วิทยาการคำนวณ.1 - ใบความรู้ที่ 5

KidBright มีเซนเซอร์พื้นฐานที่เหมาะสมสำหรับการเรียนรู้อยู่สองตัวคือเซนเซอร์วัดความเข้มของแสง และ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ เซนเซอร์ทั้งสองตัวนี้สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้มากมาย ยกตัวอย่างเช่น สามารถออกแบบชุดคำสั่งที่ใช้ในการเปิดปิดไฟในแบบอัตโนมัติ โดยการใช้เซนเซอร์วัดความเข้มของแสง เพื่อวัดความสว่างและนำไปประมวลผลสั่งงานเปิดปิดไฟตามระดับความเข้มของแสง ตัวเซนเซอร์พื้นฐานสองตัวได้แก่ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ และเซนเซอร์วัดความเข้มของแสง

ภาพที่ 3.4.1 เซนเซอร์ภายในบอร์ด KidBright
ที่มา : http://www.168training.com/e-learning_new/kidbright/lesson2/content1/index.php

สำหรับบอร์ด KidBright มีเซนเซอร์ที่ติดตั้งมาบนบอร์ดพร้อมใช้งาน ประกอบด้วย

เซนเซอร์วัดระดับความเข้มแสง

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ

สวิตซ์กดติดปล่อยดัง

1. เซนเซอร์วัดระดับความเข้มแสง

ใช้เซนเซอร์ชนิดค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามความเข้มแสง หรือเรียกสั้น ๆ ว่า แอลดีอาร์ (LDR,Light Dependent Resistor) เมื่อแสงตกกระทบแอลดีอาร์มีความเข้มแสงเพิ่มมากขึ้น ค่าความต้านทานจะลดลง อย่างไรก็ตามเพื่อให้ง่ายต่อการใช้งาน บอร์ด KidBright ได้ออกแบบบล็อกคำสั่ง หัววัดระดับแสง (Light Level Sensor ) สำหรับอ่านค่าจากเซนเซอร์ โดยค่าที่อ่านได้จะแสดงเป็นระดับความเข้มแสงในช่วง 0-100

ภาพที่ 3.4.2 เซนเซอร์วัดแสง
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

การประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน สามารถนำไปเป็นเซนเซอร์ที่ตรวจจับความสว่างของแสงได้เช่น ถ้าหากค่าความเข้มของแสงมากกว่าที่กำหนดไว้จะสั่งให้หลอดไฟดับ ในทางตรงกันข้ามถ้าหากความเข้มของแสงต่ำกว่าที่กำหนดไว้จะส่งให้หลอดไฟติดสว่าง ลักษณะการทำงานแบบนี้มักพบได้ทั่วไปตามหลอดไฟส่องสว่างบนท้องถนนนั่นเอง

2. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ

ใช้เซนเซอร์แบบสารกึ่งตัวนำ LM73 โดยค่าอุณหภูมิได้ในช่วง 10-80 องศาเซลเซียล มีค่าความแม่นยำ 1.0 องศาเซลเซียส และความละเอียด 0.25 องศาเซลเซียล การอ่านค่าเซนเซอร์วัดอุณหภูมิบนบอร์ด kidBright ทำได้โดยใช้บล็อกคำสั่ง หัววัดอุณหภูมิ

ภาพที่ 3.4.3 เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ

ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

3. สวิตซ์กดติดปล่อยดับ

เป็นเซนเซอร์ตรวจการกดคงที่มีอยู่ 2 ตัว บนบอร์ด KidBright คือ สวิตซ์ 1 (Switch1) และสวิตซ์ 2 (Switch2) การอ่านค่าจากเซนเซอร์ เมื่อมีการกดสวิตซ์ค่าที่อ่านได้จะมีสถานะเป็นจริงหรือมีเป็นค่า 1 และจะมีสถานะเป็นเท็จหรือมีค่าเป็น 0 เมื่อไม่มีการกดสวิตซ์

ภาพที่ 3.4.3 เซนเซอร์วัดแสง
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

การเชื่อมต่อภายนอกเข้ากับบอร์ด KidBright การเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอกเข้ากับบอร์ด KidBright จําเป็นต้องทราบประเภท ของสัญญาณและโปรโตคอลที่อุปกรณ์นั้น ๆ รองรับว่าเป็นรูปแบบใด อาทิ ดิจิตอล อนาล็อก I2C SPI หรือ UART โดยสามารถศึกษาจเพิ่มเติมได้จากคู่มือหรือ Datasheet ของอุปกรณ์รุ่นนั้น ๆ ที่ได้รับมา จากผู้ผลิต เซนเซอร์ภายนอกสำหรับใช้งานกับบอร์ด kidBright จะมีหลากหลายอุปกรณ์ จะขอยกตัวอย่างเซนเซอร์ภายนอก ตามโปรแกรม KidBright Simulator

1. เซนเซอร์ภายนอกเป็นอุปกรณ์รับข้อมูลเข้า

ภาพที่ 3.4.2 อุปกรณ์รับข้อมูเข้า
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

2. อุปกรณ์แสดงข้อมูลออก

ภาพที่ 3.4.2 2. อุปกรณ์แสดงข้อมูลออก
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

2. วิธีการต่อเชื่อมกับโปรแกรม KidBrigth

ส่วนประกอบหน้าการจัดวางอุปกรณ์ และเซนเซอร์ รับข้อมูลและแสดงผล

ตัวอย่างการเชื่อมต่อ

การเขียนโปรแกรแบบทางเลือกเป็นการเขียนโปรแกรมควบคุมผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นให้สอดคล้องกันเงื่อนไขที่กำหนดสำหรับ KidBright IDE บล็อกคำสั่งสำหรับการเขียนโปรแกรมแบบทางเลือกมีดังนี้

1. คำสั่ง ถ้า (if)

ภาพที่ 3.4.4 บล็อกคำสั่ง ถ้า(if)
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

ตัวอย่างการเขียนโปรแกรมใช้ คำสั่ง ถ้า (if)

2. คำสั่ง ถ้า นอกเหนือจากนี้ (If else)

เป็นบล็อกคำสั่งที่ช่วยให้การทำงานแบบทางเลือกมีความสมบูรณ์มากขึ้น โดยเมื่อตรวจสอบเงื่อนไขของ ถ้า (if) แล้วเป็นจริงจะทำคำสั่งในบล็อกทำ (Do) แต่หากตรวจสอบเงื่อนไขแล้วเป็นเท็จ จะข้ามไปทำคำสั่งในบล็อก นอกเหนือจากนี้ (Else) แทน และเมื่อเสร็จสิ้นการตรวจสอบเงื่อนไข และประมวลผลตามคำสั่งทางเลือก ถ้า นอกเหลือจากนี้ (if else)แล้ว จะทำงานในคำสั่งถัดไป จาก ถ้า นอกเหนือจากนี้ (if else)

ภาพที่ 3.4.5 บล็อก คำสั่ง ถ้า นอกเหนือจากนี้ (If else)
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

ตัวอย่างการเขียนโปรแกรมใช้ คำสั่ง ถ้า (if)

เว็บไซต์สำหรับเขียนโปรแกรม kidBright https://simulator.kid-bright.org/home

การเขียนโปรแกรมแบบวนซ้ำ (Repeat) หรือแบบวนรอบ (Loop) เป็นแนวคิดในการเขียนโปรแกรมที่สามารถทำงานซ้ำคำสั่งเดิมได้มากว่า 1 ครั้ง โดยขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่กำหนด

สำหรับบล็อกคำสั่งการเขียนโปรแกรมแบบวนซ้ำของ KidBright จะทำการตรวจสอบเงื่อนไขก่อนการทำงานทุกครั้ง ซึ่งมีอยู่ 2 รูปแบบคือ

รูปแบบที่ 1 ทำซ้ำเงื่อนไขข้างหลังเป็นจริง ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while) ตรวจสอบเงื่อนไขก่อนเมื่อเงื่อนไขเป็นจริง จะทำงานตามบล็อกคำสั่งที่อยู่ภายในขอบเขตของบล็อก ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while) และหยุดการทำงานเมื่อเงื่อนไขเป็นเท็จ

ภาพที่ 3.4.6 รูปแบบที่ 1 ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while)
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

รูปแบบที่ 2 ทำซ้ำเงื่อนไขข้างหลังเป็นจริงหรือหยุดทำซ้ำเมื่อมีเงื่อนไขข้างหลังเป็นจริง คำสั่งทำซ้ำจนกระทั่ง (Repeat until) จะตรวจสอบเงื่อนไขก่อนเมื่อเงื่อนไขเป็นเท็จ จะทำงานตามบล็อกคำสั่งที่อยู่ภายในขอบเขตของบล็อก ทำซ้ำจนกระทั่ง (Repeat until) และทำซ้ำจนกว่าเงื่อนไขเป็นจริงจึงจะหยุดออกจากการวนรอบ

ภาพที่ 3.4.7 รูปแบบที่ ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while)
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม

โปรแกรมนับเลขถอยหลัง จาก 5-1 บนจอแสดงผลแอลอีดี เมื่อมีการกดสวิสช์ 1

ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม

1. วิเคราะห์และกำหนดรายละเอียดของปัญหา
ข้อมูลเข้า คือ กดสวิตซ์
ข้อมูลออก คือ นับจำนวนคน
วิธีการตรวจสอบความถูกต้อง คือ กดสวิตซ์ 1 จำนวนผู้ชาย เพิ่มขึ้นทีละ 1 คน
กดสวิตซ์ 2 จำนวนผู้หญิง เพ่ิมขึ้นทีละ 1 คน

2. การวางแผนการแก้ปัญหา โดยใช้เครื่องมือรหัสลำลอง

เริ่นต้น
1. กำหนดตัวแปรชายเท่ากับ 0

2. กำหนดตัวแปรหญิงเท่ากับ 0

3. รับการกดสวิตช์
4. ตรวจสอบเงื่อนไข
ถ้า กดสวิตซ์ 1 ทำ จำนวนผู้ชาย จะขึ้น +1

พร้อมแสดผล ตัวเลขจำนวนนับผู้ชาย

ถ้า กดสวิตซ์ 2 ทำ จำนวนผู้หญิง จะขึ้น +1

พร้อมแสดงผล ตัวเลขจำนวนนับผู้หญิง
จบ

3. การดำเนินการแก้ปัญหา โดยการเขียนโปรแกรมด้วยบอร์ด KidBright

4. การตรวจสอบและประเมินผล

ถ้ากด สวิตซ์ 1 ตัวเลข หากมีการกดสวิตซ์ซ้ำ ตัวเลขจะเพิ่มทีละ 1
ถ้ากด สวิตซ์ 2 ตัวเลข หากมีการกดสวิตซ์ซ้ำ ตัวเลขจะเพิ่มทีละ 1

การเขียนโปรแกรมแบบวนซ้ำ (Repeat) หรือแบบวนรอบ (Loop) เป็นแนวคิดในการเขียนโปรแกรมที่สามารถทำงานซ้ำคำสั่งเดิมได้มากว่า 1 ครั้ง โดยขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่กำหนด

ตัวอย่าง

สถานการณ์: โรงเรียนจัดแข่งขันกีฬาภายใน รายการ วิ่งมาราธอน ระยะทาง

2,000 เมตร โดยกำหนดสนาม 1 รอบ เท่ากับ 400 เมตร จะต้องวิ่งกี่รอบถึงจะ เข้าสู่เส้นชัยแล้วหยุดวิ่ง

สำหรับบล็อกคำสั่งการเขียนโปรแกรมแบบวนซ้ำของ KidBright จะทำการตรวจสอบเงื่อนไขก่อนการทำงานทุกครั้ง ซึ่งมีอยู่ 2 รูปแบบคือ

รูปแบบที่ 1 ทำซ้ำเงื่อนไขข้างหลังเป็นจริง ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while) ตรวจสอบเงื่อนไขก่อนเมื่อเงื่อนไขเป็นจริง จะทำงานตามบล็อกคำสั่งที่อยู่ภายในขอบเขตของบล็อก ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while) และหยุดการทำงานเมื่อเงื่อนไขเป็นเท็จ

ภาพที่ 3.4.6 รูปแบบที่ 1 ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while)
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

รูปแบบที่ 2 ทำซ้ำเงื่อนไขข้างหลังเป็นจริงหรือหยุดทำซ้ำเมื่อมีเงื่อนไขข้างหลังเป็นจริง คำสั่งทำซ้ำจนกระทั่ง (Repeat until) จะตรวจสอบเงื่อนไขก่อนเมื่อเงื่อนไขเป็นเท็จ จะทำงานตามบล็อกคำสั่งที่อยู่ภายในขอบเขตของบล็อก ทำซ้ำจนกระทั่ง (Repeat until) และทำซ้ำจนกว่าเงื่อนไขเป็นจริงจึงจะหยุดออกจากการวนรอบ

ภาพที่ 3.4.7 รูปแบบที่ ทำซ้ำขณะที่ (Repeat while)
ที่มา : https://www.kid-bright.org/simulator/home

ตัวอย่างการเขียนโปรแกรม

โปรแกรมนับเลขถอยหลัง จาก 5-1 บนจอแสดงผลแอลอีดี เมื่อมีการกดสวิสช์ 1