[TH] ESP8266 RoboCar+Ultrasonic Sensor

บทความนี้เป็นตัวอย่างการนำหุ่นยนต์รถที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แบบเซอร์โวดังที่กล่าวไปในบทความก่อนหน้านี้มาใช้งาน โดยในบทความนี้ใช้การเคลื่อนที่ด้วยการกำหนดกฎการเคลื่อนที่ภายใต้การตัดสินใจเรื่องระยะทางที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์วัดระยะทางอย่าง Ultrasonic Sensor

อุปกรณ์

อุปกรณ์ในการทดลองครั้งนี้ประกอบด้วย

1. ESP8266
2. R-Base ของบ.อีทีที ซึ่งเป็นชุดโครงตัวรถ ทำด้วย ALUMINUM หนา 3 มม.
3. เซอร์โวจำนวน 2 ตัว แบบที่สามารถหมุนได้ 360 องศา
4. ล้อติดกับเซอร์โว หรือใช้ชุดตีนตะขาบ (R-TANK  V1 KIT)
5. ล้อพยุง
6. แหล่งจ่ายไฟ (ผู้เขียนใช้ Power Bank)
7. เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก (HC-SR04 SENSOR)
8. เซอร์โว 1 ตัว

เซ็นเซอร์ระยะทาง

การใช้เซ็นเซอร์วัดระยะทางประเภท Ultrasonic หรือ HC-SR04 SENSOR มีหลักการทำงานคือ ส่งพัลซ์ไปทางขา Trig หลังจากนั้นรอรับการสะท้อนกลับมายังขา Echo หลังจากนั้นคำนวณระยะทางจากเวลาตั้งแต่เริ่มสะท้อนจนได้รับเสียงสะท้อนดังฟังก์ชัน distance

def distance():
    echoPin.value()
    trigPin.on()
    trigPin.off()
    usec = mc.time_pulse_us( echoPin, 1 )
    echoTime = usec/1000000
    distanceCm = (echoTime/2)*34300
    return distanceCm

การเชื่อมต่อ

การเชื่อมต่อระหว่าง ESP8266 กับโมดูลต่าง ๆ เป็นดังนี้

ESP8266	โมดูล	ขาของโมดูล
GND	Servo Left	GND
5V	Servo Left	Vcc
GPIO5	Servo Left	Signal
GND	Servo Right	GND
5V	Servo Right	Vcc
GPIO4	Servo Right	Signal
GND	Servo Ultrasonic	GND
5V	Servo Ultrasonic	Vcc
GPIO2	Servo Ultrasonic	Signal
GND	Ultrasonic Sensor	GND
GPIO12	Ultrasonic Sensor	Echo
GPIO14	Ultrasonic Sensor	Trig
5V	Ultrasonic Sensor	Vcc

ตัวอย่างโปรแกรม

ตัวอย่างโปรแกรม code12-1 เป็นการอ่านค่าระยะทางจากเซ็นเซอร์ ถ้าเซ็นเซอร์พบว่าระยะทางทางซ้าย ขวา หรือกลางน้อยกว่า 13 ซม. จะทำการถอยหลัง แต่ถ้าระยะทางทางซ้ายมีค่ามากที่สุดจะเลี้ยวซ้าย แล้วเดินหน้า ถ้าระยะทางทางขวามากที่สุดจะเลี้ยวขวาและเดินหน้า

# code12-1
import esp
import time
import gc
import machine as mc
gc.enable()
gc.collect()
mc.freq(160000000)
servoL = mc.PWM(mc.Pin(5,mc.Pin.OUT),freq=50) # D1 คุมมอเตอร์ซ้าย
servoR = mc.PWM(mc.Pin(4,mc.Pin.OUT),freq=50) # D2 คุมมอเตอร์ขวา
servoU = mc.PWM(mc.Pin(2,mc.Pin.OUT),freq=50) # D4 คุม Ultrasonic
trigPin = mc.Pin(14,mc.Pin.OUT) # D5
echoPin = mc.Pin(12,mc.Pin.IN) # D6
trigPin.value(0)
waitTime = 350
time.sleep_ms(3000) # wait

def distance():
    echoPin.value()
    trigPin.on()
    trigPin.off()
    usec = mc.time_pulse_us( echoPin, 1 )
    echoTime = usec/1000000
    distanceCm = (echoTime/2)*34300
    return distanceCm

def sensorMoveCenter():
    global servoU
    servoU.duty(70)
    time.sleep_ms(waitTime)
    
def sensorMoveLeft():
    global servoU
    servoU.duty(90)
    time.sleep_ms(waitTime)

def sensorMoveRight():
    global servoU
    servoU.duty(50)
    time.sleep_ms(waitTime)

def robotForward():
    global servoL,servoR
    servoL.duty(120)
    servoR.duty(40)

def robotStop():
    global servoL,servoR
    servoL.duty(0)
    servoR.duty(0)
    
def robotBackward():
    global servoL,servoR
    servoL.duty(40)
    servoR.duty(120)
    
def robotTurnRight():
    global servoL,servoR
    servoL.duty(120)
    servoR.duty(120)
    
def robotTurnLeft():
    global servoL,servoR
    servoL.duty(40)
    servoR.duty(40)

while True:
    robotStop()
    time.sleep_ms(100)
    sensorMoveLeft()
    distLeft = distance()
    sensorMoveRight()
    time.sleep_ms(waitTime)
    distRight = distance()
    sensorMoveCenter()
    distCenter = distance()
    print("distance at left/right/center = {}/{}/{} cm.".format(distLeft,distRight,distCenter))
    if (distCenter < 13.0) or (distLeft < 13.0) or (distRight < 13.0):
        robotBackward()
        print("backward")
        time.sleep_ms(2*waitTime)
    else:
        if (distLeft > distRight) and (distLeft > distCenter):
            print("Left")
            robotTurnLeft()
            time.sleep_ms(waitTime)
            robotStop()
        if (distRight > distLeft) and (distRight > distCenter):
            print("right")
            robotTurnRight()
            time.sleep_ms(waitTime)
            robotStop()
        robotForward()
        print("Forward")
        time.sleep_ms(waitTime)

สรุป

จากบทความนี้ผู้อ่านสามารถเขียนโปรแกรมภาษาไพธอนเพื่อทำการอ่านค่าและคำนวณระยะทางจากเซ็นเซอร HC-SR04 ซึ่งใช้หลักการหาระยะทางจากการสะท้อนของคลื่นเสียง และนำความรู้มาประยุกต์กับการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เคลื่อนที่ด้วยล้อ เพื่อให้หุ่นยนต์มีการตัดสินใจในการทำงาน และทำงานตามเงื่อนไขที่กำหนดไว้ ซึ่งเป็นการใช้ปัญญาประดิษฐ์แบบง่าย ๆ ประเภทการตั้งเงื่อนไขการทำงาน

ทีมงานของเราหวังว่าผู้อ่านจะได้ประโยขน์จากบทความนี้ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้งาน หรือสร้างเงื่อนไขการทำงานได้หลากหลาย หรือมีความถูกต้องแม่นยำมากยิ่งขึ้น หรือสร้างปัญญาประดิษฐ์ให้แก่หุ่นยนต์รถให้มีความซับซ่อนมากยิ่งขึ้นไป

สุดท้ายนี้ขอให้สนุกกับการเขียนโปรแกรมครับ

(C) 2020, โดย อ.ดนัย เจษฎาฐิติกุล/อ.จารุต บุศราทิจ
ปรับปรุงเมื่อ 2020-10-23