3.3 สัญญาณด้านขาออกของระบบแมคาทรอนิกส์

3.3.1 ตัวแปลงจากดิจิตอล ไปเป็นอนาล็อก

      คำสั่งขาออกจากไมโครคอนโทรลเลอร์จะมีค่าของเลขฐานสอง ในรูปแบบของบิต (bit) (1 บิต), ไบต์ (byte) (8 บิต)  หรือเวิร์ด (คำ: Word) (16 บิต) สัญญาณดิจิตอลนี้แปลงเป็นอนาล็อก ใช้แปลงจากดิจิตอลไปเป็นอนาล็อก หรือดีเอซี

รูปบิต,ไบต์ และเวิร์ด

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      ให้เราตรวจสอบการแปลงค่า 8 บิตไปเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0 และ 12 โวลต์ บิตที่สำคัญที่สุดในค่าเลขฐานสองที่จะทำการแปลง (เลขฐานสิบ 128) สร้างค่าอนาล็อกเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าขาออกสูงสุด หรือ 6 โวลต์ แล้วสร้างตัวเลขต่อไปเพิ่มขึ้นอีก หนึ่งในสี่ หรือ 3 โวลต์ ต่อไปก็เพิ่มอีก 1/8  และเรียงลำดับต่อ ๆ กันไป

      ผลรวมของน้ำหนักค่าขาออกทั้งหมดเหล่านี้ แสดงให้เห็นเป็นแรงดันไฟฟ้าอนาล็อกที่มีความเหมาะสม ซึ่งได้กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้านี้ ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในช่วงที่ไม่ได้หาค่า ซึ่งเป็นค่าที่ใหญ่ที่สุดที่สร้างขึ้นคือ 255/256 ของ 12 โวลต์ หรือ 11.953125 โวลต์

      ความเรียบเนียนของสัญญาณจะขึ้นอยู่กับจำนวนของบิตที่ได้รับการยอมรับโดยดีเอซี และช่วงของขาออกที่จำเป็น รูปด้านล่าง

รูปตัวอย่างขั้นบันไดขาออก ดีเอซี

รูปแสดงให้เห็นถึงฟังชันก์ในขั้นบันไดอย่างง่าย โดยการใช้หนึ่งไบต์ เลขไบนารี่ขาเข้า และ 12 โวลต์ อนาล็อกขาออก

3.3.2 อุปกรณ์ทำงานด้านขาออก

      เช่นเดียวกับ ตัวเซ็นเซอร์ตรวจจับ ที่ได้กล่าวไว้เบื้องต้นในหัวข้อที่แล้ว และจะได้กล่าวอย่างละเอียดในบทต่อ ๆ ไป อุปกรณ์ทำงานขั้นพื้นฐานโดยทั่วไปที่จะกล่าวถึงภาพรวมในหัวข้อนี้ได้แก่ สวิตซ์ (Switches), โซลินอยด์ (Solenoids) และมอเตอร์ (Motors)

รูปตัวอย่างสวิตซ์

      สวิตซ์ เป็นอุปกรณ์พื้นฐานสุดในการควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ทำงาน ที่เห็นง่าย ๆ ก็คือ สวิตซ์เปิด / ปิด ไฟแสงสว่างในบ้าน สวิตซ์มีหลายประเภทซึ่งรวมไปถึงสวิตซ์แม่เหล็กไฟฟ้า หรือรีเลย์ (Relays) และอุปกรณ์โซลิดเสตท (Solid-state devices)

รูปตัวอย่างรีเลย์

รูปตัวอย่างอุปกรณ์โซลิดสเตท

      ในอุปกรณ์โซลิดสเตท ก็จะรวมไปถึง ไดโอด (Diodes), ไทรีสเตอร์ (Thyristors), ทรานซิสเตอร์สองขั้ว (Bipolar transistors), ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า หรือเฟต (Field-Effect Transistors: FETs) และทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์ หรือมอสเฟต   (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor: MOSFET)

รูปตัวอย่างมอสเฟต

รูปตัวอย่างทรานซิสเตอร์

      สวิตซ์ สมารถนำมาใช้ร่วมกันกับตัวตรวจจับได้ ดังนั้นการเปิดหรือการปิดนำไปสู่การควบคุมขาเข้าของเซ็นเซอร์ หรือคุณลักษณะเฉพาะของเซ็นเซอร์

รูปตัวอย่างโซลินอยด์

       โซลีนอยด์ เป็นอุปกรณ์ที่มีการเคลื่อนที่ของแกนเหล็กเมื่อเกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดที่พันอยู่รอบ ๆ แกนเหล็ก การเคลื่อนที่ของแกนเหล็กนี้ นำไปใช้ในการควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้เช่น อุปกรณ์ควบคุมการไหลของระบบไฮดรอลิกส์ หรือนิวแมติกส์

รูปวาล์วควบคุมของไหลที่ใช้ขดลวดโซลินอยด์

      การใช้ประโยชน์ของโซลินอยด์มีมากมาย รวมไปถึง ระบบเบรก และการผลิตทางอุตสาหกรรมที่เกี่ยวกับของไหล หรือกลไก ส่วนในรายละเอียดที่มากกว่านี้จะได้กล่าวถึงในบทต่อ ๆไป

      มอเตอร์ มีประเภทหลัก ๆ อยู่สามประเภท ได้แก่ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง หรือมอเตอร์ดีซี (Direct current motors), มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือมอเตอร์เอซี (Alternating current motors) และมอเตอร์สเตปเปอร์ (Stepper motors) 

รูปตัวอย่างมอเตอร์ดีซี

      มอเตอร์ดีซีอาจถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่ หรือโดยการปรับความกว้างพัลส์ หรือพีดับเบิลยูเอ็ม (Pulse Width Modulation: PWM) ในสัญญาณพีดับเบิลยูเอ็ม เช่นดังแสดงในรูปด้านล่าง

รูปการปรับความกว้างพัลส์

 แรงดันไฟฟ้าเป็นการเปิด และปิดสลับกันไปขณะที่เกิดการเปลี่ยนแปลง (การปรับ) ตามความกว้างของสัญญาณในเวลา (On-time signal) หรือวัฏจักรทำงาน (Duty cycle)

      มอเตอร์เอซีโดยปกติราคาจะถูกกว่ามอเตอร์ดีซี แต่ต้องการหมุนขับด้วยค่าความถี่ผันแปรในการควบคุมความเร็วรอบการหมุน

รูปตัวอย่างมอเตอร์เอซี

      มอเตอร์สเตปเปอร์เคลื่อนที่โดยการหมุนตามจำนวนขององศาในการตอบสนองต่อพัลส์ขาเข้า

รูปตัวอย่างมอเตอร์สเตปเปอร์

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ผิดหวัง เป็นเรื่องปกติ

โดนตำหนิ เป็นเรื่องธรรมชาติ

เกิดเป็นคน ไม่ควรขี้ขลาด

เพราะเรื่องผิดพลาด

เป็นเรื่องธรรมดา”