ปืนอินฟราเรดแสนกล

มหัศจรรย์แห่งกลไกแสงและเสียง อีกแบบหนึ่งที่สามารถสร้างปืนกลแบบใหม่ได้ทั้ง
ความรู้และความสนุก ทั้งผู้สร้างและผู้เล่น

แนวการออกแบบ                                    จากนิตยสาร Hobby Electronics ปีที่ 11 ฉบับที่ 127 ม.ค. 2546

โครงงานที่นำเสนอนี้ ท่านผู้อ่านอย่าพึ่งกลัวนะครับ เพราะสิ่งประดิษฐ์ที่ผมทำขึ้นมานี้เป็นเพียงของเล่นครับ ระบบต่าง ๆ ที่กล่าวมาข้างต้นก็ใช้แบบจำลองหรือใช้วัตดุอื่นแทนทั้งหมดเช่น ระบบของการยิงซึ่งจะแสดงผลเป็นหลอดไฟสีแดงหรือเรียกตามภาษาช่างว่า แอลอีดี (LED) ส่วนในระบบเลเซอร์นั้น ผมขอใช้เป็นหลอดไฟสีแดง แต่เป็นหลอดสีแดงแบบที่เรียกกันว่า หลอดแอลอีดีซุปเปอร์ไบต์ และในระบบนำวิถีก็ใช้เป็นหลอดภาครับ ภาคส่งที่เป็นแบบอินฟาเรดครับ
ในแนวทางการออกแบบของผมเกิดจากการนำเอาระบบแสงเสียงและระบบการขับมอเตอร์มารวมกัน โดยที่ในระบบของการยิงนี้จะมีการขยับซ้ายขวาได้ เมื่อวัตถุใด ๆ เข้ามาสู่วิถีของการตรวจจับ ระบบจะทำการหยุดและยิงโดยการยิงจะแสดงผลออกมาทางแอลอีดี 2 หลอด โดยกระพริบแบบสลับกันและมีเสียงออกมาทางลำโพงแบบบัตเซอร์ เมื่อวัตถุได้หลุดออกจากวิถีการตรวจจับระบบก็จะหยุดยิงทันทีและทำให้ภาคขับมอเตอร์มีการเคลื่อนที่สลับซ้ายขวาทันที
ต่อไปมาดูการทำงานของบล็อกไดอะแกรมของโครงงานนี้กันเลยนะครับ โดยผมขอเริ่มจากที่เราจะทำการส่งแสงอินฟาเรดออกมาโดยใช้การแพร่เสมือนการหยดหมึกลงในน้ำ ซึ่งภาครับแสงอินฟาเรดจะทำหน้าที่เป็นประตูด่านแรกถ้าไม่มีวัตถุใด ๆ มากระทบส่วนควบคุมการทำงานก็จะสั่งขับมอเตอร์ให้มีการหมุนซ้ายขวาสลับกันไป เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เข้ามาในระยะที่แสงอินฟาเรดสามารถตรวจจับได้ โดยตัวตรวจจับที่ออกแบบไว้ได้ไกลประมาณ 10 เซนติเมตร ภาครับจะทำให้หลอดแอดอีดีที่ใช้เป็นระบบนำทางดับและส่งข้อมูลให้กับส่วนควบคุมการทำงาน
เมื่อในส่วนควบคุมการทำงานได้รับข้อมูลแล้ว จะสั่งให้ระบบการขับมอเตอร์หยุดการทำงานทันที พร้อมกันนั้นจะทำให้ระบบการยิงแสงออกมาทางแอลอีดี และระบบการสร้างเสียงการยิงจะทำงานทันทีเช่นกัน และจะทำงานเช่นนี้จนกระทั่งวัตถุที่ตรวจจับได้ ได้หายไป ส่วนบล็อกการทำงานอีก 2 บล็อกที่เหลือใช้ในการปรับความเร็วของมอเตอร์ การกระพริบของแอลอีดีและเสียง

โครงสร้างและชิ้นส่วนประกอบ

รูปที่2(ก) คือส่วนฐานหมายเลข 1 ลักษณะของส่วนฐานเราจะใช้แผ่นพลาสติกที่มีขนาดความหนา 5 มิลลิเมตร ตัดให้เป็นรูปวงกลมโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 15 เซนติเมตร จากนั้นทำการวัดออกมาจากจุดศูนย์กลางให้มีขนาดของเส้นรัศมี 0.9 เซนติเมตร   
ทั้งสองด้านแล้วเจาะรูด้านละจุด โดยขนาดของรูที่เราเจาะจะใช้ขนาดของดอกสว่าน 3 มิลลิเมตร ดังรูป

รูปที่2(ข) คือส่วนฐานสำหรับติดแผงวงจร ส่วนนี้เราจะใช้พลาสติกที่มีความหนา 3 มิลลิเมตรตัดออกมาโดยให้มีขนาด ความกว้าง 7 เซนติเมตร ความยาว 13 เซนติเมตร จากนั้นทำการเจาะรูดังรูปเพื่อทำการยึดนอตสำหรับติดแผงวงจร โดยแต่ละจุดจะทำการเจาะรูโดยใช้ดอกสว่านขนาด 3 มิลลิเมตร แต่สำหรับบริเวณจุดที่ใช้ติดสวิตช์เราจะใช้ดอกสว่านที่มีขนาด 6 มิลลิเมตรเจาะรู ดังรูป

รูปที่2(ค) คือแผ่นพารามีเซียม (สามารถหาซื้อได้ตามร้านขายเครื่องเขียนทั่วไป) เราจะใช้มาเป็นตัวรองส่วนฐานหมายเลข 1 โดยให้ตัดออกมาเป็นทรงกลมให้มีขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลาง 13.8 เซนติเมตร ตัดออกมาจำนวน 2 แผ่น แผ่นพารามีเซียมที่เราใช้จะมีคุณสมบัติคล้ายแผ่นยาง โดยจะมีความหนืดและสามารถยึดติดกับพื้นได้ดี จะไม่ทำให้ชิ้นงานของเราขยับเขยื่อนเคลื่อนที่ไปมาเวลาเปิดสวิตซ์

รูปที่2(ง) คือส่วนฐานหมายเลข 2 สำหรับยึดแกนหมุน ในส่วนนี้เราจะใช้พลาสติกที่มีขนาดความหนาขนาด 10 มิลลิเมตร วัดออกมาเป็นรูปวงกลมโดยให้มีขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เซนติเมตร แล้วเจาะรูตรงจุดศูนย์กลางจากนั้นวัดออกมาจากจุดศูนย์กลางโดยมีรัศมี 0.9 เซนติเมตรจากนั้นเจาะรูทั้งสองข้างดังรูป

จากนั้นให้เจาะรูที่ด้านข้างของขอบวงกลม ลักษณะของการเจาะต้องเจาะให้ทะลุถึงอีกด้านหนึ่งของขอบวงกลม ในการเจาะรูส่วนนี้เราจะใช้น๊อตขนาด 3 มิลลิเมตรจำนวน 2 ตัว ใส่เข้าไปด้านละหนึ่งตัวเพื่อเป็นตัวล็อคแกนให้แน่น ขนาดของรูที่เราทำการเจาะจะใช้ดอกสว่านขนาด 2.5 มิลลิเมตรเจาะ จากนั้นให้ใช้ตัวดราฟเกลียวขนาด 3 มิลลิเมตร ทำการดราฟเกลียวทั้ง 2 จุด (สามารถหาซื้อตัวดราฟเกลียวได้ตามร้านขายอุปกรณ์ก่อสร้างทั่วไป

หลักการทำงานของวงจร

ในการทำงานของวงจรนี้ผมขอเริ่มจากส่วนของวงจรภาคส่งแแสงอินฟาเรด ก่อนนะครับ โดยต่อวงจรเป็นวงจรกำเนิดแสง โดยใช้ความต้านทานR1เป็นตัวจำกัดกระแสที่
ให้กับหลอดอินฟาเรดและต่อในลักษณะของวงจรอนุกรม ในส่วนของวงจรภาครับแสงอินฟาเรดนั้น จะทำงานโดยเมื่อภาครับแสงอินฟาเรด RX1 และ RX2 ได้รับแสงอินฟาเรดจากการเคลื่อนที่เข้ามาของวัตถุ จะทำให้ทรานซิสเตอร์ TR1 ไม่ทำงานที่ขาคอเลอเตอร์ หรือขา C ของทรานซิสเตอร์ TR1จะมีค่าเทียบเท่าแรงดันไฟ VCC ซึ่งเกิดผลทำให้กระแสที่ไหลผ่านหลอด LED1 ซึ่งต่อเสมือนเป็นระบบนำวิถีไม่ไหลจึงทำให้หลอด LED1 ดับลงและผลที่เกิดขึ้นนี้จะเสมือนไปสั่งการทำงานให้กับขา 9 ของ IC 74HC04
เมื่อพิจารณาจากไอซีเบอร์นี้ จะทำหน้าที่เป็น Not gate หรือเป็นตัวกลับสภาวะการทำงานที่เกิดขึ้นทางอินพุต เมื่อแรงดันที่เกิดที่ขา 9 ซึ่งก็คือส่วนรับอินพุตของตัว Not gate จะทำให้เกิดสภาวะกลับขึ้นที่ขา 8 คือ เกิดแรงดัน 0 โวลท์ ขึ้นซึ่งจะไปสั่งงาน 2 ส่วนคือ ส่วนแรกคือส่วนเปิดการทำงานของแอลอีดีสีแดงทั้งสองตัวและส่วนที่ 2 คือ จะเข้าที่ขา 5 ซึ่งเป็นส่วนอินพุตของ Not Gate ซึ่งจะทำให้ขา 6 แรงดันที่กลับสภาวะกับขา 5 คือเทียบเท่า VCC ซึ่งแรงดันนี้จะสั่งงานให้TR9 ทำงานซึ่งเป็นการเตรียมพร้อมที่จะทำให้เกิดเสียง แต่ยังรอการทำงานของ TR10
มาถึงขั้นนี้ผมขอพักสิ่งที่กล่าวมาก่อน และขอกล่าวอีกส่วนหนึ่งที่จะมีความสัมพันธ์กับขั้นตอนด้านบน โดยขอพิจารณาที่ขา 1,2,3 และขา4 ของไอซี 74HC04 โดยจะมี R10,R11,C4 และ VR1 ต่ออยู่ ซึ่งจะต่อเป็นวงจรกำเนิดความถี่โดยจะกำเนิดความถี่ออกมาเป็นลักษณะพัลล์ โดยสามารถปรับความถี่ที่ได้หรือปรับการกระพริบของแอลอีดีสีแดง (LED) ให้มีการกระพริบไวหรือช้าได้ที่ VR1 โดยที่ขา2 และขา 4 ของไอซี 74HC04 จะต่อเข้ากับ LED 2 และLED3

สิ่งที่เราพิจารณากันต่อไปคือ ที่ขา4ของไอซี 74 HC04 จะไปขับการทำงานให้กับ TR10 ซึ่งจากสิ่งที่กล่าวมาตั้งแต่ต้นของการทำงาน 
เมื่อมีวัตถุมากระทบและภาครับแสงอินฟาเรดทำงานจะทำให้เกิดการกระพริบของแอลอีดี (LED) และเกิดเสียงขึ้นที่บัตเซอร์ ตามจังหวะการพริบของแอลอีดี และจะขอแนะนำให้ท่านผู้อ่านดูเทคนิคอีกสักเล็กน้อยคือ ที่ขา 6 ของไอซี 74HC04 ที่กล่าวมาแล้วจะเกิดเป็นแรงดันเทียบเท่า VCCจะทำให้ทรานซิสเตอร์ TR2 ไม่ทำงาน ยังผลทำให้วงจรขับมอเตอร์ไม่ทำงาน ดังนั้นจากเหตุการณ์ที่ภาครับทำงานนี้ จะทำให้หลอดไฟแอลอีดีซุปเปอร์ไบต์ที่ใช้นำวิถีดับ แอลอีดีที่ใช้ในการยิงกระพริบ เกิดเสียงเป็นจังหวะที่บัตเซอร์ และมอเตอร์หยุดหมุน
   ต่อไปมาพิจารณาช่วงที่ไม่มีวัตถุใด ๆ มากระทบเลย ภาครับจะไม่ได้รับแสงอินฟาเรด จะทำให้มีกระแสไหลผ่านความต้านทาน R2 เข้าสู่ขาเบส (B)ของทรานซิสเตอร์ TR1 ทำให้ทรานซิสเตอร์ TR1 ทำงาน LED1 เกิดแสงสว่างขึ้น เพราะตรงจุดขาคอเลคเตอร์ (C) จะเสมือนเป็นกราวด์ ซึ่งจะเป็นค่าเข้าสู่ขา 9 และทำให้ขา 8 มีแรงดันเทียบเท่า VCC ซึ่งจะเป็นค่าแรงดันที่ทำให้ LED 2 และ LED3 ไม่ทำงานไม่ว่าจะมีแรงดันเกิดขึ้นที่ขา 2 และขา 4 ของไอซีอย่างไรก็ตาม ซึ่งผลที่ขา 8 มีแรงดันเทียบเท่า VCC จะทำให้ขา 6 มีค่าเทียบเท่ากราวด์ ซึ่งจะทำให้ไม่มีกระแสเพียงพอที่จะสั่งให้ TR9 ทำงานแต่สามารถทำให้ทรานซิสเตอร์ TR2 ทำงานได้ ซึ่งเมื่อทรานซิสเตอร์ TR2 ทำงานจะมีกระแสไหลเข้าสู่วงจรขับมอเตอร์ โดยที่มอเตอร์จะทำงานสลับซ้ายขวานั้นขึ้นอยู่กับวงจรกำเนิดความถี่ที่ใช้ Not gate 2 ตัวต่ออยู่ที่ขา 10,11,12 และ13ของไอซี 74 HC04 ซึ่งจะต่อเหมือนกันกับชุดขับ LED2 และ LED3 โดยเราสามารถปรับความเร็วของมอเตอร์ได้จาก VR2
ส่วนทำงานของวงจรสุดท้าย  คือส่วนการขับมอเตอร์ซึ่งเป็นวงจรการขับมอเตอร์ของรถกระป๋อง
   การกลับทิศทางจะขึ้นอยู่กับแรงดันที่ให้ทรานซิสเตอร์ TR7 และ TR8ซึ่งการทำงานอย่างละเอียด เพื่อน ๆ ลองค้นหาอ่านใน HOBBY ELECTRONIC ฉบับที่ 117 นะครับ ซึ่งผมก็ขอหยิบยืมมาใช้เหมือนกันครับแต่เพื่อน ๆ ระวังอย่างหนึ่งครับ คืออย่าให้ทรานซิสเตอร์ TR7 และTR8 ทำงานพร้อมกันทั้งคู่เพราะจะทำให้วงจรขับมอเตอร์เสียหายได้

ขั้นตอนการสร้างและการปรับแต่ง

มาถึงขั้นนี้ ได้เวลาจับหัวแร้งกันแล้ว ก่อนอื่น เราควรกัดลายวงจรที่ได้ให้มาเสียก่อนหาอุปกรณ์ต่าง ๆ มาตามรายการอุปกรณ์ที่ให้ไว้ การลงอุปกรณ์เป็นไปตามหลักการตัวเล็กที่สุดต้องใส่ก่อนตามลำดับ ตัวต้านทาน ทรานซิสเตอร์ คาปาซิสเตอร์ หลอดแอลอีดี (LED)และซอกเก็ตไอซี เป็นส่วนสุดท้าย แต่อย่าลืมใส่ไอซีก่อนที่จะทำการทดสอบครับ ไม่เช่นนั้นวงจรจะไม่ทำงาน ทำการต่อสายไฟจากภาคขับมอเตอร์ไปที่มอเตอร์ ต่อไฟจากถ่านไฟฉาย 3 ก้อนผ่านสวิตซ์เข้าวงจร การต่อทั้งหมดดูตามรูปที่7 ครับ
อย่าลืมการใส่ไอซีและการต่อไฟอย่าต่อผิดขั้วนะครับไม่เช่นนั้นวงจรจะไม่ทำงาน แล้วยังมีของแถมจากวงจรที่เราเสียเวลาสู้อุตส่าห์สร้างมาจะกลายเป็นวงจรกำเนิดความร้อนนะครับ
มาถึงขั้นนี้ก็เข้าสู่การปรับแต่ง เมื่อเปิดสวิตซ์แล้วไฟจะเข้าสู่โครงงานเราทันที ถ้าวงจรไม่ขยับเลยหรือLED1 ไม่เปล่งแสงให้ทำการปิดสวิตซ์ทันที ตรวจเช็คโดยการจับไอซีและทรานซิสเตอร์ว่ามีความร้อนหรือไม่
สาเหตุอาจจะเกิดจากการต่อไฟผิดขั้วหรือต่อไอซีกลับด้านหรือต่อทรานซิสเตอร์ผิด พอตรวจสอบแก้ไขแล้วก็เปิดสวิตซ์อีกครั้ง ผลงานชิ้นนี้ที่เราทำขึ้นต้องมีการขยับซ้ายขวาและมีแสงออกทาง LED1 ถ้าไม่มีแสงออกมาแสดงว่าต่อ LED1 ผิดขั้ว และเมื่อเรานำวัตถุขยับเข้ามาในเขตระยะหวังผล LED1 ต้องดับ LED2 และLED3จะติดสลับกัน และเกิดเสียงขึ้นพร้อมกัน
แต่ถ้าเรานำวัตถุมาบังแล้วมอเตอร์ยังขยับสลับซ้ายขวาตลอดแสดงว่าเราต่อภาครับแสงอินฟาเรดหรือภาคส่งอินฟาเรดผิดครับ เมื่อเราแก้ไขแล้วก็ทำการเปิดสวิตซ์การทำงานอีกครับหนึ่ง
โดยต่อไปเราจะพิจารณาถึงการปรับความเร็วของมอเตอร์และการปรับความเร็วของการกระพริบของ LED2 และLED3 ทำได้จากการปรับที่ VR2 และVR1 เพียงเท่านี้ เราก็สามารถสร้างของเล่นชิ้นใหม่ได้ไม่เหมือนใครๆ แล้วละครับ

ขั้นตอนการประกอบ

ขั้นตอนแรก นำส่วนฐานหมายเลข 1 มาประกอบติดกับส่วนฐานหมายเลข 2 โดยใช้นอตขนาด 3 มิลลิเมตรเป็นตัวเชื่อมต่อ
ขั้นตอนที่ 2 นำส่วนแกนของห้องเครื่องรถกระป๋องมาใส่ลงในรูกลางของส่วนฐานหมายเลข 2 จากนั้นใส่นอตขนาด 3 มิลลิเมตรจำนวน 2 ตัวหมุนลงตรงจุดที่เราทำเกลียวไว้แล้ว โดยการใส่นอตนี้จะเป็นการยึดแกนของรถกระป๋องกับส่วนฐานที่ 1 และ 2
ขั้นตอนที่ 3 นำแผงวงจรที่ทำเสร็จแล้วมายึดติดกับแผ่นพลาสติก โดยใส่นอตและฐานรองแผ่นปริ้นท์ให้เรียบร้อย โดยใช้นอตขนาด 3 มิลลิเมตรและนำแผ่นพลาสติกนี้ติดแทปกาว2หน้า แล้วนำไปติดกับห้องเครื่องรถกระป๋อง
ขั้นตอนที่ 4 นำสวิตซ์โยกมายึดติดกับรูที่เราเจาะไว้บริเวณของแผ่นพลาสติกที่มีแผงวงจรติดอยู่
ขั้นตอนที่ 5 นำรังถ่านขนาด 2 ก้อนและ 3 ก้อนมายึดติดด้านหลังของแผ่นฐานที่ติดแผงวงจรโดยใช้เทปกาว 2 หน้า
ขั้นตอนที่ 6 ทำการเชื่อมต่อวงจรดังรูปที่7
ขั้นตอนที่ 7 นำถ่านขนาด AAA ที่ไม่ใช้แล้วจำนวน 2 ก้อนมาติดตรงบริเวณส่วนฐานหมายเลข 1 เว้นระยะห่างพอประมาณ เพื่อให้ส่วนของแผงวงจรขยับได้ โดยใช้ปืนกาวเชื่อมติด
ขั้นตอนที่ 8 จากนั้นให้ลองเปิดสวิตซ์ แล้วให้นำวัตถุมากั้นบริเวณหลอดอินฟาเรด แล้วลองดูซิว่าผลงานของเรามีการขยับเขยื่อนเคลื่อนที่หรือเปล่าและที่สำคัญให้สังเกตดูว่ามีเสียงร้องดังขึ้นมาหรือไม่ หากมีเสียงร้องตอบโต้ดังขึ้นมาแสดงว่าผลงานชิ้นนี้ที่เราทำขึ้นมา ประสบความสำเร็จ!แล้วครับ

รายการอุปกรณ์

ตัวต้านทาน w 5%
R1,R6,R7 10 3 ตัว
R2 20 k 1 ตัว
R3,R16,R17 10 k 3 ตัว
R4,R5,R8,R9,R14,R15 1 k 6 ตัว
R10 560 k 1 ตัว
R11,R13 6.2 k 2 ตัว
R12 1 M 1 ตัว
VR1, VR2 1 M 2 ตัว
คาปาซิสเตอร์
C1 1000uf/16v 1 ตัว
C2,C4 0.1 uf เซรามิค 2 ตัว
C3 0.01 uf เซรามิค 1 ตัว
C5 0.22 uf /50 V 1 ตัว

อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ

IC1 74HC04 1 ตัว
TR1 ,TR9, TR10 2N3904 3 ตัว
TR2 2SA885 1 ตัว
TR3,TR4 S8550 2 ตัว
TR5,TR6 S8050 2 ตัว
TR7,TR8 2SC1815 2 ตัว
LED1 ซุปเปอร์ไบต์สีแดง 1 ตัว
LED2, LED3 สีแดง 2 ตัว
TX1,TX2 ภาคส่งอินฟาเรด 2 ตัว
RX1, RX2 ภาครับอินฟาเรด 2 ตัว
อื่น ๆ
ซ็อกเกต 14 ขา 1 ตัว
บัตเซอร์ 1 ตัว
ที่พักสาย 2 จุด 1 ตัว
สวิตซ์โยก 2 ทาง 1 ตัว
แผ่นวงจรตามรูป 1 แผ่น
ห้องเครื่องรถกระป๋องพร้อมมอเตอร์ 1 ตัว
รังถ่าน 1 ก้อน 1 รัง
รังถ่าน 2 ก้อน 1 รัง
นอตขนาด 3 มิลลิเมตร 6 ตัว
ที่พักสาย 2 อัน
แผ่นพลาสติก
สายไฟ,ตะกั่ว,อื่น ๆ

เทคนิคข้อเสนอแนะ

ภาคส่งแสงอินฟาเรดจะมีการกระจายอินฟาเรดไปในทุกทิศทาง ดังนั้นภาครับแสงอินฟาเรดต้องมีการป้องกันแสงที่เกิดขึ้นด้านข้างควรใช้ผ้าเทปพันสายไฟนำมาใช้พันภาครับแสงอินฟาเรดเอาไว้เพราะแสงอินฟาเรดจะถูกสีดำดูดกลืนจนหมด ส่วนการเล่นเจ้าเครื่องตัวนี้ควรเล่นภายในอาคารที่ปลอดจากแสงแดด เพราะวงจรที่ออกแบบมาเป็นวงจรอย่างง่ายแสงจากดวงอาทิตย์ที่เข้มข้นจะทำให้ภาครับแสงอินฟาเรดทำงานในทันที ส่วนตัวบัตเซอร์นี้ถ้า บางคนทำขึ้นมาอาจได้ยินเสียงไม่ชัดเจนเพราะว่าใช้ตัวบัตเซอร์ที่ใช้กินแรงดันและกระแสที่สูง ควรหาตัวบัตเซอร์ที่ทำงานที่แรงดันและกระแสที่มีค่าต่ำ ๆ ส่วนวงจรขับมอเตอร์จะมีปัญหาเล็กน้อย ช่วงที่มอเตอร์เริ่มทำงานจะกินกระแสสูงมากอาจจะทำให้แรงดันถูกดึงตกลงมาอาจทำให้ไอซีทำงานผิดพลาดได้นะครับ