ก่อนที่จะเริ่มต้นศึกษาการใช้งานอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้งานร่วมกับบอร์ด Raspberry Pi ให้ทำขั้นตอนดังต่อไปนี้
1. ต่อเมาส์และคีย์บอร์ดเข้ากับพอร์ต USB ของบอร์ด Raspberry Pi
2. เสียบสาย HDMI ที่จอมอนิเตอร์เข้ากับพอร์ต HDMI ของบอร์ด Raspberry Pi
3. เสียบสาย Adapter เพื่อจ่ายไฟให้กับบอร์ด Raspberry Pi เพื่อเปิดการใช้งาน ก็จะเริ่มต้นเข้าสู่หน้าจอ Desktop ของ Raspberry Pi

Sensor ที่ใช้กับบอร์ด Raspberry Pi

1. เซนเซอร์อินฟราเรดตรวจจับวัตถุ IR Reflective Sensor

IR Reflective Sensor เป็นตัวรับและตัวส่ง infrared ในตัวสัญญาณ infrared จะส่งสัญญาณออกมา เมื่อมีวัตถุมาบัง โดยคลื่นสัญญาณ infrared ที่ถูกสั่งออกมาจะสะท้อนกลับไปเข้าตัวรับสัญญาณ สามารถนำมาใช้ตรวจจับวัตถุที่อยู่ตรงหน้าได้ และสามารถปรับความไว ระยะการตรวจจับ และระยะใกล้หรือไกลได้
ภายตัวเซนเซอร์นี้จะมีตัวส่ง Emitter และตัวรับ Receiver ติดตั้งภายในตัวเดียวกัน ทำให้ไม่จำเป็นต้องเดินสายไฟทั้งสองฝั่ง ทำให้การติดตั้งใช้งานได้ง่ายกว่า แต่อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องติดตั้งตัวแผ่นสะท้อนหรือ Reflector ไว้ตรงข้ามกับตัวเซ็นเซอร์เอง โดยโฟโต้เซ็นเซอร์แบบที่ใช้แผ่นสะท้อนแบบนี้จะเหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีลักษณะทึบแสงไม่เป็นมันวาว เนื่องจากอาจทำให้ตัวเซนเซอร์เข้าใจผิดว่าเป็นตัวแผ่นสะท้อน และทำให้ทำงานผิดพลาดได้
เซนเซอร์นี้จะมีช่วงในการทำงานหรือระยะในการตรวจจับได้ใกล้กว่าแบบ Opposed mode ซึ่งในสภาวะการทำงานปกติตัวรับ Receiver จะสามารถรับสัญญาณแสงจากตัวส่ง Emitter ได้ตลอดเวลา เนื่องจากลำแสงจะสะท้อนกับแผ่นสะท้อน Reflector อยู่ตลอดเวลา จะแสดงค่าเป็น 1
หน้าที่หลักของเซนเซอร์ชนิดนี้ จะคอยตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านหน้าเซนเซอร์ เมื่อวัตถุผ่านเข้ามาขวางที่หน้าเซนเซอร์ จะขวางลำแสงที่ส่งจากตัวส่ง Emitter ที่ส่งไปยังแผ่นสะท้อน จึงทำให้ตัวรับ Receiver ไม่สามารถรับลำแสงที่จะสะท้อนกลับมาได้ จะแสดงค่าเป็น 0

ฝึกทักษะการทดลองกิจกรรมที่ 1 เรียนรู้การใช้งาน IR Reflective Sensor
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการทดลอง


1. บอร์ด Raspberry Pi	2. IR Reflective Sensor

3. Breadboard	4. สาย Jumper

การต่อวงจร
1. เสียบ IR Reflective Sensor บน Breadboard

2. ใช้สาย Jumper เสียบลงบน Breadboard ในแถวเดียวกับขา VCC ของ IR Reflective Sensor ส่วนปลายสาย Jumper เสียบเข้ากับขา PIN1 (3V3) ของขา GPIO ของบอร์ด Raspberry Pi

3. ใช้สาย Jumper เสียบบน Breadboard แถวเดียวกับขา GND ของ IR Reflective Sensor ส่วนปลายสายของ Jumper เสียบเข้ากับขา PIN6 (GROUND) ของขา GPIO ของบอร์ด Raspberry Pi

4. ใช้สาย Jumper เสียบบน Breadboard แถวเดียวกับขา D0 (Digital) ของ IR Reflective Sensor ส่วนปลายสาย Jumper เสียบเข้ากับขา PIN7 (GPIO4) ของขา GPIO ของบอร์ด Raspberry Pi

การเขียนโปรแกรมด้วยภาษาไพทอนเพื่อทดสอบอุปกรณ์
1. เปิดโปรแกรม Thonny Python IDE โดยไปที่ Pi > Programming > Thonny Python IDE

2. เขียนโค้ดคำสั่ง ดังนี้

3. บันทึกไฟล์ โดยคลิกที่ Save ไฟล์จะบันทึกไว้ที่ /home/pi ให้ตั้งชื่อไฟล์ในช่อง Name แล้วคลิกปุ่ม OK

4. รันโปรแกรมเพื่อดูผลลัพธ์ โดยคลิกที่ปุ่ม Run

5. ทดลองใช้มือหรือวัตถุใดก็ได้บังด้านหน้า IR Reflective Sensor แล้วสังเกตค่าที่ได้ในช่อง Shell ของโปรแกรม Thonny Python IDE หลังจากนั้นเอามือหรือวัตถุออกจากด้านหน้า IR Reflective Sensor แล้วสังเกตค่าที่ได้

6. เมื่อทดสอบเสร็จแล้ว ต้องการหยุดการรันโปรแกรม ให้คลิกปุ่ม Stop

ผลลัพธ์ที่ได้
เมื่อมีวัตถุมาบังหน้า IR Reflective Sensor ไฟสถานะที่อยู่ด้านหลังเซนเซอร์จะติด ค่าที่แสดงออกมาจะมีค่าเท่ากับ 0 ถ้าไม่มีวัตถุมาบังหน้า IR Reflective Sensor ไฟสถานะที่อยู่ด้านหลังเซนเซอร์จะดับ ค่าที่แสดงออกมาจะมีค่าเท่ากับ 1 ซึ่งสามารถนำ IR Reflective Sensor ไปประยุกต์ใช้ในการตรวจจับวัตถุได้

2. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น Temperature and Humidity Sensor (DHT22)

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ เป็นเซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์แบบดิจิทัล และเชื่อมต่อด้วยสัญญาณเพียงเส้นเดียวแบบสองทิศทาง (bidirectional) ใช้แรงดันไฟเลี้ยงได้ในช่วง 3.3V ถึง 5.2V ความละเอียดในการวัดอุณหภูมิและความชื้น คือ 0.5°C และ 0.1%RH

คุณสมบัติของ DHT22
- แรงดันไฟฟ้า: 3.3V – 6V DC
- เอาต์พุต: Single Bus
- ย่านการวัด: ความชื้น 0-100% RH / อุณหภูมิ - 40 °C ถึง 125 °C
- ระยะเวลาในการส่งข้อมูล: ประมาณ 2 วินาที

ฝึกทักษะการทดลองกิจกรรมที่ 2 เรียนรู้การใช้งาน DHT22
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการทดลอง


1. บอร์ด Raspberry Pi	2. DHT22 Sensor

3. Breadboard	4. สาย Jumper

การต่อวงจร
1. เสียบเซนเซอร์ DHT22 บน Breadboard

2. เสียบสาย Jumper ต่อจากขาลบ – ของ DHT22 ไปยัง PIN6 (GROUND) ของขา GPIO

3. เสียบสาย Jumper จากขา PIN1 (3V3) ของขา GPIO ของบอร์ด Raspberry Pi ต่อมายังช่อง + (แถวแนวตั้งสีแดง) บน Breadboard

4. เสียบสาย Jumper ต่อจากขา + ของ DHT22 ต่อมายังช่อง + (แถวแนวตั้งสีแดง) บน Breadboard

5. เสียบสาย Jumper ต่อจากขา out ของ DHT22 ไปยัง PIN7 (GPIO4) ของขา GPIO

การเขียนโปรแกรมด้วยภาษาไพทอนเพื่อทดสอบอุปกรณ์
1. ก่อนการเขียนโปรแกรมเพื่อใช้งาน DHT22 จะต้องทำการดาวน์โหลดและติดตั้งไลบรารี่ Adafruit_DHT เสียก่อน โดยเปิดโปรแกรม Terminal ขึ้นมา

2. ก่อนจะดาวน์โหลดไลบรารี่ ให้ทำการอัพเดตซอฟแวร์ทั้งระบบก่อน โดยพิมพ์คำสั่ง sudo apt-get update

3. ดาวน์โหลดไลบรารี่ Adafruit_DHT โดยพิมพ์คำสั่ง
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT.git

4. เข้าไปในโฟลเดอร์ Adafruit_Python_DHT โดยพิมพ์คำสั่ง cd Adafruit_Python_DHT

5. ติดตั้งไลบรารี่ โดยพิมพ์คำสั่ง sudo python setup.py install

6. ติดตั้งเสร็จแล้ว ให้ปิดโปรแกรม Terminal
7. เปิดโปรแกรม Thonny Python IDE โดยไปที่ Pi > Programming > Thonny Python IDE

8. เขียนโค้ดคำสั่ง ดังนี้

9. บันทึกไฟล์และรันโปรแกรม โดยคลิกปุ่ม Run

ผลลัพธ์ที่ได้
ในแต่ละครั้งเซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้นจะใช้เวลาในการตรวจวัด 2 วินาที การเขียนโปรแกรมจึงจำเป็นต้องทำการหน่วงเวลาไว้ทุกๆ 2 วินาที จากการรันโค้ดคำสั่งจะเห็นได้ว่าในทุกๆ 2 วินาทีนั้นเซนเซอร์จะวัดค่าและแสดงค่าออกมาเป็น “Temperature = ค่าอุณหภูมิที่วัดได้ humidity = ค่าความชื้นที่วัดได้” ซึ่งจะแสดงค่าเป็นทศนิยม 2 ตำแหน่ง

3. เซนเซอร์วัดความชื้นในดิน Soil Moisture Sensor

เซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ใช้วัดความชื้นในดินหรือใช้เป็นเซนเซอร์น้ำ สามารถต่อใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยใช้อนาล็อกอินพุตอ่านค่าความชื้นหรือเลือกใช้สัญญาณดิจิตอลที่ส่งมาจากโมดูล สามารถปรับความไวได้ด้วยการปรับ Trimpot ใช้หลักการตรวจสอบประจุของวัสดุ ถ้ามีค่าประจุมากแสดงว่าชื้นมาก เนื่องจากใช้หลักการของการวัดประจุ ดังนั้นแผ่นเซนเซอร์จึงไม่ต้องสัมผัสกับดินหรือวัสดุโดยตรง จึงทนทานและแม่นยำกว่า โมดูลวัดความชื้นในดินนี้จะให้ค่าออกเป็นค่า Analog จึงต้องใช้คู่กับชิป MCP3008 ซึ่งเป็นชิปแปลงสัญญาณ Analog เป็น Digital

ลักษณะของชิป MCP3008

การต่อขาวงจรกับขา GPIO ของบอร์ด

ฝึกทักษะการทดลองกิจกรรมที่ 3 เรียนรู้การใช้งาน Soil Moisture Sensor
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการทดลอง


1. บอร์ด Raspberry Pi	2. Soil Moisture Sensor

3. Breadboard	4. สาย Jumper

5. ชิป MCP3008

การต่อวงจร
1. เสียบชิป MCP3008 ไว้ตรงกลาง Breadboard โดยสังเกตที่ตัวชิปจะมีจุดกลมๆ บนชิป ให้วางอยู่ด้านบน

2. เสียบสาย Jumper จากขา PIN1 (3V3) ของขา GPIO ไปยังช่องใดก็ได้ในแถว + (สีแดง) ของ Breadboard

3. เสียบสาย Jumper จากขา VDD (ขาที่ 1 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยังแถว + (สีแดง) ของ Breadboard

4. เสียบสาย Jumper จากขา VREF (ขาที่ 2 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยังแถว + (สีแดง) ของ Breadboard

5. เสียบสาย Jumper จากขา PIN6 (Ground) ของขา GPIO ไปยังแถว - (สีฟ้า) ของ Breadboard

6. เสียบสาย Jumper จากขา AGND (ขาที่ 3 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยังแถว - (สีฟ้า) ของ Breadboard

7. เสียบสาย Jumper จากขา DGND (ขาที่ 8 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยังแถว - (สีฟ้า) ของ Breadboard

8. เสียบสาย Jumper จากขา CLK (ขาที่ 4 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยัง PIN23 (GPIO11 SP10_SCLK) ของขา GPIO

9. เสียบสาย Jumper จากขา DOUT (ขาที่ 5 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยัง PIN21 (GPIO9 SP10_MISO) ของขา GPIO

10. เสียบสาย Jumper จากขา DIN (ขาที่ 6 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยัง PIN19 (GPIO10 SP10_MOSI) ของขา GPIO

11. เสียบสาย Jumper จากขา CS/SHDN (ขาที่ 7 ขวามือ) ของชิป MCP3008 ไปยัง PIN24 (GPIO8 SP10_CE0_N) ของขา GPIO

12. เสียบสาย Jumper จากขา VCC ของเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ไปยังแถว + (สีแดง) ของ Breadboard

13. เสียบสาย Jumper จากขา GND ของเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ไปยังแถว - (สีฟ้า) ของ Breadboard (เมื่อเสียบ Ground จะเห็นว่าไฟสถานะของเซนเซอร์จะติด)

14. เสียบสาย Jumper จากขา A0 ของเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ไปยังขา CH0 ของชิป MCP3008

การเขียนโปรแกรมด้วยภาษาไพทอนเพื่อทดสอบอุปกรณ์
เนื่องจาก Raspberry Pi ไม่มีความสามารถในการรับค่าแบบ Analog โดยตรง (รับได้เฉพาะ Digital In/Out ซึ่งมีค่า 0 และ 1 เท่านั้น) ซึ่งไม่เหมือนกับ Arduino Board ซึ่งรับค่าได้ทั้งแบบ Digital และ Analog ดังนั้นจึงมีนำชิป MCP3008 มาใช้ในการแปลงสัญญาณ Analog ให้เป็น Digital ค่าที่อ่านได้จะมีค่าระหว่าง 0 – 1023
1. ในการใช้งานชิป MCP3008 จะต้องใช้ไลบรารี่เพิ่มเติม ซึ่งจะต้องดาวน์โหลดและติดตั้งไลบรารี่ gpiozero โดยเปิด Terminal ขึ้นมา แล้วพิมพ์คำสั่งดังนี้
sudo apt-get update
sudo apt-get install python-pip python3-pip
sudo pip install gpiozero

2. ติดตั้งเสร็จแล้ว ให้ปิดโปรแกรม Terminal
3. เปิดโปรแกรม Thonny Python IDE โดยไปที่ Pi > Programming > Thonny Python IDE

4. เขียนโปรแกรม ดังนี้

5. บันทึกไฟล์และรันโปรแกรม โดยคลิกปุ่ม Run

ผลลัพธ์ที่ได้
โดยปกติแล้วตัวเซนเซอร์วัดความชื้นในดินจะวัดค่าออกมาเป็น Digital คือ มีค่าอยู่ระหว่าง 0 – 1 โดยถ้าไม่มีความชื้นจะวัดค่าออกมาได้เท่ากับ 1 หากมีความชื้นจะส่งค่าออกมาเป็น 0 แต่ในการนำไปใช้จริงจำเป็น ที่จะต้องนำค่าข้อมูลที่มากกว่า 0 และ 1 จึงจำเป็นตัวแปลงสัญญาณ นั่นก็คือ ชิป MCP3008 ซึ่งในที่นี้ได้ต่อขา A0 จากเซนเซอร์ไปยังขา CH0 ของชิป MCP3008 เพื่อส่งค่าข้อมูลจากเซนเซอร์ไปแปลงที่ชิป ก่อนจะส่งข้อมูลไปยังขา GPIO
เมื่อทำการแปลงข้อมูลผ่านชิป MCP3008 จะเห็นว่าค่าที่ได้จะอยู่ระหว่าง 0.00 – 1.00 ซึ่งได้ค่าตัวเลขเป็นทศนิยมหลายตำแหน่ง หากต้องการเปลี่ยนจากค่าเลขทศนิยม 0.00 – 1.00 ไปเป็นค่า 0 – 1023 จึงจะต้องเขียนโค้ดคำสั่งในการแปลง โดยใช้หลักการเทียบบัญญัติไตรยางศ์ ซึ่งทำให้ได้สูตรออกมา คือ 1023 * value
จากการเขียนโค้ดคำสั่ง จะเห็นว่าเมื่อขาของเซนเซอร์ไม่มีความชื้น จะส่งค่าออกมาเป็น 1023 และหากทดลองนำทิชชูเปียกมาหุ้มขาของเซนเซอร์ จะทำให้ค่าที่ได้ลดลง ยิ่งชื้นมาก ค่าที่ได้ยิ่งน้อยลง

4. เซนเซอร์วัดความเข้มแสง LDR Sensor (Light Dependent Resistor)

LDR คือ ความต้านทานชนิดที่ไวต่อแสง ตัวต้านทานนี้สามารถเปลี่ยนสภาพทางความนำไฟฟ้าได้เมื่อมีแสงมาตกกระทบ บางครั้งเรียกว่า “โฟโตรีซีสเตอร์” (Photo Resistor) หรือ “โฟโตคอนดัคเตอร์” (Photo Conductor) เป็นตัวต้านทานที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ประเภทแคดเมียมซัลไฟด์หรือแคดเมียมซีลิไนด์ ซึ่งทั้งสองตัวนี้ก็เป็นสารประเภทกึ่งตัวนำ เอามาฉาบลงบนแผ่นเซรามิกที่ใช้เป็นฐานรองแล้วต่อขาจากสารที่ฉาบไว้ออกมา
การทำงานของ LDR หากมีแสงมาตกกระทบน้อย จะทำให้มีความต้านทานมาก และหากมีแสงมาตกกระทบมาก ความต้านทานจะน้อยลง

ฝึกทักษะการทดลองกิจกรรมที่ 4 เรียนรู้การใช้งาน LDR Sensor
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการทดลอง


1. บอร์ด Raspberry Pi	2. LDR Sensor

3. Breadboard	4. สาย Jumper

5. ตัวต้านทาน 4.7 กิโลโอห์ม

การต่อวงจร
1. เสียบ LDR Sensor บน Breadboard

2. เสียบสาย Jumper บน Breadboard โดยต่อแถวเดียวกับขาด้านหนึ่งของ LDR Sensor ส่วนปลายสาย Jumper อีกด้านต่อไปยังขา PIN1 (3V3)

3. เสียบตัวต้านทาน 4.7 กิโลโอห์มเข้ากับ Breadboard ในแถวเดียวกับขาอีกข้างหนึ่งของ LDR Sensor

4. ใช้สาย Jumper เสียบบน Breadboard ในแถวเดียวกับขา LDR และตัวต้านทาน 4.7 กิโลโอห์ม ส่วนปลายสาย Jumper ต่อไปยังขา PIN10 (GPIO15)

5. เสียบสาย Jumper ที่ขาอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทาน 4.7 กิโลโอห์ม แล้วต่อไปยังขา PIN6 (Ground) ของขา GPIO

การเขียนโปรแกรมด้วยภาษาไพทอนเพื่อทดสอบอุปกรณ์
1. เปิดโปรแกรม Thonny Python IDE โดยไปที่ Pi > Programming > Thonny Python IDE

2. เขียนโปรแกรม ดังนี้

3. บันทึกและรันโปรแกรม โดยคลิกปุ่ม Run

ผลลัพธ์ที่ได้
LDR Sensor จะวัดค่าแสงทุกๆ 1 วินาที เมื่อ LDR Sensor วัดค่าแสงในที่ที่มีแสงสว่างน้อย (กลางคืน) ซึ่งอาจทดสอบโดยการเอามือปิดตัวเซนเซอร์ จะได้ค่าออกมาเป็นค่า 0 ถ้าแสงสว่างมาก (กลางวัน) ซึ่งอาจทดสอบโดยการเอามือที่ปิดตัวเซนเซอร์ออก จะได้ค่าออกมาเป็นค่า 1

5. เซนเซอร์วัดแก๊สและควัน MQ-2

เซนเซอร์วัดแก๊สและควัน เป็นโมดูลตรวจวัดแก๊ส ที่ไวต่อแก๊สไวไฟในกลุ่ม LPG, i-butane, propane, methane ,alcohol, Hydrogen รวมไปถึงควันไฟที่เกิดจากการเผาไหม้ด้วย จึงเป็นเซ็นเซอร์ที่นิยมนำมาใช้ในการตรวจจับการรั่วของแก๊สต่างๆ เพื่อป้องกันอันตรายที่จะเกิดขึ้นจากการรั่วไหลนั้นได้
- ใช้แรงดัน 5V
- ให้เอาท์พุตทั้งสัญญาณอนาลอกซึ่งเป็นค่าที่วัดได้จริง และสัญญาณดิจิตอลสามารถปรับตั้งระดับแจ้งเตือนได้ (ใช้ LM393 เป็นวงจรเปรียบเทียบแรงดัน)
- เมื่อป้อนแรงดันให้แก่เซ็นเซอร์ ต้องรอการอุ่นชิพอย่างน้อย 20 วินาที ก่อนทำการวัดค่า

ฝึกทักษะการทดลองกิจกรรมที่ 5 เรียนรู้การใช้งาน MQ-2 Sensor
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการทดลอง


1. บอร์ด Raspberry Pi	2. MQ-2 Sensor

3. Breadboard	4. สาย Jumper

5. ชิป MCP3008

การต่อวงจร

ติดตั้ง MCP3008

1. เสียบชิป MCP3008 ไว้ตรงกลาง Breadboard โดยสังเกตที่ตัวชิปจะมีจุดกลมๆ บนชิป ให้วางอยู่ด้านบน