หลักสูตร บทเรียนที่ 1 จาก 10: ชุดรถอัจฉริยะขับเคลื่อน 4 ล้อ Raspberry Pi Pico จาก SunFounder โดย Robojax

หลักสูตร บทเรียนที่ 1 จาก 10: ชุดรถอัจฉริยะขับเคลื่อน 4 ล้อ Raspberry Pi Pico จาก SunFounder โดย Robojax

บทนำ

ยินดีต้อนรับสู่บทเรียนแรกของหลักสูตรชุดรถยนต์อัจฉริยะขับเคลื่อนสี่ล้อ Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car Kit จาก SunFounder นำเสนอโดย Robojax หลักสูตรนี้ถูกออกแบบมาเพื่อพาคุณจากขั้นตอนการแกะกล่องชุดหุ่นยนต์ที่สมบูรณ์ ไปจนถึงการควบคุมรถยนต์ขับเคลื่อนสี่ล้ออย่างเต็มรูปแบบด้วย MicroPython นี่ไม่ใช่แค่การประกอบของเล่นเท่านั้น แต่เป็นการเดินทางทางการศึกษาที่ครอบคลุม ซึ่งสอนคุณเกี่ยวกับพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์ เซนเซอร์ การควบคุมมอเตอร์ และการสื่อสารไร้สาย

เมื่อจบหลักสูตรนี้ คุณจะสามารถสร้างและโปรแกรมรถยนต์อัจฉริยะที่ใช้งานได้หลากหลาย ซึ่งสามารถนำไปใช้ในโครงการต่างๆ ได้มากมาย ทักษะที่คุณเรียนรู้ที่นี่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติในโลกจริงได้โดยตรง

ต่อไปนี้คือตัวอย่างโครงการจริงเพียงไม่กี่โครงการที่คุณสามารถสร้างได้ด้วยชุดอุปกรณ์นี้:

• หุ่นยนต์หลบหลีกสิ่งกีดขวางอัตโนมัติ: โปรแกรมให้รถนำทางภายในห้องได้ด้วยตัวเอง โดยใช้เซนเซอร์อัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับและหลบหลีกกำแพงและเฟอร์นิเจอร์
• หุ่นยนต์ขนส่งตามเส้น: จัดเตรียมเส้นทางและให้รถวิ่งตามเส้นเพื่อจำลองระบบขนส่งจดหมายหรือชิ้นส่วนภายในโรงงานหรือสำนักงาน
• หุ่นยนต์ตรวจจับขอบเพื่อความปลอดภัย: ใช้คุณสมบัติการตรวจจับขอบเพื่อสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถลาดตระเวนตามขอบโต๊ะหรือเคาน์เตอร์ได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ตก
• ยานพาหนะควบคุมด้วยท่าทางมือ: ใช้คุณสมบัติ "ติดตามมือ" เพื่อสร้างหุ่นยนต์ที่ตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวของคุณโดยไม่ต้องใช้รีโมท ซึ่งเป็นการแนะนำที่ดีสำหรับการควบคุมแบบใกล้ชิด
• รถสอดแนมควบคุมระยะไกล: ใช้แอปพลิเคชันมือถือเพื่อขับรถไปรอบๆ บ้านของคุณในขณะที่มันสตรีมข้อมูลเซนเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มกล้องรักษาความปลอดภัยเคลื่อนที่ที่สนุกสนาน

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้ในหลักสูตร 10 บทเรียนนี้

หลักสูตรนี้ถูกจัดโครงสร้างเพื่อสร้างความรู้ของคุณอย่างต่อเนื่อง แต่ละบทเรียนจะเน้นไปที่แง่มุมเฉพาะของชุดอุปกรณ์ ตั้งแต่การตั้งค่าพื้นฐานไปจนถึงคุณสมบัติขั้นสูง นี่คือรายละเอียดของสิ่งที่คุณจะได้รับ:

• บทเรียนที่ 1 (บทเรียนนี้): แนะนำส่วนประกอบและคุณสมบัติของชุดอุปกรณ์ และการตั้งค่าคอมพิวเตอร์ของคุณเป็นครั้งแรก
• บทเรียนที่ 2: การติดตั้งซอฟต์แวร์ที่จำเป็นและการเรียนรู้คำสั่ง Python พื้นฐานสิบคำสั่งเพื่อเตรียมคุณสำหรับการเขียนโค้ด
• บทเรียนที่ 3: เจาะลึกการทำงานของแต่ละส่วนประกอบสำคัญและวิธีการทดสอบทีละชิ้น
• บทเรียนที่ 4: คำแนะนำทีละขั้นตอนสำหรับการประกอบชุดรถยนต์อัจฉริยะทางกายภาพ
• บทเรียนที่ 5: โค้ดการเคลื่อนไหวจริงชิ้นแรกของคุณ เรียนรู้วิธีทำให้รถขับไปข้างหน้า ถอยหลัง และเลี้ยว
• บทเรียนที่ 6: การเขียนโปรแกรมคุณสมบัติ "อย่าผลักฉัน" ซึ่งใช้เซนเซอร์ตรวจจับขอบเพื่อตรวจจับขอบและถอยรถออกมา
• บทเรียนที่ 7: การใช้งานการติดตามเส้นเพื่อให้รถสามารถวิ่งตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้
• บทเรียนที่ 8: การสร้างโหมด "ติดตามมือ" ที่รถจะติดตามและตามการเคลื่อนไหวของมือคุณ
• บทเรียนที่ 9: การรวมคุณสมบัติทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นโปรแกรมหลบหลีกสิ่งกีดขวางที่ครอบคลุม
• บทเรียนที่ 10: การเชื่อมต่อรถเข้ากับอุปกรณ์มือถือของคุณผ่านแอปพลิเคชันเพื่อการควบคุมไร้สายอย่างเต็มรูปแบบ

ฮาร์ดแวร์และส่วนประกอบ

ในบทเรียนนี้ เราจะเปิดกล่องและตรวจสอบส่วนประกอบที่มาพร้อมกับชุดรถยนต์อัจฉริยะขับเคลื่อนสี่ล้อ Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car Kit ของ SunFounder การเข้าใจว่าอุปกรณ์แต่ละชิ้นทำหน้าที่อะไรมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบทเรียนการเขียนโปรแกรมที่อยู่ข้างหน้า มาดูสิ่งที่อยู่ภายในแพ็คเกจกัน (ในวิดีโอที่ 04:32)

ชุดอุปกรณ์ประกอบด้วย:

• ไมโครคอนโทรลเลอร์ Raspberry Pi Pico: "สมอง" ของรถ บอร์ดนี้ใช้ชิป RP2040 และมีขั้วต่อ Micro-USB สำหรับการเขียนโปรแกรมและจ่ายไฟ มีปุ่มกดสำหรับเลือกบูตและพิน GPIO จำนวนมากที่คุณจะใช้เชื่อมต่อกับเซนเซอร์และมอเตอร์ (ในวิดีโอที่ 08:01)
• บอร์ดควบคุมหลัก: บอร์ดขยายแบบกำหนดเองที่เชื่อมต่อกับ Pico และให้การเชื่อมต่อที่ง่ายสำหรับมอเตอร์และเซนเซอร์
• มอเตอร์ DC 4 ตัวและล้อ 4 ล้อ: สิ่งเหล่านี้ให้ความสามารถในการขับเคลื่อนสี่ล้อ (4WD) ทำให้รถมีพลังและความคล่องตัว
• เซนเซอร์อัลตราโซนิก HC-SR04: ใช้สำหรับการหลบหลีกสิ่งกีดขวาง โดยวัดระยะทางด้วยการส่งคลื่นอัลตราโซนิกและจับเวลาว่าคลื่นใช้เวลานานเท่าใดในการสะท้อนกลับ
• เซนเซอร์เส้นระดับสีเทา 3 ช่อง: เซนเซอร์นี้ใช้สำหรับการติดตามเส้น โดยสามารถแยกความแตกต่างระหว่างเส้นสีเข้มและพื้นผิวสีอ่อน ทำให้รถสามารถวิ่งตามเส้นทางได้
• อินเทอร์รัปเตอร์แสง 2 ช่อง: นี่เป็นส่วนหนึ่งของระบบตรวจจับขอบ ใช้เพื่อรับรู้เมื่อรถกำลังจะขับตกขอบ
• ไฟ RGB 8 บิต: LED ที่สามารถระบุตำแหน่งได้ ซึ่งสามารถโปรแกรมให้แสดงสีได้หลากหลายสำหรับการตอบสนองทางภาพ
• มอเตอร์เซอร์โว: ใช้เพื่อหมุนเซนเซอร์อัลตราโซนิกไปทางซ้ายและขวาเพื่อสแกนหาสิ่งกีดขวาง
• กล่องแบตเตอรี่ 18650 และฮาร์ดแวร์: เพื่อจ่ายไฟให้รถแบบไร้สาย

การตั้งค่าและการติดตั้งซอฟต์แวร์

ก่อนที่เราจะเริ่มเขียนโปรแกรมได้ เราจำเป็นต้องตั้งค่าสภาพแวดล้อมการพัฒนาของเราก่อน หลักสูตรนี้ใช้ Thonny ซึ่งเป็น Integrated Development Environment (IDE) ที่เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นที่เรียนรู้ MicroPython โดยสามารถใช้งานได้บน Windows, Mac และ Linux (ในวิดีโอที่ 07:03)

การติดตั้ง Thonny

ในการเริ่มต้น ให้ดาวน์โหลด Thonny เวอร์ชันล่าสุดจากเว็บไซต์อย่างเป็นทางการและทำตามขั้นตอนการติดตั้ง เป็นกระบวนการที่ตรงไปตรงมา เมื่อติดตั้งเสร็จแล้ว คุณสามารถเปิดโปรแกรมและเลือกภาษาที่ต้องการได้ หลักสูตรแนะนำให้ใช้โหมด "Raspberry Pi" ซึ่งคุณสามารถเลือกได้เมื่อเปิดโปรแกรมครั้งแรกหรือเปลี่ยนได้ในภายหลังในการตั้งค่า (ในวิดีโอที่ 10:56)

การติดตั้ง MicroPython บน Pico

Raspberry Pi Pico จำเป็นต้องติดตั้งเฟิร์มแวร์ MicroPython เพื่อให้เข้าใจโค้ด Python นี่คือวิธีทำใน Thonny (ในวิดีโอที่ 14:42):

1. เชื่อมต่อ Pico ของคุณเข้ากับคอมพิวเตอร์โดยใช้สาย Micro-USB หากต้องการเข้าสู่โหมด bootloader ให้กดปุ่ม BOOTSEL บน Pico ค้างไว้ขณะเสียบสาย USB (ในวิดีโอที่ 13:10)
2. ใน Thonny คลิกที่มุมขวาล่างแล้วเลือก "Install MicroPython..."
3. เลือก "Raspberry Pi Pico" เป็นอุปกรณ์เป้าหมายแล้วคลิก "Install" จากนั้น Thonny จะเขียนเฟิร์มแวร์ MicroPython ลงบนบอร์ดของคุณ

การอัปโหลดไฟล์ไลบรารีของรถ

ชุดรถอัจฉริยะอาศัยไฟล์ไลบรารีที่เขียนไว้ล่วงหน้าซึ่งจัดการการควบคุมระดับต่ำสำหรับมอเตอร์ เซนเซอร์ และ LED คุณจะต้องดาวน์โหลดไฟล์คอร์สจากลิงก์ที่ให้ไว้ในคำอธิบายวิดีโอและแตกไฟล์ ZIP (ในวิดีโอที่ 12:13)

เมื่อแตกไฟล์แล้ว คุณจะพบโฟลเดอร์ที่มีไฟล์ไลบรารีที่จำเป็น หากต้องการอัปโหลดไปยัง Pico ของคุณ:

1. ใน Thonny ไปที่โฟลเดอร์ที่แตกแล้วเลือกไฟล์ไลบรารีสามไฟล์ (เช่น Pico4WD.py, rdp.py และ ws.py)
2. คลิกขวาที่ไฟล์ที่เลือกแล้วเลือก "Upload to /" ซึ่งจะคัดลอกไปยังไดเรกทอรีรากของ Raspberry Pi Pico ของคุณ (ในวิดีโอที่ 16:37)

คำอธิบายโค้ด

เพื่อตรวจสอบว่าทุกอย่างทำงานถูกต้อง เราจะเขียนการทดสอบ "กระพริบ" แบบง่าย ๆ นี่คือ "Hello World" ของการเขียนโปรแกรมฮาร์ดแวร์ แม้ว่าบทถอดความจะให้ตัวอย่างสด แต่คุณจะเขียนโค้ดนี้ด้วยตัวเองใน Thonny การทดสอบนี้ยืนยันว่า Pico สื่อสารกับคอมพิวเตอร์ของคุณและคุณสามารถควบคุมพินเอาต์พุตได้

แกนหลักของโค้ดทดสอบแสดงอยู่ด้านล่าง นี่คือส่วนที่ผู้ใช้สามารถปรับแต่งได้ซึ่งคุณสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของ LED ได้:

from machine import Pin, Timer

# ผู้ใช้สามารถปรับแต่งได้: หมายเลขพินสำหรับ LED บนบอร์ด
led_pin = 25

# ผู้ใช้สามารถปรับแต่งได้: ความถี่ของการกระพริบในหน่วยเฮิรตซ์ (ครั้งต่อวินาที)
blink_frequency = 2.5

led = Pin(led_pin, Pin.OUT)
timer = Timer()

def blink(timer):
    led.toggle()

timer.init(freq=blink_frequency, mode=Timer.PERIODIC, callback=blink)

นี่คือวิธีที่คุณสามารถปรับแต่งโค้ดนี้:

• led_pin: ตัวแปรนี้กำหนดว่าพินใดที่ LED ของคุณเชื่อมต่ออยู่ บน Raspberry Pi Pico LED บนบอร์ดมักเชื่อมต่อกับพิน 25 คุณสามารถเปลี่ยนหมายเลขนี้ได้หากต้องการเชื่อมต่อ LED ภายนอกกับพิน GPIO อื่น
• blink_frequency: นี่คือความเร็วที่ LED กระพริบ ค่า 2.5 หมายความว่า LED จะเปิดและปิด 2.5 ครั้งต่อวินาที คุณสามารถทดลองกับค่าต่าง ๆ ได้:
  • ตั้งเป็น 1 เพื่อการกระพริบที่ช้าและมองเห็นได้ชัด
  • ตั้งเป็น 10 เพื่อการกระพริบที่เร็ว
  • ตั้งเป็น 50 หรือ 60 แล้วการกระพริบจะเร็วมากจนดูเหมือนเปิดตลอดเวลาสำหรับสายตามนุษย์ (ในวิดีโอที่ 19:49)

หากต้องการรันโค้ดนี้ เพียงคลิกปุ่ม "Run" (ไอคอนเล่นสีเขียว) ใน Thonny คุณควรเห็น LED บนบอร์ดของ Pico เริ่มกระพริบ หากต้องการหยุด คลิกปุ่ม "Stop" (ไอคอนสี่เหลี่ยมสีแดง)

การสาธิตโปรเจกต์สด

ในวิดีโอ ผู้สอน Ahmad Shamshiri สาธิตกระบวนการทั้งหมดในการตั้งค่าซอฟต์แวร์และรันการทดสอบการกระพริบ เขาแสดงวิธีติดตั้ง Thonny เขียนเฟิร์มแวร์ MicroPython และอัปโหลดไฟล์ไลบรารีที่จำเป็น จากนั้นเขาเขียนโค้ดการกระพริบและทดลองกับความถี่ต่าง ๆ โดยแสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมที่รับรู้ของ LED เปลี่ยนจากการกระพริบที่ชัดเจนเป็นแสงคงที่เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น (ในวิดีโอที่ 15:17)

การทดสอบที่สำเร็จนี้เป็นเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญ มันยืนยันว่า Raspberry Pi Pico ของคุณทำงานอย่างถูกต้อง ติดตั้งเฟิร์มแวร์ MicroPython แล้ว และคุณพร้อมที่จะไปยังบทเรียนที่ซับซ้อนมากขึ้นเกี่ยวกับการควบคุมมอเตอร์และเซนเซอร์

บทต่าง ๆ

• [00:00] บทนำและภาพรวมของคอร์ส
• [01:13] หลักสูตรและคุณสมบัติ
• [04:32] การแกะกล่องชุดรถอัจฉริยะ
• [07:03] การดาวน์โหลดและติดตั้ง Thonny IDE
• [08:01] บทนำสู่ Raspberry Pi Pico
• [12:13] การดาวน์โหลดและแตกไฟล์คอร์ส
• [14:42] การติดตั้ง MicroPython บน Pico
• [15:17] การอัปโหลดไฟล์ไลบรารีไปยัง Pico
• [17:30] การเขียนและทดสอบโค้ดการกระพริบ
• [19:49] การทดลองกับความถี่การกระพริบที่ต่างกัน