บอร์ด LAG3 สำหรับการศึกษาระบบควบคุมบน ESP32

หลังจากที่ผู้เขียนได้ออกแบบบอร์ด LAG3 สำหรับ ESP8266 เพื่อใช้ประกอบการฝึกอบรมในวิชาเรียนของนิสิตและบุคคลภายนอกมาระยะหนึ่ง พบว่าใช้งานได้ดีและมีความเหมาะสมกับวัตถุประสงค์ดังกล่าวอย่างมาก เนื่องจากไม่ต้องการอุปกรณ์เสริมอื่นใดที่ทำให้เทอะทะและน้ำหนักมากขนย้ายไม่สะดวก ผู้เรียนสามารถนำไปศึกษาด้วยตนเองได้ทุกสถานที่โดยต้องการเพียงแหล่งจ่ายจาก USB port ของโน้ตบุกเท่านั้น นอกจากนั้นผู้เรียนยังสามารถพัฒนาระบบได้ครบวงจร มิใช่เพียงแต่อ่านค่าจากเซนเซอร์อย่างเดียวแต่รวมถึงการส่งค่าคำสั่งอ้างอิงเพื่อควบคุมระบบ หรือการปรับค่าพารามิเตอร์ควบคุม
ในการศึกษาขั้นสูงขึ้น ท่านสามารถอิมพลิเมนต์กฏการควบคุมที่มีความซับซ้อนมากกว่า PID หรือตัวควบคุมเชิงเส้น เช่น การควบคุมแบบปรับตัว (adaptive control) เครือข่ายประสาทเทียมผสมผสานกับฟัซซี่ ลอจิก (Neuro Fuzzy) โดยทดสอบกับพลานต์จำลองของถังน้ำ 3 ระดับนี้ ซึ่งจัดได้ว่าเป็นปัญหาการควบคุมที่มีความยากในระดับปานกลางที่ระบบป้อนกลับอาจเสียเสถียรภาพได้โดยง่าย แต่ผู้ทดลองไม่ต้องกังวลเนื่องจากการใช้บอร์ด LAG3 ไม่สามารถสร้างความเสียหายให้กับฮาร์ดแวร์หรือคอมพิวเตอร์ของท่าน (แตกต่างจากการทดลองกับพลานต์จริงที่อาจเกิดอันตรายหรือความสูญเสียได้)
บอร์ด LAG3 มีหลายเวอร์ชัน แต่ที่ผู้เขียนเลือกที่จะจำหน่ายให้กับผู้สนใจนำไปทดลองประกอบหนังสือ “ตัวควบคุมป้อนกลับบนอินเทอร์เน็ต” มี 2 รุ่น คือ LAG3 Ver 3.0 (สำหรับ NodeMCU V2/V3 และ WEMOS D1 R2) และที่เพิ่งออกแบบใหม่คือ LAG3-ESP32 สำหรับ WEMOS LOLIN32 และ NODEMCU-32S ที่ใช้ PCB สีแดงและมีขนาดเล็กกว่าเนื่องจากไม่ต้องใช้กับ Form Factor ของ Arduino
เนื่องจากบอร์ด LAG3 Ver 3.0 ได้กล่าวถึงแล้วในภาคผนวกของหนังสือ ดังนั้นในบทความนี้จะกล่าวถึงบอร์ด LAG3 ESP32 ที่จะใช้ประกอบการฝึกอบรมในปีนี้ รูปที่ 1 แสดงลักษณะด้านบนของบอร์ด
รูปที่ 1 ลักษณะด้านบนของบอร์ด LAG3-ESP32 ซึ่งออกแบบให้ใช้งานได้กับ WEMOS LOLIN32 และ NODEMCU-32S โดยมีคอนเนกเตอร์แยกจากกัน การประกอบบอร์ดแสดงได้ในรูปที่ 2 และ 3 โดยบอร์ด LOLIN32 จะตัดปัญหาเรื่องทิศทาง แต่ NODEMCU-32S จะต้องเสียบบอร์ดดังทิศทางในรูปที่ 3 เท่านั้น (สังเกตได้ง่ายๆ หากกลับทิศ ความสูงของตัวเก็บประจุจะขวางทางขั้ว USB)
รูปที่ 2 การใช้งานร่วมกับ WEMOS LOLIN32 รูปที่ 3 การใช้งานร่วมกับบอร์ด NODEMCU-32S เช่นเดียวกับบอร์ดรุ่น NODEMCU V2/V3 บนบอร์ด LAG3-ESP32 นอกจากจะมีวงจร RC 3 ภาค และออปแอมป์ MCP6004 แล้ว ยังมี RGB LED รุ่น SMLV56 คอนเนกเตอร์สำหรับ OLED 128 x 64 I2C และออกแบบไว้เผื่อสำหรับ EEPROM 26LC128 จาก บ. ไมโครชิพ หากผู้ใช้ต้องการเก็บข้อมูลเช่นพารามิเตอร์ตัวควบคุม มีพื้นที่อเนกประสงค์ขนาดเล็กสำหรับเพิ่มวงจรภายนอก นอกเหนือจากนั้น ยังมีคอนเนกเตอร์สำหรับสัญญาณ SPI ที่ออกแบบให้สามารถเสียบโมดูล Micro SD card ได้ (แต่ ณ ปัจจุบันยังไม่ได้ทดสอบการอ่านเขียน Micro SD โดย ESP32
จากการทดลองใช้งานกับทั้งสองบอร์ด พบว่า LOLIN32 ใช้งานได้ง่ายกว่าโดยสามารถโหลดโปรแกรมได้ทันที แต่การใช้กับ NODEMCU-32S หากพบว่าโหลดโปรแกรมไม่ได้ต้องกดสวิตช์บนบอร์ดช่วย ดังนั้นหากผู้อ่านกำลังคิดจะซื้อบอร์ดมาทดลองกับ LAG3-ESP32 ขอแนะนำ WEMOS LOLIN32
วงจรอิเล็กทรอนิกส์ของ LAG3-ESP32 จะเหมือนกับเวอร์ชัน ESP8266 ซึ่งสามารถดูได้จากภาคผนวก B ของหนังสือ

ขาสัญญาณที่ใช้งาน

GPIO	ชื่อ	ชนิด	ใช้สำหรับ
39	ADC3	AI	เอาต์พุตของพลานต์ (Y)
32	ADC4	AI	สเตต (X2)
33	ADC5	AI	สเตต (X1)
25	DAC1	AO	เอาต์พุตตัวควบคุม (Analog)
16	PWM	O	เอาต์พุตตัวควบคุม (PWM)
22	SCL	O	สัญญาณ I2C
21	SDA	O	สัญญาณ I2C
19	PWMR	O	PWM สำหรับ LED สีแดง
18	PWMG	O	PWM สำหรับ LED สีเขียว
17	PWMB	O	PWM สำหรับ LED สีน้ำเงิน
5	LED	O	LED บนบอร์ด LOLIN32

รูปที่ 4 และ 5 แสดงการใช้งาน LAG3-ESP32 ร่วมกับ NODEMCU-32S และ LOLIN32 โดยควบคุมและแสดงผลบน NETPIE Freeboard อาศัยไลบรารี lamloei ESP32_Microgear

รูปที่ 4 การควบคุมและแสดงผลผ่านอินเทอร์เน็ตโดย NODEMCU-32S รูปที่ 5 การควบคุมและแสดงผลผ่านอินเทอร์เน็ตโดย LOLIN32 บอร์ด LAG3-ESP32 สร้างขึ้นสำหรับแจกให้ผู้เข้าฝึกอบรมเพื่อให้นำไปศึกษาต่อได้ แต่หากมีผู้สนใจนำไปศึกษาด้วยตนเองก็สามารถทำได้ โดยสามารถสั่งซื้อได้จากผู้เขียน สนนราคา 300 บาทเท่ากับรุ่น NODEMCU V2/V3 (ไม่รวมค่าส่ง 50 บาททาง EMS) มีจำนวนจำกัดเนื่องจากบอร์ดผลิตจำนวนน้อยทำให้ต้นทุนการทำแผ่น PCB ค่อนข้างสูง แต่หากท่านเข้าร่วมฝึกอบรมคอร์ส ESP32 ของ ดิว.นินจา ที่จะเปิดในช่วงประมาณกลางเดือน กพ. 2561 นี้จะได้รับบอร์ดนี้พร้อม WEMOS LOLIN32 1 ชุด พร้อมหนังสือ “ตัวควบคุมป้อนกลับบนอินเทอร์เน็ตโดย ESP8266 และ ESP32” ที่มีเนื้อหาเพิ่มเติมสำหรับผู้เข้าฝึกอบรมเท่านั้น