Arduino ไมโครคอนโทลเลอร์อัจฉริยะที่สามารถทำได้ทุกอย่าง!
Arduino เป็นแพลตฟอร์มที่น้อง ๆ สามารถ coding ลงบอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ได้ ซึ่งส่วนใหญ่นิยมใช้โปรแกรม Arduino IDE ในการเขียนแต่ก็ยังสามารถใช้โปรแกรมอื่น ๆ ที่สร้างมารองรับการเขียนโปรแกรมออกคำสั่งได้ด้วยเช่นกัน โดย Arduino เป็นอุปกรณ์บอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ตระกูล AVR ที่มีการพัฒนาแบบ Open Source คือมีการเปิดเผยข้อมูลทั้งด้าน Hardware และ Software ที่คนทั่วไปสามารถนำไปพัฒนาต่อได้อย่างต่อเนื่อง
ภาพประกอบ: Arduino open-source community
ขอบคุณภาพจาก https://i.lnwfile.com/_/i/_webp_max/4096/4096/wp/o8/km.webp
Arduino คืออะไร ?
Arduino เป็นชื่อของแพลตฟอร์มที่ใช้ป้อนข้อมูลหรือเขียนโปรแกรมลงบอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ (Arduino IDE) ที่น้อง ๆ สามารถป้อนคำสั่งต่าง ๆ ได้ตามความคิด และป้อนคำสั่งออกมาเพื่อประยุกต์ใช้กับสิ่งต่าง ๆ ได้จริง โดยการใช้งาน Arduino นั้นน้อง ๆ ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เรื่องการต่อวงจรหรือการสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่ซับซ้อน การใช้งาน Arduino นั้นสามารถป้อนข้อมูลเพื่อเขียนโปรแกรมออกคำสั่งได้ด้วยภาษา C, C++ ที่มีความยืดหยุ่นและเรียบง่าย เหมาะกับมือใหม่ที่ต้องการฝึกเขียนโค้ด
เนื่องจาก Arduino เป็นแพลตฟอร์มที่เปิดให้ใช้งานในรูปแบบของ open-source คือ แพลตฟอร์มที่มีการเปิดเผยวงจรและวิธีการผลิตทั้งหมด ให้ผู้ใช้ทุกคนสามารถนำรูปแบบวงจรต่าง ๆ ไปผลิตหรือต่อยอดได้ภายใต้ข้อกำหนดของ Open Source ดังนั้นจึงมีตัวอย่างของโค้ดและโปรเจกต์ต่าง ๆ จำนวนมากเป็นต้นแบบให้บุคคลที่สนใจสามารถศึกษาและนำไปใช้งานต่อยอดได้อย่างอิสระ
ภาพประกอบ: Arduino บอร์ดคอนโทลเลอร์อัจฉริยะ
ขอบคุณภาพจาก https://blog.thaieasyelec.com/wp-content/uploads/2020/08/37_r1.jpg
ที่มาของ Arduino
การเริ่มต้นสร้างและพัฒนา Arduino เริ่มมาจากสถาบันการออกแบบปฏิสัมพันธ์ Ivrea (Interaction Design Institute Ivrea) ประเทศอิตาลี ซึ่งวัตถุประสงค์แรกในการรังสรรค์ขึ้นมาเพื่อเป็นเครื่องมือที่ช่วยให้การทำงานทดลองต่าง ๆ ง่ายขึ้นโดยบอร์ด Arduino นั้นถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อเป็นเครื่องมือในการจำลองต้นแบบในโปรเจคต่าง ๆ มีการใช้งานที่ง่าย ไม่ซับซ้อน เหมาะกับการใช้งานเพียงชั่วคราว ต่อมามีผู้ใช้หลายคนพยายามนำ Arduino ไปใช้ในระบบงานจริง ๆ ซึ่งผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับปัญหาและความยากง่ายของงานนั้น ๆ
เมื่อเวลาผ่านไปเริ่มมีการเปลี่ยนแปลง Arduino เพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการและความท้าทายใหม่ ๆ โดยมีการพัฒนาจากบอร์ด 8 บิตแบบง่าย ๆ ให้สามารถรองรับกับผลิตภัณฑ์สำหรับแอปพลิเคชันสำหรับ IoT, เครื่องพิมพ์ 3 มิติ และเทคโนโลยีอีกมากมายเพื่อให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้อย่างกว้างขวางมากยิ่งขึ้น
ในปัจจุบันการใช้งานบอร์ด Arduino มีรูปแบบการใช้งานอยู่บนแพลตฟอร์มที่ชัดเจนมีการดำเนินงานเป็นระบบเปิดที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถสร้างสรรค์สิ่งต่าง ๆ ได้อย่างอิสระ และมีการพัฒนาเพื่อปรับให้ตอบโจทย์ความต้องการเฉพาะของผู้ใช้ได้อย่างครอบคลุม ระบบซอฟต์แวร์ของ Arduino ก็อยู่ในรูปแบบของระบบเปิด เป็นแพลตฟอร์มที่อยู่ในรูปของ Community ที่มีการเติบโตขึ้นในทุกวันผ่านการมีส่วนร่วมของผู้ใช้งานทั่วโลกที่มาแลกเปลี่ยนและแบ่งปันความรู้ให้กันและกัน โดยมีเว็บไซต์หลักที่สามารถศึกษาและหาข้อมูลเพิ่มเติมได้คือ https://www.arduino.cc
ภาพประกอบ: การใช้งานบอร์ดคอนโทลเลอร์ Arduino
ขอบคุณภาพจาก https://unsplash.com/photos/a-close-up-of-a-board-with-wires-attached-to-it-vtg8tAdoWVQ
Arduino Board นั้นประกอบด้วยอะไรบ้าง
ภาพประกอบ: ส่วนประกอบของบอร์ดคอนโทลเลอร์ Arduino
ขอบคุณภาพจาก https://b2dmain-ruk.cdn.jelastic.net/wp-content/uploads/2021/09/arduino-ep1-blog-pic_1-1-1000×1000.jpg.webp
- USB Port (ในบางรุ่นอาจเป็น Micro USB): ในส่วนนี้จะเป็น Port หรือช่องเชื่อมต่อเพื่อเสียบสาย USB เชื่อมต่อกับ Computer เพื่อ Upload ตัวโปรแกรมที่น้อง ๆ ได้เขียนไว้เข้าสู่ MCU (Micro Controller Unit) รวมถึงเป็นช่องเชื่อมต่อเพื่อทำการจ่ายไฟให้กับ Board อีกด้วย
- Reset Button: เป็นปุ่มที่กดเพื่อให้ MCU (Micro Controller Unit) เริ่มทำงานและพร้อมรับคำสั่งใหม่โดยลบคำสั่งเดิมออกจากระบบประมวลผล
- ICSP Port (Atmega16U2): เป็น Port หรือช่องเชื่อมต่อที่ใช้โปรแกรม Visual Com Port บน Atmega16U2
- I/O Digital Port: เป็น I/O Port หรือช่องเชื่อมต่อสำหรับการรับ-ส่งข้อมูลในรูปแบบ Digital ตั้งแต่ขา D0 – D13 และบาง Pin จะสามารถทำหน้าที่อื่น ๆ ได้ด้วย เช่น Pin0 กับ Pin1 เป็นขา Tx, Rx Serial
- ICSP Port (Atmega328): เป็น Port หรือช่องเชื่อมต่อที่ใช้รับ-ส่งข้อมูลกับโปรแกรม Bootloader
- MCU (Atmega328): เป็น MCU (Micro Controller Unit) ที่ใช้บน Arduino Board
- I/O Analog Port: เป็น I/O Port พิเศษที่สามารถส่งและรับค่า Analog ได้
- Power Port: เป็น Port ที่สามารถส่งจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เชื่อมกับ Arduino Board
- Power Jack: เป็น Port ที่รับไฟจากภายนอก โดยใช้แรงดันอยู่ระหว่าง 7 – 12 V
- MCU (Atmega16U2): เป็น MCU (Micro Controller Unit) ที่ทำหน้าที่เป็น USB to Serial โดย Atmega328 จะติดต่อกับ Computer ผ่าน Atmega16U2
Arduino สามารถทำอะไรได้บ้าง
เนื่องจาก Arduino เป็นอุปกรณ์บอร์ดไมโครคอนโทลเลอร์อัจฉริยะที่สามารถเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ได้อย่างหลากหลาย และสามารถรับ-ส่งข้อมูลเพื่อนำมาประมวลผลได้จากหลายช่องทางส่งผลให้มีความยืดหยุ่นในการใช้งาน สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้ในหลาย ๆ ด้าน
ภาพประกอบ: บอร์ด Arduino สามารถเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ได้หลากหลาย
ขอบคุณภาพจาก https://unsplash.com/photos/blue-and-black-circuit-board-gavODTHG36Y
ยกตัวอย่างความสามารถของ Arduino
ในการนำโปรเจค Arduino มาประยุกต์ใช้งานนั้นสามารถทำได้หลากหลายรูปแบบมาก ๆ เนื่องจาก Arduino เป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไม่ซับซ้อน สามารถใช้ภาษาที่เข้าใจง่ายป้อนคำสั่งได้ เพียงแค่เขียนโปรแกรมควบคุมก็สามารถเปลี่ยนให้เป็นโปรเจคแบบต่าง ๆ ได้มากมาย เช่น
1. สร้างระบบอัตโนมัติ
Arduino สามารถเป็นเครื่องมือที่ช่วยทำให้ระบบการจัดการหลาย ๆ อย่างมีความสะดวกรวดเร็ว ซึ่งส่งผลให้การดำเนินงานมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการสร้างระบบอัตโนมัติมาประยุกต์ใช้กับระบบการทำงานภายในกิจการหรือธุรกิจ ยกตัวอย่างเช่น ในกิจการห้างร้านใช้ Arduino เป็นเครื่องมือเข้ามาช่วยในการนับสต็อกสินค้าอัตโนมัติเพื่อประมวลผลแล้วส่งข้อมูลแสดงผลที่หน้าเว็บไซต์
ภาพประกอบ: การเช็คสต็อกสินค้าเป็นกิจกรรมที่สามารถใช้ Arduino มาช่วยลดภาระให้กับพนักงานได้
2. สร้างระบบควบคุมอุปกรณ์ภายในบ้าน smart home หรือ (IOT)
ในปัจจุบันการสร้างระบบควบคุมอุปกรณ์ภายในบ้านหรือ Smart home กำลังเป็นสิ่งที่ได้รับความนิยมเนื่องจากเป็นสิ่งอำนวยความสะดวกในหลาย ๆ ด้านในการดำเนินชีวิต ซึ่งการที่ระบบ Smart home มีระบบควบคุมต่าง ๆ อย่างการ วัดอุณหภูมิในบ้าน หรือการสั่งเปิด/ปิด ไฟที่จุดต่าง ๆ จากระยะไไกลหรือตั้งเป็นระบบอัตโนมัติโดยใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับนั้นสามารถใช้ Arduino ในการจับเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมภายในบ้าน รวมไปถึงป้อนข้อมูลกำหนดระยะเวลาเปิด-ปิดไฟได้เช่นกัน
ภาพประกอบ: อุปกรณ์ Smart Home เป็นที่นิยมในปัจจุบัน
3. สร้างหุ่นยนต์
นอกจาก Arduino จะสามารถใช้ในการเรียนรู้เขียนโปรแกรมและสร้างโปรเจคต่าง ๆ ได้แล้ว บอร์ด Arduino ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการสร้างหุ่นยนต์ในรูปแบบต่าง ๆ ที่เหมาะสมกับการใช้งานได้อย่างหลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นหุ่นยนต์ที่มีระบบเซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว ระบบวัดระยะทาง ระบบตรวจจับวัตถุ และสามารถสร้างเสียงเตือนภัยได้ ซึ่งในการใช้เซ็นเซอร์เหล่านี้มักจะเป็นหุ่นยนต์เตือนภัยหรือหุ่นยนต์สำรวจต่าง ๆ นอกจากนี้ Arduino ยังสามารถนำไปสร้างเป็นหุ่นยนต์ช่วยงานที่สามารถสั่งงานผ่านรีโมทรับ-ส่งสัญญาณหรือโทรศัพท์มือถือได้อีกด้วย
ภาพประกอบ: หุ่นยนต์ Arduino
ขอบคุณภาพจาก https://unsplash.com/photos/blue-and-black-continuous-track-l74VaCZon7I
4. สร้างระบบสำหรับงานเกษตร
Arduino สามารถเป็นเครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิความชื้นในดินและสภาพแวดล้อมโดยรอบของแปลงเกษตรโดยใช้เซ็นเซอร์ที่เป็นส่วนประกอบในการตรวจจับ จากนั้นนำข้อมูลที่ได้รับมาประมวลผลและประยุกต์ทำระบบรดน้ำอัตโนมัติเพื่อช่วยลดภาระหน้าที่ให้กับเกษตรกร นอกจากนี้ Arduino ยังสามารถช่วยตรวจวัดปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชผลได้อีกหลากหลาย เช่น การตรวจวัดความเข้มของแสงเพื่อประมวลผลว่าเหมาะสมกับพืชชนิดไหน เพื่อให้ผลผลิตทางการเกษตรมีคุณภาพและทำให้แก่เกษตรกรสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ภาพประกอบ: การรดน้ำพืชผักเป็นกิจกรรมที่สามารถใช้ Arduino มาช่วยลดภาระให้กับเกษตรกรได้
ข้อดีของการเลือกใช้ Arduino ในการสร้างสรรค์ผลงานต่างๆ
- บอร์ด Arduino มีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับอุปกรณ์และแพลตฟอร์มของไมโครคอนโทรลเลอร์จากรายอื่น ๆ เมื่อดูราคาตามในท้องตลาดจะห็นได้ว่าโมดูล Arduino มีราคาถูกที่สุด และสามารถนำไปใช้งานได้ทันทีในเบื้องต้นโดยไม่ต้องมีอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม
- สามารทำงานผ่านซอฟต์แวร์ Arduino IDE ได้หลายแพลตฟอร์ม มีการรองรับการทำงานบนระบบปฏิบัติการเกือบจะทุกรูปแบบไม่ว่าจะเป็น Windows, Macintosh OSX และ Linux ซึ่งระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่ในตลาดมักจะถูกจำกัดอยู่ที่ Windows
- ซอฟต์แวร์ Arduino IDE นั้นถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานที่ง่ายและสะดวก เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น สามารถใช้ภาษาเขียนโปรแกรมที่ง่ายและชัดเจนในการป้อนคำสั่ง มีความยืดหยุ่นที่เพียงพอสำหรับผู้ใช้ขั้นสูงในการนำไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ด้วยเช่นกัน
- ซอฟต์แวร์ Arduino เป็นซอฟต์แวร์แบบเปิดที่ได้รับการเผยแพร่และสามารถนำไปต่อยอดได้ สำหรับผู้ใช้งานที่มีประสบการณ์ สามารถนำโปรเจคต่าง ๆ ที่ผู้อื่นได้แบ่งปันไว้ไปต่อยอดได้ผ่านภาษา C++ นอกจากนี้ผู้ใช้ขั้นสูงสามารถสร้างโปรเจคและชิ้นงานต่าง ๆ ที่ใช้บอร์ด Arduino ได้โดยสั่งการผ่านภาษาการเขียนโปรแกรม AVR-C ซึ่งเป็นภาษาพื้นฐานที่ใช้ในการประมวลผลได้โดยตรงในโปรแกรม Arduino IDE
- ชิ้นงานที่สร้างขึ้นด้วยบอร์ด Arduino ได้รับการเผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons ดังนั้นผู้ใช้ที่มุ่งเป็นนักออกแบบวงจรสามารถสร้างโมดูลหรือชิ้นงานของตนเองโดยนำข้อมูลเก่า ๆ มาต่อยอดและปรับปรุงตามความต้องการให้ดีขึ้นได้
บอร์ด Arduino ในท้องตลาดมีอะไรบ้าง
ในปัจจุบันบอร์ด Arduino ถูกพัฒนาให้สอดคล้องกับความต้องการของผู้ในงานในท้องตลาด ซึ่งมีทั้งหมด 6 รูปแบบ ดังนี้
- Arduino Uno Rev3
- Arduino nano
- Arduino MEGA
- NodeMCU (ESP8266)
- ESPino32
- Node32Lite
ขั้นตอนการต่อใช้งาน Arduino เบื้องต้น ที่ใครๆก็สามารถทำได้
1. เขียนโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์เพื่อสั่งงานอุปกรณ์บอร์ด Arduino ผ่านทางโปรแกรม ArduinoIDE สามารถดาวน์โหลดได้จาก Arduino.cc/en/main/software
2. หลังจากที่เขียนโค้ดโปรแกรมเรียบร้อยแล้ว ให้น้อง ๆ เลือกรุ่นบอร์ด Arduino ที่ใช้และหมายเลข Com port
ภาพประกอบ: เลือกรุ่นบอร์ด Arduino ที่ต้องการ upload
ขอบคุณภาพจาก https://blog.thaieasyelec.com/wp-content/uploads/2020/08/37_r4.jpg
ภาพประกอบ: เลือกหมายเลข Comport ของบอร์ด
ขอบคุณภาพจาก https://blog.thaieasyelec.com/wp-content/uploads/2020/08/37_r4.jpg
3. กดปุ่ม Verify เพื่อตรวจสอบความถูกต้องและ Compile โค้ดโปรแกรมที่ได้สร้างไว้ จากนั้นกดปุ่ม Upload โค้ดโปรแกรมไปยังบอร์ด Arduino ผ่านทางสาย USB เมื่ออับโหลดเรียบร้อยแล้ว จะแสดงข้อความแถบข้างล่าง “Done uploading” และบอร์ดจะเริ่มทำงานตามที่เขียนโปรแกรมไว้ได้ทันที
ขอบคุณภาพจาก https://blog.thaieasyelec.com/wp-content/uploads/2020/08/37_r6-1024×690.png
การใช้ Arduino กับโปรแกรม Scratch
สำหรับน้อง ๆ ที่ต้องการเริ่มต้นเรียนโค้ดดิ้งพื้นฐานที่ยังไม่สามารถเขียนโค้ดได้ การเริ่มต้นด้วยการใช้งาน Arduino อาจจะยากเกินไป Code Genius ขอแนะนำหลักสูตร Scratch สำหรับ Arduino ซึ่งเป็นการเรียนโค้ดดิ้งเบื้องต้นในรูปแบบ Block programming ผ่านโปรแกรม Scratch เพื่อปูพื้นฐานในการเรียนรู้โค้ดดิ้งสำหรับเด็กและนำไปต่อยอดในการเขียนโปรแกรมขั้นต่อไปอย่างการสร้างโปรเจกต์ด้วย Arduino นั่นเอง
ภาพประกอบ: การเรียนรู้โปรแกรม Scratch เป็นพื้นฐานต่อยอดสู่ Arduino
ขอบคุณภาพจาก
https://ellipsiseducation.com/wp-content/uploads/2023/04/Scratch-cat.png
สรุป
Arduino เป็นอุปกรณ์บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาไม่แพง มีหลายรูปแบบให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม มีเซนเซอร์โมดูลและรองรับอุปกรณ์เสริมจำนวนมาก มีระบบแพลตฟอร์มเป็นแบบ Open-source ที่สามารถใช้งานโปรเจคต่าง ๆ ได้ฟรีสามารถใช้โปรแกรม Arduino IDE ในการเขียนโปรแกรมภาษา C ลงบอร์ด ด้วยความยืดหยุ่นของอุปกรณ์และซอฟต์แวร์ทำให้มีผู้ใช้งานทั่วโลกและมีการพัฒนาให้ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง
Arduino และ Code Genius
สำหรับน้อง ๆ ระดับชั้นประถมศึกษาและมัธยมศึกษาที่สนใจเรียนพื้นฐาน Arduino สำหรับผู้เริ่มต้น สถาบัน Code Genius มีคอร์สเรียนที่จะเปลี่ยนมุมมองของน้อง ๆ จาก “ผู้ใช้” เป็น “ผู้สร้าง” เทคโนโลยี ในคอร์สเรียน Genius Innovator และ Project Development ที่จะพาน้อง ๆ เรียนผ่านการทำโปรเจกต์ หรือ Project based learning สอนน้องๆ อย่างค่อยเป็นค่อยไปเพื่อปูพื้นฐาน ด้าน Hardware และ Software อย่างถูกต้อง ตลอดช่วงปิดเทอมและเปิดเทอม
หากสนใจเรียนพื้นฐาน Arduino สามารถสมัครทดลองเรียนฟรี หรือนัดปรึกษาคุณครูผู้เชี่ยวชาญได้ที่ Line@ : @codegenius ฟรี ไม่มีค่าใช้จ่ายได้เลยทันที