i-Duino UNO R3B คือ บอร์ด Arduino UNO compatible รุ่นใหม่ล่าสุดฝีมือคนไทยที่ใช้ชิป ATmega328PB และมาพร้อมกับ Arduino IDE 1.7.10 เวอร์ชันพิเศษที่พัฒนาต่อยอดโดยคนไทย รุ่นแรกของโลกที่ใช้งานกับชิปใหม่ได้เต็มความสามารถ

i-Duino UNO R3B หรือบอร์ด R3B คือแผงวงจรสำหรับทดลองและใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino ที่เข้ากันได้กับ Arduino UNO ราคาประหยัด และมาพร้อมกับอุปกรณ์คุณภาพสูง บรรจุวงจรภาคจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่มีเสถียรภาพ มีสวิตช์เพื่อเลือกใช้ไฟเลี้ยงทั้ง +5V และ +3.3V ทำให้บอร์ด R3B เป็นแผงวงจร Arduino UNO compatible ในไม่กี่รุ่นในโลกที่รองรับไฟเลี้ยงทั้งสองระบบ และที่เป็นพิเศษคือ ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ATmega328PB ซึ่งเป็นชิปรุ่นใหม่กว่า ATmega328P ที่ใช้ใน Arduino UNO รุ่นดั้งเดิม

ใหม่กว่ากับ ATmega328PB ชิปผู้มาแทน

ความใหม่ที่โดดเด่นของบอร์ด R3B ประการแรกคือ เลือกใช้ชิป ATmega328PB เบอร์ใหม่สุดในอนุกรมนี้
ทำให้มีขาพอร์ตมากขึ้น ทั้งอินพุตเอาต์พุตดิจิตอล, อินพุตอะนาลอก, เอาต์พุต PWM, พอร์ตสื่อสารข้อมูลอนุกรม UART เพิ่มอีก 1 ชุด, พอร์ตเชื่อมต่อบัส I2C อีก 1 ชุด, พอร์ตเชื่อมต่อระบบบัส SPI อีก 1 ชุด และทุกขาพอร์ตมีความสามารถอินพุตแบบสัมผัส ดังแสดงการจัดขาของ ATmega328PB ในรูปที่ 1

ส่วนประกอบของบอร์ดที่ยืดหยุ่น

ในรูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบต่างๆ ของบอร์ด R3B ซึ่งเข้ากันได้กับ Arduino UNO R3 โดยในบอร์ด R3B ได้เพิ่มเติมจุดต่อพอร์ตอินพุตเอาต์พุตทั้งหมดในรูปแบบที่มีการจัดขาเหมือนจุดต่อเซอร์โวมอเตอร์และสวิตช์เพื่อเลือกระบบไฟเลี้ยง ส่งผลให้บอร์ด R3B มีความพร้อมสำหรับการเรียนรู้และใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอย่างดี

นอกจากนั้นยังมีจุดต่อพอร์ตอินพุตอะนาลอกเพิ่มอีก 2 ขาคือ A6 (พอร์ต 20) กับ A7 (พอร์ต 21) และอินพุตเอาต์พุตดิจิตอลอีก 2 ขา (ขา 22 และ 23) อำนวยความสะดวกในการต่อโมดูลสื่อสารข้อมูลอนุกรมให้ง่ายขึ้นด้วยจุดต่อ Serial 1, ต่อพ่วงกับอุปกรณ์บัส I²C และ SPI ได้สะดวก มีจุดต่อพอร์ตแบบ IDC ตัวผู้ ทำให้ใช้งานได้หลากหลายมากขึ้น

ด้านภาคจ่ายไฟ ด้วยวงจรแปลงแรงดันไฟตรงแบบ Boost และ Bulk ทำให้ใช้แหล่งจ่ายไฟได้ต่ำถึง +3V จึงใช้แบตเตอรี่ได้ โดยยังคงมีระดับสัญญาณลอจิกเลือกได้ทั้ง +5V และ +3.3V

ด้านการพัฒนาโปรแกรมผู้ผลิต (INEX) ได้นำ Arduino IDE 1.7.10 จากฝั่ง arduino.org มาต่อยยอดเป็นเวอร์ชันพิเศษทำให้ใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์ ATmega328PB ได้เต็มความสามารถ อาจกล่าวได้ว่า นี่คือ Arduino IDE 1.7.10 รุ่นแรกที่รองรับและใช้งานได้กับ ATmega328PB ทั้งนี้เนื่องจากในขณะที่ทำบทความนี้ผู้พัฒนา Arduino IDE มาตรฐาน ทั้งทาง arduino.cc
และ arduino.org ยังไม่มีฮาร์ดแวร์ที่ใช้ชิป ATmega328PB อย่างเป็นทางการ ทำให้ไม่สามารถใช้งาน Arduino IDE รุ่นมาตรฐานกับฮาร์ดแวร์ ATmega328PB ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ทาง INEX จึงได้นำ Arduino IDE ตั้งแต่เวอร์ชัน 1.7.8 มาปรับปรุงใหม่และทำการอัปเกรดตามการเปลี่ยนแปลงเวอร์ชันของ arduino.org จนถึงในขณะที่ต้นฉบับนี้เป็นเวอร์ชัน 1.7.10

เมื่อตุ๊กตาขี้กลัวตัวน้อยต้องคอยซ่อนตัวอยู่ในกล่องตามลำพัง
โครงงานของเล่นน่ารักๆ กับเจ้าตุ๊กตากระดาษ ที่คอยหลบซ่อนตัวอยู่ในกล่อง หากมีเสียงดังเจ้าตุ๊กตาก็จะส่งเสียงและพากล่องวิ่งไปมา แต่จะแอบเปิดฝามาดูเมื่อข้างนอกไม่มีเสียงรบกวน

เตรียมอุปกรณ์

การจะทำให้โครงงานของเล่นให้ดูมีชีวิตชีวานั้น แน่นอนล่ะครับว่าต้องใช้ระบบสมองกลหรือไมโครคอนโทรลเลอร์เข้าช่วยประมวลผล แต่จะให้ง่ายและใช้งานได้ทันที ก็เป็นต้องชุด Robo-Circle3S แต่ต้องเพิ่มอุปกรณ์อีกเล็กน้อย มาดูรายการอุปกรณ์กันเลย
1. แผงวงจร i-BOX3S
2. มอเตอร์ BO2 อัตราทด 120:1
3. มอเตอร์ BO1 2 เอาต์พุต อัตราทด 120:1
4. แผงวงจร ZX-SOUND
5. แผงวงจร ZX-POTH (ปัจจุบันมีจำหน่ายเป็นรุ่น ZX-POTV ผู้อ่านต้องดัดแปลงเล็กน้อย)
6. ล้อกลมพร้อมยาง
7. พลาสวูดขนาด A4 จำนวน 1 แผ่น
8. กะบะถ่าน AA 4 ก้อน
9. กล่องกระดาษทรงสี่เหลี่ยมจตุรัสขนาด 14×14 ซม. สูง 12 ซม.

การสร้าง
ประดิษฐ์ส่วนกลไกการเคลื่อนที่
(1) เริ่มด้วยการนำแผ่นพลาสวูดมาตัดให้ได้ขนาด 5×14 ซม. 1 แผ่นเพื่อใช้เป็นแผ่นฐาน และขนาด 3×6 ซม. 2 แผ่นเพื่อใช้เป็นแผ่นหนุนเพื่อให้ล้อสัมผัสพื้นได้พอดีดังรูปที่ 1.1 จากนั้นใช้เทปโฟมสองหน้าอย่างหนาแปะด้านบนของแผ่น 3×6 ซม. 1 แผ่น ดังรูปที่ 1.2 แล้วใช้ปืนยิงกาวยึดเข้าด้วยกันจะได้แผ่นพลาดวูดที่ซ้อนกันสำหรับยึดชุดเฟืองขับมอเตอร์ดังรูปที่ 1.3

(2) นำชุดแผ่นฐานติดตั้งลงในกล่อง ใช้ดินสอวาดแนวของล้อเอาไว้ จากน้ันใช้คัตเตอร์ตัดเป็นร่องสำหรับให้ล้อโผล่ลงไปด้านล่างของกล่องได้ สำหรับขนาดของช่องควรเจาะให้กว้างกว่าขอบล้อเล็กน้อยเพื่อความสะดวกในการติดตั้งดังรูปที่ 2.3 ถึง 2.5 เมื่อเจาะเสร็จแล้วติดตั้งแผ่นฐานลงไปยึดด้วยปืนยิงกาวดังรูปที่ 2.6 สุดท้ายแกะเทปโฟมสองหน้าที่ด้านบนของแผ่นฐานออกแล้วนำชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO2 มาแปะลงไป โดยให้ตำแหน่งของล้ออยู่กึ่งกลางของช่องที่เราเจาะไว้เมื่อติดตั้งแล้วจะเห็นว่าล้อโผล่ออกมาเพียงเล็กน้อยเท่านั้นดังรูปที่ 2.8 ทดลองวางกล่องลงบนพื้น กล่องจะแนบกับพื้นเกือบสนิทและดูไม่ออกว่าด้านล่างมีล้ออยู่

(3) ตัดแผ่นพลาสวูดขนาด 7.5×14 ซม. เพื่อใช้เป็นแผ่นฐานติดตั้งชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO1 และแผงวงจร ZX-POTH จากนั้นนำชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO1 และแผงวงจร ZX-POTH มาจัดวาง โดยตำแหน่งการวางนี้ต้องให้แกนหมุนของเฟืองขับมอเตอร์เยื้องมาทางขวา ดังรูปที่ 3 จะเยื้องมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับขนาดของตัวตุ๊กตาที่นำมาใช้ เพื่อหลีกการชนตัวตุ๊กตาที่เราจะติดตั้งในขั้นตอนสุดท้าย เมื่อวางได้ตำแหน่งที่ต้องการแล้วให้ใช้ปืนยิงกาวยึดชุดเฟืองขับมอเตอร์เอาไว้ ส่วนแผงวงจร ZX-POTH ยังไม่ต้องยึด

(4) ตัดแผ่นฐานเป็นร่องกว้าง 7 มม. ให้ตรงกับแนวแกนสีชมพูของชุดเฟืองขับมอเตอร์ดังรูปที่ 4.1 จากนั้นตัดเศษพลาสวูดให้ได้รูปทรงรูปตัว L ดังรูปที่ 4.2 สำหรับใช้เป็นแขนดันฝากล่องส่วนแขนจะยาวมากหรือน้อยขึ้นกับว่าต้องให้กล่องเปิดมากน้อยเพียงใด จากนั้นนำส่วนปลายด้านหนึ่งไปกดเข้ากับแกนของชุดเฟืองขับมอเตอร์ให้เป็นร่องแล้วใช้คัตเตอร์ค่อยๆ เซาะให้ร่องลึกลงไปประมาณ 1/3 ของความหนาพลาสวูดดังรูปที่ 4.3 แล้วเจาะรูตรงกึ่งกลางร่องใช้สกรูเกลียวปล่อยตัวเล็กขันยึดชิ้นส่วนแขนเข้ากับแกนของชุดเฟืองขับมอเตอร์ดังรูปที่ 4.4 ชุดส่วนแขนจะต้องลงร่องที่บากไว้ได้

(5) ตัดพลาสวูดขนาด 2×10 ซม. จำนวน 4 ชิ้น สำหรับใช้เป็นขาติ้งตั้งชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO1 และแขนดันฝากล่อง จากนั้นใช้ปืนยิงกาวติดกับแผ่นฐานดังรูปที่ 5.2 ตัดแผ่นพลาสวูดขนาด 9×10 ซม. สำหรับบังคับตัวตุ๊กตาให้ขึ้นลงในช่องและยังเพิ่มความแข็งแรงให้กับชุดแผ่นฐานด้วย แล้วใช้ปืนยิงกาวติดเข้ากับแผ่นฐานดังรูปที่ 5.3

(6) นำแผงวงจร ZX-POTH มาติดตั้งด้วยปืนยิงกาวแล้วใช้ท่อหดเป็นตัวเชื่อมระหว่างแกนสีขาวของชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO1 เข้ากับแกนของแผงวงจร ZX-POTH ดังรูปที่ 6.2 เพื่อให้ ZX-POTH เป็นตัวกำหนดองศาการหมุน

โดยก่อนหุ้มท่อหดให้หมุนแขนดันฝากล่องลงมาให้ระดับของปลายแขนต่ำกว่าแผ่นฐานดังรูปที่ 6.3 แล้วหมุนแกนของ ZX-POTH ตามเข็มนาฬิกาจนเกือบสุดแล้วจึงหุ้มท่อหดโดยใช้ความร้อนเป่า

(7) นำสายไฟเส้นเล็กมาบัดกรีเชื่อมกับขั้วของสวิตช์ RUN ของแผงวงจร i-BOX3S ดังรูปที่ 7

(8) นำแผงวงจร i-BOX3S , แผงวงจร ZX-SOUND และกะบะถ่าน AA 4 ก้อนพร้อมบรรจุแบตเตอรี่ติดตั้งกับชุดฐานดังรูปที่ 8 จากนั้นเชื่อมต่อสายของแผงวงจรและชุดเฟืองขับมอเตอร์เข้ากับแผงวงจร i-BOX3S ดังนี้
• ZX-SOUND ต่อเข้ากับช่อง SENSOR 0
• ZX-POTH ต่อเข้ากับช่อง SENSOR 2
• ชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO1 ต่อเข้ากับช่อง A ที่ขั้วสีดำ
• ชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO2 ต่อเข้ากับช่อง B ที่ขั้วสีดำ

(9) วางเครื่องมือการประกอบแล้วมาเริ่มเขียนโปรแกรมกันก่อน เพราะหากประกอบจนเสร็จแล้วค่อยมาเขียนทีหลังจะทำให้การปรับแต่งยุ่งยาก เริ่มจากหาค่าตำแหน่งเปิดปิดฝากล่องจาก ZX-POTH และค่าความดังเสียง จาก ZX-SOUND โดยเสียบสาย UCON-200 เปิดสวิตช์แผงวงจร i-BOX3S เปิดโปรแกรม Logo-Blocks ขึ้นมารับค่าจาก ZX-SOUND ด้วยคำสั่ง send ir แล้วเปลี่ยนบล็อกตัวเลขสีน้ำเงินเป็นบล็อกชื่อ sensor ดังรูปที่ 9.1 ดับเบิ้ลคลิกเพื่อเลือกตำแหน่งของจุดต่อตัวตรวจจับที่ต้องการรับค่า ดาวน์โหลดโค้ดนี้ลง i-BOX3S ไปที่เมนู Projects เลือก Cricket Monitor จะปรากฏหน้าต่างขึ้นมาดังรูปที่ 9.2 เมื่อกดสวิตช์ RUN ที่ i-BOX3S จะปรากฏตัวเลขค่าที่รับมาจากแผงวงจรที่เรากำหนดทันที

(10) เมื่อได้ค่าตัวเลขจากแผงวงจร ZX-SOUND และ ZX-POTH มาแล้วเราก็สามารถเขียนโปรแกรมอย่างง่ายๆ ได้ด้วยซอฟต์แวร์ Logo-Blocks แต่เพื่อให้การเขียนโปรแกรมของเราง่ายขึ้นจึงต้องสร้างโปรแกรมย่อยขึ้นมา จะเห็นว่ามีโปรแกรมย่อยอยู่ทั้งหมด 5 ส่วนได้แก่

(10.1) open ส่วนควบคุมการเปิดปิดฝากล่อง
เริ่มจากกำหนด Power ระดับ 3 จะได้ไม่หมุนเร็วเกินไป บังคับทิศทางด้วยบล็อกคำสั่ง thatway สั่งมอเตอร์ a หมุนจนกว่า ZX-POTH จะมีค่าน้อยกว่า 18 (ค่าที่ฝาเปิดจนเกือบสุด) เมื่อมีค่าน้อยกว่า 18 สั่งกลับทางหมุนด้วยบล็อก thisway เพื่อช่วยหยุดแบบทันทีหน่วงเวลา 0.02 วินาที จบด้วยคำสั่ง brake เพื่อยังคงค้างการทำงานไว้ฝากล่องจะได้ไม่ตกลงมา

(10.2) close ควบคุมการปิดฝากล่อง
ทำงานเหมือนกับ open แต่กลับทิศทางกัน และมอเตอร์หมุนจนกระทั่ง ZX-POTH มีค่ามากกว่า 280 ก็ให้หยุดการทำงาน แต่การหยุดจะใช้คำสั่ง off เพื่อประหยัดพลังงาน

(10.3) move-r และ move-l
ใช้ควบคุมชุดเฟืองขับมอเตอร์ BO2 ทั้งสองชุดคำสั่งนี้ทำงานเหมือนกันแต่ต่างกันที่ทิศทางการหมุนเท่านั้น

(10.4) talk
ใช้สร้างเสียงตัวโน้ตแบบต่างๆ เปรียบเสมือนว่าเจ้าตุ๊กตาในกล่องกำลังโต้ตอบกับเราว่า อย่ามายุ่งนะ โดยในส่วนนี้เพิ่มตัวโน้ตได้ตามใจชอบ

เมื่อได้โปรแกรมย่อยครบทั้ง 5 ส่วนแล้ว ก็มาเขียนโปรแกรมหลักสำหรับการควบคุมทั้งระบบกันดังรูปที่ 10.5

การทำงานของโปรแกรมหลักเริ่มจากใช้คำสั่ง loop เพื่อวนรอบการทำงานทั้งหมด ใช้คำสั่ง if then else กำหนดเงื่อนไขหลักเป็น 2 กรณี คือ
(1) หาก ZX-SOUND มีค่ามากกว่า 40 (ภายนอกมีเสียงดังหรือไม่ปลอดภัย) ให้ทำงานตามเงื่อนไขทางซ้ายคือส่งเสียงร้องด้วยโปรแกรมย่อย talk แล้ววิ่งหนีด้วยโปรแกรมย่อย move-l และ move-r ตามลำดับ รอ 2 วินาทีค่อยไปตรวจสอบเงื่อนไขหลัก
(2) ZX-SOUND มีค่าไม่ถึง 40 เงื่อนไขเป็นเท็จ ให้ทำงานตามเงื่อนไขทางขวามือที่มีคำสั่ง if then สร้างเงื่อนไขอีกชั้นหนึ่งเอาไว้คือ หาก ZX-SOUND มีค่าเท่ากับ 1 ให้เรียกโปรแกรมย่อยชื่อ open เพื่อเปิดฝากล่องค้างไว้ 2 วินาที แล้วสั่งโปรแกรม close ทำงาน

สาเหตุที่ต้องมีการสร้างเงื่อนไขแบบค่าตายตัวเท่ากับ 1 เท่านั้น ก็เพราะว่าค่าที่ได้จาก ZX-SOUND มีความไวมาก และผันผวนพอสมควรจึงต้องกำหนดค่าไว้ที่เกือบต่ำสุดเพราะว่าต้องการให้เสียงภายนอกเงียบจริงๆ จึงค่อยสั่งให้เปิดฝา หากไม่กำหนดส่วนนี้ โอกาสที่โปรแกรมจะเข้าสู่เงื่อนไขแรกจะเกิดขึ้นน้อยมากและทำให้ฝาของกล่องเปิดปิดตลอดเวลา

เมื่อการตั้งค่าและปรับแต่งเรียบร้อยแล้วก็ทำการโปรแกรมลงใน i-BOX3S ได้เลย ต่อไปก็ลงมือประกอบร่างกันต่อ

(11) ยกฝากล่องขึ้นประมาณ 1 ซม. ใช้ดินสอขีดเส้นทำเครื่องหมายเอาไว้ ตัดเศษพลาสวูดขนาด 0.5×14 ซม. ใช้ปืนยิงกาวติดแท่งพลาสวูดเข้ากับด้านหลังกล่องดังรูปที่ 11.1 จากนั้นนำฝากล่องมาครอบแล้วใช้เทปใสแปะฝากล่องเข้ากับแท่งพลาสวูดดังรูปที่ 11.2

(12) ทำสวิตช์ RUN แบบง่ายๆ โดยเจาะรูกึ่งกลางของด้านหลังกล่องให้สายไฟเส้นเล็กที่ต่อพ่วงกับสวิตช์ RUN ของแผงวงจร i-BOX3S โผล่ออกมาได้ดังรูปที่ 12.1 แล้วยึดสายไฟด้วยปืนยิงกาวดังรูปที่ 12.2 ใช้เทปโฟมสองหน้าอย่างหนาแปะขนาบสองข้างของสายไฟดังรูปที่ 12.3

(13) ตัดกระดาษแข็งสีอะไรก็ได้ตามต้องการให้มีขนาดกว้างและยาวกว่าเทปโฟมสองหน้าและสายไฟที่เตรียมไว้จากขั้นตอนที่แล้ว เตรียมกระดาษตะกั่วให้มีความกว้างประมาณ 1/3 ของกระดาษแข็งดังรูปที่ 13.1 แล้วแปะกระดาษตะกั่วเข้ากับกระดาษแข็งด้วยเทปกาวสองหน้าอย่างบางดังรูปที่ 13.2 เวลาใช้งานก็เพียงกดส่วนล่างของกระดาษแข็งที่ติดกระดาษตะกั่วเอาไว้ จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้

(14) ติดตั้งอุปกรณ์ทุกชิ้นลงในกล่องให้เรียบร้อยดังรูปที่ 14 ทดลองเปิดปิดฝากล่องเข้าออก ฝากล่องต้องเปิดปิดได้สะดวกไม่ติดขัดแม้แต่นิดเดียว ก็เป็นอันใช้ได้

(15) นำตุ๊กตากระดาษที่เตรียมไว้มาติดตั้ง ในที่นี้ผมใช้ตุ๊กตากระดาษ DARwin-OP ที่ทาง INEX และ TPE จัดทำขึ้นสำหรับแจกลูกค้า โดยใช้เทปใสแปะส่วนหัวของตุ๊กตาเข้ากับฝากล่องด้านในดังรูปที่ 15.1 เพียงเท่านี้ก็ได้ของขวัญสุดพิเศษที่ไม่มีขายที่ไหนหรือจะเอาไว้ให้เจ้าเหมียวที่บ้านเล่นก็ยัง

การใช้งาน
การใช้งานก็เพียงเปิดสวิตช์แล้ววางชุดแขนดันฝากล่องลงไปจากนั้นก็กดสวิตช์ RUN ด้านหลังปล่อยให้เจ้าตุ๊กตาตัวน้อยคอยแอบมองผู้คน แต่อย่าส่งเสียงดังนะเดี๋ยวจะวิ่งหนีเตลิดไปกันใหญ่

เอาล่ะครับคราวนี้ก็จะได้มีของขวัญน่ารักๆ เอาไว้สร้างความประหลาดใจให้เด็กๆ หรือคนพิเศษของคุณกันแล้ว ทั้งภูมิใจ และที่สำคัญไม่เหมือนใครแน่นอน ลองสร้างตามกันดูนะครับ

เรื่องที่คุณอาจสนใจ