Home Automation ตอน ทำหมวกแฟนซี

เวลานี้ไปซื้อของที่ไหน ๆ เวลาเห็นตู้กระจกโชว์สินค้าก็มักจะพบกับเทคโนโลยีอันหนึ่งเสมอ นั้นคือ LED Strip หรือที่นิยมเรียกกันว่า LED เส้น แทบจะพูดได้ว่ามาแทนที่การใช้หลอดไฟแบบ Fluorescent เกือบหมด   คงเป็นเพราะ

1.  LED ให้ความสว่างไม่น้อยกว่า Fluorescent
2. การติดตั้งใช้ต้นทุนต่ำและง่ายกว่ามาก
3. ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง 12 V ไม่อันตรายหากเกิดไฟฟ้ารั่ว และใช้พลังงานต่ำ ประหยัดกว่า
4. ไม่ทำให้เกิดความร้อนมาก พออุ่นๆ สามารถใช้มือจับได้ นึกถึงพนักงานขายที่ต้องยืนอยู่หน้าตู้ทั้งวัน หากตู้ร้อนเพราะหลอดไฟพนักงานและลูกค้าก็ไม่ค่อยสบายตัวเท่าไหร่
5. มีหลายสีให้เลือก สามารถทำ mix and match ได้หลายหลาก
6. ที่สำคัญเลยคือใช้ computer สร้างโปรแกรมให้มีแสดงแสงสีได้อีกมากมายก่ายกอง ตามแต่จะคิดออก

ผมมีตัวอย่างการใช้ LED มาตกแต่งสถานที่จาก Youtube มาให้ดูครับ เพื่อจะได้เห็นภาพที่ชัดขึ้นว่าเขาเอามาทำอะไรกันบ้าง

กลับเข้าสู่เรื่องที่จะเขียนในวันนี้ ผมว่าจะเอา LED Strip มาทำเรื่องของเครื่องแต่งตัวดูครับ  พอดีช่วงที่เขียนอยู่นี้เป็นช่วงเวลาใกล้กับเทศกาลปีใหม่พอดีด้วยครับ เป้าหมายในการทำวันนี้คือการทำ Fancy Hat หรือหมวกหลากสี เพื่อให้ลูกชายใส่ไปงาน Fancy ส่งท้ายปีเก่าที่โรงเรียน หน้าตาที่ออกมาสุดท้ายแล้วจะเป็นดังภาพ

ขั้นตอนการทำ

จัดหาอุปกรณ์

1. ต้องมี LED Strip ก่อนครับ ปัจจุบันหาซื้อได้ง่าย มีหลายราคาให้เลือก บางร้านเขาตัดแบ่งขายเป็นเมตร (เหมือนซื้อผ้า)  หากไม่อยากเดินทางไปเลือกเอง ก็หาซื้อตามเว็บไซต์ก็ได้ครับ รูปร่างของ LED Strip จะเป็นดังภาพ  บางร้านเขาอาจจะเสนอระบบควบคุมมาด้วยเลย หากท่านไม่ต้องการจะเขียนโปรแกรมควบคุมการแสดงแสงไฟเองก็สะดวกดีครับ แต่วันนี้ผมจะเขียนโปรแกรมเอง และ LED Strip ที่ผมเลือกใช้เป็นแบบ RGB (Red Green Blue) ซึ่งมีสามมีในเส้นเดียวกัน (เพราะต้องการ Fancy Color)

ภาพ LED Strip จาก http://www.3plusled.com

2. เมื่อเราต้องการเขียนโปรแกรมเอง เราก็ต้องมีอุปกรณ์ที่จะช่วยเราเรืองนี้ ผมเลือกใ้ช้ Lilypad Arduino เพราะเบามาก เหมาะกับการใช้งานบนเครื่องแต่งกาย ไม่มีส่วนแหลมคม ผมได้เขียนเรื่อง Lilypad Arduino ไว้ในบทความนี้ครับ ใครที่ยังไม่ได้ทำความรู้จักก็ลองไปอ่านดูก่อนนะครับ 3. อุปกรณ์อื่น ได้แ่ก่ สายไฟอ่อน กาว หัวแร้ง แบตเตอร์ ขนาด 12 V สำหรับ LED Strip  และ 3 V สำหรับ Lilypad Arduino เข็ม ด้าย และก็ หมวก ครับ 4  Transistor สำหรับควบคุมกระแสไฟ อันนี้อาจตัองอาศัยความรู้เรื่องอิเล็กทรอนิกส์สักเล็กน้อย ผมใช้วิธีการสอบถามจากคนที่มีความรู้เอาครับ เพราะลำพังอ่านเอาเองก็ได้ความรู้ระดับหนึ่ง แต่เวลาไปหาซืออาจจะไม่ได้ตามตำรา ก็ต้องให้คนที่รู้มากกว่าช่วยแนะนำให้  ตัว Transistor จะเป็นดังภาพ

เพื่อลดขั้นตอน ท่านอาจเลือกใช้ Transistor เบอร์เดียวกับที่ผมเลือกใช้ก็ได้ครับ (transistor จะมีหมายเลขหรือรหัสกำกับเอาไว้อ้างอิง) จดข้อมูลข้างล่างนี้ไปยื่นให้คนขายตามร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เลยก็ได้ครับ หากไม่มีก็ขอให้พนักงานเลือกเอาตัวที่ใกล้เคีียงหรือใช้แทนกันได้มาให้แทน จะใช้กี่ตัวก็ขึ้นกับว่าเราจะใช้กี่สี กรณีของผมใช้ 3 สี ก็ต้องใช้อย่างน้อย 3 ตัว(ซื้อมากไว้ก่อน เอาไว้กรณีมันเสีย หรือทำโครงงานอื่นต่อ) ครับ

Mosfet รุ่น : IRF530NPBF Size : TO-220AB Continuous Drain Current(Id) : 17A Pulsed Drain Current(Idm) : 60A Power Dissipation(Pd) : 70W Gate-to-Source Voltage(Vgs) : +/- 20V

เตรียมอุปกรณ์

เตรียม LED strip

 1. เนื่องจากผมซื้อ LED Strip เป็นม้วนมาเลย (ราคาต่อหน่วยจะถูกกว่าซื้อปลีก) ก็เลยต้องมาตัดออกเป็นชิ้น ๆ เพื่อให้เหมาะกับขนาดของหมวก   LED Strip สามารถนำมาตัดเป็นท่อน ๆหรือว่า Segment ได้ ครับโดยเขาจะมีเครื่องหมายมาให้ว่าสามารถตัดได้ตรงไหนบ้าง หรือเรานับจำนวน LED เอาเองก็ได้ครับ โดยแต่ละ Segment จะมี LED อยู่ 3 ดวง  ส่วนประกอบใน 1 segment จะเป็นดังภาพ

2. ต่อสายไฟเข้ากับขั้วของ LED ทำความเข้าใจก่อนว่า LED Strip มีสองประเภทคือแบบที่มีพลาสติกหุ้มกันความชื้นและแบบที่ไม่มี (ความจริงแล้วมีเคลือบบาง ๆ ไว้) เวลาจะเชื่อมสายไฟต้องเอาพลาสติกออกก่อนนะครับ เอามีด cutter เฉือนออกไปเลยครับ แต่ต้องเบามือนิด หากแรงไปอาจทำให้ขาดได้

3.  ทำการเชื่อมสายด้วยหัวแ้ร้งครับ ตอนเชื่อมต้องใจเย็นนิดหนึ่งนะครับ เพราะพื้นที่ในการทำงานมันจำกัด การเลือกใช้สายไฟและหัวแร้งคุณภาพดีหน่อยก็จะช่วยได้เยอะ เสร็จแล้วก็จะออกมาดังภาพ

4. ทดสอบว่าแต่ละ segment ที่เตรียมไว้ใช้งานได้หรือเปล่า โดยการต่อไฟฟ้ากระแสตรง จากแบตเตอรี่หรือจากหม้อแปลง ขนาด 12 V ขั้วบวกเข้ากับสายไฟที่มีป้ายกำกับ 12 V และนำขัวลบมาต่อกับสายไฟที่มีป้ายกำกับ G,R หรือ B เพื่อทดสอบ หากท่าต่อสายไฟผิดพลาดก็ไม่ต้องตกใจนะครับ สาย LED strip มีระบบป้องกันตัวมาระดับหนึ่ีงแล้ว มันไม่เสียหายง่าย ครับ หากหลอดไฟไม่ติดเลยก็ลองสลับสายไฟไปมาก่อนอย่าเพิ่งบอกว่ามันใช้งานไม่ได้

แล้วก็นำแต่ละ segment มาเชื่อมต่่อกันอีกที ดังภาพ

เตรียม Transistor

 เนืองจากผมต้องการให้การแสดงแสงสีบนหมวกไม่ใช่้การปิด - เปิดหลอด LED แต่อยากให้มีการค่อย ๆ สว่างและค่อย ๆ มืดลงด้วย ดังนั้นต้องอาศัย Transistor มาช่วย (รายละเอียดทางเทคนิคนั้นอาจจะยาวและวุ่นวาย ท่านที่สนใจก็สามารถศึกษาได้จากที่นี่ครับ หรือค้นหาโดยใช้คำค้นว่า "N-Channel MOSFET"  จาก search engine เองก็ได้) ซึ่ง Transistor มีสามขา แต่ละขามีหน้าที่ต่างกัน ผลการเชื่อมสายไฟแล้วจะออกมาดังภาพ  จำนวนที่ต้องเตรียมก็คือเท่ากับจำนวนสีที่ต้องการ ในกรณีนี้คือ 3 ตัวครับ (สำหรับ R, G และ B)

รวบรวมอุปกรณ์

หลังจากตัดต่ออะไรเรียบร้อยแล้ว ก็มาตรวจสอบอุปกรณ์กันสักหน่อยว่าครบหรือยัง

ออกแบบโปรแกรมควบคุม (Sketch)

ขั้นตอนต่อจากนี้เป็นเรื่องของท่านที่เข้าใจพื้นฐานการสร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์ครับ การสร้างโปรแกรมแบบนี้ไม่ใช่เรื่องซับซ้อนอะไร เพราะงานนี้ยุ่งเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่เรียบง่าย ไม่ต้องอาศัยความรู้ระดับมหาวิทยาลัยก็ได้ครับ แต่หากจะให้กล่าวถึงรายละเอียดก็ยาวไปหน่อย ผมขออ้างอิงเว็บไซต์นี้ครั้บ ซึ่งอธิบายไว้ง่าย ดี และมีประโยชน์ดีที่เดียวคือ   1. http://learn.adafruit.com/rgb-led-strips/overview และ   2. http://learn.adafruit.com/digital-led-strip/overview เว็บทั้งสองนี้จะให้รายละเอียดของการสร้างโปรแกรมในระดับหนึ่งแล้วครับ แต่ผมเพิ่มเติมเรื่องของการควบคุมความเข้มของแสงเข้าไปด้วย ซึ่งผมนำมาจากเว็บนี้ http://www.alvyray.com/Papers/CG/hsv2rgb.htm ซึ่งเขาพัฒนาด้วยภาษา C อยู่แล้ว ดังนั้นก็ยกเข้ามาใช้กับ Arduino ได้เลย เพียงแต่เขียน procedure ขึ้นมารองรับไว้เท่านั้นเองครับ การประกอบร่าง เตรียมอุปกรณ์และออกแบบโปรแกรมแล้ว ต่อไปก็ต้องนำอุปกรณ์มาเย็บเข้าหมวกครับ ผมเองไม่มีความสามารถด้านการตัดเย็บเลย เอาแบบง่าย ๆ ขอให้ติดกับหมวกได้ก็พอ และก็หาทางลบส่วนที่เป็นของแหลม คม ออกให้หมด เพราะเด็กเอาไปใช้ต้องระวัง ขั้นตอนการทำงานตรงนี้ขอแสดงด้วยภาพนะครับ

ข้อที่ต้องจำคือ Lilypad ต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าเพียง 2.5 - 5.5 V เท่านั้น ส่วน LED ต้องการ 12 V ห้ามติดตั้งสลับกันเพราะอาจทำให้ Lilypad Arduino เสียหายได้และ LED  ก็จะไม่ทำงานด้วย  ทดสอบการใช้งาน