การรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลังควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร Data Communication Based on Power Line Using Microcontroller

สรินทิพย ประสานวรรณ ปริญญา สุขประเสริฐ จิราวัฒน นางาม

ปริญญานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิศวกรรมโทรคมนาคม คณะวิศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน ปการศึกษา 2555

การรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลังควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร

สรินทิพย ประสานวรรณ ปริญญา สุขประเสริฐ จิราวัฒน นางาม

ปริญญานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิศวกรรมโทรคมนาคม คณะวิศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน ปการศึกษา 2555

Data Communication Based on Power Line Using Microcontroller

Sarintip Prasanwan Parinya Sukprasert Chirawat Na-Ngam

A Project Report Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Bachelor of Telecommunication Engineering

Faculty of Engineering and Architecture Rajamangala University of Technology Isan

Academic Year 2012

ปริญญานิพนธ การรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลังควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร นักศึกษา 1. สรินทิพย ประสานวรรณ 2. ปริญญา สุขประเสริฐ 3. จิราวัฒน นางาม อาจารยที่ปรึกษา อาจารย มงคล คูพิมาย สาขาวิชา วิศวกรรมโทรคมนาคม ปการศึกษา 2555

สาขาวิศวกรรมโทรคมนาคม คณะวิศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน อนุมัติใหปริญญานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตร วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต (ลงช่ือ) .............................................. หัวหนาสาขาวิศวกรรมโทรคมนาคม ( นาย เอกจิต คุมวงศ ) คณะกรรมการสอบปริญญานิพนธ .............................................. ประธานกรรมการ ( นาย เอกจิต คุมวงศ )

.............................................. กรรมการ ( นาย มงคล คูพิมาย )

.............................................. กรรมการ ( นาย วัชรพล นาคทอง )

.............................................. กรรมการ ( นาย ปยดนัย บุญไมตรี )

ก

ปริญญานิพนธ การรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลังควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร นักศึกษา 1. นางสาวสรินทิพย ประสานวรรณ 2. นายปริญญา สุขประเสริฐ

3. นายจิราวัฒน นางาม อาจารยที่ปรึกษา อาจารย มงคล คูพิมาย สาขาวิชา วิศวกรรมโทรคมนาคม ปการศึกษา 2555

บทคัดยอ

โครงงานนี้เปนการศึกษาการพัฒนาการสงขอมูลผานสายไฟฟากําลัง โดยมีจุดประสงคเพ่ือ

สงขอมูลส่ือสารผานสายสัญญาณสําหรับอุปกรณไฟฟา โดยการสรางอุปกรณการส่ือสารอัตราการสงขอมูลท่ีสูงและมีความสะดวกตอการติดตั้งและการใชงาน

การทํางานของระบบส่ือสารจะเริ่มท่ีการรับขอมูลจากผูใชผานคียบอรดมาตรฐาน PS2 หรือจากพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอร ซ่ึงขอมูลจะถูกประมวลผลโดยไมโครคอนโทรลเลอรและถูกสงผานไปยังวงจรมอดูเลเตอร (Modulator) แบบ Amplitude Shift Keying หรือ ASK สัญญาณท่ีถูกมอดูเลตแลวจะถูกสงผานไปยังวงจร Power Line Interface เพ่ือสงสัญญาณไปตามสายไฟฟากําลังไปยังภาครับท่ีอยูหางออกไปซ่ึงจะรับสัญญาณเขามายังวงจรดีมอดูเลเตอร (Demodulator) หลังจากนั้นสัญญาณจะถูกประมวลผลดวยไมโครคอนโทรลเลอรกอนท่ีจะสงผานพอรตอนุกรมไปยังเครื่องคอมพิวเตอรเพ่ือผูใชสามารถรับขอมูลโดยใชโปรแกรมประเภท HyperTerminal

ผลการทดลองพบวาอุปกรณท่ีสรางขึ้นสามารถรับสงขอมูลท่ีระยะทางไดมากกวา 50 เมตรในพ้ืนท่ีการทดลองจําลอง และประมาณ 25 เมตรท่ีสถานท่ีจริง สามารถรับสงขอมูลไดอยางถูกตองท่ีอัตราการสงขอมูลขนาด 1200 bps คําสําคัญ : การส่ือสารผานสายไฟฟา การมอดูเลช่ันแบบเอเอสเค ไมโครคอนโทรลเลอร

ข

Project Report Title Data Communication Based on Power Line Using Microcontroller

By 1. Miss.Sarintip Prasanwan 2. Mr.Parinya Sukprasert

3. Mr.Chirawat Na-Ngam Project Report Advisor Mr.Mongkol Kupimai

Department Telecommunication Engineering Academic Year 2012

ABSTRACT

This project purposes are to study and develop devices to communicate via the AC power line. The aim of this project is to build up a high speed communication for convenience in installations and usage.

Working process is started when the device gets data from a user from either a PS2 standard keyboard or the serial communication port of a computer. Data will be processed by microcontrollers and then will be modulated by an Amplitude Shift Keying (ASK) circuit. The modulated signal will be sent to the power line interface and then convey data to the receiver at long distance. When the receiver gets data, the modulated signal will be passed to a demodulator circuit and then will be processed by microcontrollers. The received signal will be sent via the serial port of a computer and displayed by the HyperTerminal program.

Experimental results showed that devices could transmit data more than 50 meters of distance in the virtual testing place and about 25 meters in real testing place. The receiving device can get data correctly when transferred data at the rate of 1200 bps.

Keywords: Power Line Communication, ASK Modulation, Microcontroller

ค

กิตติกรรมประกาศ

ปริญญานิพนธฉบับนี้สําเร็จไดดวยความกรุณาของอาจารยท่ีปรึกษา อ.มงคล คูพิมาย และอาจารยในสาขาวิศวกรรมโทรคมนาคมทุกทานท่ีไดใหคําปรึกษาและความรูในการทําปริญญานิพนธเลมนี้ ขอขอบคุณพ่ีอนันต เกสูงเนิน ท่ีไดใหคําปรึกษา และใหความอนุเคราะหเรื่องเครื่องมือและสถานท่ีในการทดลองตลอดมา ขอขอบคุณพ่ีคมสันต ปกกะโต และพ่ีธวัชชัย ปกกะโต แหงราน Evens Audio และพ่ีวิทวัส สมพงษรุนพ่ีสาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอรท่ีไดใหคําปรึกษาในการเขียนโปรแกรม และการแกไขปญหาทางเทคนิค และขอขอบคุณ สุทธิพงษ คิดถูก ตรัส สิริโยธิน และ ธนาธิป หากระโทก ท่ีใหแนวความคิดในการทําปริญญานิพนธฉบับนี้

ทายนี้คณะผูจัดทําขอกราบขอบพระคุณ คุณพอ คุณแมผูใหกําเนิดใหโอกาสทางการศึกษามาโดยตลอด และขอขอบพระคุณผูมีอุปการคุณท่ีไมไดกลาวถึง ซ่ึงมีสวนในการทําปริญญานิพนธนี้ใหลุลวงไปไดดวยดีไว ณ ท่ีนี้ดวย

สรินทิพย ประสานวรรณ ปริญญา สุขประเสริฐ

จิราวัฒน นางาม

สารบัญ

หนา บทคัดยอภาษาไทย ก บทคัดยอภาษาอังกฤษ ข กิตติกรรมประกาศ ค สารบัญ ง สารบัญตาราง จ สารบัญรูป ฉ บทที่ 1 บทนํา 1.1 ความเปนมาและความสําคัญของโครงงาน 1 1.2 วัตถุประสงคของโครงงาน 1 1.3 ขอบเขตของโครงงาน 1 1.4 ขั้นตอนการดําเนินงาน 2 1.5 ประโยชนท่ีคาดวาจะไดรับ 2 1.6 แผนการดําเนินโครงงาน 2 1.7 งบประมาณ 3 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวของ 2.1 บทนํา 4 2.2 ทฤษฎีการสงขอมูลผานสายเอซี 4 2.3 การประยุกตใชงานเทคโนโลยกีารส่ือสารผานสายไฟฟา 8 2.4 เทคโนโลยี Narrowband PLC 9 2.5 เทคโนโลยี Broadband PLC หรือ BPL (Broadband over Power Line) 10 2.6 มาตรฐานทางเทคนิคสําหรับการส่ือสารผานสายไฟฟา 16 2.7 เทคนิคการมอดูเลช่ัน/ดีมอดูเลช่ันแบบเอเอสเค 18 2.8 การเขียนโปรแกรมติดตอและควบคุมพอรตอนุกรม 24 2.9 ไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) 30 2.10 คียบอรด PS2 และรูปแบบการรับสงขอมูล 37

จ

สารบัญ (ตอ)

หนา บทที่ 3 วิธีการดําเนินงาน 3.1 บทนํา 40 3.2 การออกแบบวงจร 41 3.3 การออกแบบแผนวงจรพิมพ 48 3.4 การออกแบบรูปแบบโปรโตคอลในการส่ือสาร 48 3.5 การเขียนโปรแกรม 49 บทที่ 4 การทดลองและผลการทดลอง 4.1 บทนํา 57 4.2 เครื่องมือท่ีใชในการทดสอบ 57 4.3 การทดสอบการทํางานของวงจร 58 4.4 การทดสอบระยะทางและอัตราเร็วในการรับสงขอมูล 61 4.5 การวิเคราะหสเปกตรัมตามมาตรฐาน EN 50065-1 64 บทที่ 5 สรุปผลและขอเสนอแนะ 5.1 สรุปผล 66 5.2 ขอเสนอแนะ 66 บรรณานุกรม 68 ภาคผนวก

ภาคผนวก ก. 69 ภาคผนวก ข. 82

ประวัติผูจัดทําปริญญานิพนธ 86

ฉ

สารบัญตาราง

ตารางที ่ หนา 1.1 แผนการดําเนินการและระยะเวลาดําเนินงาน 2 2.1 คาลักษณะของสายไฟเอซีประเภทตาง ๆ 6 2.2 ยานความถ่ีท่ีใชในกลุมประเทศตาง 10 2.3 แผนผังคอนเน็กเตอรของ RS-232 27 2.4 รูปแบบการส่ือสารผานพอรตอนุกรม 28 2.5 ไมโครคอนโทรลเลอรPIC ตระกูล 14-bit instruction words ท่ีนิยมใชงาน 35 2.6 คา Typmatic Delay และ Typmatic Rate 39 4.1 การรับสงขอมูลเพ่ือหาความผิดพลาด 63 4.2 ผลการทดสอบวัดคาความแรงของสัญญาณท่ีระยะทางตางๆ 64 4.3 ขนาดของสัญญาณคล่ืนพาหตามมาตรฐาน EN 50065-1 65 4.4 ขนาดแรงดันของความถ่ีฮารมอนิกสตามมาตรฐาน EN 50065-1 65

ช

สารบัญรูป

รูปที่ หนา 2.1 การลดทอนในสายสงขอมูล 5 2.2 วงจรเทียบเคียงของสายไฟเอซี 5 2.3 ตัวอยางวงจรลักษณะเฉพาะของสายไฟเอซีแบบ 12-2G Romex 6 2.4 การลดทอนเนื่องจากการแบงแรงดันภายในสายเอซี 7 2.5 ตัวอยางอุปกรณ Narrowband PLC 10 2.6 การติดตั้งระบบ BPL กับระบบนําจายไฟฟา 12 2.7 ระบบ BPL ประเภทท่ีหนึ่ง 13 2.8 ระบบ BPL ประเภทท่ีสอง 14 2.9 ระบบ BPL ประเภทท่ีสาม 15 2.10 การส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะการรับสงขอมูลความเร็วสูง 17 2.11 รูปสัญญาณท่ีมอดูเลตแบบ ASK 18 2.12 ตัวอยางแผนภาพการมอดูเลตแบบ ASK 19 2.13 ลักษณะของสัญญาณขาวสารดิจิตอล 20 2.14 สัญญาณดิจิตอลแบบขั้วเดียวในแกนเวลาและความถ่ี 21 2.15 ลักษณะของสัญญาณพาหในแกนเวลาและความถ่ี 21 2.16 ลักษณะของสัญญาณ ASK ท่ีผานตัวกรองแบบแถบผานในแกนเวลาและความถ่ี 22 2.17 การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบใชวงจรตรวจจับกรอบสัญญาณ 23 2.18 การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบโคเฮอรเรนต 23 2.19 ลักษณะสัญญาณของการส่ือสารแบบซิงโครนัส 24 2.20 UART อุปกรณควบคุมการรับสงขอมูลแบบอะซิงโครนัส 25 2.21 ลักษณะการใชงานของ RS-232 26 2.22 คอนเน็กเตอรแบบ DB9 ท่ีใชเช่ือมตอพอรต RS-232 26 2.23 คอนเน็กเตอรท่ีใชเช่ือมตอพอรต RS-232 27 2.24 โครงสรางหลักของ PIC 32 2.25 ตําแหนงขาของไมโครคอนโทรลเลอร PIC16F877 36 2.26 รูปแบบการรับขอมูลจากคียบอรด PS2 38 2.27 ตําแหนงขาของ Connector ชนิด DIN6 Male 38

ซ

สารบัญรูป (ตอ)

รูปที่ หนา 2.28 Key Cote ของปุมตางๆ 39 3.1 บล็อกไดอะแกรมการทํางานของวงจร 40 3.2 วงจรกําเนิดความถ่ีแบบ Colpitts 41 3.3 การกําหนดจุด Q จากกราฟ Characteristic ของ Opto Coupler เบอร PC817 42 3.4 ภาคสงสัญญาณ 44 3.5 ภาครับสัญญาณ 46 3.6 วงจรภาคประมวลผล และแสดงผล 47 3.7 การออกแบบโปรโตคอลท่ีใชในการส่ือสาร 48 3.8 รูปแบบของสัญญาณท่ีเกิดขึ้นบนชองสัญญาณ AC Line 49 3.9 Flow Chart การทํางานของโปรแกรมเครื่องสง 49 3.10 การออกแบบหนาจอ LCD ของเครื่องสง 50 3.11 การทํางานของโปรแกรมของเครื่องเครื่องรบั 50 3.12 การออกแบบหนาจอ LCD ของเครื่องรับ 51 3.13 บล็อกไดอะแกรมของการเขียน/อานขอมูลแบบ FIFO 52 3.14 บล็อกไดอะแกรมของสวนบริการอินเตอรรัปของเครื่องสง 53 3.15 การเริ่มตนติดตอส่ือสารกับโมดูล LCD 54 3.16 การเขียนขอมูลลงโมดูลจอ LCD ท้ังแบบ Command และ Data 55 3.17 การเริ่มตนตั้งคาสําหรับการติดตอกับคียบอรด PS2 56 3.18 บล็อกไดอะแกรมของฟงกชันรับขอมูลมาจากคียบอรด 56 4.1 สายไฟฟา และอุปกรณท่ีใชในการทดลอง 57 4.2 การทดสอบภาคกําเนิดสัญญาณคล่ืนพาหท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q4 58 4.3 การทดสอบ Power Amplifier วัดสัญญาณท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q2 59 4.4 การทดสอบภาค ASK Modulator 59 4.5 การทดสอบภาครับ 60 4.6 การทดสอบภาคดีเทคเตอร 61 4.7 แผนผังแสดงการทดสอบระยะทางในการรับสงขอมูล 61 4.8 แผนผังแสดงการทดสอบในพ้ืนท่ีจริง 62

ฌ

สารบัญรูป (ตอ)

รูปที่ หนา 4.9 กราฟแสดงคาของความแรงของสัญญาณท่ีระยะทางตาง ๆ 64 4.10 การวิเคราะหสเปกตรัมเพ่ือหาคาความแรงของคล่ืนพาหและฮารมอนิกส 65

1

บทที่ 1

บทนํา 1.1 ความเปนมาและความสําคัญของโครงงาน ปจจุบันอุปกรณไฟฟาเขามามีบทบาทตอชีวิตประจําวันของมนุษยมากขึ้น สถานท่ีบางแหงจะมีอุปกรณไฟฟาอยูจํานวนมากถูกติดตั้งอยูในตําแหนงและระยะทางท่ีแตกตางกัน ทําใหผูใชเกิดความไมสะดวกในการส่ือสารระหวางอุปกรณ จึงไดมีการคิดคนเครื่องมือส่ือสารในรูปแบบตางๆ เชน การส่ือสารผานสายสัญญาณ การส่ือสารผานคล่ืนวิทยุ อยางไรก็ตามการส่ือสารในรูปแบบดังกลาวยังมีขอจํากัดอยู อาทิเชน การเดินสายสัญญาณทําใหเกิดความไมสะดวกในการติดตั้ง การส่ือสารผานคล่ืนวิทยุยังมีคาใชจายในการติดตั้งท่ีสูงอยู สําหรับการส่ือสารระยะใกลอยางการส่ือสารระหวางอุปกรณภายในบาน ปญหาท่ีพบกันเปนสวนใหญคือการเดินสายไฟสัญญาณสําหรับการส่ือสารยากตอการติดตั้ง และยากตอการเคล่ือนยายอุปกรณไวตําแหนงอ่ืน คณะผูจัดทําจึงไดคดิหาวิธีท่ีจะแกปญหานีโ้ดยการใชการส่ือสารขอมูลผานสายไฟท่ีไดออกแบบไวสําหรับอุปกรณตางๆ อยูแลว เพ่ือลดความยุงยากและส้ินเปลืองในการติดตั้งสายสัญญาณ และสงผลใหเกิดความเปนระเบียบเรียบรอยในสถานท่ีนั้นดวย โดยการศึกษาจะมุงความสนใจไปท่ีกระบวนการมอดูเลชัน (Modulation) และการสงผานขอมูลไปตามสายไฟบานในรูปแบบขอมูลดิจิตอล โดยนําไมโครคอนโทรลเลอรมาควบคุมการทํางานท้ังภาครับและภาคสงสัญญาณใหมีประสิทธิภาพ ซ่ึงผูใชสามารถนําขอมูลท่ีไดทางภาครับไปประมวลผลตอเพ่ือไปควบคุมอุปกรณไฟฟา หรือจะนําขอมูลท่ีรับไดไปใชประโยชนในดานอ่ืนๆ ตอไป 1.2 วัตถุประสงค 1.2.1 เพ่ือแกปญหาท่ีเกิดจากการเดินสายสัญญาณระหวางอุปกรณ 1.2.2 ออกแบบและสรางเครื่องรับสงสัญญาณผานสายไฟฟากําลังท่ีมีอัตราการรับสงขอมูลท่ีสูง 1.2.3 เพ่ือศึกษาการออกแบบโปรโตคอลท่ีเหมาะสมสําหรับการติดตอระหวางอุปกรณ 1.3 ขอบเขตโครงงาน 1.3.1 สรางชุดรับสงสัญญาณผานสายไฟฟากําลังท่ีสามารถทํางานถูกตอง และใชงานไดจริง 1.3.2 สรางชุดรับสงสัญญาณผานสายไฟฟากําลังดวยอัตราการสงผานขอมูลไมต่ํากวา 1200 bps 1.3.3 ใชมาตรฐานการสงขอมูลผานสายไฟฟาแบบ EN50065-1

2

1.4 ขั้นตอนการดําเนินงาน 1.4.1 ศึกษาระบบการส่ือสารผานสายไฟฟากําลังจากอินเตอรเน็ต และหนังสือท่ีเกี่ยวของ 1.4.2 ศึกษา และจัดหาอุปกรณท่ีจะใช รวมท้ังทดลองการรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลัง 1.4.3 สรางชุดรับสงสัญญาณผานสายไฟฟากําลัง 1.4.4 ทดสอบ และแกไขความผิดพลาดท่ีอาจจะเกิดขึ้น 1.4.5 สรุปผลการทดลอง

1.5 ประโยชนที่คาดวาจะไดรับ 1.5.1 ไดชุดการรับสงสัญญาณผานสายไฟฟากําลังท่ีสามารถทํางานไดจริง 1.5.2 ไดชุดรับสงสัญญาณผานสายไฟฟาราคาถูก สามารถลดตนทุนในการติดตั้งได 1.5.3 เปนองคความรูในเรื่องของการส่ือสารผานสายไฟฟากําลังเพ่ือเปนแนวทางในการพัฒนา งานในอนาคตได 1.6 แผนการดําเนินโครงงาน ตารางที่ 1.1 แผนการดําเนินการและระยะเวลาดําเนินงาน

แผนงานแตละสัปดาห มิถุนายน กรกฎาคม สิงหาคม กันยายน

สัปดาหท่ี 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 วางแผน และศึกษาจากงานวิจัย เว็บไซต และหนังสือท่ีเกี่ยวของ

จัดเตรียมหาอุปกรณ และเครื่องมือท่ีจะใช

สรางชุดรับ – สงขอมูลผานสายไฟฟากําลัง

ทดลองและ วิเคราะหผล

ปรับปรุงและแกไขขอผิดพลาด

3

1.7 งบประมาณ อุปกรณบอรดไมโครคอนโทรลเลอร 2,000 บาท อุปกรณบอรด Power Line Interface 2,000 บาท วัสดุในการประกอบวงจร 3,000 บาท รวม 7,000 บาท

4

บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวของ

2.1 บทนํา เทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟา (Power Line Communication : PLC) เปนเทคโนโลยีการติดตอส่ือสาร ท่ีทําใหสามารถสงสัญญาณเสียง ขอมูล และมัลติมีเดีย โดยผานระบบนําจายกระแสไฟฟา หรือสายไฟฟาท่ีมีใชตามบานเรือนท่ัวไป ท้ังท่ีเปนระบบจายไฟฟาแรงต่ํา (LV Distribution cable) หรือระบบจายไฟฟาแรงปานกลาง (MV Distribution cable) โดยอาจมีการเรียกช่ือท่ีแตกตางกันไป ไมวาจะเปน Power Line Communications (PLC), Power Line Telecommunication (PLT), Broadband over Power line (BPL) หรือ Ethernet over Power line และอาจมีการใหคํานิยามและรายละเอียดของเทคโนโลยีท่ีแตกตางกันไปดวย แตในท่ีนี้ จะเรียก เทคโนโลยีในลักษณะนี้ท้ังหมดวา เทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟา เทคโนโลยี PLC เปนเทคโนโลยีท่ีใชสายไฟฟาในระบบจายไฟฟาท่ีมีอยูเดิม เพ่ือใหบริการ รับ สงขอมูลความเร็วต่ํา (Narrowband PLC) เชน การควบคุมอุปกรณไฟฟาภายในบาน การเฝาระวังรักษาความปลอดภัยภายในบาน และใชในการควบคุม ส่ังการของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟาเองเชน การควบคุมการทํางานของ Switch Gear (เพ่ือควบคุมอุปกรณปองกันระบบจายไฟฟา) การอานมาตรวัดไฟฟาอัตโนมัติ (Automatic Meter Reading - AMR) หรือการแจงอัตราคาไฟฟา (Tariff Broadcast) เปนตน โดยพัฒนามาจากในระยะเริ่มแรกท่ีหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟา (Power Utility Providers) ใชสายสงแรงสูงเพ่ือติดตอส่ือสาร และใชในการควบคุมสถานีจายไฟฟา (Substation) ระหวางกัน และในปจจุบันไดพัฒนาขีดความสามารถใหรับสงขอมูลความเร็วสูง (Broadband PLC) เชน อินเตอรความเร็วสูงสตรีมม่ิงวีดีโอ VoIP ผานระบบจายไฟฟาแรงต่ําไดดวย จึงสามารถใชเปนโครงขายสวนเขาถึงผูใชบริการ (Access Network) ทดแทนคูสายโทรศัพทได 2.2 ทฤษฎีการสงขอมูลผานสายกระแสสลับ [2] เนื่องจากสายไฟกระแสสลับถูกออกแบบมาเพ่ือใชในการสงกําลังไฟฟาอยางเดียวเทานั้น เม่ือเราตองการท่ีจะสงขอมูลเขาไปในสายไฟฟา เราจึงตองพบกับปญหาในการสงขอมูลท่ีเกิดขึ้น เชน สัญญาณรบกวนท่ีสูง (High Noise) การลดทอนสูง (High Attenuation) และการผิดเพ้ียนของสัญญาณ (Signal Distortion)

5

รูปท่ี 2.1 การลดทอนในสายสงขอมูล ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

สําหรับคาการลดทอนในสายไฟกระแสสลับนั้นจะขึ้นอยูกับสภาพแวดลอมของสายวามีอุปกรณอะไรตอเปนโหลดอยูบางซ่ึงระดับของคาการลดทอนในสายจะแบงไดดังนี้ - 0 - 20 db Low attenuation - 20 - 60 db Moderate attenuation - 60 - 80 db High attenuation ซ่ึงหากพิจารณาลักษณะของการลดทอนในสายกระแสสลับโดยใชวงจรคุณลักษณะของสายแลว จะได

รูปท่ี 2.2 วงจรเทียบเคียงของสายไฟกระแสสลับ

ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

จากรูปท่ี 2.2 จะเห็นวาวงจรคุณลักษณะของสายไฟกระแสสลับจะประกอบไปดวยคาของตัวตานทานตออนุกรมอยูกับสาย คาของตัวเหนี่ยวนําตออนุกรมอยูกับสายและคาของตัวเก็บประจุตอขนานอยูกับสาย ซ่ึงคาของแตละชนิดจะขึ้นอยูกับความยาวของสายดวย

6

ตารางท่ี 2.1 คาลักษณะของสายไฟกระแสสลับประเภทตางๆ Wire Type C / ft (pH) R / ft (uH) R / ft (ohm) Zo (ohm) V ft / nsec

12-2 BX metal clad 22.7 0.125 0.0132 74.2 0.594 12-2G Romex NM-B 10.4 0.214 0.0136 143 0.670 18-2 Lamp cord 13.2 0.203 0.0235 124 0.610 18-3 LEC powercord 30.8 0.195 0.0315 79.6 0.408

ท่ีมา : การพัฒนาการสงขอมูลผานสายไฟ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ เม่ือคา Characteristic Impedance และคาความเร็วของสัญญาณในสาย แสดงไดตามสมการท่ี (2.1) และ (2.2) ตามลําดับ

LZoC

(2.1)

1Vv c

(2.2)

จากตัวอยางของสายไฟกระแสสลับชนิด 12-2G Romex ยาว 20 เมตร (60 ft) ดังรูปท่ี 2.3

รูปท่ี 2.3 ตัวอยางวงจรลักษณะเฉพาะของสายไฟกระแสสลับแบบ 12-2G Romex

ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline. ซ่ึงจะเห็นวาเราตองทําการ Matching กับคาอิมพีแดนซของสายดังนั้นเราตองทําคาของ inZ ใหเหมาะสมเพ่ือลดผลของการสะทอนในสาย ซ่ึงคา inZ สามารถหาไดจากสมาการท่ี (2.3)

tantan

l Oin

O l

z z lZ

z z l

(2.3)

7

หากพิจารณาคาคุณลักษณะของสายไฟฟาไดแลวเม่ือตออุปกรณเขากับสายไฟกระแสสลับ ก็จะเกิดการลดทอนเนื่องจากสัญญาณรบกวนซ่ึงเขียนเปนวงจรสมมูลวงจรแบงแรงดันดังรูปท่ี 2.4

รูปท่ี 2.4 การลดทอนเนื่องจากการแบงแรงดันภายในสายกระแสสลับ

ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline. 2.2.1 สัญญาณรบกวนในระบบไฟฟา การสงสัญญาณผานสายไฟฟาไมสามารถกระทํากันไดงาย เนื่องจากมีปญหาหลักท่ีสําคัญ 2 ประการคือ สัญญาณรบกวนในเอซีไลนและการลดทอนของสัญญาณ สัญญาณรบกวนในเอซีไลนสวนใหญเกิดจากเครื่องใชไฟฟา เชน เครื่องหรี่ไฟ มอเตอรไฟฟาและเครื่องรับโทรทัศน เปนตน ซ่ึงลักษณะของสัญญาณรบกวน มีดังนี้ - 50 Hz Periodic Noise สัญญาณรบกวนชนิดนี้ เปนสัญญาณท่ีเกิดขึ้นขณะท่ีมีความถ่ีในเอซีไลนเทากับ 50 เฮิรตซ มักเกิดกับอุปกรณอิเล็กทรอนิกสของความถ่ี 50 เฮิรตซ - Single – Even Impulse Noise สัญญาณรบกวนชนิดนี้ เกิดจากการสปารคของแรงดันท่ีหนาสัมผัสสวิตซ ในขณะทําการเปด – ปดหรือเกิดจากการชารจประจุ และคายประจุของตัวเก็บประจุในระบบไฟฟา - Non Synchronous Periodic Noise สัญญาณรบกวนประเภทนี้ เปนสัญญาณท่ีเกิดขึ้นไมสัมพันธกับความถ่ี 50 เฮิรตซ เชน เครื่องรับโทรทัศนจะกําเนิดความถ่ีสแกนจบรูป 15,734 Hz หรือความถ่ีท่ีเกิดจากการทํางานของสวิตช่ิงเพาเวอรซัพพลาย (Switching Power Supply) ในเครื่องคอมพิวเตอร เปนตน - Noise แบบ a Smooth Spectrum สัญญาณรบกวนประเภทนี้เกิดจาก Universal Motor ของเครือ่งใชไฟฟา เชน เครื่องปนอาหารหรือเครื่องดูดฝุน

8

2.3 การประยุกตใชงานเทคโนโลยกีารส่ือสารผานสายไฟฟา [2] เทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟาสามารถนํามาประยุกตใชงานไดหลากหลายรูปแบบ ท้ังในสวนของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟา และประชาชนท่ัวไป ดังตัวอยางตอไปนี ้ 2.3.1 ใชในการควบคุมอุปกรณไฟฟาภายในบาน การควบคุมอุปกรณไฟฟาอิเล็กทรอนิกส หรืออุปกรณเทคโนโลยีสารสนเทศภายในบาน เชนเครื่องเสียงโทรทัศน ระบบไฟฟาแสงสวางภายในบาน การรักษาความปลอดภัยภายในบานโดยใชกลองวิดีโอ (Surveillance Video Camera) ตลอดจนระบบท่ีเรียกวา Home Automation สามารถใชเทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟาไดโดยไมตองเดินสายควบคุมใหม ในการทํางานของอุปกรณควบคุมนี้ จะสงสัญญาณคล่ืนพาห (Carrier Wave) ท่ีมีความถ่ีระหวาง 20 – 200 kHz เขาไปในสายไฟฟาผานเครื่องสง และจะผสมสัญญาณดิจิตอลไปดวย สวนท่ีเครื่องรับแตละเครื่องในระบบจะมีฟงกชันบอกตําแหนงซ่ึงสามารถควบคุมไดโดยสัญญาณท่ีสงมา และถูกถอดรหัสท่ีเครื่องรับ อุปกรณนี้ใชเสียบกับเตาเสียบไฟฟาท่ีบานไดเลย ซ่ึงปจจุบันมีการกําหนดมาตรฐานโดยบรรดาบริษัทผูผลิตอุปกรณอยางหลากหลาย ซ่ึงบางครั้งอาจทํางานรวมกันไมได 2.3.2 ใชเปนโครงขายภายในบาน เปนการนําเทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟามาประยุกตใชงานในลักษณะเชนเดียวกับโครงขายคอมพิวเตอรภายในบานอาคารชุด หรือในอาคารสํานักงานขนาดเล็ก เปนตน มาตรฐานของการใชสายไฟฟาเปนโครงขายภายในอาคารดังกลาวนี้ มีการพัฒนาโดยบรรดาผูผลิตอุปกรณท่ีรวมตัวกันเปนกลุมอยางหลากหลาย ซ่ึงโครงขายดังกลาวสามารถใชงานไดในระยะทางใกล มักไมเกิน 100 เมตร และเพียงแตเสียบอุปกรณ PLC modem ในเตาเสียบไฟฟาท่ีมีอยู โดยไมตองเดินสายเคเบ้ิลใหม 2.3.3 ใชงานในกิจการของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟา หนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟาไดใชเทคโนโลยีนี้ในธุรกิจหรือการปฏิบัติงานของหนวยงานเองมาเปนระยะเวลานานแลว ซ่ึงสวนใหญตองการความกวางแถบคล่ืนท่ีไมมากนัก โดยจะใช Coupling Capacitor ชนิดพิเศษตอกับเครื่องสงวิทยุความถ่ีต่ํา ท่ีตอกับสายไฟฟา ความถ่ีท่ีใชอยูระหวาง 30 – 300 kHz และเครื่องสงมีกําลังไมเกิน 100 วัตต เครื่องสงจะสงสัญญาณไปตามสายไฟฟาแรงสูง เสนเดียว สอง หรือท้ังสามเสน โดยท่ีสถานีจายไฟยอยตางๆ จะติดตั้งอุปกรณกรองเพ่ือปองกันกระแสของ Carrier Frequency ไมใหเขาไปสูอุปกรณในสถานีจายไฟยอยนั้นๆ และเพ่ือใหเกิดความม่ันใจในกรณีเกิดกระแสไฟฟาขัดของวาจะไมมีผลตอระบบ PLC วงจรนี้จะใชในการควบคุมการทํางานของ Switch Gear และปองกันสายสง ตัวอยางเชน สามารถใชชองสัญญาณ PLC เพ่ือส่ังการให Protection Relay ทํางานเม่ือเกิดเหตุขัดของในระบบ

9

จายไฟฟา แตจะใหระบบทํางานปกติเม่ือเกิดเหตุขัดของท่ีจุดอ่ืนในระบบ ปจจุบันหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟามักใชระบบไมโครเวฟ และสายเคเบ้ิลใยแกว เพ่ือการส่ือสารในองคกร และใชในการส่ังการ ควบคุมอุปกรณไฟฟา แตการนํา PLC มาใชในระบบส่ือสาร ก็ยังมีความจําเปน เพ่ือใชในการ Back Up ชองสัญญาณและเปนการติดตั้งท่ีลงทุนต่ํา นอกจากนี้ ยังมีการนํา PLC ท่ีมีอัตราการรับสงขอมูลความเร็วต่ํา มาใชในการอานหนวยของมาตรวัดไฟฟา ท่ีเรียกวา Automatic Meter Reading หรือ AMR อีกดวย 2.4 เทคโนโลยี Narrowband PLC [2] เทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะท่ีเปน Narrowband นั้น มีใชงานมาคอนขางนานแลว โดยเฉพาะในประเทศอุตสาหกรรมตาง ๆ ท้ังในยุโรป อเมริกา และญี่ปุน แตในประเทศไทยยังมีใชงานไมแพรหลายมากนัก ระบบส่ือสัญญาณท่ีใชเทคโนโลยี Narrowband PLC นั้น เริ่มตนมาจากการใชงานภายในหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟาท่ีมักใชเทคโนโลยีการสงสัญญาณในลักษณะดังกลาวสําหรับการอานหนวยของมาตรวัดไฟฟา (AMR) หรือระบบการสงขอมูลควบคุม (SCADA) โดยมีชวงความถ่ีท่ีใชงานแตกตางกันไป แตโดยท่ัวไปแลวจะอยูในยานท่ีต่ํากวา 1 MHz เทคโนโลยี Narrowband PLC อีกสวนหนึ่งนั้น ไดนํามาประยุกตใชงานในเชิงพาณิชย ซ่ึงมีอุปกรณอยูหลายหลายรูปแบบ แตสวนใหญจะนําไปใชงานในลักษณะของการควบคุมอุปกรณไฟฟาอิเล็กทรอนิกส หรืออุปกรณเทคโนโลยีสารสนเทศภายในบาน (Home Control) เชน ระบบไฟฟาแสงสวางภายในบาน การรักษาความปลอดภัยภายในบาน หรือเครื่องติดตอภายใน (Intercom) ซ่ึงสามารถใชเทคโนโลยี PLC ไดโดยไมตองเดินสายควบคุมใหม สามารถเสียบกับเตารับ ไฟฟาไดเลย การทํางานของอุปกรณนี้จะปอนสัญญาณคล่ืนพาห (Carrier Wave) ซ่ึงมีความถ่ีตามท่ีระบุเขาไปในสายไฟฟาผานเครื่องสง และจะทําการผสมสัญญาณดิจิตอลไปดวย สวนท่ีเครื่องรับแตละเครื่องในระบบ จะมีการระบุท่ีอยู (Address) ซ่ึงสามารถควบคุมไดโดยสัญญาณท่ีสงมา และเครื่องรับจะทําหนาท่ีแปลงสัญญาณท่ีไดรับมาเปนคํา ส่ังเ พ่ือควบคุมอุปกรณอีกครั้งห นึ่ง อุปกรณท่ีใชเทคโนโลยี Narrowband PLC ในแบบนี้ มีผลิตภัณฑจําหนายในตลาดอยูท่ัวไป มีการประยุกตใชงานท่ีหลากหลาย และมีรายละเอียดทางเทคนิคท่ีแตกตางกันออกไป โดยเฉพาะในสวนความถ่ีของการแพรกระจายคล่ืนแมเหล็กไฟฟา

10

ตารางท่ี 2.2 ยานความถ่ีท่ีใชในกลุมประเทศตาง

ผลิตภัณฑ ชวงความถ่ีท่ีใช กลุมประเทศ A < 2 MHz อเมริกาเหนือ B 3 kHz – 148.5 kHz ยุโรป C 10 kHz – 450 kHz ญี่ปุน D 3 kHz – 525 kHz ออสเตรเลีย

ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline. บางประเทศถือวาระบบส่ือสัญญาณท่ีใชเทคโนโลยี Narrowband PLC เปนอุปกรณไฟฟา หรืออุปกรณอิเล็กทรอนิกส อีกท้ังชวงความถ่ีของการแพรกระจายคล่ืนแมเหล็กไฟฟา อยูในชวงท่ีมีขายส่ือสารอ่ืนใชงานนอยโอกาสเกิดการรบกวนทางวิทยุจึงนอยตามไปดวย ดังนั้น จึงไมไดกํากับดูแลในทางโทรคมนาคมแตอยางใดหรือหากมีการกํากับดูแล ก็จะกํากับเฉพาะในสวนของมาตรฐานดานความเขากันไดทางแมเหล็กไฟฟา หรือ ดานการรบกวนทางวิทยุเทานั้น ดังรูปท่ี 2.5

รูปท่ี 2.5 ตัวอยางอุปกรณ Narrowband PLC ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

2.5 เทคโนโลยี Broadband PLC [2] 2.5.1 ลักษณะทางเทคนิคของระบบ BPL อุปกรณท่ีใชงานในลักษณะนี้ จะสงสัญญาณท่ีความถ่ีในชวง 1.6 – 30 MHz (อุปกรณบางยี่หออาจสูงถึง 80 MHz) และมีอัตราการรับ-สงขอมูลแบบอสมมาตร (Asymmetry) ตั้งแต 256 kbps จนถึง 2.7 Mbps โดยท่ีอุปกรณทวนสัญญาณ (Repeater) อาจมีความเร็วสูงถึง 40 Mbps และสามารถตอโมเด็มไดถึง 256 จุด สวนท่ีสถานีจายไฟแรงปานกลาง (MV substation) มีความเร็ว

11

ท่ีเช่ือมตอกับโครงขาย Internet อยูท่ี 135 Mbps ผูใหบริการอาจใชเทคโนโลยีนี้รวมกับโครงขายเคเบิลใยแกวแสง (Optical Fiber) หรือโครงขายไรสายอ่ืนๆเพ่ือใหสามารถเช่ือมตอเขากับโครงขายอินเทอรเน็ตได โดยท่ัวไปแลว จะแบงอุปกรณท่ีใชงานในระบบ BPL เปนสองสวน คือ อุปกรณสวนท่ีรับสงขอมูลผานสายไฟฟาแรงต่ําซ่ึงอยูภายในอาคารบานเรือน (In-building BPL) ท่ีอยูภายหลังมาตรวัดไฟฟาแลวและไมไดอยูในความรับผิดชอบของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟา และสวนท่ีรับสงขอมูลผานสายไฟฟาแรงปานกลางหรือแรงต่ําซ่ึงอยูภายนอกอาคารบานเรือน (Access BPL) ซ่ึงมักเปนสวนท่ีอยูในความรับผิดชอบของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟา อุปกรณท่ีใชในลักษณะ In-building BPL มักจะเปน BPL modem หรืออุปกรณในสวนของผูใชบริการ (Customer Premises Equipment: CPE) เทานั้น อุปกรณท่ีใชในลักษณะ Access BPL ประกอบดวย Injector, Repeater และ Extractor อุปกรณ Injector (Concentrator) เปนอุปกรณท่ีใชสําหรับการเช่ือมตอระหวางโครงขายเคเบิลใยแกวนําแสง เขากับสายไฟฟาแรงปานกลาง (Medium Voltage) เพ่ือสงสัญญาณในการใหบริการ BPL ซ่ึงสายไฟฟาแรงปานกลางนี้อาจจะแขวนอยูเหนือศีรษะหรือเปนทอลอดใตพ้ืนดิน สําหรับสายไฟฟาท่ีอยูเหนือศีรษะ โดยท่ัวไปจะอยูสูงกวาพ้ืนดินประมาณ 10 เมตร สายสงไฟฟาท่ีเปนวงจรจายไฟฟาแรงปานกลาง จากสถานียอย (Substation) จะเปนสายสงไฟฟาสามเฟส โดยมีลักษณะการจัดวางสายหลายลักษณะ เชน แนวนอน แนวตั้งหรือรูปสามเหล่ียม เปนตน โดยจายไฟตอไปยังลูกคาท้ังในแบบเฟสเดียวหรือหลายเฟสก็ได โดยท่ัวไปแลว สายตัวนํา Neutral ท่ีตอลงดินไว (Ground) ไวจะวางอยูใตสายตัวนํามีเฟส และเช่ือมระหวางหมอแปลงจายไฟฟา (Distribution Transformer) ท่ีทําหนาท่ีจายกระแสไฟฟาแรงต่ําไปยังผูใชไฟฟา ท้ังนี้ อาจปอนสัญญาณ BPL เขาสูสายไฟฟาแรงปานกลางไดหลายรูปแบบ เชน ปอนเขาสายไฟฟามีเฟสสองเสน หรือสายไฟฟามีเฟสสายหนึ่งกับสายดิน หรือปอนเขาสายไฟฟามีเฟส หรือสายดินเพียงอยางเดียวก็ได อุปกรณ Extractor เปนอุปกรณท่ีเช่ือมตอระหวางสายไฟฟาแรงปานกลางกับท่ีพักอาศัย เพ่ือใหบริการ BPL ซ่ึงปกติจะติดตั้งอยูกับหมอแปลงไฟฟาท่ีจายไฟฟาแรงต่ําเพ่ือสงสัญญาณไปยังบานโดยตรงผานสายไฟฟา Extractor บางตัวสามารถท่ีจะเพ่ิมระดับสัญญาณ BPL ใหเพียงพอสําหรับการสงตอไปใหสายไฟฟาแรงต่ําได และบางประเภทสามารถทําหนาท่ีเปนอุปกรณทวนสัญญาณ (Repeater) ไดอีกดวย นอกจากนี้ยังสามารถเช่ือมตอเขากับอุปกรณท่ีไมใชอุปกรณจําพวก BPL เชน Wi-Fi ™ เปนตน ซ่ึงเปนการขยายโครงขายไปยังผูใชบริการเนื่องจากสายไฟฟาแรงปาน

12

กลางท่ีมีระยะทางยาว ๆ ทําใหสัญญาณลดทอนหรือผิดเพ้ียน จึงจําเปนตองใช BPL repeater เพ่ือเพ่ิมระดับความแรงของสัญญาณใหเหมาะสมกับการใชงาน

รูปท่ี 2.6 การติดตั้งระบบ BPL กับระบบนําจายไฟฟา ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

ระบบ BPL ประเภทแรก ใชเทคนิคการผสมสัญญาณแบบ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) เพ่ือกระจายสัญญาณ BPL ใชแถบความถ่ีท่ีกวางโดยการใชคล่ืนพาหยอย ๆ เปนจํานวนมาก โดยมีอุปกรณ BPL injector ทําหนาท่ีแปลงขอมูลจาก Internet backbone ใหอยูในรูปแบบสัญญาณ BPL (OFDM) สงผานไปยังสายไฟฟาแรงปานกลาง และในทางกลับกัน ก็จะแปลงขอมูลจาก BPL ไปเปนขอมูลท่ีสงตอเขา Internet backbone ท้ังนี้ จะเช่ือมตอเขากับสายสงไฟฟาเพียงเฟสเดียว อุปกรณ Extractor จะทําหนาท่ีเช่ือมตอการสงขอมูลสองทางจากสายไฟฟาแรงดันต่ําไปยังบานผูใชบริการ โดยไมผานหมอแปลงจายไฟฟาแรงดันต่ํา เปนการเช่ือมตอระหวางโครงขายในสวน In-house BPL เขากับสวน Access BPL ดังนั้น ผูใชบริการจึงสามารถใชบริการ BPL ไดโดยมีอุปกรณปลายทาง หรือ BPL modem โครงขายในลักษณะนี้ อาจจําเปนตองมีอุปกรณ repeater ทําหนาท่ีขยายสัญญาณระหวาง Injector และ Extractor ใหมีระดับสัญญาณท่ีสูงขึ้น เพ่ือใหสามารถใหบริการไดระยะทางไกลขึ้น

13

รูปท่ี 2.7 แสดงระบบ BPL ประเภทท่ีหนึ่ง ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

จากท่ีแสดงไวในรูป 2.7 อุปกรณ Injector และอุปกรณ Extractor จะใชชวงความถ่ีเดียวกัน (F1) ในสายสงไฟฟาแรงปานกลาง ซ่ึงจะแตกตางจากชวงความถ่ี (F2) ท่ีใชสําหรับสายสงไฟฟาแรงต่ํา สําหรับอุปกรณใชภายในอาคาร (In-house BPL device) และใชหลักการ Carrier Sense Multiple Access (CSMA) รวมกับ Collision Avoidance (CA) ในการยืนยันชองใชงาน เพ่ือลดการรบกวนกันระหวางระบบ เนื่องจากระบบนี้ยอมรับการรบกวนท่ีเกิดจากการใชงานชองเดียวกันในระดับหนึ่ง และใชสายสงไฟฟาแรงปานกลางเพียงเฟสเดียวตอระบบ ดังนั้น อาจมีไดสองถึงสามระบบในสาย MV ของระบบนําจายเดียวกัน (ผูใหบริการหลายราย) ระบบ BPL ประเภทท่ี 2 คือระบบ BPL ท่ีใชวิธีการมอดูเลต OFDM แตตางจากระบบแรกในสวนของการสงขอมูลไปยังผูใชบริการ โดยระบบนี้จะใชอุปกรณ Extractor เพ่ือรับสัญญาณจากสายสงไฟฟาแรงปานกลางแลวแปลงเปนการสงขอมูลไรสายไปยังผูใชบริการ โดยใชอุปกรณ IEEE 802.11b Wi-Fi™ (ระบบ BPL ประเภทแรก ใชวิธีการสงสัญญาณไปยังผูใชบริการผานสายสงไฟฟาแรงต่ํา) ซ่ึงอุปกรณปลายทางอาจจะเปนคอมพิวเตอร หรืออุปกรณพกพาสวนตัวก็ได ซ่ึงเปนเทคโนโลยีหนึ่งท่ีใชแทนการเช่ือมตอกับอุปกรณท่ีเช่ือมตอผานสายสงไฟฟาแรงต่ํา

14

ระบบนี้ใชชวงความถ่ีท่ีแตกตางกันท้ังทางดานจากผูใช (Upstream) และไปยังผูใช (Downstream) สัญญาณรบกวนจากการใชชวงความถ่ีเดียวกันจะตองอยูในระดับท่ีต่ํา และตองมีอุปกรณ Repeater เพ่ือเพ่ิมระยะทางระหวาง Injector กับ Extractor และอุปกรณ BPL Repeater ตองใชชวงความถ่ีในการสงและรับท่ีแตกตางกัน และอุปกรณ BPL Repeater ท่ีอยูใกลเคียงกันจะตองใชชวงความถ่ีท่ีแตกตางกัน และตองแตกตางจาก Injector ดวย อีกท้ัง ในบางครั้ง อาจจะตองทํางานในลักษณะของ Extractor ไดดวย เพ่ือเช่ือมตอกับอุปกรณรับสงขอมูลไรสาย Wi-Fi™ ในระบบนี้ จะปอนสัญญาณเขาไปในสายสงไฟฟาแรงปานกลางเพียงเฟสเดียวเทานั้น

รูปท่ี 2.8 ระบบ BPL ประเภทท่ีสอง ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

ระบบ BPL ประเภทท่ีสาม ใชเทคนิค Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) สงสัญญาณผานสายสงไฟฟาแรงปานกลางไปยังผูใชบริการ โดยผูใชบริการในแตละจุดใหบริการ (BPL Cell) จะใชชวงความถ่ีเดียวกัน และใชเทคนิค Carrier Sense Multiple Access (CSMA) ในการเลือกใชชองความถ่ีเหมือนกับระบบ BPL ประเภทแรก ซ่ึงยอมรับการรบกวนชองใชงานเดยีวกันไดในระดับหนึ่ง เนื่องจากอุปกรณแตละตัวในระบบจะใชชวงความถ่ีเดียวกันในการรับสงขอมูล ท้ังนี้ ระบบนี้จะใชสายสงไฟฟาแรงปานกลาง 2 สาย (สายเฟสและสาย Neutral) ในการรับสงขอมูล

15

ในระบบนี้ จุดใหบริการแตละจุดจะประกอบดวย Injector ใชสําหรับการเช่ือมตอกับ Internetbackbone และใช Repeater (Extractor) ในการเพ่ิมระดับของของสัญญาณใหเพียงพอตอการกระจายขอมูลไปยังท่ีพักอาศัย ซ่ึงตอผาน BPL modem ท้ังนี้ อาจมีการเหล่ือมลํ้าหรือซอนทับกันของสัญญาณระหวางจุดใหบริการแตละจุดบาง แต Injector และ Repeater จะเลือกชองทางการสงสัญญาณท่ีดีท่ีสุดในการสงสัญญาณแตละครั้ง

รูปท่ี 2.9 ระบบ BPL ประเภทท่ีสาม

ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

16

2.6 มาตรฐานทางเทคนิคสําหรับการส่ือสารผานสายไฟฟา [6] สําหรับประเทศไทย คณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแหงชาติ (กทช.) ไดประกาศกําหนดมาตรฐานทางเทคนิคสําหรับการส่ือสารผานสายไฟฟา โดยมีรายละเอียดตามมาตรฐานเลขท่ี กทช. มท. 2002 – 2551 ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เลม 125 ตอนพิเศษ 165 ง ลงวันท่ี 13 ตุลาคม 2551 เพ่ือท่ีจะกําหนดมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ ใหเหมาะสมตอสภาพการณทางเทคโนโลยี เพ่ือใหเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณมีมาตรฐานทางเทคนิคท่ีชัดเจน สามารถนํามาใชงานไดโดยไมเกิดการรบกวนซ่ึงกันและกัน ไมเกิดผลกระทบอันไมพึงประสงคตอกิจการวิทยุคมนาคม โครงขายโทรคมนาคม หรือการใหบริการโทรคมนาคม รวมท้ังเพ่ือปกปองคุมครองผูบริโภค ท้ังนี้ขอบขายในประกาศดังกลาวไดระบุลักษณะทางเทคนิคขั้นต่ําของเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณท่ีใชเทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟา ซ่ึงใชงานโดยมีความมุงหมายในทางโทรคมนาคม แบงไดดังนี ้ การส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะการรับสงขอมูลความเร็วต่ํา (Narrowband PLC) หมายถึง ระบบหรือสวนหนึ่งของระบบส่ือสารผานสายไฟฟาท่ีสงคล่ืนแมเหล็กไฟฟาผานสายไฟฟาแรงดันต่ําไปยังอุปกรณซ่ึงรับสัญญาณโดยตรงจากสายไฟฟานั้น โดยคล่ืนแมเหล็กไฟฟาท่ีอนุญาตใหใชงานจะมีความถ่ีอยูในชวง 9 kHz – 525 kHz การส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะการรับสงขอมูลความเร็วสูง (สวนภายในอาคาร) หรือ Broadband PLC (In-building) หมายถึง ระบบหรือสวนหนึ่งของระบบส่ือสารผานสายไฟฟาท่ีสงคล่ืนแมเหล็กไฟฟาผานสายไฟฟาแรงดันต่ําไปยังอุปกรณซ่ึงรับสัญญาณโดยตรงจากสายไฟฟานั้น ท้ังนี้ สายไฟฟาแรงดันต่ําดังกลาวจะอยูในอาคารหรือท่ีพักอาศัย และไมไดอยูในความรับผิดชอบของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟา การส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะการรับสงขอมูลความเร็วสูง (สวนเขาถึงภายนอกอาคาร) หรือ Broadband PLC (Access) หมายถึง ระบบหรือสวนหนึ่งของระบบส่ือสารผานสายไฟฟาท่ีสงคล่ืนแมเหล็กไฟฟาผานสายไฟฟาแรงดันต่ํา หรือแรงดันปานกลางกอนถึงจุดตอเพ่ือเขาอาคารหรือท่ีพักอาศัย ไปยังอุปกรณซ่ึงรับสัญญาณโดยตรงจากสายไฟฟานั้น เพ่ือใหบริการรับสงขอมูลความเร็วสูง ท้ังนี้ สายไฟฟาแรงดันต่ําหรือแรงดันปานกลางดังกลาวอยูในความรับผิดชอบของหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟาสายไฟฟาแรงดันปานกลาง (Medium voltage : MV) หมายถึง สายไฟฟาท่ีรองรับการสงท่ีแรงดันไฟฟา 1,000 ถึง 40,000 โวลต จากสถานีจายไฟฟา (Substation)

17

สายไฟฟาแรงดันต่ํา (Low Voltage : LV) หมายถึง สายไฟฟาท่ีรองรับการสงท่ีแรงดันไฟฟาต่ํากวา 1,000 โวลต จากหมอแปลงนําจาย (Distribution Transformer) ไปยังอาคารหรือท่ีพักอาศัยของผูใชปลายทาง มาตรฐานทางเทคนิคนี้ ไมใชบังคับสําหรับเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณท่ีใชเทคโนโลยีการส่ือสารผานสายไฟฟา สําหรับการติดตอส่ือสาร การควบคุม โทรมาตร หรือการปฏิบัติงานภายในหรือระหวางหนวยงานใหบริการสาธารณูปโภคดานไฟฟาดวยกันเอง รูปแบบลักษณะโครงขาย และขอบขายของการส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะการรับสงขอมูลความเร็วสูง มีรายละเอียดดังแสดงไวในรปูขางลางนี ้

รูปท่ี 2.10 การส่ือสารผานสายไฟฟาในลักษณะการรับสงขอมูลความเร็วสูง ท่ีมา : ชลทิพย ยาวุธ, Broadband Powerline.

18

2.7 เทคนิคการทอดูเลชั่น/ดีมอดูเลชั่นแบบเอเอสเค [9] 2.7.1 การมอดูเลช่ันแบบเอเอสเค ในระบบส่ือสารแบบดิจิตอลนั้น สัญญาณขาวสารมักจะเปนสัญญาณดิจิตอล คือเปนเพียงสัญญาณท่ีมีระดับ “0” และ “1” เทานั้น เม่ือนําสัญญาณขาวสารนี้มามอดูเลตกับสัญญาณพาหซ่ึงเปนสัญญาณอนะลอกเราจะเรียกระบบมอดูเลตแบบนี้วา การมอดูเลตแบบดิจิตอล โดยถานําสัญญาณ ขาวสารดิจิตอลนั้นมามอดูเลตเชิงขนาด จะเรียกสัญญาณท่ีมอดูเลตวา Amplitude-Shift Keying หรือ ASK การใชงานระบบ Shift Keying มีการนิยมนําไปใชกับระบบโทรศัพทโมเด็ม การส่ือสารวิทยุในระบบไมโครเวฟ หรือดาวเทียม เปนตน จะเห็นวาเปนการนําไปใชในระบบส่ือสารท่ีทันสมัยแทบท้ังส้ิน การมอดูเลตแบบนี้ในบางครั้งจะเรียกวา การมอดูเลตแบบ On-Off Keying (OOK) เนื่องจากขนาดของสัญญาณขาวสารดิจิตอลมีเพียง 2 ระดับ ทําใหเม่ือนําไปมอดูเลตเชิงขนาดแลว สัญญาณ ASK ท่ีไดจึงมีเพียงชวงเกิดสัญญาณ (On) และชวงไมเกิดสัญญาณ (Off) ซ่ึงขึ้นอยูกับสัญญาณขาวสาร ดังในรูปท่ี 2.11

รูปท่ี 2.11 รูปสัญญาณท่ีมอดูเลตแบบ ASK

ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

การมอดูเลตแบบ ASK มีหลักในการสรางไดหลายรูปแบบ รูปแบบหนึ่งท่ีเปนไปไดแสดงในรูปท่ี 2.12 ซ่ึงประกอบดวยตัวคูณสัญญาณ (Multiplier) ท่ีทําหนาท่ีคูณสัญญาณขาวสารดิจิตอลเขากับสัญญาณพาห

19

รูปท่ี 2.12 ตัวอยางแผนภาพการมอดูเลตแบบ ASK ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

สามารถเขียนสัญญาณท่ีถูกมอดูเลตแลวเปนสมการทางคณิตศาสตรไดดังสมการท่ี (2.4)

cos ; '1'( )

0 ; '0 'm c in

ASKin

V t VV t

V

(2.4)

โดยท่ี mV คือ ระดับสูงสุดของสัญญาณ ASK inV คือ ระดับสัญญาณขอมูล

c คือ ความถ่ีเชิงมุมของสัญญาณคล่ืนพาห

คือ มุมเฟสเริ่มตนของสัญญาณคล่ืนพาห

ตอไปจะเปนการวิเคราะห หาสเปคตรัม หรือองคประกอบทางความถ่ี ของสัญญาณ ASK สมมุติวาสามารถกําหนดสมการของสัญญาณพาหเปนไปดังสมการท่ี (2.5)

cosc cV t (2.5)

สวนสัญญาณขาวสารท่ีเปนสัญญาณดิจิตอลนั้น โดยท่ัวไปแลวมี 2 กรณี คือ 1) สัญญาณดิจิตอลท่ีมีขั้วเดียว (Unipolar) กลาวคือท่ีลอจิก “1” แรงดันมีคา +V โวลตและลอจิก “0” แรงดันมีคา 0 โวลต 2) สัญญาณท่ีมี 2 ขั้ว (Bipolar) กลาวคือท่ีลอจิก “1” แรงดันมีคา +V โวลต และลอจิก “0” แรงดันมีคา -V โวลต ซ่ึงท้ังสองสัญญาณนี้ สามารถแสดงใหเห็นในรูปท่ี 2.13 โดยท่ี TB คือ

20

ชวงเวลาของบิตขอมูล 1 บิต (Bit time interval) และ T0 คือ คาบเวลามูลฐาน (Fundamental period) ของสัญญาณขาวสารดิจิตอล

รูปท่ี 2.13 ลักษณะของสัญญาณขาวสารดิจิตอล

ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf สําหรับสัญญาณดังรูปท่ี 2.13 นั้น สามารถเขียนเปนสมการในรูปแบบอนุกรม ไดดังนี ้

Unipolar: 1 0 0 01 2 1 1cos cos3 cos5 ....2 3 5

S t t t t

(2.6)

Bipolar: 1 0 0 01 2 1 1cos cos3 cos5 ....2 3 5

S t t t t

(2.7)

ดังนั้นสัญญาณ ASK ซ่ึงเกิดจากการคูณสัญญาณพาห (VC) เขากับสัญญาณขาวสารดิจิตอลซ่ึงในท่ีนี้กําหนดใหเปนสัญญาณขั้วเดียว 1( )S t จะเปนดังนี้

1

0 0 0

0 0 0

0 0

0 0

( )1 2 1 1cos (cos cos3 cos5 ....2 3 5

1 2 2 2cos cos cos cos cos3 cos cos5 ....2 3 51 1cos [cos( ) cos( )]21 [cos( 3 ) cos( 3 )]31

ASK c

c

c c c c

c c c

c c

V V S t

t t t t

t t t t t t t

t t t t t

t t t t

0 0[cos( 5 ) cos( 5 )] ....5 c ct t t t

(2.8)

21

จากสัญญาณดิจิตอล S1(t) ท่ีมีอัตรา 1/TB หรือ 2f0 โดยท่ี f0 คือ ความถ่ีมูลฐานของสัญญาณขาวสารดิจิตอล ซ่ึงสามารถแสดงรูปสัญญาณในแกนเวลาและสเปกตรัมในแกนความถ่ีไดดัง รูปท่ี 2.14 (ก) และ (ข) ตามลําดับ จะเห็นวามีองคประกอบความถ่ีมากมายเปนอนันต ไดแก DC (0 Hz), f0, 3f0, 5f0, ...

1S1(t)

0.50 1.5 20 ( )radians

Magnitude

( )f Hz

Magnitude

DC f0 3f0 5f0 (ก) ในแกนเวลา (ข) ในแกนความถ่ี

รูปท่ี 2.14 สัญญาณดิจิตอลแบบขั้วเดียว ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

และจากสมการท่ี (2.8) เปนสัญญาณพาหความถ่ี fc ซ่ึงในท่ีนี้สมมุติวาใช fc = 5f0 ซ่ึงสามารถแสดงรูปสัญญาณในแกนเวลาและสเปกตรัมในแกนความถ่ีไดดังรูปท่ี 2.15 (ก) และ (ข) ตามลําดับ จะเห็นวามีองคประกอบความถ่ีเพียง 1 องคประกอบเทานั้น ท่ี fc = 5f0

( )f Hz

Magnitude

Magnitude

0 ( )radian (ก) ในแกนเวลา (ข) ในแกนความถ่ี

รูปท่ี 2.15 ลักษณะของสัญญาณพาห ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

22

ตอไป เม่ือนําสัญญาณขาวสารดิจิตอลมามอดูเลต (หรือคูณในแกนเวลา) กับสัญญาณพาห จะสามารถแสดงไดดวยสมการท่ี (2.8) จากสมการจะเห็นวามีองคประกอบความถ่ีมากมายเปนอนันต ไดแก fc, fc - f0, fc + f0, fc - 3f0, fc + 3f0, fc - 5f0, fc + 5f0, ... และถาสมมุติวาสัญญาณทางเอาตพุตของวงจรมอดูเลตแบบ ASK นี้ ถูกจํากัดแบนดวิดธดวยตัวกรองแบบแถบผาน (Band-pass filter) โดยตัดเอาถึงแคความถ่ีฮารมอนิกสท่ี 3 ของความถ่ีมูลฐานของสัญญาณขาวสารดิจิตอล (หรือ 3f0) ก็จะสามารถแสดงรูปสัญญาณในแกนเวลาและสเปกตรัมในแกนความถ่ีไดดังรูปท่ี 2.16 (ก) และ (ข) ตามลําดับ

1c

sv

( )f Hz

BW=6f0Band Pass Filter

fc 0fc

f

0fc

f

03

fcf

03

fcf

(ก) ในแกนเวลา (ข) ในแกนความถ่ี

รูปท่ี 2.16 ลักษณะของสัญญาณ ASK ท่ีผานตัวกรองแบบแถบผาน ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

จากรูปท่ี 2.16 จะเห็นไดวา แบนดวิดธของสัญญาณท่ีถูกสงจะขึ้นอยูกับความตองการในการใชงานดวย กลาวคือในการสงสัญญาณขาวสารท่ีเปนดิจิตอลจะตองสงออกแบนดวิดธท่ีกวางพอสมควร เพ่ือใหดานรับสามารถสรางสัญญาณขาวสารท่ีเปนพัลสกลับคืนมาได จากรูปท่ี 2.16 เปนตัวอยางการใชสัญญาณ ASK ถึงฮารมอนิกสท่ี 3 สัญญาณ ASK ท่ีสงออกไปมีคาเปน

06 3 ( )ASKBW f Bit rate (2.9)

แตในบางกรณี ในดานรับจะใชวงจรหรือวิธีการท่ีจะชวยในการตัดสินไดวาสัญญาณขาวสารท่ีสงมาเปน “1” หรือ “0” ได ซ่ึงแสดงวารูปรางของสัญญาณพัลสท่ีสมบูรณไมมีความจําเปนในดานเครื่องรับ ดังนั้นฮารมอนิกสแรกอาจจะเปนการเพียงพอ ในกรณีเชนนี้ทําใหสามารถใชแบนดวิดธของสัญญาณ ASK ท่ีแคบลงได คือ

ASKBW Bit rate (2.10)

23

2.7.2 การดีมอดูเลช่ันแบบเอเอสเค สัญญาณ ASK สามารถดีมอดูเลตเพ่ือนําสัญญาณขาวสารกลับคืนมาไดโดยสามารถใชหลักการเชนเดียวกับการดีมอดูเลตสัญญาณ AM กลาวคือ สามารถใชวงจรตรวจจับกรอบสัญญาณ (Envelope detector) หรือ วงจรตรวจจับแบบโคเฮอรเรนต (Coherent detector) เปนตน แตจะมีการเพ่ิมวงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Comparator) เขาไปท่ีภาคเอาตพุตของการดีมอดูเลตสัญญาณ ASK ท้ังนี้ก็เพ่ือใหไดสัญญาณขาวสาร กลับคือมาเปนสัญญาณส่ีเหล่ียมท่ีสมบูรณนั่นเอง ดังแสดงใน รูปท่ี 2.17 และรูปท่ี 2.18

รูปท่ี 2.17 การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบใชวงจรตรวจจับกรอบสัญญาณ

ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

รูปท่ี 2.18 การดีมอดูเลตสัญญาณ ASK แบบโคเฮอรเรนต ท่ีมา : http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

24

2.8 การเขียนโปรแกรมติดตอและควบคุมพอรตอนุกรม การติดตอและการควบคุมผานพอรตอนุกรม หรือ Serial Port เพ่ือควบคุมพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอร โดยจะอธิบายในรูปแบบท่ีงายตอการทําความเขาใจในหลักการทํางานและสามารถประยุกตใชงานไดเอง 2.8.1 พ้ืนฐานการส่ือสารแบบอนุกรม ถึงแมวาการส่ือสารแบบอนุกรมในเครื่องคอมพิวเตอรนั้นจะมีความเร็วในการส่ือสารชากวาแบบขนาน ท้ังนี้ก็เพราะวาการเคล่ือนยายขอมูลแบบอนุกรมนั้นเปนการสงขอมูลครั้งละ 1 บิต แตพอรตขนานนั้น สามารถสงขอมูลไดครั้งละหลาย ๆ บิตพรอมกัน สงผลใหการส่ือสารขอมูลแบบอนุกรมมีความเร็วต่ํากวาแบบขนาน แตวาการสงขอมูลแบบอนุกรมนั้นมีขอท่ีเหนือกวาการสงขอมูลแบบขนานคือการท่ีสามารถสงขอมูลไดในระยะทางท่ีไกลกวาแบบขนาน อีกท้ังสายสัญญาณท่ีไดยังมีนอยกวาการสงขอมูลแบบขนานการส่ือสารแบบอนกุรมสามารถแบงออกเปน 3 รูปแบบดังนี ้ - Simplex สามารถสงขอมูลไดอยางเดียว เปนการส่ือสารแบบทางเดียว - Half-Duplex สามารถสงขอมูลไปยังปลายทาง และสามารถรับขอมูลจากปลายทางได แตไมสามารถทําการสงและรับขอมูลไดในเวลาเดียวกัน - Full-Duplex สามารถรับและสงขอมูลไดในเวลาเดียวกันนอกจากนี้แลวยังสามารถแบงประเภทของการส่ือสารแบบอนุกรมตามลักษณะสัญญาณในการสงไดอีก 2 คือ การส่ือสารแบบซิงโครนัส (Synchronous) เม่ือการส่ือสารแบบซิงโครนัสนี้ จะไดสัญญาณนาฬิกาควบคุมการรับสงสัญญาณแสดงดังรปูท่ี 2.19 เชน สายคียบอรดคอมพิวเตอร โดยจะมีสายสัญญาณเสนหนึ่งเปนสายสัญญาณนาฬิกา สวนอีกเสนหนึ่งเปนสายของขอมูล (และมักจะมีสายกราวดดวย)

รูปท่ี 2.19 ลักษณะสัญญาณของการส่ือสารแบบซิงโครนัส ท่ีมา : http://www.doe.eng.cmu.ac.th/~tharadol/teach/ee490/490_44/project4/rp_mid.doc

25

สําหรับการส่ือสารแบบซิงโครนัสนี้เหมาะสําหรับการทํางานในระยะใกล ขอมูลท่ีจะสงมีไมมากนัก เพราะถาระยะทางไกลขึ้นจะทําใหสัญญาณนาฬิกามีปญหา อีกท้ังตองมีสายหลายเสนทําใหส้ินเปลืองมาก การส่ือสารแบบอะซิงโครนัส (Asynchronous) สําหรับการส่ือสารแบบอะซิงโครนัสนั้น จะใชสายขอมูลพียงตัวเดียว แตจะใชรูปแบบการสงขอมูล หรือ Bit Pattern เปนตนกําหนดวาสวนไหนเปนสวนเริ่มตนขอมูล สวนไหนเปนตัวขอมูล สวนไหนจะเปนสวนตรวจสอบความถูกตองขอมูล และสวนไหนเปนสวนปดทายของขอมูล โดยตองกําหนดใหสัญญาณนาฬิกาเทากันท้ังภาคสง และภาครับ ซ่ึงจะมีอุปกรณพิเศษท่ีช่ือวา UART หรือ Universal Asynchronous Receiver /Transmitter คอยควบคุมการรับและสงขอมูลแสดงดังรูปท่ี 2.20

รูปท่ี 2.20 UART อุปกรณควบคุมการรับสงขอมูลแบบอะซิงโครนัส ท่ีมา: http://www.doe.eng.cmu.ac.th/~tharadol/teach/ee490/490_44/project4/rp_mid.doc

2.8.2 มาตรฐานRS-232C มาตรฐานท่ีไดรับการออกแบบขึ้นมาเพ่ือท่ีจะทําใหอุปกรณตอพวงจากผูผลิตตางกันสามารถทํางานรวมกันได มาตรฐานหลายชนิดไดรับการออกแบบขึ้นมา แตมาตรฐานท่ีไดรับความนิยมและใชกันกวางขวางมากท่ีสุดคือ มาตรฐาน RS-232C ซ่ึงถูกประกาศใชในป 1969 โดยสมาคมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส (Electronic Industries Association : EIA) ในยุคแรก ๆ การอินเตอรเฟสแบบ RS-232C ถูกออกแบบสําหรับเช่ือมตอเทอรมินอล (DTE : Data Terminal Equipment) กับโมเด็ม (DCE : Data Communication Equipment) ท้ังนี้ก็เพ่ือปองกันไมใหเกิดการสงขอมูลบนสายเสนเดียวกัน มาตรฐาน RS-232C ไดแบงอุปกรณออกเปน 2 ประเภท ซ่ึงอุปกรณท้ังสองประเภทนี้ก็คือ 1) อุปกรณ DTE (Data Terminal Equipment) เปนอุปกรณสําหรับสงขอมูล 2) อุปกรณ DCE (Data Communication Equipment) เปนอุปกรณสําหรับรับขอมูล

26

รูปท่ี 2.21 ลักษณะการใชงานของ RS-232 ท่ีมา : http://www.doe.eng.cmu.ac.th/~tharadol/teach/ee490/490_44/project4/rp_mid.doc

ตามมาตรฐาน RS-232 แลวคอนเน็กเตอรของ DTE จะเปนตัวผู สวนคอนเน็กเตอรของ DEC จะเปนตัวเมีย ซ่ึงคอนเน็กเตอรท่ีนิยมใชกันอยูจะเปนชนิด D-Type แบบ 9 ขา และแบบ 25 ขา โดยจะติดตั้งอยูหลังเครื่องคอมพิวเตอร ระดับแรงดันจะมีคาระหวาง -3 V ถึง -15 V

รูปท่ี 2.22 คอนเน็กเตอรแบบ DB9 ท่ีใชเช่ือมตอพอรต RS-232 ท่ีมา: http://www.doe.eng.cmu.ac.th/~tharadol/teach/ee490/490_44/project4/rp_mid.doc

สําหรับลอจิกสูง และลอจิกต่ํา จะมีระดังแรงดันระหวาง +3 V ถึง +15 V สามารถรับสงขอมูลไดท่ีความยาวของสายสัญญาณสูงสุด 50 ฟุต หรือ 150 เมตร แตถาตองการส่ือสารกับอุปกรณอ่ืนท่ีอยูหางกันมาก ๆ จําเปนตองใชอุปกรณอ่ืน ๆ เขาชวย เชน การใชโมเด็ม เปนตน 2.8.3 ลักษณะของคอนเน็กเตอรแบบ D-Type หัวตอแบบ D-Type ท่ีใชในการส่ือสารแบบอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอรนั้น จะมีอยู 2 ลักษณะ คือแบบ 9 ขา และแบบ 25 ขา บางครั้งจะเรียกวา DB9 และ DB25 ซ่ึงหัวตอท้ังสองชนิดจะมีลักษณะการทํางานสัญญาณเหมือนกันแตการจัดเรียงไมเหมือนกันแสดงดังรูปท่ี 2.23

27

รูปท่ี 2.23 คอนเน็กเตอรท่ีใชเช่ือมตอพอรต RS-232 ท่ีมา : http://www.thaigaming.com/articles/55104.htm

ตารางท่ี 2.3 แผนผังคอนเน็กเตอรของ RS-232

D-Type 25 Pin D-Type 9 Pin สัญลักษณ ช่ือสัญญาณ Pin 2 Pin 3 TD Transmit Data Pin 3 Pin 2 RD Receive Data Pin 4 Pin 7 RTS Request To Send Pin 5 Pin 8 CTS Clear To Send Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready Pin 7 Pin 5 SG Signal Ground Pin 8 Pin 1 CD Carrier Detect Pin 20 Pin 4 DTR Data Terminal

Ready Pin 20 Pin 9 RI Ring indicator

ท่ีมา : http://www.thaigaming.com/articles/55104.htm รายละเอียดของสายสัญญาณ ประกอบไปดวย Transmit Data : TD ใชสําหรับสงขอมูลอนุกรมออกจากคอมพิวเตอร Receive Data : RD ใชสําหรับสงขอมูลอนุกรมเขามายังคอมพิวเตอร Request To Send : RTS ใชสําหรับสงขอมูลไปยังอุปกรณปลายทาง เพ่ือรองขอใหอุปกรณปลายทางสงขอมูลกลับมา

DB-25S DB-9S MALE FEMALE

28

Clear To Send : CTS ใชสําหรับตรวจสอบวาอุปกรณท่ีเช่ือมตอดวยพรอมท่ีจะรับขอมูลหรือไม โดยจะคอยรับสัญญาณ RTS เม่ือทุกอยางพรอมก็จะทําการสงขอมูลออกทางขา TD Data Set Ready : DSR ใชสําหรับตรวจสอบการเช่ือมตอกันระหวางคอมพิวเตอรกับอุปกรณปลายทาง จะใชคูกับขา DTS Signal Ground : SG เปนกราวดของระบบ Carrier Detect : CD ขานี้จะ Active เม่ือมีการสงสัญญาณ Carrier จากโมเด็ม Data Terminal Ready : DTR ใชสําหรับบอกใหอุปกรณปลายทางรับรูวาตองการติดตอดวยขา DTR นี้ตองเช่ือมตอกับขา DSR ของอุปกรณปลายทาง Ring Indicator : RI ขานี้จะ Active เม่ือโมเด็มไดรับสัญญาณเรียกเขาจากสายโทรศัพท 2.8.4 องคประกอบของของขอมูลในการรับสงขอมูลแบบอนุกรม การส่ือสารแบบอนุกรมท่ีนิยมใชกับเครื่องคอมพิวเตอรนั้น เปนการส่ือสารขอมูลแบบอะซิงโครนัสนั้นคือ ตองใชสายสัญญาณเสนเดียวทําหนาท่ีท้ังสงสวนท่ีเปนขอมูล และสงสวนท่ีใชควบคุมการสงขอมูลดังนั้นขอมูลท่ีอานไดแตละบิตจากการสงแบบอนุกรม จึงตองถูกแยกแยะวาใชสําหรับวัตถุประสงคใดโดยสามารถแบงไดเปน 4 สวนคือ ตารางท่ี 2.4 รูปแบบการส่ือสารผานพอรตอนุกรม

สัญญาณ ขนาด บิตเริ่มตน (Start Bit) 1 บิต บิตขอมูล (Data Character) 7 บิตหรือ 8 บิต บิตตรวจสอบ (Parity Bit) 1 บิต บิตหยุด (Stop Bit) 1 บิต

ท่ีมา : http://www.thaigaming.com/articles/55104.htm แตละตัวอักษรท่ีถูกสงออกไปเปนกลุมจะประกอบไปดวยบิตเริ่มตน บิตขอมูล บิตพาริตี้ (จะมีหรือไมมีก็ได) และบิตจบ โดยพอจะสรุปหนาท่ีของแตละสวนไดดังนี ้ Start Bit หรือบิตเริ่มตน จะใสท่ีจุดเริ่มตนเสมอ เพ่ือเตือนอุปกรณฝายรับวาขอมูลกําลังจะมาถึง

29

Data Character หรือบิตขอมูล การสงบิตขอมูลจะสงเปนกลุม ๆ โดยทั่วไปแลวจะสงเปน 7 หรือ 8 บิต ซ่ึงเพียงพอสําหรับการสง ASCII Words Parity Bit หรือบิตพาริตี ้ใชในการตรวจสอบความถูกตองของขอมูลท่ีสงจะใสบิต พาริตี้เขาไป แตท้ังตัวรับและตัวสงจะตองรูกันวาใชพาริตี้แบบไหนในการสงขอมูลซึ่งหลักการในการกําหนดบิตพาริตี้มีหลายแบบดังนี ้ พาริตี้คู (Even parity) คาของบิตพาริตี้นี้เม่ือรวมกับทุก ๆ บิตของขอมูลแลวจะตองมีจํานวนบิตท่ีเปนเลข 1 เปนเลขคู ตัวอยางเชน ขอมูล 1000101 มีเลข 1 ท้ังหมด 3 ตัว ดังนั้นบิตพาริตี้จะเปน 0 พาริตี้คี่ (Odd Parity) คาของบิตพาริตี้นี้เม่ือรวมกับทุก ๆ บิตของขอมูลแลว จะตองมีจํานวนบิตท่ีเปนเลข 1 เปนเลขคี่ ตัวอยางเชน ขอมูล 1000101 มีเลข 1 ท้ังหมด 3 ตัว ดังนั้นบิตพาริตี้จะเปน 1 ไมมีพาริตี้ (None) ถาตั้งบิตพาริตี้เปน None ท้ังภาครับและภาคสงจะไมมีการตรวจสอบบิตพาริตี ้ Stop Bit หรือบิตจบ เปนบิตท่ีสงมาปดทายขอมูล

2.8.5 อัตราเร็วในการรับสงขอมูลแบบอนุกรม การท่ีอุปกรณ 2 อยาง จะติดตอส่ือสารกันไดนั้น จะตองทํางานดวยอัตราเร็วเทากัน ซ่ึงอัตราเร็วในการส่ือสารแบบอะซิงโครนัสคือ คาบอรดเรต (Baud Rate) มีหนวยเปนบิตตอวินาที ซ่ึงคาอัตราเร็วในการส่ือสารแบบอนุกรมสําหรับมาตรฐาน RC-232 นั้นมีใชดังนี้ 1100 bps, 1500 bps, 3000 bps, 6000 bps, 9600 bps และ12000 bps เปนตน

30

2.9 ไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) [5] เปนอุปกรณไอซี (IC: Integrated Circuit) ท่ีสามารถโปรแกรมการทํางานไดซับซอน สามารถรับขอมูลในรูปสัญญาณดิจิตอลเขาไปทําการประมวลผลแลวสงผลลัพธขอมูลดิจิตอลออกมาเพ่ือนําไปใชงานตามท่ีตองการได ไมโครคอนโทรลเลอรภายในชิพจะมีหนวยความจําและ Port อยูในชิพเพียงตัวเดียวซ่ึงอาจจะเรียกไดวาเปนคอมพิวเตอรชิพเดี่ยว ไมโครคอนโทรลเลอรเปนไมโครโพรเซสเซอรชนิดหนึ่ง เชนเดียวกับหนวยประมวลผลกลาง (CPU: Central Processing Unit) ท่ีใชในคอมพิวเตอร แตไดรับการพัฒนาแยกออกมาภายหลังเพ่ือนําไปใชในวงจรทางดานงานควบคุม คือ แทนท่ีในการใชงานจะตองตอวงจรภายนอกตาง ๆ เพ่ิมเติมเชนเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร ก็จะทําการรวมวงจรท่ีจําเปน เชน หนวยความจํา สวนอินพุท/เอาทพุท บางสวนเขาไปในตัว ไอซีเดียวกัน และเพ่ิมวงจรบางอยางเขาไปดวยเพ่ือใหมีความสามารถเหมาะสมกับการใชในงานควบคุม เชน วงจรตั้งเวลา วงจรการส่ือสารอนุกรม วงจรแปลงสัญญาณอนาล็อกเปนดิจิตอล ไมโครคอนโทรลเลอรสามารถนําไปประยุกตใชงานอยางกวางขวาง โดยมักจะเปนการนําไปใชฝงในระบบของอุปกรณอ่ืน ๆ (Embedded Systems) เพ่ือใชควบคุมการทํางานบางอยาง เชน ใชในรถยนต เตาอบไมโครเวฟ เครื่องปรับอากาศ เครื่องซักผาอัตโนมัติ เปนตน เพราะวาไมโครคอนโทรลเลอรมีขอดีเหมาะสมตอการใชในงานควบคุมหลายประการ เชน - ชิพไอซีและระบบท่ีไดมีขนาดเล็ก - ระบบท่ีไดมีราคาถูกกวาการใชชิพไมโครโพรเซสเซอร - วงจรท่ีไดจะมีความซับซอนนอย ลดขอผิดพลาดท่ีอาจจะเกิดขึ้นไดในการตอวงจร - มีคุณสมบัติเพ่ิมเติมสําหรับงานควบคุมโดยเฉพาะซ่ึงใชงานไดงาย - ชวยลดระยะเวลาในการพัฒนาระบบได ไมโครคอนโทรลเลอรมีหลายยี่หอ หลายตระกูล และหลายเบอรดวยกัน ซ่ึงแตละเบอรก็จะมีโครงสรางภายในและความสามารถในการทํางานท่ีแตกตางกันทําใหเลือกใชกับงานไดอยางเหมาะสม ไมโครคอนโทรลเลอร (MCU) ท่ีนิยมใชงานมีหลากหลายตระกูล เชน PIC, MCS-51, ARM7 เปนตน ซ่ึงแตละตระกูลนี้มีขอดีขอเสียและเปนท่ีนิยมใชงานแตกตางกันไป PIC ก็เปนอีกตระกูลหนึ่งท่ีเปนตัวเลือกของคนใชไมโครคอนโทรลเลอรและเปนตัวเลือกอันดับตนๆ เลยทีเดียว PIC มีช่ือเต็มวา Peripheral Interface Controller ออกแบบและพัฒนาโดยบริษัทMicrochipท่ีตองการออกแบบใหระบบประมวลผลและอุปกรณเช่ือมตอท่ีจําเปนรวมอยูในชิพตัวเดียว ท้ังหนวยประมวลผลกลาง หนวยความจํา A/D Converter, Timer ทําใหการใชงานสะดวก ไมตองการ

31

อุปกรณตอรวมมากนัก ปจจุบันมีไมโครคอนโทรลเลอรตระกูลนี้ใหเราเลือกใชงานมากมายหลายแบบ ตั้งแตตัวเล็ก ขนาด 6 ขา ไปจนถึง 80 ขา และแบงออกเปนหลายกลุม แตโดยรวมแลว PIC จะมีพ้ืนฐานการพัฒนาคลายกัน โปรแกรมท่ีเขียนขึ้นมาเพ่ือใชงานเพ่ือ PIC เบอรหนึ่งสามารถประยุกตใชงานกับเบอรอ่ืนๆ ไดไมยากนัก หรือบางครั้งแทบไมตองปรับเปล่ียนเลย PIC ทุกตัวจะมีคุณสมบัติพ้ืนฐานท่ีเหมือนกันคือ - โครงสรางคําส่ังแบบ RISC คือ Data bus ขนาด 8 bit มีขนาด Instuction word มากกวา 8 bit เชน 12,14 และ 16 bit

- มีพอรตอินพุต/เอาตพุตแบบดิจิตอล - On-chip timer 8-bit prescaler. - รีเชตทุกครั้งท่ีเปดใชงาน (Power-on reset)

- มี Watchdog timer - มีโหมดประหยัดพลังงาน SLEEP mode - รับและจายกระแสไดสูงประมาณ 25 mA - มีการเขาถึง Address ในหนวยความจําท้ังแบบทางตรงและทางออม - รองรับการเช่ือมตอสัญญาณนาฬิกาจากภายนอก - หนวยความจําขอมูลแบบ RAM - หนวยความจําโปรแกรมแบบ EPROM หรือ EEPROM (Flash) - ขาอินพุตแบบอนาล็อก - ตัวเปรียบเทียบแบบสัญญาณอนาล็อก (Analogue comparators) - วงจรตั้งเวลามากกวา 1 ตัว - หนวยความจําขอมูลแบบ EEPROM - การอินเตอรรัพตภายในและภายนอก - วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกาภายในตัว - โมดูลเอาตพุตแบบ PWM - การเช่ือมตอแบบอนาล็อก USART - การเช่ือมตอแบบ CAN - การเช่ือมตอ LCD โดยตรง - การเช่ือม USB

ไมโครคอนโทรลเลอร เปน อุปกรณ ท่ี มีความแตกต างจากไมโครโปรเซสเซอรคือ ไมโครคอนโทรลเลอรเปนอุปกรณท่ีรวมเอาท้ังไมโครโปรเซสเซอร หนวยความจํา และพอรต

32

อินพุต/เอาตพุตเขาดวยกัน เชนเดียวกับไมโครคอนโทรลเลอรตระกูล PIC ท่ีมีท้ังหนวยความจําโปรแกรม หนวยความจําขอมูล หนวยประมวลผลคําส่ังทางคณิตศาสตร (ALU) ยิ่งไปกวานั้น ไมโครคอนโทรลเลอรตระกูล PIC ยังมีการนําเอาอุปกรณตอพวง (Peripheral Devices) ดังท่ีไดกลาวเอาไวแลวในขั้นตน เขามาอยูในตัวชิพเดียวกัน ทําใหมีความสะดวกเปนอยางยิ่งตอการใชงานของผูออกแบบ โดยโครงสรางของไมโครคอนโทรลเลอรแสดงใหเห็นดังรูปท่ี 2.24

รูปท่ี 2.24 โครงสรางหลักของ PIC ท่ีมา : ทีมงานสมารทเลิรนนิ่ง, การประยุกตใชงาน PIC ขั้นสูงดวยภาษา C

หนวยประมวลผลกลาง หรือ CPU เปนตัวกระทําเสมือนสมองของ MCU ทําหนาท่ีประมวลคําส่ังและการกระทําทางคณิตศาสตร หนวยความจําโปรแกรม เปนท่ีเก็บโปรแกรมท่ีสรางขึ้นโดยผูออกแบบ จากหลายๆ ภาษาคอมพิวเตอรเชน ภาษาซี ภาษาเบสิค เปนตน ในอดีตหนวยความจําโปรแกรมจะเปนแบบ EPROM ท่ีสามารถลบโปรแกรมโดยใชแสง UV แตปจจุบันใชหนวยความจําแบบ Flash สามารถลบไดงายและเขียนซํ้าลงไปใหมโดยใชตัวโหลดโปรแกรม อีกท้ังยังสามารถโหลดโปรแกรมลงไปไดโดยไมตองถอด PIC ออกมาจากวงจร (ISP) ไดอีกดวย ขนาดของความจําของโปรแกรมมีตั้งแต 0.5 ไปจนถึงกวา 32k ความกวางขนาด 12, 14 หรือ 16 bit ขึ้นอยูกับตระกูล PIC เชน PIC ตระกูล 14-bit instruction word ก็จะมีหนวยความจําโปรแกรมขนาด 14 bit เปนตน เม่ือเริ่มจายไฟให PIC จะมาเริ่มทํางานท่ีตําแหนงแรกของหนวยความจําโปรแกรม คือ ตําแหนง 0000 ซ่ึงเปนตําแหนงของ Reset Vector ทําให PIC มีการรีเซ็ตทุกครั้งท่ีเริ่มจายไฟนั้นเอง

33

หนวยความจําขอมูล เปนท่ีเก็บขอมูลในตัวแปร หนวยความจําเปนรูปแบบ RAM ซ่ึงตองจายไฟใหมันจึงจะเก็บขอมูลได (Volatile) ดังนั้น จึงไมตองสงสัยเลยวา ทําไมเม่ือไฟดับขอมูลใน RAM จึงหายไปหนวยความจํานี้แบงออกเปนหลาย Bank บาง Bank เปนท่ีเก็บขอมูลของรีจิสเตอรตางๆ และเราสามารถเขาถึงไดเพียงบาง Bank เทานั้น พอรตอินพุตเอาตพุต เปนชองทางสําหรับติดตอกับอุปกรณภายนอก PIC แตละตัวอาจมีหลายพอรตโดยปกติแตละพอรตมีขนาด 8 bit สามารถกําหนดให เปนอินพุต หรือ เปนเอาตพุตรวมท้ังขาอ่ืน ๆ ในพอรตเดียวกันแยกกันได ฟงกชันการทํางานอ่ืน ๆ เชน Timer, Interrupt เปนตน เปนฟงกชันพิเศษท่ีเสริมการทํางานของ PIC แตละเบอรจะมีไมเหมือนกัน เชน PIC16F84 มี Timer ตัวเดียว สวน PIC16F627 มี Timer 3 ตัว เปนตน - Timer โดยพ้ืนฐานแลวก็คือตัว Counter ท่ีรับสัญญาณจากภายนอกหรือ จากภายใน PIC เองก็ไดนับจํานวนพัลสตามความกวางพัลสท่ีปอน เชน ใชสัญญาณนาฬิกาท่ีมีความกวางพัลส 5 ms ส่ังให Counter นับ 10 รอบของพัลส ก็จะได Timer 5 ms x 10 = 50 ms มาใชงานแลวสําหรับ PIC มี Timer 2 ขนาด 8 bit กับ 16 bit และอยางนอยจะมี Timer 1 ตัว บางเบอร เชน 16F627A มี Timer 3 ตัว เปนตน - Watchdog timer หรือ WDT ไมโครคอนโทรลเลอรสวนใหญจะมี WDT อยางนอย 1 ตัว คอยทํางานท่ีตรวจเช็คการทํางานของโปรแกรมวา มีปญหาหรือไม WDT เปน Timer ท่ีจะนับไปเรื่อย ๆ ขณะท่ีโปรแกรมทํางานอยู เราตองใชคําส่ังรีเซ็ต WDT อยูเรื่อย ๆ เพ่ือแจงวาโปรแกรมยังทํางานเปนปกติอยู ถาโปรแกรมมีปญหา เชน ทํางานคางอยูในลูปหนึ่งจนออกมาไมได WDT จะนับไปเรื่อย ๆ จนถึงจุดหนึ่งจะส่ังรีเซ็ตโปรแกรมใหเริ่มทํางานใหม - A/D เปนฟงกชันพิเศษท่ีใชแปลงคาสัญญาณอนาล็อก เชน แรงดันไฟฟาจากขาอินพุตใหเปนสัญญาณดิจิตอล เพ่ือนําเขาไปประมวลผลภายใน PIC ได A/D จะมีขนาด 8 bit ท่ีแยกแยะความแตกตางของสัญญาณอนาล็อกทางอินพุตได 256 ระดับ และแบบ 10 bit ท่ีสามารถแยกแยะความแตกตางของสัญญาณทางดานอินพุตไดสูงถึง 1024 ระดับ PIC ท่ีมีฟงกชัน A/D มาพรอมใชงาน เชน PIC16F877A - Interrupt เปนฟงกชันเสริมของ PIC ท่ีจะคอยรับสัญญาณการอินเตอรรัพต หรือการขัดจังหวะการทํางานจากภายในหรือภายนอกคลาย ๆ กับมีงานดวนหรือปญหาเรงรีบท่ีตองไปทํากอน เสร็จแลวจึงกลับมาทํางานท่ีคางไวตอไป สําหรับ PIC ปกติจะทํางานตามบรรทัดคําส่ังเรียงไปเรื่อย ๆ เม่ือไดรับสัญญาณอินเตอรรัพตจะพักงานท่ีทําอยูไวช่ัวขณะ แลวกระโดดไปทํางานใน

34

โปรแกรมยอยท่ีเรียกวา Interrupt Service Routine หรือ ISR เสร็จแลวจึงกลับมาทํางานในโปรแกรมหลักท่ีคางไวตอไป - EEPROM เปนหนวยความจําพิเศษของ PIC บางตัว เพ่ือใชขอมูลในตัวแปรตาง ๆ ท่ีสําคัญ เม่ือหยุดจายไฟให PIC แลวหนวยความจําแบบนี้ยังสามารถเก็บขอมูลไวได (Non-Volatile) โดยปกติขอมูลในตัวแปรตาง ๆ จะเก็บไวใน RAM ซ่ึงไมสามารถรักษาขอมูลไวไดเม่ือปลดแหลงจายไฟออกจึงเพ่ิม EEPROM เขามา แตขนาดของ EEPROM จะไมใหญมาก เชน PIC16F627A มี EEPROM ขนาด 128 byte หรือ PIC16F877A มี EEPROM ขนาด 256 byte การส่ังเก็บขอมูลใด ๆ ไวใน EEPROM ภาษา EEPROM, WRITE, READ เปนตน การใชงานไมโครคอนโทรลเลอรตระกูล PIC ถึงแมวา PIC จะมีหลายเบอร หลายตระกลูมาก แตวงจรพ้ืนฐานท่ีตองตอให PIC จะเหมือนกัน คือตองประกอบดวย วงจรจายไฟ วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา (Oscillator) และวงจรรีเซ็ต PIC สามารถแบงออกเปน 3 ตระกูลใหญ ๆ ไดแก 12-bit instruction word เชน เบอร 16C5X 14-bit instruction word เชน เบอร 16F87X 16-bit instruction word เชน เบอร 17C7XX ตระกูล 12-bit เปน PIC ตระกูลแรกท่ีไดรับการพัฒนาขึ้นมาใชงาน ตอมาจนมีการพัฒนาเปนแบบ 14-bit และมีการเพ่ิมฟงกช่ันการทํางานพิเศษเพ่ิมเขาไป เชน การอินเตอรรัพตใหตระกูล 14-bit อีกท้ังยังคงมีการใช Footprint แบบเดียวกับ 12-bit จึงทําใหนํา 14-bit ไปใชงานแทน 12-bit โดยไมตองเปล่ียนแปลงวงจรเลย สวนแบบ 16-bit เปน PIC ท่ีมีความสามารถสูง ทํางานไดเร็วมากการใชงานหลากหลายกวา แตก็มีพ้ืนฐานเดียวกัน ปจจุบัน แบบ 14-bit เปนตระกูลท่ีมีการใชงานสูงสุดและเหมาะกับการเริ่มตนเรียนรูกวา ตระกูล 14-bit เปนตระกูลใหญท่ีมีอุปกรณเลือกใชงานมากท่ีสุด PIC สวนใหญในตระกูลนี้สามารถทํางานไดท่ีความถ่ีสูงสุด 20 MHz มีการรับสัญญาณอินเตอรรัพตไดท้ังจากภายนอกและภายในดวย ตัวอยางเบอรท่ีนิยมใชงานไดแก

35

ตารางท่ี 2.5 ไมโครคอนโทรลเลอรPIC ตระกูล 14-bit instruction words ท่ีนิยมใชงาน

เบอร หนวยความจําโปรแกรม Data RAM ความเร็วสูงสุด

(MHz) จํานวนขา A/D Converter

16C554 512 x 14 80 20 13 - 16C64 2084 x 14 128 20 33 - 16F84 1024 x 14 36 10 13 -

16F627A 1024 x 14 224 20 16 - 16F628 2048 x 14 224 20 16 - 16F676 1024 x 14 64 20 12 5 16F73 4096 x 14 192 20 22 5 16F876 8192 x 14 368 20 22 5

16F877A 8192 x 14 368 20 33 8 ท่ีมา : ทีมงานสมารทเลิรนนิ่ง, การประยุกตใชงาน PIC ขั้นสูงดวยภาษา C PIC16C554 เปนตระกูล 14-bit ท่ีพัฒนาแทน PIC16C54 เปนตระกูล 12-bit มีหนวยความจําโปรแกรมขนาด 512 x 14 และหนวยความจําขอมูล RAM ขนาด 80 byte และจํานวนขา I/O จํานวน13 ขา แตละขาสามารถรับและจายกระแสไดสูงสุด 25mA มี Timer และ WDT PIC16F84 เปน PIC ตัวหนึ่งท่ีไดรับความนิยมมานานแลว ปจจุบันตําราหลาย ๆ เลมก็ยงัอางอิงเบอรนี้อยู เปน PIC แบบ 18 ขา มีหนวยความจําโปรแกรมแบบ Flash ขนาด 1024 x 14หนวยความจําขอมูล RAM ขนาด 36 byte หนวยความจําขอมูลแบบ non-volatile EEPROM 64 byte ขา I/O 13 ขา มี Timer มีตัว WDT สามารถรับการอินเตอรรัพตไดท้ังจากภายในและภายนอก สามารถใชงานกับวงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกาท้ังแบบ Crystal, Resonator และ RC PIC16F627A เปน PIC ขนาด 18Pin มีหนวยความจําโปรแกรมแบบ Flash ขนาด 1024 x 14 มีหนวยความจําขอมูล RAM ขนาด 224 byte หนวยความจําขอมูลแบบ non-volatile EEPROM ขนาด 128 byte ขา I/O จํานวน 16 ขา มี Timer ขนาด 8 bit จํานวน 2 ตัว และ Timer ขนาด 16 bit และ WDT อีกอยางละหนึ่งตัว วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ (Comparator) PIC ตัวนี้จะเหมือนกับ PIC16F84 แตมีหนวยความจําโปรแกรม RAM และขา I/O มากกวา อีกท้ังยังมี Timer มากกวาดวย PIC16F676 เปน PIC แบบ 14 ขาท่ีไดรับความนิยมมากเชนกัน มีหนวยความจําโปรแกรมแบบ Flash ขนาด 1024 x 14 หนวยความจํา RAM ขนาด 64 byte ขาอินพุตเอาตพุตจํานวน 12 ขา

36

EEPROM ขนาด 128 byte และ A/D แบบมัลติเพล็กซขนาด 10 bit จํานวน 8 ตัว Timer ขนาด 8 bit และ 16 bit อยางละ 1 ตัว พรอม WDT PIC16F73 เปนไมโครคอนโทรลเลอร 28 ขา หนวยความจําโปรแกรมแบบ Flash 4092 x 14, RAM 192 byte, ขาอินพุตเอาตพุต 22 ขา, A/D ขนาด 8 bit 5 ตัว, Timer ขนาด 8 bit 2 ตัว และขนาด 16 bit อีก 1 ตัว WDT USART และ I2C PIC16F877A เปน PIC ท่ีนิยมใชงานกันมากท่ีสุดตัวหนึ่งเลยทีเดียว ซ่ึงในการศึกษาการส่ือสารผานสายไฟฟาครั้งนี้ก็ไดใชไมโครคอนโทรลเลอรเบอรนี้ดวย โดยมีขาท้ังหมด 40 ขา หนวยความจําโปรแกรมแบบ Flash ขนาด 8192 x 14 มี RAM ขนาด 368 byte มี non-volatile EEPROM ขนาด 256 byte ขาอินพุตเอาตพุตถึง 33 ขา A/D ขนาด 10 bit ถึง 8 ตัว มีฟงกชันกําเนิดสัญญาณ PWM มี Timer 3 ตัว วงจรเปรียบเทียบสัญญาณอนาล็อก การส่ือสาร USART และรองรับสัญญาณอินเตอรรัพตภายในและภายนอก

รูปท่ี 2.25 ตําแหนงขาของไมโครคอนโทรลเลอร PIC16F877 ท่ีมา : Michochip, PIC16F877 Datasheet

37

2.10 คียบอรด PS2 และรูปแบบการรับสงขอมูล คียบอรดแบบ AT ใช Connector เปนแบบ DIN6 ประกอบดวยสายสัญญาณท้ังหมด 4 เสน คือ สัญญาณนาฬิกา (Clock), สัญญาณขอมูล (Data), ไฟเล้ียง +5 VDC และ Ground แหลงจาย +5 V ไดรับมาจาก Host ซ่ึงปกติแลวเปนคอมพิวเตอร การรับสงขอมูลระหวางคอมพิวเตอรและคียบอรดจะใชรูปแบบการรับสงแบบอนุกรมแบบสองทิศทาง ขอมูลจะถูกสงออกทีละบิตตามจังหวะของสัญญาณนาฬิกาไปบนสายสัญญาณเพียงสองเสน คียบอรดสามารถสงขอมูลไปหาคอมพิวเตอร และในขณะเดียวกันคอมพิวเตอรก็สามารถสงขอมูลไปหาคียบอรดไดเชนกัน โดยท่ีการสงขอมูลจากเครื่องคอมพิวเตอรจะถูกตั้งลําดับความสําคัญไวมากกวาการสงขอมูลจากคียบอรดไปหาคอมพิวเตอร เครื่องคอมพิวเตอร (Host) สามารถหยุดการรับสงขอมูลไดทันทีโดยการากําหนดสถานะทางลอจิกของขา Clock ไปท่ี Low ขอมูลจะถูกสงออกจากคียบอรดไปยังคอมพิวเตอร โดยพิจารณาท่ีขอบขาลง (Falling edge) ของสัญญาณนาฬิกา (Clock) สวนขอมูลท่ีถูกสงออกจากเครื่องคอมพิวเตอรจะพิจารณาท่ีขอบขาขึ้น (Rising Edge) ของสัญญาณนาฬิกา สัญญาณนาฬิกาจะถูกกําเนิดดวยคียบอรดเสมอ หากเครื่องคอมพิวเตอรตองการท่ีสงขอมูลตองทําการสงคําส่ัง “ask” ไปกอนเพ่ือใหคียบอรดรูวา Host ตองการท่ีจะสงขอมูล โดยมีขั้นตอนดังนี ้ - กําหนดใหขา Clock เปนลอจิก Low อยางนอย 10 S - กําหนดใหขา Data เปนลอจิก Low - ปลอยขา Clock และเตรียมพรอมท่ีจะเก็บสัญญาณจากขานี ้ - รอใหขา Clock อยูในสภาวะลอจิก Low - ทําการกําหนดสภาวะลอจิก 1/0 ท่ีขา Data ตามขอมูลท่ีตองการจะสง - รอใหคียบอรดเปล่ียนสภาวะของขา Clock จาก Low เปน High - รอใหขา Clock เปล่ียนสภาวะเปน Low - ทําซํ้าขั้นตอนท่ี 5-7 สําหรับขอมูลบิตท่ี 2 – 7 และตามดวย Parity บิต - ปลอยขา Data และเตรียมพรอมท่ีจะรับคําส่ังจากขานี ้ - รอใหคียบอรดกําหนดสภาวะลอจิก Low ท่ีขา Data และ Clock สัญญาณนาฬิกาสูงสุดในการรับสงขอมูลประมาณ 33 kHz แตปกติแลวควรท่ีจะอยูระหวาง 10k kHz – 20 kHz (ความเร็วท่ีแนะนําคือประมาณ 15 kHz) บอยครั้งท่ีเครื่องคอมพิวเตอรจะอานขอมูลจากคียบอรด คอมพิวเตอรจะเปนฝายสงขอมูลเทาท่ีจําเปนเทานั้น เชน การตั้ง CAPS LOCK, SCROLL LOCK, NUM LOCK, Typmatic Rate และTypmatic Delay เปนตน

38

ขอมูลจากคียบอรดจะถูกสงออกแบบอนุกรมประกอบดวยชุดขอมูลดังนี ้ - 1 บิต Start Bit (เปน 0 เสมอ) - 8 บิต Data Bits (บิตแรกเปน LSB) - 1 บิต Parity Bit (เปน 1เม่ือจํานวนบิต 1ของขอมูลเปนจํานวนคูนอกจากนั้นจะเปน 0) - 1 บิต Stop Bit (เปน 1 เสมอ) ขอมูลจะถูกอานท่ีขอบขาลงของสัญญาณ Clock

รูปท่ี 2.26 รูปแบบการรับขอมูลจากคียบอรด PS/2

รูปท่ี 2.27 ตําแหนงขาของ Connector ชนิด DIN6 Male ท่ีมา : http://www.burtonsys.com/PS2_keyboard_and_mouse_mini-DIN6_connector_pinouts.html ในการรับสงขอมูลนั้นควรท่ีจะมีการหนวงของของสัญญาณท่ีขา Data และ Clock หรือท่ีเรียกวา Hold on signal โดยท่ีขาสัญญาณ Data จะตองเกิดขึ้นกอนขอบขาขึ้นของสัญญาณ Clock ประมาณ 5 S และ เกิดหลังขอบขาลงของสัญญาณ Clock ประมาณ 5 S เม่ือผูใชกดคียบอรดจะมีการสงสัญญาณท่ีไดจากการ Scan Key ออกมา แสดงไดดังรูปท่ี 2.28 และเม่ือกดปุมนั้นๆ คางไว นานกวาคา Typmatic Delay คียบอรดจะสง Key Code ออกมาเปนระยะ ดวยความถ่ี Typmatic Rate ซ่ึงสามารถปรับเปล่ียนไดโดยผูใชภายหลัง เม่ือผูใชปลอยปุมจะมีการสง Key Code ออกมาอีกชุด สามารถแสดงใหเห็นไดในตารางท่ี 2.6

39

ตารางท่ี 2.6 คา Typmatic Delay และ Typmatic Rate คามาตรฐาน ชวงท่ียอมรับได

Typmatic Delay 0.5 0.25 – 1 Typmatic Rate [cps] 10.9 20 – 30

หมายเหตุ : cps หมายถึง Character per Second

รูปท่ี 2.28 แสดง Key Cote ของปุมตางๆ ท่ีมา : http://retired.beyondlogic.org/keyboard/keybrd.htm

40

บทที ่3

วิธีการดําเนินงาน

3.1 บทนํา การส่ือสารผานสายไฟบานโดยท่ัวไปมักจะตอกราวดรวมกัน ระหวางกราวดของไฟบานและกราวดของอุปกรณการส่ือสาร ซ่ึงทําใหเกิดปญหาเนื่องจากสัญญาณรบกวนจากไฟบานเขามารบกวนการทํางานของวงจรได ในท่ีนี้จะใชวิธีการแยกกราวดออกจากกันโดยภาคไอโซเลท (Isolated) สัญญาณ เพ่ือเปนการปองกันสัญญาณรบกวนจากไฟบาน การแยกกราวดของระบบออกจากไฟบานยังเปนการสงเสริมในเรื่องของความปลอดภัยไดอีกดวย วงจรการรับสงขอมูลใชเทคนิคการมอดูเลตสัญญาณแบบเอเอสเค ซ่ึงกําเนิดความถ่ีพาหดวยวงจรกําเนิความถ่ีแบบโคพิทส (Colpitts Oscillator) อุปกรณท่ีสรางขึ้นจะประกอบดวยภาครับ และภาคสงสัญญาณอยูในชุดเดียวกัน โดยการทํางานจะเปนระบบฮาฟดูเพล็กซ (Half Duplex) ในการรับสัญญาณขอมูลจากผูใชสามารถเลือกชองของขอมูลไดสองแหลง ประกอบดวยจากพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอร และจากคียบอรดคอมพิวเตอรท่ีมีการเช่ือมตอเปนมาตรฐาน PS2 และแสดงผลโดยใชจอแอลซีดี (LCD) ขนาด 16 ตัวอักษร 2 บรรทัด การประมวลผลสัญญาณและการแสดงผลใชไมโครคอนโทรลเลอรเบอร PIC16F877A ในการเขียน Firmware ควบคุมไมโครคอนโทรลเลอรจะใชภาษา C โดยโปรแกรม CCS C เปนตัวคอมไพลเลอร (Complier) ซ่ึงบล็อกไดอะแกรมของระบบแสดงไดดังรูปท่ี 3.1

รูปท่ี 3.1 บล็อกไดอะแกรมการทํางานของวงจร

41

3.2 การออกแบบวงจร 3.2.1 ภาคสงสัญญาณ \ ภาคสงประกอบดวยสามสวนหลักๆ คือ วงจรกําเนิดความถ่ี วงจรขยายกําลังสง และวงจรคัปปล้ิง (Coupling) ภาคสงจะทําการมอดูเลตแบบเอเอสเค (Amplitude Shift Keying) การทํางานจะเริ่มตนท่ีวงจร Oscillator กําเนิดความถ่ีคล่ืนพาหความถ่ีประมาณ 150 กิโลเฮิรตซ วงจรกําเนิดความถ่ีจะใชวงจรกําเนิดความถ่ีแบบ Colpitts โดยอุปกรณท่ีมีหนาท่ีกําหนดความถ่ีการกําเนิดความถ่ีคือ 1L , 14C และ 22C สามารถคํานวณความถ่ีการออสซิลเลตตามสมการท่ี (3.1) กําหนดให 1 100L H จากสมการคํานวณหาความถ่ีออสซิลเลเตอร 0

14 22

14 22

1

2

fC CLC C

(3.1)

กําหนดให 14C = 22C = C และ 0 150f kHz แกสมการ (3.1) เพ่ือหาคา C จะได

2 2

0

1 1 0.01132 2 2 150 100C F

f L kHz H

ดังนั้น 0.0225C F จะไดคา 14C = 22C = 0.0225 F และขนาดของสัญญาณคล่ืนพาหจะถูกกําหนดดวยตัวตานทานไบอัส 12R , 14R และ 15R และไฟเล้ียงของวงจร วงจรสําเร็จแสดงไดดังรูปท่ี 3.2

รูปท่ี 3.2 วงจรกําเนิดความถ่ีแบบ Colpitts

42

วงจรมอดูเลเตอรและวงจรขยายกําลังจะทํางานรวมกันระหวางอุปกรณ Opto-Coupler และทรานซิสเตอร 2Q สัญญาณขอมูลจะรับมาจากขาเอาตพุตของไมโครคอนโทรลเลอรซ่ึงเปนระดับ TTL ไมสามารถท่ีจะปอนเขายังภาคมอดูเลเตอรไดโดยตรง จําเปนตองมีอุปกรณท่ีจะมาทําการเปล่ียนระดับสัญญาณโดยใช Opto-Coupler เบอร PC817 การออกแบบวงจร Microcontroller Interface ทําไดโดยการกําหนดจุดทํางาน (Q-Point) ของทรานซิสเตอรท่ีอยูภายใน Opto-coupler ใหอยูในสภาวะอ่ิมตัว (Saturation) ในขณะท่ีอินพุตเปนลอจิก 1 และอยูในสภาวะคัตออฟ (Cutoff) ในสภาวะท่ีอินพุตเปน 0 การกําหนดจุด Q แสดงไดดังรูปท่ี 3.3 อุปกรณท่ีกําหนดจุด Q คือ 8R สามารถเลือกคาไดตามสมการท่ี (3.2) ( )

8H TTL

QH

VR

I (3.2)

แทนคา

8

525200

VRmA

รูปท่ี 3.3 การกําหนดจุด Q จากกราฟ Characteristic ของ OptoCoupler เบอร PC817 ท่ีมา : Sharp, PC817 Series datasheet.

สัญญาณอินพุตของฝง TTL จะไปกําหนดจุดทํางานของทรานซิสเตอรท่ีอยูภายใน โดยการเช่ือมตอทางแสงทําใหไมเกิดผลกระทบใดๆ ตอการทํางานของอุปกรณในระดับ TTL หรืออุปกรณท่ีทํางานในภาคขยายกําลัง การทํางานของทรานซิสเตอรท่ีอยูภายใน PC817 จะไปกําหนดจุดทํางาน

43

ของทรานซิสเตอรขยายกําลัง 2Q โดยหากทรานซิสเตอรท่ีอยูภายใน PC817 ทํางานจะทําใหทรานซิสเตอรอยูในสภาวะคัตออฟ และในทางตรงกันขาม หากทรานซิสเตอรท่ีอยูภายใน PC817 ไมทํางานจะทําใหทรานซิสเตอร 2Q พรอมท่ีจะขยายสัญญาณท่ีเขามาทางขาเบส โดยสัญญาณท่ีเขามาจะเปนสัญญาณคล่ืนพาหท่ีคัปปล้ิงผาน 9R กับ 14C เขามา โดยวงจรคัปปล้ิงท่ีประกอบดวย 9R กับ 14C จะทําหนาท่ีเปนวงจรกรองความถ่ีสูงผานดวยในเวลาเดียวกัน โดยความถ่ีคัตออฟสามารถคํานวณไดดังสมการท่ี (3.3) 9 142cf R C (3.3) แทนคาจะได

2 4.7 0.002215.4

cf k FkHz

สัญญาณท่ีผานวงจรคัปปล้ิงจะถูกปรับขนาดใหเหมาะสมตอการขยายโดย 1VR ณ จุดนี้ สัญญาณท่ีขาเบสของ 2Q จะปรากฏสัญญาณคล่ืนพาหท่ีมีความแรงขึ้นอยูกับสัญญาณขอมูล ซ่ึงนั่นก็คือการมอดูเลตแบบ ASK สัญญาณ ASK ท่ีไดจะถูกนําไปขยายใหแรงขึ้นกอนท่ีจะสงเขาวงจร Power Line Coupling ไดโอด 3D กับ 4D จะทําหนาท่ีเปน Protection Diode ดวยเหตุผลท่ีวาการทํางานของโดยหมอแปลงในชวงท่ีมีการเปล่ียนขั้วแมเหล็กจะเกิดแรงดันไฟลบยอนกลับแรงดันเปนระยะเวลาส้ันๆ ซ่ึง 4D จะทําหนาท่ีปองกันไมใหทรานซิสเตอร Power Amplifier เกิดความเสียหาย สวน 2D จะเปนตัว Protector ทางดานอินพุตในกรณีท่ีแรงดันอินพุตสูงเกินไปในกรณีตางๆ อยางเชนการสไปต (Spike) ของวงจรแรงดันสูง หรืออ่ืนๆ หมอแปลง IF ทํางานรวมกับ 14C เปนวงจรแทงคเรโซเนเตอร (Tank Resonator) คาความเหนี่ยวนําฝงเขาของหมอแปลง IF จากการทดลองวัดไดคา 667 H ซ่ึงจะตอบสนองในยานความถ่ีใดความถ่ีหนึ่งเทานั้น โดยสามารถคํานวณไดตามสมการท่ี (3.4)

14

12o

in

fC L

(3.4)

แทนคาจะได

12 0.0022 667

131

ofF H

kHz

44

เนื่องจากหมอแปลง IF มีคาความตานทานของขดลวดอยู จึงทําใหคา Q มีคาท่ีต่ํา ทําใหการตอบสนองความถ่ีเปนแบบแบนดวิธกวาง สัญญาณ ASK ท่ีถูกขยายแลวจะถูกสงผานไปยัง Power Line ดวย aC เนื่องจากจุดท่ี aC ตออยูเปนจุดท่ีมีแรงดันไฟสูง เพราะฉะนั้นอัตราการทนแรงดันของตัวเก็บประจุตัวนี้ควรท่ีจะสูงประมาณหรือมากกวาสองเทาของแรงดันไฟบาน โดยผูเขียนเลือกอัตราการทนแรงดันท่ี 400 V สามารถแสดงภาคสงสัญญาณไดดังรูปท่ี 3.4

รูปท่ี 3.4 ภาคสงสัญญาณ

3.2.2 ภาครับสัญญาณ สัญญาณคล่ืนพาหจะถูกคัปปล้ิงดวยวงจร Power Line Interface ประกอบดวย aC และหมอแปลง IF สัญญาณรบกวนอ่ืนๆ ท่ีมาพรอมกับคล่ืนพาหจะถูกตัดออกดวยวงจรเรโซเนเตอรประกอบดวยขดลวดฝง Primary ของหมอแปลง IF และ 14C ในสภาพวะการรับขอมูล 2Q ควรท่ีจะอยูในสภาวะคัตออฟ สัญญาณท่ีรับไดจะผานวงจร RC คัปปล้ิง ประกอบดวย 17C และ 2VR เขาสูวงจรขยายและบัฟเฟอร ประกอบดวย 3Q , 10R และ 11R อัตราการขยายจะถูกกําหนดดวย 10R และ

2VR อาจจะกลาวอีกนัยวา 2VR เปนตัวปรับความไวในการรับสัญญาณ สัญญาณเอาตพุตจะออกท่ีขาคอลเล็กเตอรของ 3Q และเขาสูวงจรดีเทคเตอรประกอบดวย 3D , 15C และ 22C ซ่ึงตอกันในลักษณะของวงจร Envelope Detector ไดโอด 3D ควรท่ีจะเปนไดโอดความถ่ีสูงท่ีมีคา เพียงพอท่ีจะ

45

ตอบสนองกับความถ่ีคล่ืนพาหได โดยผูเขียนเลือก 3D เปนเบอร 1N4148 ซ่ึงมีคา Reverse Recovery Time ส้ันถึง 4 nS ซ่ึงไวเกินพอสําหรับการทํางานท่ีความถ่ีคล่ืนพาห สัญญาณ ASK ท่ีรับไดถูกตัดใหเหลือเฉพาะซีกบวก และจะกรองใหเหลือเฉพาะความถ่ีต่ําดวยวงจรกรองความถ่ีสูงผานแบบ RC ซ่ึงประกอบดวย 15R และ 22C การเลือกคาอุปกรณจะมีความสัมพันธกันระหวางคาคงท่ีคาบเวลาของวงจร RC (RC Time Constant) ความถ่ีคล่ืนพาห และอัตราเร็วในการส่ือสาร โดยผูเขียนออกแบบใหวงจรสามารถรับสงขอมูลดวยความเร็วท่ี 1200 bpsโดยใชความถ่ีคล่ืนพาหท่ี 150 kHz โดยคาคงท่ีเวลาของวงจร RC Filter สามารถคํานวณไดดังนี ้ กําหนดใหคาคงท่ีเวลา (Time Constant) ของวงจรกรองความถ่ีต่ําผาน มีคาอยูระหวางคาคาบเวลาของความถ่ีคล่ืนพาหและความถ่ีขอมูล ดังสมการท่ี (3.5) 1 1

c mf f (3.5)

แทนคาลงในสมการจะได 1 1

150 1200kHz

จะได 6.67 833S S เม่ือ 15 22R C กําหนดให 22 0.0022C uF และ 22 S จะได 15 22 / 0.0022 / 22 10R C S S k

ซ่ึงวงจรสมบูรณของภาครับสัญญาณแสดงไดดังรูปท่ี 3.5

46

รูปท่ี 3.5 ภาครับสัญญาณ

สัญญาณท่ีทําการ Detection แลวจะสงเขามาวงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Voltage Comparator) ดวยออปแอมปเบอร A 741 โดยมีจุดประสงคหลักเพ่ือการตัดสินใจสถานะทางลอจิก ในกรณีท่ีอินพุตมีขนาดไมคงท่ีก็ยังสามารถปรับเลือกระดับการตัดสินใจไดดวย 3VR เอาตพุตของวงจรเปรียบเทียบแรงดันในสภาวะลอจิก 1 จะสูงประมาณ +12 VDC ซ่ึงไมสามารถตอเขากับไมโครคอนโทรลเลอรซ่ึงทํางานท่ีระดับ TTL ไดโดยตรงได จะเปนอยางยิ่งท่ีจะตองมี Opto-Coupler มาเช่ือมตอสัญญาณ โดยเง่ือนไขในการเลือกคาอุปกรณจะคลายกันกับท่ีไดอธิบายไวแลวในสวนของวงจรสงสัญญาณ อีกฝงของ Opto-Coupler จะเปนทรานซิสเตอร 16R ตอในลักษะ Pull–Up เขากับแรงดันไฟเล้ียง +5 VDC ของวงจรชุดไมโครคอนโทรลเลอร ในขณะท่ีทรานซิสเตอรอยูในสภาวะคัตออฟสัญญาณท่ีออกท่ีจุด Rx (TTL) จะเปนลอจิก 1 ในทางตรงกันขามหากทรานซิสเตอรอยูในสภาวะอ่ิมตัว สัญญาณจะเปนลอจิก 0

47

3.2.3 ภาคประมวลผล และแสดงผล การ ปร ะม วลผลหลั กจ ะใ ชไ มโ คร คอ นโ ทร ลเ ลอ ร เ บอ ร PIC16F877A ซ่ึ งไมโครคอนโทรลเลอรจะทํางานไดหากไดมีการจัดวงจรพ้ืนฐานท่ีถูกตอง ซ่ึงประกอบดวยวงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกาความถ่ี 20 MHz ไฟเล้ียงท่ีแรงดัน 5 โวลต และเพ่ือความสะดวกตอการดาวนโหลดโปรแกรมเขาสูไมโครคอนโทรลเลอร ผูเขียนไดตอคอนเน็กเตอรแบบ RJ11 ซ่ึงเขากันไดกับชุดดาวนโหลดโปรแกรม Pickit2 ของบริษัท ETT ไว สามารถแสดงไดดังรูปท่ี 3.6

รูปท่ี 3.6 วงจรภาคประมวลผล และแสดงผล

ในสวนของวงจรการติดตอกับผูใช ไดใชการแสดงผลบนจอ LCD ขนาด 16 ตัวอักษร 2 บรรทัด ไว ซ่ึงเพียงพอตอการแสดงผลท่ีเปนตัวหนังสือเทานั้น แหลงของขอมูลมาจากสองแหลง คือ จากพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอร และจากคียบอรดท่ีมี Port การเช่ือมตอแบบ PS2 โดยสามารถเลือกขอมูลจากแหลงใดแหลงหนึ่งดวยสวิตซกดจากตัวเครื่อง ในสวนของการส่ือสารกับพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอรนั้นเปนการส่ือสารท่ีระดับ RS232 ไมสามารถท่ีจะตอเขาไมโครคอนโทรลเลอรซ่ึงทํางานกับสัญญาณในระดับ TTL โดยตรงได จําเปนท่ีจะตองมี IC เบอร MAX232 เพ่ือทําการเปล่ียนระดับสัญญาณกอน (RS232 Driver) สวนการ Interface เขากับคียบอรดแบบมาตรฐาน PS2 เนื่องจากเอาตพุตภายในของคียบอรดไดตอไวแบบ Open Collector จึงตองมีการตอตัวตานทาน Pull up ไวภายนอกเพ่ือท่ีจะใหวงจรสามารถทํางานไดสมบูรณ การรับขอมูลจาก

48

คียบอรดจําเปนท่ีจะตองมีการรับคําส่ังไดทันทีหากมีการกดคียบอรด ดวยเหตุนี้ผูเขียนไดกําหนดใหมีการตอขา Clock ของคียบอรดเขากับขา RB0 ของไมโครคอนโทรลเลอรซ่ึงขานี้เปนขาอินพุตของชุดอินเตอรรัป (Interrupt) ของสัญญาณจากภายนอกไมโครคอนโทรลเลอรดวย 3.3 การออกแบบแผนวงจรพิมพ ในการออกแบบแผนวงจรพิมพผูเขียนไดใชโปรแกรม Eagle PCB ซ่ึงเปนโปรแกรมประเภท Freeware แบบจํากัดความสามารถของโปรแกรม เม่ือไดรวมวงจรตางๆ เขาดวยกัน และเพ่ิมเติมอุปกรณบางตัวเขาไปเพ่ือใหวงจรสามารถทํางานไดสมบูรณ ซ่ึงวงจรเต็มแสดงไดดังภาคผนวก ข. 3.4 การออกแบบรูปแบบโปรโตคอลในการส่ือสาร รูปแบบโปรโตคอลท่ีใชในการส่ือสารของอุปกรณแสดงไดดังรูปท่ี 3.7 โดยเริ่มจากตัวสงสงสง Start Bit ไปท่ีภาครับเพ่ือใหภาครับสามารถรูไดวา ขอมูลในบิตลําดับถัดไปนั้นจะเปนสัญญาณ Data ซ่ึงจะตองมีการนําเขามาเก็บไวเพ่ือเตรียมใชงานตอไป

รูปท่ี 3.7 การออกแบบโปรโตคอลท่ีใชในการส่ือสาร

การส่ือสารจะเปนแบบ Half-Duplex นั่นหมายความวาอุปกรณสามารถรับสงขอมูลไดเพียงทีละเครื่องเทานั้น ขอมูลในสายไฟฟา AC Line จะเปนแบบ Asynchronous Communication ผูใชจะตองกําหนดอัตราการสงขอมูลกอน โดยในขั้นตนผูเขียนไดออกแบบไวท่ี 1200 bps ท้ังนี้ อัตราการสงมีความสําคัญตอการกําหนดคาความถ่ีท่ีใชในการตรวจจับ (Detection) สัญญาณ หากมีมีการกําหนดอัตราการรับสงไมเทากันระหวางภาครับและภาคสง จะทําใหเกิดความผิดพลาดขึ้น จากรูปท่ี 3.8 แสดงสัญญาณท่ีเกิดขึ้นบนชองสัญญาณ AC Line ดวยเหตุท่ีในระบบการสงสัญญาณบนสายสงไฟฟากําลังนั้นมีสัญญาณรบกวนอยูเปนจํานวนมาก ในขณะท่ีการส่ือสารแบบ ASK นั้นมีความคงทนตอสัญญาณรบกวนต่ํา จึงจําเปนอยางยิ่งท่ีท่ีจะมีวิธีการท่ีจะลดสัญญาณรบกวนเหลานี้โดยการใหภาคสงสงสัญญาณ Carrier ไปในชองสัญญาณตลอดเวลาเพ่ือเปนการบังคับใหถาครับรับไดเฉพาะสัญญาณ Carrier เทานั้น ซ่ึงจะเปนการลดสัญญาณรบกวนได

49

รูปท่ี 3.8 รูปแบบของสัญญาณท่ีเกิดขึ้นบนชองสัญญาณ AC Line 3.5 การเขียนโปรแกรม 3.5.1 การทํางานของโปรแกรมหลัก การทํางานของภาคสงจะเริ่มเม่ือเปดเครื่องโปรแกรมตรวจสอบขอมูลท่ีอยู ใน Transmission Buffer หากพบวามีขอมูลอยูก็จะสงขอมูลออกทาง Power Line และพิมพขอมูลออกทาง LCD และ Serial Port ใหกับผูใชงาน การรับขอมูลเขามาใน Buffer จะกระทําในโปรแกรมบริการอินเตอรรัป (Interrupt Service Routine) ซ่ึงมีแหลงท่ีมาของขอมูลสองแหลง คือ จากพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอรและจากคียบอรดมาตรฐาน PS2 การสลับแหลงท่ีมาของขอมูลทําไดโดยการกดสวิตซ Source Selector ท่ีอยูหนาเครื่อง การรับสงขอมูลจะวนรอบอยูตลอดเวลาจนกวาจะปลดไฟเล้ียงของวงจร การทํางานของภาคสงแสดงดังรูปท่ี 3.9

รูปท่ี 3.9 Flow Chart การทํางานของโปรแกรมภาคสง

50

ในการออกแบบหนาจอ LCD ของภาคสง แสดงดังรูปท่ี 3.10 โดยหนาจอจะแสดงขอมูลอักขระท่ีถูกสงออกไป พรอมท้ังรหัส ASCII ของอักขระนั้นๆ ในขณะเดียวกันก็จะแสดงแหลงท่ีมาของขอมูลนั้นดวยอยูท่ีตําแหนงบนซายของหนาจอ

รูปท่ี 3.10 การออกแบบหนาจอ LCD ของภาคสง

การทํางานของภาครับเริ่มตนขึ้นในขณะท่ีวงจรไดรับไฟเล้ียง โปรแกรมจะเริ่มตรวจสอบขอมูลใน Buffer หากพบวามีขอมูลอยูใน Buffer ก็จะพิมพขอมูลนั้นออกสูหนาจอ LCD และ Serial Port ใหผูใชตอไป โดยการทํางานจะวนรอบอยูตลอดเวลาจนกวาจะปดเครื่อง แสดงไดดังรูปท่ี 3.11

รูปท่ี 3.11 การทํางานของโปรแกรมของเครื่องรับ

RS232 TX.MODE Sent : q (0x71)

51

การออกแบบหนาจอ LCD ของภาครับแสดงดังรูปท่ี 3.12 ซ่ึงหนาจอจะแสดงขอมูลอักขระท่ีถูกรับเขามา พรอมท้ังรหัส ASCII ของอักขระนั้นๆ ในขณะเดียวกันก็จะแสดงจํานวนอักระท่ีเขามาเปนไบต

รูปท่ี 3.12 การออกแบบหนาจอ LCD ของภาครับ

ในการรับขอมูลจากผูสงสามารถเลือกขอมูลได 2 ชองทาง คือ จากพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอร และจากคียบอรดมาตรฐาน PS2 เนื่องจากการรับขอมูลจากผูใชไมไดมีความแนนอนในเรื่องของระยะเวลาการเขามาของขอมูล ดังนั้นจะใชโปรแกรมอินเตอรรัปเพ่ือใหสามารถรับขอมูลแบบทันทีทันใดและจะไดขอมูลท่ีครบถวน แตบางครั้งรูปแบบของขอมูลจากผูสงในบางกรณีเชน เม่ือผูใชกดคียบอรดดวยอัตราการพิมพสูงๆ จะทําใหโปรแกรมไมสามารถรับขอมูลไดทัน ผูเขียนจึงใชวิธีการรับขอมูลแบบ First In First Out หรือ FIFO มาใชแกปญหานี้ โดยไดตั้งขนาดของ Buffer ไวท่ี 10 Bytes ซ่ึงเพียงพอตอการใชงาน การรับคําส่ังแบบ FIFO จะเก็บขอมูลไวท่ีตําแหนงหนวยความจําตําแหนงอ่ืนในกรณีท่ีขอมูลเกายังคางอยู การทํางานของโปรแกรมไดดัง รูปท่ี 3.13

Byte:10 RX.MODE Get : q (0x71)

52

รูปท่ี 3.13 บล็อกไดอะแกรมของการเขียน/อานขอมูลแบบ FIFO

การทํางานของสวนบริการอินเตอรรัป (Interrupt Service Routine) ของภาคสง แสดงดัง รูปท่ี 3.14 อธิบายไดดังนี้คือเม่ือทุกครั้งท่ีมีการรับขอมูลไมวาจะเปนจากคียบอรด หรือจากพอรตอนุกรมของเครื่องคอมพิวเตอร จะทําใหเกิดการอินเตอรรัปขึ้น โปรแกรมอินเตอรรัปจะตรวจสอบแหลงท่ีมาของขอมูลและทําการเก็บคาไวในตัวแปร ซ่ึงการรับคาขอมูลใชกระบวนการ FIFO เพ่ือใหสามารถรับขอมูลไดทัน และครบถวน ขอมูลท่ีรับไดจะถูกเก็บไวในบัฟเฟอรและจําถูกนําไปใชงานตอไป

53

รูปท่ี 3.14 บล็อกไดอะแกรมของสวนบริการอินเตอรรัปของเครื่องสง 3.5.2 การทํางานของโปรแกรมในสวนของการติดตอกับ LCD การกําหนดตําแหนงการแสดงผลบนจอ LCD สามารถทําไดโดยการสงคําส่ังบอกตําแหนง (Address) ของการแสดงผล ตามดวยขอมูลท่ีตองการแสดงผลโดยขอมูลนั้นจะเปนรหัส ASCII และจะมีอักขระพิเศษบางตัวท่ีสามารถกําหนดไดโดยผูใช ซ่ึงจะไมขอกลาวถึงเนื่องจากไมมีความจําเปนท่ีจะตองใชอักระพิเศษเหลานั้นในการแสดงผล

54

จากรูปท่ี 3.15 แสดงการใชงานโดยเริ่มตนจากการสงคําส่ัง 0x30 ออกไปเปนลําดับ 3 ครั้งเพ่ือเปนการเริ่มตนการติดตอส่ือสารกับจอ LCD ตามดวยชุดคําส่ังตั้งคาการทํางานของ LCD เชน ทิศทางของ Cursor ใหเล่ือนไปทางขวาของหนาจอ (Increment) โดยกําหนดรูปแบบการเช่ือมตอใหเปนแบบ 8 บิต จํานวนแถวเปน 2 แถว และมีขนาดของตัวอักษรขนาด 5x7 Pixel เปนตน หลังจากส้ินสุดการสงคําส่ังเพ่ือการตั้งคาพ้ืนฐานของ LCD แลวจะสงคําส่ัง Clear หนาจอ และจอ LCD พรอมก็จะถูกใชงานแลว

StartInitialLCD

Loop = 3 สงคําสั่ง 0x30 ออกไปยัง LCD

Loop + 1

สงคําสั่งตั้งคาใหกับ LCD ประกอบดวย1. Entry Mode : Cursor direction – Increment2. Display Control : - 8 Bits Connection

- 2 Lines LCD- Font size – 5x7 Pixel

Clear Screen

Return

N

Y

รูปท่ี 3.15 การเริ่มตนติดตอส่ือสารกับโมดูล LCD สัญญาณท่ีใชในการส่ือสารกับจอ LCD มีสองแบบ คือ Command Signal และ Data Signal โดยจะระบุจากขา RS หาขา RS เปนลอจิก 0 ขณะท่ีมีการสงขอมูล หมายความวาสัญญาณนั้นเปน Command Signal ขอมูลท่ีสงออกไปจะไมนําไปแสดงผล แตจะนําไปกําหนดการทํางานตางๆ ของจอ LCD ในทางตรงกันขาม หากเปน Data Signal ขา RS จะมีสถานะทางลอจิกเปน 0 รูปแบบ

55

การสงขอมูลจะขึ้นอยูกับรูปแบบการ Interface กับ LCD ซ่ึงจะมีท้ังแบบ 4 บิตและแบบ 8 บิต ซ่ึงในวงจรผูเขียนไดกําหนดใหเปนการ Interface แบบ 8 บิต รูปท่ี 3.16 แสดงการสงขอมูลไปยังจอ LCD เริ่มจากการเตรียมขอมูลท่ีตองการจะสงออกไปท่ีขา D0 – D7 ซ่ึงเปนขอมูลขนาด 1 Byte และกําหนดสถานะทางลอจิกท่ีขา RS ไปตามลักษณะของขอมูลท่ีตองการสง หากเปน Command Signal ใหกําหนดเปน 0 หรือหากเปน Data Signal ใหกําหนดเปน 1 หลังจากนั้นปอน Pulse ท่ี E ของ LCD

รูปท่ี 3.16 การเขียนขอมูลลงโมดูลจอ LCD ท้ังแบบ Command และ Data

3.5.3 การทํางานของโปรแกรมในสวนของการติดตอกับคียบอรดแบบ PS2 ในการติดตอกับคียบอรดแบบ PS2 รูปแบบการติดส่ือสารจะเปนการส่ือสารแบบ Synchronous หรือการติดตอส่ือสารท่ีตองการสัญญาณนาฬิกาเปนตัวกําหนดจังหวะในการรับสงขอมูล โดยใชสัญญาณนาฬิกาของคียบอรดเองจะเปนตัวกําเนิด เนื่องจากอุปกรณท่ีสรางขึ้นเปนการรับขอมูลจากคียบอรดอยางเดียว จึงไมมีความจําเปนท่ีจะตองเขียนคําส่ังท่ีใชในการสงขอมูล สัญญาณนาฬิกาของคียบอรดจะถูกตอเขากับขา RB0 ของไมโครคอนโทรลเลอร ซ่ึงขานี้ทําหนาท่ีเปนอินพุตของสัญญาณอินเตอรรัปจากภายนอก (External Interrupt Input) กลาวคือ ทุกครั้งท่ีมีการกดคียบอรด จะมีการอินเตอรรัปเกิดขึ้นเสมอ ท้ังนี้เพ่ือเปนการทําใหการรับขอมูลสามารถเกิดขึ้น

56

ทันทีทันใด ในรูปท่ี 3.17 เปนการตั้งคาใหไมโครคอนโทรลเลอรเปดโมดูลการอินเตอรรัปจากภายนอก และเลือก Falling Edge ของสัญญาณเปนการทริกเพ่ือใหเกิดการอินเตอรรัป

รูปท่ี 3.17 การเริ่มตนตั้งคาสําหรับการติดตอกับคียบอรด PS2

การรับขอมูลจากคียบอรดจะมีปญหาในกรณีท่ีผูใชพิมพขอมูลดวยความเร็วสูง สาเหตุอันเนื่องมาจากโปรแกรมยังไมไดดึงขอมูลออกจากบัฟเฟอร ขอมูลใหมก็มาทับขอมูลเดิม ทําใหเกิดความผิดพลาดในการประมวลผลขึ้น ดวยเหตุนี้ผูเขียนจึงใชรูปแบบการรับสงแบบ FIFO ซ่ึงไดอธิบายถึงหลักการทํางานไวแลวในหัวขอท่ีผานมา โดยมีจุดประสงคเพ่ือใหสามารถรับขอมูลไดครบถวน ในกรณีท่ีมีการรับสงขอมูลจากคียบอรดดวยความเร็วสูง การทํางานการรับขอมูลจากคียบอรดแสดงไดดังรูปท่ี 3.18

รูปท่ี 3.18 บล็อกไดอะแกรมของฟงกชันรับขอมูลมาจากคียบอรด

57

บทที ่4

การทดลองและผลการทดลอง

4.1 บทนํา ในบทนี้และแดสงผลการทํางานของวงจรท้ังภาคสงและภาครับ จากนั้นเปนการทดสอบหาระยะทางในการรับสงขอมูล ความเร็วในการรับสงขอมูล ทดสอบหาความถูกตองของขอมูล และผลการวิเคราะหสเปกตรัมของสัญญาณ Carrier ตามมาตรฐาน EN 50065-1

4.2 เคร่ืองมือที่ใชในการทดสอบ การทดสอบจะใชสายไฟชนิด VAF ขนาด 2x1 mm2 ความยาวสายท้ังหมด 60 เมตร

รูปท่ี 4.1 ชุดสายไฟฟา และอุปกรณท่ีใชในการทดลอง

เครื่องมือวัดและอุปกรณท่ีใชในการทดสอบมีดังนี ้ 1) ดิจิตอลออสซิลโลสโคป Tektronix TDS2022D 2) อนาล็อกมัลติมิเตอร Kyorisu รุน 1109 3) สายไฟชนิด VAF ขนาด 2x1 mm2

4) เครื่องคอมพิวเตอร

58

4.3 การทดสอบการทํางานของวงจร 4.3.1 ภาคสงสัญญาณ การทดสอบภาคสงสัญญาณทําไดโดยการยังไมตอบอรดไมโครคอนโทรลเลอรเขากับวงจร Power Line Interface การทดลองเริ่มตนท่ีการปอนไฟเล้ียงเขาวงจร ซ่ึงจะเห็นวา LED 2 สีแดงติดสวาง หมายความวามีเครื่องอยูในสภาวะ Power ON การทดสอบภาคกําเนิดสัญญาณคล่ืนพาหทําไดโดยการวัดสัญญาณท่ีขาคอลเล็กเตอรของทรานซิสเตอร Q4 จะปรากฏรูปสัญญาณดังรูปท่ี 4.2 ซ่ึงเปนคล่ืนไซนวัดความถ่ีไดท่ี 154.8 kHz และมีขนาดของสัญญาณ 2.72 Vp-p

รูปท่ี 4.2 การทดสอบภาคกําเนิดสัญญาณคล่ืนพาหท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q4

การทดสอบภาค Power Line Interface โดยทําการหมุน 1VR ไปทิศทางทวนเข็มนาฬิกาจนสุดเพ่ือใหสัญญาณคล่ืนพาหเขาสูวงจร Power Amplifierไดสูงสุด ใชออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q2 จะปรากฏสัญญาณดังรูปท่ี 4.3 พบวาสัญญาณนั้นมีการเปล่ียนแปลงไปอันเปนเนื่องจากการทํางานของหมอแปลง และสัญญาณรบกวนใน Power Line แตพบวารูปแบบสัญญาณท่ีเปล่ียนไปเล็กนอยไมไดมีผลกระทบตอการรับสงขอมูลอันเนื่องมาจากการรับสงขอมูลเปนแบบ ASK ซ่ึงปจจัยเดียวท่ีมีผลกระทบตอการรับสงขอมูลคือขนาดของคล่ืนพาหเทานั้น

59

รูปท่ี 4.3 การทดสอบ Power Amplifier วัดสัญญาณท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q2 การทดสอบภาค ASK มอดูเลเตอร ทําการปลดไฟเล้ียงของวงจรภาคสงออกแลวเช่ือมตอบอรดไมโครคอนโทรเลอร ใหเช่ือมตออุปกรณภาครับสัญญาณเขากับระบบสาย Power Line กดสวิตซ Source Selector เพ่ือเลือกแหลงกําเนิดสัญญาณจากคียบอรด PS2 จะพบวาท่ีจอ LCD แสดงตัวอักษร “PS2” ในขั้นตอไปตั้งคาของออสซิลโลสโคปใหรับคาแบบ Single Sequence เนื่องมาจากการรับสงขอมูลนั้นเปนการสงขอมูลเพียงชวงเวลาส้ันๆ กดปุม ‘q’ ท่ีคียบอรดจะพบวาสัญญาณท่ีขา C ของทรานซิสเตอร Q2 เปนสัญญาณของการมอดูเลตแบบ ASK แสดงดังรูปท่ี 4.4

รูปท่ี 4.4 การทดสอบภาค ASK Modulator วัดสัญญาณท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q2 (CH1) และสัญญาณท่ีถูกสงออกท่ีตําแหนงขา RC1 (CH2)

60

4.3.2 ภาครับสัญญาณ การทดสอบภาครับสัญญาณ ทําไดโดยการวัดสัญญาณท่ีภาครับสัญญาณ ตําแหนงขาคอลเล็กเตอรของ 2Q ซ่ึงในขณะนี้ไดทําการปรับ 1VR ไวท่ีตําแหนงตามเข็มนาฬิกาจนสุด เพ่ือไมใหสัญญาณจากภาคออสซิลเตอรจากภาครับเขาไปรบกวนกับสัญญาณท่ีรับได ขณะท่ีกดปุม ‘q’ จากภาคสง สัญญาณท่ีภาครับจะปรากฏดังรูปท่ี 4.5 พบวาสัญญาณมี Amplitude ท่ีลดลงเหลือประมาณ 3 Vp-p เกิดจากการลดทอนสัญญาณเนื่องมากจากความยาวของสายไฟท่ีทดสอบ ซ่ึงจากรูปสัญญาณท่ีเห็นเปนการทดสอบท่ีความยาวสาย 60 เมตร

รูปท่ี 4.5 การทดสอบภาครับโดยวัดสัญญาณท่ีขาคอลเล็กเตอรของ Q2 (CH1) เทียบกับสัญญาณท่ีรับไดท่ีตําแหนงขา RC2 (CH2) ของภาครับ

การทดสอบภาคดีเทคเตอร ทําการวัดสัญญาณท่ีขา K ของ 3D ขณะกดปุม ‘q’ ท่ีภาคสง พบวาสัญญาณมี Amplitude ท่ีสูงขึ้นเปน 7.6 Vp-p และปรากฏสัญญาณรบกวนท่ีเกิดเนื่องมาจากชองสัญญาณ ณ จุดนี้มีการเปล่ียนแปลงของสัญญาณไปจากภาคสงเปนอยางมาก โดยท่ีสัญญาณสวนนี้ยังไมสามารถนําไปใชงานได และจะถูกสงเขาวงจรเปรียบเทียบแรงดัน เพ่ือเปนการกําหนดระดับการตัดสินใจ (Decision Level) เพ่ือใหไดสัญญาณท่ีถูกตองตามตองการ ซ่ึงการทดสอบวงจรเปรียบเทียบแรงดันทําไดโดยการวัดสัญญาณท่ีขา 6 ของออปแอมป IC1 จะไดสัญญาณตามรูปท่ี 4.6 พบวาสัญญาณมีรูปแบบใกลเคียงกับสัญญาณท่ีสงมา

61

รูปท่ี 4.6 การทดสอบภาคดีเทคเตอร โดยวัดสัญญาณท่ีขา K ของ D3 (CH1) เทียบกับสัญญาณท่ีรับไดท่ีตําแหนงขา RC2 (CH2) ของภาครับ 4.4 การทดสอบระยะทางและอัตราเร็วในการรับสงขอมูล การทดสอบระยะทางในการรับสงขอมูล คณะผูจัดทําไดทดสอบโดยการใชสายไฟฟาชนิด VAF ขนาด 2x1 mm2 ยาวขดละ 30 เมตร จํานวน 2 ขด รวมระยะทางท้ังหมด 60 เมตร ทดสอบโดยการตอภาครับและภาคสงท่ีปลายแตละขางของสายไฟท่ีใชทดสอบ จากนั้นปอนไฟ 220 V เขาท่ีปลายสายทางฝงภาคสง เพ่ือจําลองพ้ืนท่ีการใชงานจริงแสดงดังรูปท่ี 4.7

รูปท่ี 4.7 แผนผังแสดงการทดสอบระยะทางในการรับสงขอมูล

62

ผลการทดสอบท่ีระยะทาง 60 เมตร ณ สถานท่ีจําลอง พบวาการรับสงขอมูลมีความสมบูรณ ไมมีความผิดพลาดเกิดขึ้น เนื่องจากในระบบสาย Power Line ไมมีโหลดใดๆ มาตอรวมในระบบ ทําใหมีการลดทอนสัญญาณท่ีสงไปตามสายนอย จึงทําใหการรับสงในระยะ 60 เมตรไมมีขอผิดพลาด การทดสอบการรับสงขอมูลในพ้ืนท่ีจริง ทดลองโดยการสงสัญญาณจากหอง 101 ไปยังหอง 103 อาคาร 18 มหาวิทยาลัยราชมงคลอีสานอีสาน นครราชสีมา รวมระยะทางการทดสอบประมาณ 25 เมตร แสดงดังรูปท่ี 4.8 ซ่ึงผลการทดสอบสามารถรับสงขอมูลไดจริง แตยังมีความผิดพลาดเกิดขึ้นอยู เนื่องจากการเช่ือมตออุปกรณไฟฟาในระบบเดียวกันท่ีมีมาก ทําใหเกิดการลดทอนของสัญญาณขอมูลมากเชนเดียวกัน

รูปท่ี 4.8 แผนผังแสดงการทดสอบในพ้ืนท่ีจริง

63

การทดลองหารอยละความผิดพลาดทําไดโดยการสงขอมูลอักขระจากภาคสงท่ีหอง 101 ไปยังภาครับท่ีหอง 103 ซ่ึงสามารถสรุปไดตามตางท่ี 4.1 ตารางท่ี 4.1 การทดสอบรับสงขอมูลเพ่ือหาความผิดพลาด

สง รับ ผล สง รับ ผล สง รับ ผล สง รับ ผล O O 5 5 N ^ E E S S 1 1 M M F V p p 3 3 P P a a s s y y T T 1 1 T T g g Q Q b b H H G G 8 8 2 : i i M M 7 7 u u I I m m X X W W j j 0 0 R Z Y t r r 4 t t t 5 5 z z 6 v B V 9 9 U u J i C C A A 5 5 K K D T

หมายเหตุ : เครื่องหมาย หมายถึงการรับสงขอมูลถูกตอง เครื่องหมาย หมายถึงการรับสงขอมูลถูกตอง จากตารางท่ี 4.1 สามารถนํามาวิเคราะหหารอยละความผิดพลาดไดดังนี ้ ขอมูลท้ังหมดท่ีสง 50 อักขระ ขอมูลท่ีรับได 50 อักขระ เกิดความผิดพลาดขึ้น 11 อักขระหรือ 22%

64

การทดสอบความแรงของสัญญาณท่ีอัตราการสงขอมูลขนาด 1200 bps โดยสงสัญญาณและวัดคาความแรงของสัญญาณท่ีระยะทางตางๆ แสดงดังตารางท่ี 4.2 ตารางท่ี 4.2 ผลการทดสอบวัดคาความแรงของสัญญาณท่ีระยะทางตางๆ

ระยะทางทดสอบ Magnitude (Vrms) Magnitude (VdB) 0 1.23 1.81 10 1.22 1.72 20 1.19 1.53 30 1.18 1.47 40 1.17 1.35 50 1.16 1.30

เม่ือนําขอมูลจากตารางท่ี 4.2 มาพล็อตกราฟ จะไดดังรูปท่ี 4.9 พบวาเม่ือระยะทางเพ่ิมขึ้น จะทําใหความแรงของสัญญาณลดลง

รูปท่ี 4.9 กราฟแสดงคาของความแรงของสัญญาณท่ีระยะทางตาง ๆ 4.5 การวิเคราะหสเปกตรัมตามมาตรฐาน EN 50065-1 จากการศึกษาจากวิทยานิพนธท่ีเกี่ยวของกับมาตรฐาน EN 50065-1 (จิตติวุฒิ, 2542) มาตรฐาน European Norm (EN) 50065-1 ไดกําหนดความถ่ีคล่ืนพาหงานสําหรับ Power Line Modem ไวในชวงความ 95 kHz ถึง 148.5 kHz และกําหนดขนาดของสัญญาณคล่ืนพาห และกําหนดขนาด

0 10 20 30 40 500

0.5

1

1.5

2

Distance (m)

Mag

nitu

de (d

b)

65

แรงดันของความถ่ีฮารมอนิกสท่ีเขาสูระบบไฟฟากําลังไวดังแสดงในตารางท่ี 4.3 และ 4.4 ตามลําดับ ตารางท่ี 4.3 ขนาดของสัญญาณคล่ืนพาหตามมาตรฐาน EN 50065-1

ท่ีอยูอาศัย โรงงานอุตสาหกรรมหรือสถานท่ีพิเศษ 122 dB V 140 dB V

(ประมาณ 1.25 Vpp) (ประมาณ 10 Vpp) ตารางท่ี 4.4 ขนาดแรงดันของความถ่ีฮารมอนิกสตามมาตรฐาน EN 50065-1

ชวงความถ่ี ขนาดแรงดัน 0.15-5 MHz 56 dB V 5-30 MHz 60 dB V

การวิเคราะหสเปกตรัมของสัญญาณทําไดโดยการวัดสัญญาณท่ีขั้วปล๊ักไฟในขณะท่ีตัดไฟแรงดันสูงออก และใชออสซิลโลสโคปวัดในโหมด FFT และไดผลการวิเคราะหสเปกตรัมดัง รูปท่ี 4.10 ซ่ึงแสดงถึงสัญญาณคล่ืนพาหและกลุมของฮารมอนิกส โดยสัญญาณคล่ืนพาหมีความแรงท่ีสุดทีความแรง 1.81 dB หรือ 120 dB V ซ่ึงเปนไปตามมาตรฐาน EN 50065-1

รูปท่ี 4.10 การวิเคราะหสเปกตรัมเพ่ือหาคาความแรงของคล่ืนพาหและฮารมอนิกส

66

บทที ่5

สรุปผลและขอเสนอแนะ

5.1 สรุปผล งานปริญญานิพนธฉบับนี้เสนอวิธีการออกแบบอุปกรณการรับและสงขอมูลผานสายไฟฟากําลังควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร โดยใชเทคนคิการมอดูเลตแบบ ASK ซ่ึงส่ือสารระหวางภาครับและภาคสงแบบ Half – Duplex ผลการทดสอบการรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลังสามารถรับสงสัญญาณท่ีระยะทางไมต่ํากวา 50 เมตรในสถานท่ีทดสอบท่ีจําลองขึ้น และประมาณ 25 เมตรเม่ือทดสอบในสถานท่ีจริง ผลการทดลองการรับสงขอมูลมีความผิดพลาด 22 % และมีอัตราการรับสงขอมูลขนาด 1200 bps ในขณะท่ีขนาดของสัญญาณคล่ืนพาหไดถูกกําหนดตามมาตรฐานการรับสงขอมูลผานสายไฟฟา (EN50065-1) 5.2 ขอเสนอแนะ ในระบบชองสัญญาณสายไฟฟากําลัง 220 V มีมีสัญญาณรบกวนจํานวนมาก อีกท้ังเนื่องจากการตออุปกรณไฟฟาหลายๆ ตัวภายในบาน ทําใหเกิดการลดทอนของสัญญาณไปมาก หรือแมกระท่ังปญหาจากสัญญาณรบกวนอันเกิดจากการทํางานของอุปกรณไฟฟาประเภทสวิตช่ิง เชน แหลงจายไฟคอมพิวเตอร เครื่องรับโทรทัศน เปนตน เครื่องใชไฟฟาเหลานี้จะทํางานท่ีความถ่ีสูงทําใหเกิดเปนสัญญาณรบกวนการทํางานของอุปกรณ ปญหาเหลานี้เปนปญหาหลัก และความทาทายท่ีจะทําการรับสงขอมูลผานสายไฟฟากําลัง จากการทดลองไดใชการรับสงขอมูลท่ีใชเทคนิคการมอดูเลช่ันแบบ ASK มีความทนทานตอสัญญาณรบกวนในชองสัญญาณนอย เนื่องจากสัญญาณรบกวนสามารถเปล่ียนแปลงขนาดของคล่ืนพาหไดงาย ทําใหกระบวนการดีเทคสัญญาณเกิดความผิดพลาดขึ้นไดงายๆ คณะผูจัดทํามีความคิดเห็นวาหากใชการกระบวนการมอดูเลชันท่ีขนาดของคล่ืนพาหสามารถเปล่ียนแปลง ในขณะท่ีไมสงผลกระทบตอระบบการดีเทคสัญญาณ เชน กระบวนการมอดูเลชันแบบ FSK จะสามารถแกไขปญหาไดดีกวาระบบ ASK ในสวนของความเร็วในการรับสงขอมูล จากการทดลองไดใชอัตราการรับสงท่ีความเร็ว 1200 bps ซ่ึงยังถือวาต่ํามากเม่ือเทียบกับความตองการสงขอมูลในปจจุบันท่ีสูงถึงระดับ Mbps คณะผูจัดทําเห็นวาหากมีการศึกษาตอควรท่ีจะพัฒนาเพ่ิมความเร็วในการรับสงขอมูลใหมากขึ้น ท้ังนี้ปญหาท่ีอาจจะเกิดขึ้นคือความผิดพลาดในการรับสงขอมูลจะสูงขึ้นไปดวย ดังนั้นควรท่ีจะมีวงจรเขารหัสมาท่ีมีในปจจุบันมาใชในการแกปญหา ยกตัวอยางเชน อาจจะมีการนําวงจรเขารหัสแบบบล็อกซ่ึงเปนระบบการเขารหัสแบบแกไขความผิดพลาดไดท่ีเครื่องรับ (Forward Error Correction)

67

มาใชรวมดวย เพ่ือเปนการลดความผิดพลาดและแกไขบิตท่ีผิดพลาดไดดวย เม่ือสามารถเพ่ิมความเร็วในการรับสงได ก็จะสามารถนําไปประยุกตใชงานไดหลากหลาย เชน ระบบอินเตอรเน็ตผานสายไฟฟาแทนท่ีจะเปนระบบใชสายแลน (LAN) หรือระบบควบคุมกลองวงจรปดภายในหอพัก ซ่ึงจะทําใหประหยัดคาใชจายในการเดินสายติดตั้ง ควรมีการพัฒนาใหขนาดของอุปกรณมีขนาดเล็ก เพ่ือความสะดวกในการใชงาน เชน การติดตั้งอุปกรณเขากับตัวปล๊ักไฟ หรือตามจุดตางๆ ของบานเพ่ือทําเปนระบบบานอัจฉริยะ (Smart Home) สามารถควบคุมอุปกรณเครื่องใชไฟฟาภายในบานไดโดยคอมพิวเตอร หรืออุปกรณฝงตัวอ่ืนๆ ได

บรรณานุกรม

[1] จิตติวุฒิ สุวัตถิกุล. 2542 ระบบควบคุมระยะไกลผานสายไฟฟากําลัง. ปริญญานิพนธ วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต (วิศวกรรมไฟฟา) มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร [2] ชลทิพย ยาวุธ. Broadband Powerline. [online document] คนเม่ือ 5 กันยายน 2555, จาก http://suanpalm3.kmutnb.ac.th/teacher/FileDL/cholatip45202255521065.pdf [3] มงคล-กฤษ-ปานหทัย . การส่ือสารขอมูลความเร็วต่ําผานสายสงกําลังโดยใชไมโครคอน- โทรลเลอร.มหาวิทยาลัยขอนแกน . ใน วารสารวิจัย มข. ต.ค. – ธ.ค. 2554. หนา 29–34. [4] วรวุฒิ พูลสุขและวิฑูรย วงศเงินทว.ี 2544 การพัฒนาการสงขอมูลผานสายเอซี. ปริญญา นิพนธ วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟา มหาวิยาลัยเทคโนโลยีพระ- จอมเกลาพระนครเหนือ [5] ทีมงานสมารทเลิรนนิ่ง. 2553. ประยุกตใชงาน PIC ขั้นสูงดวยภาษา C. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ สมารทเลิรนนิ่ง. [6] สํานักงานคณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแหงชาต.ิ 2551 มาตรฐานทางเทคนิคสําหรับ การส่ือสารผานสายไฟฟา. [7] CENELEC 2001. 2001 European Standard EN50065: “Signaling on low-voltage electrical installations in the frequency range 3 kHz to 148.5 kHz” [8] Ed Mullins and Anass Mrabet. 2011 Analog Front-End Desgin for Narrowband Power Line Communication Modem Using the AFE031. [Application Report]. Texas Instrument [9] การสงแบบอนาล็อก. [online document] คนเม่ือ 5 กันยายน 2555, จาก http://www.thaisudoku.in.th/bcom3401/chapter5.pdf

ภาคผนวก ก Source Codes

70

/******************************************************************* 1 File name : PLC_MAIN.C 2 Description : 3 MCU : PIC16F877A 4 Complier: CCS Complier 5 Author : Chirawat Na-ngam (chirawat_not@hotmail.com) 6 Telecommunication Engineering, 7 Engineering Faculty, RMUTI. 8 Date: September 26, 2012 9 ********************************************************************/ 10 11 // Device define and set up confugurations bit. 12 /*******************************************************************/ 13 #include <16F877A.h> 14 #use delay(clock=20M) 15 #use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7, ERRORS) 16 #fuses HS,PUT,BROWNOUT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP 17 18 // Predefine use for programming test. 19 /*******************************************************************/ 20 #define PLC_MASTER 21 #ifndef PLC_MASTER 22 #define PLC_SLAVE 23 #endif 24 25 #define DISABLE_CARRIER() output_high(PLC_TX) 26 #define ENABLE_CARRIER() output_low(PLC_TX) 27 28 // Function prototypes.... 29 /*******************************************************************/ 30 void LCDGotoXY(BYTE X,BYTE Y); 31 void WriteLCDCmd(BYTE CMD); 32 void WriteLCDData(char c); 33 34 // Communication parameter setup. 35 /*******************************************************************/ 36 #define RATE 1200 // Bit rate 37 #define RATE_PERIOD ((float)(1000000/RATE)) // Unit : us 38 #define UART_BUFF_SIZE 10 39 40 // Global variables use in the whole program. 41 /*******************************************************************/ 42 unsigned char PLC_Data_In; 43 char DataTemp; 44 char c_temp; 45 unsigned char Hardware_Connect = 0; 46 char RxTxt[12], RxTxtf[12], TxTxt[12], TxTxtf[12]; 47 char* RxIndic; 48 char* TxIndic; 49 char RxCount = 0, TxCount = 0; 50 char RxBuffer[50]; 51 char* pRxBuffer; 52 unsigned char Source_Select = 0; // Source Select = 0 : 53 RS232 54 // Source Select = 1 : 55 PS2 56 unsigned char Tx_Data_Ready; 57 unsigned int16 Tmr0_Count = 0; 58

71

unsigned char Led_State = 1; 59 unsigned char Check_Sync; 60 unsigned char Tx_dat = 0, Tx_available = 0; 61 unsigned char Rx_dat = 0, Rx_available = 0; 62 63 // variable use in Ps2 keyboard functions // 64 unsigned int16 _code=0; 65 unsigned char Shift = 0; 66 67 /* Variables use for PS2 FIFO */ 68 unsigned char ps2_buff[10]; 69 unsigned char ps2_buff_count_w = 0, ps2_buff_count_r = 0; 70 unsigned char ps2_data_available = 0; 71 unsigned char ps2_data; 72 #define PS2_BUFF_SIZE 10 73 74 /* Variables use for UART FIFO */ 75 unsigned char uart_buff[10]; 76 unsigned char uart_buff_count_w = 0, uart2_buff_count_r = 0; 77 unsigned char uart_data_available = 0; 78 79 // Pin assignment. 80 /*******************************************************************/ 81 #define TEST_LOG PIN_A1 82 // PS2 keyboard interface pins. 83 #define ck PIN_B0 84 #define dat PIN_D1 85 // IO on mother board. 86 #define LED PIN_A0 87 #define SW PIN_B3 88 // LCD Interface pins. 89 #define D7 PIN_C4 90 #define D6 PIN_C5 91 #define D5 PIN_D2 92 #define D4 PIN_D3 93 #define D3 PIN_B2 94 #define D2 PIN_D4 95 #define D1 PIN_B1 96 #define D0 PIN_D5 97 #define LCD_E PIN_B4 98 #define LCD_RS PIN_D7 99 #define LCD_RW PIN_D6 100 // Power Line Interface connection. 101 #define PLC_TX PIN_C2 102 #define PLC_RX PIN_C1 103 104 // Predefine functions and Constant use in LCD functions. 105 /*******************************************************************/ 106 #define LCDdata(x) output_bit( D7, x&0b10000000 );\ 107 output_bit( D6, x&0b01000000 );\ 108 output_bit( D5, x&0b00100000 );\ 109 output_bit( D4, x&0b00010000 );\ 110 output_bit( D3, x&0b00001000 );\ 111 output_bit( D2, x&0b00000100 );\ 112 output_bit( D1, x&0b00000010 );\ 113 output_bit( D0, x&0b00000001 ) 114 #define LCD_EPLUSE_TM 1 115 #define LCD_ROW1 0x00 116

72

#define LCD_ROW2 0x40 117 #define LCD_ROW3 0x14 118 #define LCD_ROW4 0x54 119 120 // *** START LCD Command *** 121 #define LCD_CLEAR_SCREEN 0B00000001 122 #define LCD_RETURN_HOME 0B00000010 123 124 // Entry mode set (BIT2=1) 125 #define LCD_ENTRY_MODE 0B00000100 126 #define INCREMENTS_LCD 0B00000010 127 #define DECREMENTS_LCD 0B00000000 128 #define NO_SCROLL_LCD 0B00000000 129 #define SCROLL_LCD 0B00000001 130 131 // Display ON/OFF (BIT3=1) 132 #define DISPLAY_LCD 0B00001000 133 #define LCD_ON 0B00000100 134 #define LCD_OFF 0B00000000 135 #define LCD_CURSOR_ON 0B00000010 136 #define LCD_CURSOR_OFF 0B00000000 137 #define LCD_BLINK_ON 0B00000001 138 #define LCD_BLINK_OFF 0B00000000 139 140 // Scroll Display/Shift Cursor (BIT4=1) 141 #define LCD_SCROLL_SHIFT 0B00010000 142 #define LCD_SHIFT_CURSOR 0B00000000 143 #define LCD_SHIFT_DISPLAY 0B00001000 144 #define LCD_SHIFT_LEFT 0B00000000 145 #define LCD_SHIFT_RIGHT 0B00000100 146 147 // Function set (BIT5=1) 148 #define LCD_FUNCTION_SET 0B00100000 149 #define LCD4BIT_MODE 0B00000000 150 #define LCD8BIT_MODE 0B00010000 151 #define LCD_LINE1 0B00000000 152 #define LCD_LINE2 0B00001000 153 #define LCD_FONT_5X7 0B00000000 154 #define LCD_FONT_5X10 0B00000100 155 156 // Move To CGRAM Address (BIT6=1) 157 #define LCD_CGRAM_ADDRESS 0B01000000 158 159 // Move To DDRAM Address (BIT7=1) 160 #define LCD_DDRAM_ADDRESS 0B10000000 161 162 // Keybaord button to ASCII table 163 const unsigned char _ascii_key[128] = 164 { 165 0 // 0x00 166 , 0 // 0x01 167 , 0 // 0x02 168 , 0 // 0x03 169 , 0 // 0x04 170 , 0 // 0x05 171 , 0 // 0x06 172 , 0 // 0x07 173 , 0 // 0x08 174

73

, 0 // 0x09 175 , 0 // 0x0A 176 , 0 // 0x0B 177 , 0 // 0x0C 178 , 11 // 0x0D 179 , 0 // 0x0E 180 , 0 // 0x0F 181 , 0 // 0x10 182 , 0 // 0x11 183 , 0x7f // 0x12 184 , 0 // 0x13 185 , 0 // 0x14 186 , 'q' // 0x15 187 , '!' // 0x16 188 , 0 // 0x17 189 , 0 // 0x18 190 , 0 // 0x19 191 , 'z' // 0x1A 192 , 's' // 0x1B 193 , 'a' // 0x1C 194 , 'w' // 0x1D 195 , '@' // 0x1E 196 , 0 // 0x1F 197 , 0 // 0x20 198 , 'c' // 0x21 199 , 'x' // 0x22 200 , 'd' // 0x23 201 , 'e' // 0x24 202 , '$' // 0x25 203 , '#' // 0x26 204 , 0 // 0x27 205 , 0 // 0x28 206 , 32 // 0x29 207 , 'v' // 0x2A 208 , 'f' // 0x2B 209 , 't' // 0x2C 210 , 'r' // 0x2D 211 , '%' // 0x2E 212 , 0 // 0x2F 213 , 0 // 0x30 214 , 'n' // 0x31 215 , 'b' // 0x32 216 , 'h' // 0x33 217 , 'g' // 0x34 218 , 'y' // 0x35 219 , '^' // 0x36 220 , 0 // 0x37 221 , 0 // 0x38 222 , 0 // 0x39 223 , 'm' // 0x3A 224 , 'j' // 0x3B 225 , 'u' // 0x3C 226 , '&' // 0x3D 227 , '*' // 0x3E 228 , 0 // 0x3F 229 , 0 // 0x40 230 , 44 // 0x41 231 , 'k' // 0x42 232

74

, 'i' // 0x43 233 , 'o' // 0x44 234 , ')' // 0x45 235 , '(' // 0x46 236 , 0 // 0x47 237 , 0 // 0x48 238 , '.' // 0x49 239 , '/' // 0x4A 240 , 'l' // 0x4B 241 , ';' // 0x4C 242 , 'p' // 0x4D 243 , '-' // 0x4E 244 , 0 // 0x4F 245 , 0 // 0x50 246 , 0 // 0x51 247 , 39 // 0x52 248 , 0 // 0x53 249 , 0 // 0x54 250 , '=' // 0x55 251 , 0 // 0x56 252 , 0 // 0x57 253 , 0 // 0x58 254 , 0x7e // 0x59 255 , 13 // 0x5A 256 , ']' // 0x5B 257 , 0 // 0x5C 258 , 92 // 0x5D 259 , 0 // 0x5E 260 , 0 // 0x5F 261 , 0 // 0x60 262 , 0 // 0x61 263 , 0 // 0x62 264 , 0 // 0x63 265 , 0 // 0x64 266 , 0 // 0x65 267 , 8 // 0x66 268 , 0 // 0x67 269 , 0 // 0x68 270 , '1' // 0x69 271 , 0 // 0x6A 272 , '4' // 0x6B 273 , '7' // 0x6C 274 , 0 // 0x6D 275 , 0 // 0x6E 276 , 0 // 0x6F 277 , '0' // 0x70 278 , '.' // 0x71 279 , '2' // 0x72 280 , '5' // 0x73 281 , '6' // 0x74 282 , '8' // 0x75 283 , 27 // 0x76 284 , 0 // 0x77 285 , 0 // 0x78 286 , '+' // 0x79 287 , '3' // 0x7A 288 , '-' // 0x7B 289 , '*' // 0x7C 290

75

, '9' // 0x7D 291 , 0 // 0x7E 292 , 0 // 0x7F 293 }; 294 295 // General purpose functions start here. 296 /*******************************************************************/ 297 298 // PS2 Functions. 299 unsigned char get_ps2_fifo(){ 300 unsigned char ps2_fifo_dat; 301 unsigned int i = 0; 302 303 while( ps2_data_available == 0); 304 ps2_data_available = 0; 305 if(ps2_buff_count_r < ps2_buff_count_w){ 306 ps2_fifo_dat = ps2_buff[ps2_buff_count_r]; 307 ps2_buff_count_r++; 308 } 309 else if(ps2_buff_count_r!=0){ 310 ps2_fifo_dat = ps2_buff[ps2_buff_count_r]; 311 ps2_buff_count_r--; 312 } 313 else{ 314 ps2_fifo_dat = ps2_buff[ps2_buff_count_r]; 315 } 316 if(ps2_buff_count_w!=0) ps2_buff_count_w--; 317 return ps2_fifo_dat; 318 } 319 320 unsigned char kb_getchar() 321 { 322 unsigned char kb_c; 323 chk: 324 kb_c = get_ps2_fifo(); 325 //return kb_c; 326 327 if(kb_c == 0xF0) 328 Shift = 0; 329 330 if(kb_c == 0x12 || kb_c == 0x59){ 331 while(kb_c == 0x12 && kb_c == 0x59) kb_c = 332 get_ps2_fifo(); // Stay key 333 if(kb_c == 0xF0){ 334 while( get_ps2_fifo() != 0x12 && kb_c != 0x59); 335 Shift = 0; 336 goto chk; 337 } 338 else 339 Shift = 1; // Toggle 340 } 341 while( get_ps2_fifo() != 0xF0 ); 342 343 if(Shift) 344 return toupper(_ascii_key[ get_ps2_fifo() ]); 345 else 346 return _ascii_key[ get_ps2_fifo() ]; 347 348

76

} 349 350 void kb_int(){ 351 ENABLE_INTERRUPTS(GLOBAL); 352 ENABLE_INTERRUPTS(INT_EXT); 353 EXT_INT_EDGE(H_TO_L); 354 } 355 356 // Keyboard data hooking. 357 #INT_EXT 358 void EXT_ISR(void){ 359 char i; 360 361 if( input(dat) == 0 ){ 362 while( input(ck) == 0 ); 363 364 for(i=0; i<10; i++){ 365 while( input(ck) == 1 ); 366 if( input( dat ) ) 367 _code = _code |= 0x8000; 368 _code = _code>>1; 369 370 while( input(ck) == 0 ); 371 } 372 _code = 0xFF& (_code>>5); 373 } 374 ps2_data = _code; 375 376 if(ps2_data_available){ 377 if(ps2_buff_count_w <= PS2_BUFF_SIZE) ps2_buff_count_w++; 378 } 379 ps2_buff[ps2_buff_count_w] = ps2_data; 380 ps2_data_available = 1; 381 } 382 383 // 1 Second based time. 384 #INT_TIMER0 385 void TIMER0_isr(void){ 386 387 // 4*256/20M = 51.2us 388 // 1 Sec = 51.2us*256*X 389 // X = 76.3 390 // 0.5sec, X = 38.2 391 392 if(!Tx_Data_Ready){ 393 set_timer0(0); 394 if(Tmr0_Count++ > 38){ 395 Led_State = Led_State^1; 396 output_bit(LED, Led_State); 397 Tmr0_Count = 0; 398 Check_Sync = 1; 399 } 400 } 401 } 402 403 // LCD Interface procedure. 404 void LCD_Epluse() 405 { 406

77

output_bit(LCD_E,1); 407 delay_ms(LCD_EPLUSE_TM); 408 output_bit(LCD_E,0); 409 delay_ms(1); //Wait for LCD Ready 410 } 411 412 //RS=0 command mode 413 void WriteLCDCmd(BYTE CMD) 414 { 415 output_bit(LCD_RS,0); 416 LCDdata(CMD); 417 LCD_Epluse(); 418 } 419 420 //RS=1 data mode 421 void WriteLCDData(char c) 422 { 423 output_bit(LCD_RS,1); //Data Mode 424 LCDdata(c); 425 LCD_Epluse(); 426 } 427 428 void InitialLCD(void) 429 { 430 //Prepare LCD Control Logic 431 output_bit(LCD_E,0); 432 output_bit(LCD_RS,0); //Command Mode 433 434 //Initial LCD send Initial Code 0B00110000 3 time 435 LCDdata(0B00110000); 436 LCD_Epluse(); 437 LCDdata(0B00110000); 438 LCD_Epluse(); 439 LCDdata(0B00110000); 440 LCD_Epluse(); 441 442 // Setup for operate configurations 443 WriteLCDCmd(LCD_ENTRY_MODE|INCREMENTS_LCD|NO_SCROLL_LCD); 444 WriteLCDCmd(DISPLAY_LCD|LCD_ON|LCD_CURSOR_OFF|LCD_BLINK_OFF); 445 446 WriteLCDCmd(LCD_FUNCTION_SET|LCD8BIT_MODE|LCD_LINE2|LCD_FONT_5X7); 447 WriteLCDCmd(LCD_CLEAR_SCREEN); 448 } 449 450 451 //DD-RAM command 452 void LCDGotoXY(BYTE X,BYTE Y) 453 { 454 X--; //Adjust to Count number 455 1...n 456 switch(Y) 457 { 458 case 1: 459 WriteLCDCmd((LCD_ROW1|LCD_DDRAM_ADDRESS)+X); 460 //0x00|0x80 461 break; 462 case 2: 463 WriteLCDCmd((LCD_ROW2|LCD_DDRAM_ADDRESS)+X); //64|0x80 464

78

break; 465 } 466 } 467 468 // Start up chip initialise... 469 void InitialChip(void) 470 { 471 set_tris_b( 0b11101111 ); 472 set_tris_d( 0b00000011 ); 473 set_tris_c( 0b10001101 ); 474 set_tris_a( 0b111100 ); 475 476 output_low( LCD_RW ); 477 DISABLE_CARRIER(); 478 } 479 480 void PLC_Putc(unsigned char c){ 481 unsigned char i, Tx_scan = 0x01; 482 #ifdef PLC_MASTER 483 // Start bit sent first ........... 484 DISABLE_CARRIER(); 485 delay_us( (int16)RATE_PERIOD ); 486 //output_high(TEST_LOG); 487 for(i=0; i<8; i++){ 488 output_bit( PLC_TX, !(c&Tx_scan) ); 489 delay_us( (int16)RATE_PERIOD ); 490 Tx_scan = Tx_scan<<1; 491 } 492 //output_low(TEST_LOG); 493 output_high(PLC_TX); 494 ENABLE_CARRIER(); 495 #endif 496 } 497 498 #INT_CCP2 499 unsigned char PLC_Getc(){ 500 #ifndef PLC_MASTER 501 unsigned int16 Tmr1; 502 unsigned char nWait = 0; 503 unsigned char i; 504 unsigned char dIn = 0; 505 unsigned char dScan = 1; 506 507 DataTemp = 0; 508 509 delay_us( (int16)RATE_PERIOD ); 510 delay_us( (int16)RATE_PERIOD/2 ); 511 512 output_HIGH(TEST_LOG); 513 // Then start to receive data. 514 for(i=0; i<8; i++){ 515 DataTemp = DataTemp>>1; 516 DataTemp |= (!input(PLC_RX)<<7)&0x80; 517 delay_us( (int16)RATE_PERIOD ); 518 output_toggle(TEST_LOG); 519 } 520 output_low(TEST_LOG); 521 set_timer1(0x00); 522

79

PLC_Data_In = 1; 523 #endif 524 } 525 526 void BootText(){ 527 printf("\r\fData Communication Based on Power Line Using 528 Microcontroller\r\n"); 529 printf("Designed by:\r\n"); 530 printf("\t\tMiss.Sarintip Prasanwan\r\n"); 531 printf("\t\tMr.Parinya Sukprasert\r\n"); 532 printf("\t\tMr.Chirawat Na-ngam\r\n"); 533 printf("\t\tTelecommunication Engineering, RMUTI.\r\n\n"); 534 printf("Preject was created on September 27, 2012.\r\n\n\n"); 535 536 #ifdef PLC_MASTER 537 printf("MASTER MODE...\r\n"); 538 printf("Current data source: "); 539 if(Source_Select) 540 printf("Computer (RS232).\r\n"); 541 else 542 printf("PS2 Keybaord.\r\n\n"); 543 printf("Press any key to sent data...\r\n\n"); 544 545 #else 546 printf("SLAVE MODE...\r\n"); 547 printf("Ready to get data from MASTER.\r\n\n"); 548 #endif 549 } 550 551 // MAIN PROGRAM... 552 /*******************************************************************/ 553 void main(){ 554 555 // Local variables use in main function. 556 char char_get; 557 unsigned int i; 558 unsigned int ByteCount = 0; 559 560 // Initialise peripheral devices. 561 InitialChip(); delay_ms(50); 562 InitialLCD(); 563 kb_int(); 564 565 // Set up timer 0 as 1 second base time. 566 setup_counters(RTCC_INTERNAL, RTCC_DIV_256); 567 568 // Set up CCP2 as Capture module, 569 // Will be interrupt every falling edge of Rx. Signal 570 #ifndef PLC_MASTER 571 SETUP_TIMER_1(T1_INTERNAL); 572 SETUP_CCP2(CCP_CAPTURE_RE); 573 #endif 574 575 // Initialise for useful variable. 576 pRxBuffer = RxBuffer; 577 Tx_Data_Ready = 0; 578 Source_Select = 0; // Defult source from RS232. 579 580

80

// Interrupts initialise. 581 #ifndef PLC_MASTER 582 ENABLE_INTERRUPTS(INT_CCP2); 583 #endif 584 ENABLE_INTERRUPTS(INT_RTCC); 585 ENABLE_INTERRUPTS(GLOBAL); 586 587 // Print boot text to screen. 588 BootText(); 589 590 // Print static text to LCD screen. 591 #ifdef PLC_MASTER 592 WriteLCDCmd(LCD_CLEAR_SCREEN); 593 LCDGotoXY(1,1); printf(WriteLCDData,"RS232"); 594 LCDGotoXY(10,1); printf(WriteLCDData,"TX.MODE"); 595 LCDGotoXY(1,2); printf(WriteLCDData,"Ready to sent..."); 596 #else 597 WriteLCDCmd(LCD_CLEAR_SCREEN); 598 LCDGotoXY(1,1); printf(WriteLCDData,"Byte:"); 599 LCDGotoXY(10,1); printf(WriteLCDData,"RX.MODE"); 600 LCDGotoXY(1,2); printf(WriteLCDData,"Ready to get..."); 601 #endif 602 603 // Endless loop... 604 while(1){ 605 606 // Codes for Master device. 607 /*******************************************************************/ 608 #ifdef PLC_MASTER 609 610 // Check change sources button. 611 // ------------------------------------------------------612 --- 613 if( !input(SW) ){ 614 Source_Select = !Source_Select; 615 616 // Update LCD screen as currently source. 617 if(!Source_Select){ 618 LCDGotoXY(1,1);619 printf(WriteLCDData,"RS232"); 620 printf("\n! Change source to RS232\r\n"); 621 } 622 else{ 623 LCDGotoXY(1,1); printf(WriteLCDData,"PS2 624 "); 625 printf("\n! Change source to PS2 626 Keyboard\r\n"); 627 } 628 629 while( !input(SW) ) delay_ms(100); // Waiting for 630 release button 631 632 // by deboucing to cancel noise 633 } 634 635 636 // Get data 637

81

// ------------------------------------------------------638 --- 639 if(Source_Select == 0){ 640 if(kbhit()){ 641 char_get = getc(); 642 Tx_Data_Ready = 1; 643 } 644 } 645 else{ 646 if(ps2_data_available){ 647 char_get = kb_getchar(); 648 Tx_Data_Ready = 1; 649 } 650 651 } 652 653 if(Tx_Data_Ready){ 654 LCDGotoXY(1,2); printf(WriteLCDData,"Sent: %c 655 (0x%X)", char_get, char_get); 656 printf("[MASTER] Data sent: %c (0x%X)\r\n", 657 char_get, char_get); 658 PLC_Putc( char_get ); 659 Tx_Data_Ready = 0; 660 } 661 662 // Codes for Slave device. 663 /*******************************************************************/ 664 #else 665 if(PLC_Data_In){ 666 LCDGotoXY(1,2); printf(WriteLCDData,"Get: %c 667 (0x%X)", DataTemp, DataTemp); 668 LCDGotoXY(6,1); printf(WriteLCDData,"%u", 669 ByteCount++); 670 printf("[SLAVE] Receive Data: %c (0x%X)\r\n", 671 DataTemp, DataTemp); 672 PLC_Data_In = 0; 673 } 674 #endif 675 676 } 677 } 678

82

ภาคผนวก ข Schematic Diagram และ PCB

83

รูปวงจรสมบูรณของภาคประมวลผลและสวนติดตอกับผูใช

84

รูปวงจรสมบูรณของภาครับและภาคสงสัญญาณ

85

รูปแผนวงจรพิมพของภาคประมวลผลและสวนติดตอกับผูใช

รูปแผนวงจรพิมพของภาครับและภาคสงสัญญาณ

ประวัติผูจัดทําปริญญานิพนธ

ชื่อ นางสาวสรินทิพย ประสานวรรณ วันเดือนปเกิด วันท่ี 20 พฤศจิกายน 2533 ภูมิลําเนา 80 หมู 3 ต.ชีทวน อ.เขื่องใน จ.อุบลราชธาน ี34150 ประวัติการศึกษา ระดับประถมศึกษา โรงเรียนบานชีทวน พ.ศ. 2546 ระดับมัธยมศึกษาตอนตน โรงเรียนชีทวนวิทยาสามัคค ีพ.ศ. 2549 ระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพ วิทยาลัยเทคนิคอุบลราชธาน ี แผนก /โปรแกรมวิชา อิเล็กทรอนิกส พ.ศ. 2552 ระดับปริญญาตรี วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม

คณะวิศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน นครราชสีมา พ.ศ. 2555

ประวัติผูจัดทําปริญญานิพนธ

ชื่อ นาย ปริญญา สุขประเสริฐ วันเดือนปเกิด วันท่ี 14 กุมภาพันธ 2533 ภูมิลําเนา 130 หมู 4 ต.กําปง อ.โนนไทย จ.นครราชสีมา 30220 ประวัติการศึกษา ระดับประถมศึกษา โรงเรียนบานจาน พ.ศ. 2546 ระดับมัธยมศึกษาตอนตน โรงเรียนบุญเหลือวิทยานุสรณ พ.ศ. 2549 ระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพ วิทยาลัยเทคนิคนครราชสีมา แผนก /โปรแกรมวิชา อิเล็กทรอนิกส พ.ศ. 2552 ระดับปริญญาตรี วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม

คณะวิศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน นครราชสีมา พ.ศ. 2555

ประวัติผูจัดทําปริญญานิพนธ

ชื่อ นายจิราวัฒน นางาม วันเดือนปเกิด วันท่ี 19 กรกฎาคม 2533 ภูมิลําเนา 196 ม.9 ต.หนองเปด อ.เมือง จ.ยโสธร 35000 ประวัติการศึกษา ระดับประถมศึกษา โรงเรียนบานยางเดี่ยวหนองถม พ.ศ 2546 ระดับมัธยมศึกษาตอนตน โรงเรียนกําแมดขันติธรรมวิทยาคม พ.ศ 2549 ระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพ วิทยาลัยเทคนิคยโสธร แผนก /โปรแกรมวิชา อิเล็กทรอนิกส พ.ศ 2552 ระดับปริญญาตรี วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม

คณะวิศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน นครราชสีมา พ.ศ. 2555