนี้
Datasheet: http://elecfreaks.com/store/download/HC-SR04.pdf (local copy)
ตัวอย่างโคด Arduino ใช้งาน โมดูลวัดระยะทาง Ultrasonic Module Distance Measuring Transducer Sensor
|
const int pingPin = 13; int inPin = 12;
void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { long duration, cm; pinMode(pingPin, OUTPUT);
digitalWrite(pingPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(pingPin, HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(pingPin, LOW); pinMode(inPin, INPUT); duration = pulseIn(inPin, HIGH);
cm = microsecondsToCentimeters(duration);
Serial.print(cm); Serial.print("cm"); Serial.println(); delay(100); } long microsecondsToCentimeters(long microseconds) { // The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter. // The ping travels out and back, so to find the distance of the // object we take half of the distance travelled. return microseconds / 29 / 2; }
-หลักการเกี่ยวกับลวดสลิง ช่วยเรียวดูสลิงที่ใช้ดึงแขนกลของพี่สอง
ลวดสลิง (Wire Rope Sling)
ลวดสลิง (wire rope) เป็นเชือกประเภทหนึ่งซึ่งประกอบไปด้วยมัดของเส้นลวดโลหะ ที่บิดเป็นเกลียว ในสมัยก่อนนั้นใช้เหล็กคาร์บอนต่ำ เหล็กอ่อน (wrought iron) ในการผลิต ต่อมาในปัจจุบันลวดสลิงเปลี่ยนมาผลิตจากเหล็กกล้า ลวดสลิงนั้นพัฒนามาจากโซ่เหล็กซึ่งมีปัญหาเรื่องการขาดของข้อโซ่ซึ่งทำให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงมากมาย ในขณะที่การขาดของเส้นลวดที่ใช้ทำสายลวดสลิงนั้นมีผลน้อยกว่าเนื่องจากยังมีลวดเส้นอื่นที่สามารถรับน้ำหนักได้ แรงเสียดทานระหว่างลวดแต่ละเส้นและมัดเส้นลวดซึ่งเป็นผลมาจากการบิดเกลียว ก็ยังช่วยชดเชยความเสียหายที่เกิดขึ้น
โครงสร้างของลวดสลิง (wire rope construction)
เส้นลวดเหล็กของลวดสลิงนั้นผลิตจากเหล็กคาร์บอน 0.4-0.95% สามารถรับน้ำหนักได้ดี
มัดเกลียวหรือที่เรียกว่า cross lay strand ซึ่งลวดในหลายชั้นไขว้สลับซึ่งกันและกัน โดยทั่วไปจะใช้มัดเกลียวแบบขนาน ซึ่งทุกชั้นของลวดมีความยาวเท่ากัน และลวดในทุกๆ ชั้นที่ซ้อนทับนั้นก็ขนานกัน ทำให้มี หน้าสัมผัสแบบเส้นตรง ลวดของชั้นนอกนั้นรองรับโดยลวดสองเส้นในชั้นในตลอดความยาวของมัด เกลียวขนานนั้นทำในครั้งเดียวกัน ลวดสลิงแบบเกลียวขนานมีความทนทานมากกว่าแบบมัดเกลียวไขว้ ลวดสลิงแบบเกลียวขนานมีโครงสร้างแบบ Filler, Seale และ Warrington
ลวดสลิงแบบ spiral ropes (non-rotating)
ลวดสลิงแบบ spiral ropes มีเกลียวเชือกแบบกลมซึ่งประกอบไปด้วยชั้นของลวดซึ่งมัดเกลียวรอบศูนย์กลางที่เป็นลวดอย่างน้อยหนึ่งชั้นในทิศทางตรงกันข้ามของลวดชั้นนอก ลวดสลิง spiral rope มีคุณสมบัติคือ จะ ไม่หมุนเมื่อได้รับแรงดึงด้วยแรงบิด (torque) นั้นมีค่าใกล้ศูนย์
ลวดสลิง (Strande ropes)
ลวดสลิงแบบที่ใช้งานทั่วไปทำจากเกลียวลวดหลายเกลียวตั้งแต่ 1 ชั้นขึ้นไปพันรอบแกน โดยแบ่งตามไส้ (แกนตรงกลาง) ได้ 3 ประเภท 1) ลวดสลิงไส้เชือก (Fiber core) ไส้ตรงกลางทำจากเชือก ซึ่งอาจจะเป็นเชือกที่ผลิตจากเส้นใยธรรมชาติหรือสังเคราะห์ ลวดสลิงไส้เชือกนั้นมีความยืดหยุ่น แต่มีข้อเสียคือขาดได้ง่าย2) ลวดสลิงไส้เกลียวลวด (Wire Strand core) ไส้ตรงกลางเป็นเกลียวลวดอีกมัดหนึ่งซึ่งใช้สำหรับรับแรงกระแทก 3) ลวดสลิงไส้เกลียวลวดอิสระ (Independent wire rope core - IWRC) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงที่สุด
ลวดสลิงโดยส่วนมากจะมีเพียงลวดอีกชั้นหนึ่งนอกเหนือไปจากไส้ (ไส้เหล็กหรือไส้เชือก) ทิศของมัดเกลียวในลวดสลิงอาจจะเป็นทิศขวา (แบบตัว Z) หรือทางซ้าย (แบบตัว S) และทิศของลวดในแต่ละเกลียว อาจจะเป็นทางขวาหรือทางซ้ายเช่นเดียวกัน
หากทิศทางของเกลียวของลวดในแต่ละเกลียวและทิศของมัดเกลียวในลวดสลิงตรงกันข้ามกันจะเรียกว่า ordinary/regular lay rope (ลวดวางตัวในแนวที่ขวางกับทิศทางการตีเกลียว) การเรียงตัวแบบนี้ทำให้มีโอกาสเกิดรอยแตก (kiln) น้อย และมีโอกาสที่จะเกิดความเสียหายจากแรงกระชาก หรือการบิดตัวก็จะน้อยด้วย เชือกลวดเหล็กกล้าแบบนี้ถูกนำไปใช้งานหลากหลายที่สุด โดยจะมีความสามารถต้านทานต่อแรงกระแทก (crushing) มากกวางแบบแลงส์ และจะไม่มีการบิดตัวในขณะที่ใช้งานภายใต้แรงกระทำที่รุนแรง เมื่อปลายข้างหนึ่งของเชือกลวดเหล็กกล้าไม่ได้ถูกยึดให้อยู่กับที่
แต่หากทิศของลวดในเกลียว และทิศของเกลียวนั้นมีการบิดเกลียวในทิศทางเดียวกันจะเรียกว่า lang lay rope (มาจาก Albert's lay หรือ Lang's lay) ลวดจะเรียงตัวทำมุมขวางกับแนวตามยาวของเชือกลวดเหล็กกล้า (ลวดวางในแนวเดียวกับทิศทางของการตีเกลียว) เชือกลวดเหล็กกล้าแบบนี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ 2 ประการ คือ จะมีความต้านทานต่อความล้า และการสึกหรอจากจากเสียดสีในขณะใช้งานที่ดีกว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบธรรมดา (regular lay) และเนื่องจากบริเวณพื้นที่ผิวของลวดเหล็กแต่ละเส้นมีมากกว่า ดังนั้นเวลาที่อยู่ภายใต้สภาวะการใช้งานที่เชือกลวดเหล็กกล้าต้องถูกดัดโค้ง จึงมีแรงดัดโค้งมากระทำน้อยกว่า ดังนั้นจะพบว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบแลงส์จะมีความยืดหยุ่นดีกว่า และมีอายุการใช้งานภายใต้สภาวะที่มีแรงดัดโค้งมากระทำเป็นหลัก ได้นานกว่าแบบธรรมดา (regular lay) ได้ประมาณ 15-20% แต่มีโอกาสที่เกิดรอยแตก (kiln) มากกว่า และทนต่อแรงกระแทกได้น้อยกว่าแบบธรรมดา
ลวดสลิงที่มีหลายมัดเกลียวนั้นจะมีแรงต้านการหมุนและมีมัดลวดอย่างน้อย 2 ชั้น บิดเกลียวอยู่รอบไส้ ทิศทางของมัดลวดข้างนอกนั้นอย่ตรงข้ามกันกับมัดลวดขั้นถัดไป ลวดสลิงที่มีมัดลวด 3 ชั้น นั้นถือได้ว่าเกือบจะเป็น non-rotating ส่วนลวดสลิงที่มี 2 ชั้นนั้นจะเป็นเพียงแค่ low-rotating
-ออกไปบ้านหม้อไปหาซื้อของ ซื้อสลิง ส่วนตัวผมได้ไขควง เพราะว่าที่ซื้อมาจะได้ใช้ในงานตอนที่อยู่fibo และกลับไปก็ต้องได้ใช้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น