บทที่ 5 Arduino หน้าจอ LCD และเซ็นเซอร์

ภาพรวมบทเรียน

จากสไลด์บทที่ 5 ผู้เรียนจะได้ฝึกการนำ Arduino ไปเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่ใช้จริงในงาน IoT โดยเฉพาะการใช้ จอ LCD 1602 พร้อม I2C Interface สำหรับแสดงผล, การใช้ เซ็นเซอร์ Ultrasonic HC-SR04 เพื่อวัดระยะทาง, การใช้ DHT22 เพื่อวัดอุณหภูมิและความชื้น และการใช้ DS3231 RTC Module เพื่อจัดการเวลาในระบบอัตโนมัติ

บทนี้เป็นบทต่อยอดจากบทที่ 4 เพราะไม่ได้เพียงอ่านค่าเซ็นเซอร์ แต่ยังนำข้อมูลมาแสดงผลบนหน้าจอ และใช้เวลาในการควบคุมอุปกรณ์ตามเงื่อนไขต่าง ๆ

5.1 แนะนำอุปกรณ์

ในสไลด์มีการแนะนำอุปกรณ์สำคัญหลายชนิดที่ใช้ประกอบการทดลองและสร้างโครงงาน IoT ในบทนี้ โดยอุปกรณ์ที่ปรากฏมีทั้งอุปกรณ์พื้นฐานและอุปกรณ์เฉพาะสำหรับการแสดงผลหรือการอ่านค่าเซ็นเซอร์

5.2 โปรแกรมวัดระยะทางด้วย Ultrasonic Module HC-SR04

HC-SR04 เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้วัดระยะทางโดยส่งคลื่นเสียงความถี่สูงออกไปแล้วจับเวลาการสะท้อนกลับมา จึงเหมาะกับงานที่ต้องการทราบระยะห่างของวัตถุ เช่น การหลบสิ่งกีดขวางของหุ่นยนต์ ระบบจอดรถอัจฉริยะ หรือเครื่องวัดระดับน้ำ

5.3 โปรแกรมแสดงข้อความบนหน้าจอ LCD 1602 พร้อม I2C Interface

สไลด์ส่วนนี้มุ่งเน้นการใช้ LCD 1602 เพื่อแสดงข้อความ โดยอาศัย I2C Interface ซึ่งช่วยลดการใช้ขา GPIO ของ Arduino เมื่อเทียบกับการต่อ LCD แบบปกติ

จอ LCD 1602 มีขนาด 16 คอลัมน์ 2 แถว (16x2) และเมื่อใช้โมดูล I2C จะเชื่อมต่อกับ Arduino เพียง 4 จุดหลัก ได้แก่ GND, VCC, SDA และ SCL

5.3.1 อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3 พร้อมสาย USB
• LCD 1602 (Blue Screen) 16x2
• โมดูลจอ LCD พร้อม I2C Interface
• สาย Jumper และ Breadboard (ถ้าจำเป็น)

5.3.3 วิธีการต่ออุปกรณ์

ตามสไลด์ การต่อ LCD 1602 แบบ I2C กับ Arduino UNO R3 มีรายละเอียดดังนี้

5.3.5 Code โปรแกรมแสดงข้อความบน LCD

ตัวอย่างโค้ดต่อไปนี้สรุปจากสไลด์เรื่องการแสดงข้อความบนหน้าจอ LCD 1602 พร้อม I2C Interface

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup() {
  lcd.begin();
  lcd.backlight();

  lcd.setCursor(2, 0);
  lcd.print("IoT");

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("www.siam2dev.com");
}

void loop() {
}

5.4 โปรแกรมแสดงอุณหภูมิ และความชื้นออกทางหน้าจอ LCD 1602

หัวข้อนี้นำเซ็นเซอร์ DHT22 มาเชื่อมต่อกับ Arduino และแสดงค่าที่อ่านได้ออกทางจอ LCD 1602 โดยใช้ I2C Interface ซึ่งช่วยให้มองเห็นผลลัพธ์ได้ชัดเจนกว่าการดูผ่าน Serial Monitor เพียงอย่างเดียว

5.4.1 อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3 พร้อมสาย USB
• เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น DHT22
• LCD 1602 (Blue Screen) 16x2
• โมดูลจอ LCD พร้อม I2C Interface
• บอร์ดทดลอง Breadboard
• Resistor ตัวต้านทาน 1 ตัว
• สายไฟ Jumper ผู้-ผู้ และผู้-เมีย

5.4.2 ติดตั้ง Libraries

ก่อนใช้งานโค้ด ต้องติดตั้งไลบรารีสำหรับหน้าจอ LCD และ DHT ให้เรียบร้อย โดยในทางปฏิบัติแนะนำให้ใช้ Library Manager ของ Arduino IDE เพื่อความสะดวก

• LiquidCrystal_I2C สำหรับจอ LCD 1602 แบบ I2C
• DHT sensor library และ Adafruit Unified Sensor สำหรับ DHT22

5.4.3 วิธีการต่ออุปกรณ์

จากสไลด์มีการต่อวงจรดังนี้

5.4.5 Code โปรแกรมแสดงอุณหภูมิและความชื้นบน LCD

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include "DHT.h"

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
  lcd.begin();
  lcd.backlight();
}

void loop() {
  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();

  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Hum: ");
  lcd.print(humidity);
  lcd.print("%");

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Tem: ");
  lcd.print(temperature);
  lcd.print("C");

  delay(500);
}

5.5 โปรแกรมตั้งเวลา เปิด-ปิด หลอด LED

สไลด์ส่วนนี้ประยุกต์ใช้ DS3231 RTC Module เพื่อให้ Arduino รู้วันและเวลาจริง แล้วนำเวลาไปใช้ควบคุมการเปิด-ปิดอุปกรณ์ เช่น หลอด LED ซึ่งต่อยอดไปใช้ได้กับระบบรดน้ำอัตโนมัติ ระบบเปิดไฟหน้าบ้าน หรือระบบบันทึกข้อมูลตามเวลา

5.5.1 อุปกรณ์ที่ต้องใช้

• Arduino UNO R3 พร้อมสาย USB
• DS3231 Module
• LED 1 ดวง
• Resistor 1 ตัว
• สาย Jumper และ Breadboard

5.5.3 ตัวอย่างการใช้งาน DS3231

• นาฬิกาตั้งโต๊ะและระบบแสดงเวลา
• Data Logger สำหรับบันทึกเวลาร่วมกับข้อมูลเซ็นเซอร์
• ระบบเตือนความจำหรือแจ้งเตือน
• ระบบควบคุมอัตโนมัติ เช่น เปิด-ปิดไฟตามเวลา
• ระบบบันทึกเวลาเข้าเรียนหรือเวลาการทำงาน

5.5.4 วิธีการต่ออุปกรณ์

5.5.6 Code โปรแกรม RTC

โค้ดต่อไปนี้ประยุกต์แนวคิดจากสไลด์ โดยใช้ RTC ตรวจสอบเวลา แล้วสั่งเปิด-ปิด LED ตามเวลาที่กำหนด ตัวอย่างด้านล่างกำหนดให้เปิดเวลา 08:00 และปิดเวลา 18:00

#include <Wire.h>
#include <RTClib.h>

RTC_DS3231 rtc;
int ledPin1 = 2;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  rtc.begin();
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);

  // ใช้เฉพาะครั้งแรกเมื่อต้องการตั้งเวลาให้ RTC
  // rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
}

void loop() {
  DateTime now = rtc.now();

  Serial.print(now.year(), DEC);
  Serial.print('/');
  Serial.print(now.month(), DEC);
  Serial.print('/');
  Serial.print(now.day(), DEC);
  Serial.print("  ");
  Serial.print(now.hour(), DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.println(now.minute(), DEC);

  if (now.hour() == 8 && now.minute() == 0) {
    digitalWrite(ledPin1, HIGH);
    Serial.println("LED ON");
  } else if (now.hour() == 18 && now.minute() == 0) {
    digitalWrite(ledPin1, LOW);
    Serial.println("LED OFF");
  }

  delay(1000);
}

แบบฝึกหัดท้ายบท

1. อธิบายข้อดีของการใช้ LCD 1602 ร่วมกับ I2C Interface เมื่อเทียบกับการต่อแบบปกติ
2. เขียนตารางการต่อขาของ LCD 1602 I2C กับ Arduino UNO R3 ให้ครบถ้วน
3. เขียนโปรแกรมให้จอ LCD แสดงชื่อผู้เรียนในบรรทัดแรก และแสดงรหัสนักศึกษาในบรรทัดที่สอง
4. ออกแบบวงจรแสดงอุณหภูมิและความชื้นจาก DHT22 บน LCD พร้อมวาดภาพการเชื่อมต่อ
5. อธิบายหน้าที่ของไลบรารี LiquidCrystal_I2C และ DHT.h
6. ให้เขียนโปรแกรมเปิด LED เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 30°C และแสดงสถานะบนจอ LCD
7. อธิบายบทบาทของ DS3231 ในระบบ IoT และยกตัวอย่างการใช้งาน 3 กรณี
8. ให้ปรับโค้ด RTC เพื่อเปิดไฟเวลา 18:30 และปิดไฟเวลา 22:00
9. ลองออกแบบโครงงาน “วัดอุณหภูมิและความชื้นทุก ๆ 1 นาที แล้วแสดงบน LCD” พร้อมเขียนแนวทางการทำงาน