เมื่อไอเดียสร้างสรรค์เจอกับอิเล็กทรอนิกส์ มันก็จะกลายเป็นผลงานชิ้นโบว์แดงไปเลย การสร้างของใช้ในบ้านที่ทั้งเจ๋งและเป็นเอกลักษณ์แบบนี้แหละที่ทำให้เกิดนวัตกรรมใหม่ๆ ขึ้นมา ในคลิปนี้ พี่จะพาน้องๆ ไปดูวิธีทำ "นาฬิกาคอนกรีตไร้สัมผัส" ที่ใช้ Arduino เป็นสมองกัน
เมื่อศิลปะการหล่อคอนกรีตมาบรรจบกับเทคโนโลยี Embedded Systems ผลลัพธ์ที่ได้คือสุดยอดผลงานที่ผสมผสานความดิบเท่ของวัสดุเข้ากับอิเล็กทรอนิกส์ระดับแนวหน้า นาฬิกาเรือนนี้ไม่ใช่แค่บอกเวลา แต่ยังเป็นของตกแต่งบ้านสุดเท่ พร้อมฟังก์ชัน "Touchless" ที่ทำให้อ้าปากค้าง
ขั้นตอนที่ 1: ออกแบบ 3D
พี่เป็นคนนึงที่ชอบสร้างโมเดล 3D ของชิ้นงานก่อนลงมือทำจริงเสมอ มันไม่ใช่แค่ทำให้เห็นภาพว่าผลงานสำเร็จจะหน้าตาเป็นยังไง แต่ยังช่วยคำนวณขนาดที่แม่นยำก่อนลงมือจริงอีกด้วย งานนี้พี่ใช้โปรแกรมฟรีอย่าง "Windows 3D-builder" มาสร้างโมเดลนี้แหละ
พูดแบบเด็กช่าง/วิศวะ การสร้างโมเดล 3D ก่อนลงมือจริงคือขั้นตอนที่ขาดไม่ได้เลย มันช่วยให้เราเห็นภาพรวมและเช็คขนาดของชิ้นส่วนต่างๆ ได้เป๊ะๆ พี่เลือก "Windows 3D-builder" เพราะใช้ง่ายและฟรี ดีงามสำหรับวัยรุ่นอย่างเรา
แถบสีดำตรงกลางบนโมเดลคือตำแหน่งสำหรับติดตั้งโมดูลนาฬิกาดิจิตอล TM1637 ส่วนช่องว่างรูปวงกลมรอบๆ จะเป็นที่ติดตั้ง LED สีฟ้า 5 ดวง ซึ่งเราจะเปิด-ปิดมันได้โดยการโบกมือผ่านโมดูล IR แบบไม่ต้องสัมผัสเลย
- แถบสีดำตรงกลาง: ออกแบบมาเพื่อติดตั้งโมดูลนาฬิกาดิจิตอล TM1637 โดยเฉพาะ
- ช่องวงกลม: สำหรับติดตั้ง LED สีฟ้า 5 ดวง ไว้เป็นไฟ Ambient Light สร้างบรรยากาศ
ส่วนรูสองรูด้านหน้านี้คือตำแหน่งสำหรับโมดูลเซ็นเซอร์ IR ส่วนฐานคอนกรีตแท่งหนาๆ ด้านล่างจะเป็นบ้านหลังใหญ่ให้กับบอร์ดและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดที่เหลือ
- รูสองรูด้านหน้า: ออกแบบมาเพื่อติดตั้งเซ็นเซอร์ของโมดูล IR (อินฟราเรด)
- ฐานคอนกรีต: ทำหน้าที่เป็นกล่องใส่แผงวงจรและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด เรียบร้อยไม่เห็นสายรุงรัง
ขั้นตอนที่ 2: เทมเพลตสำหรับทำแม่พิมพ์
จากโมเดล 3D ที่ออกแบบไว้ พี่ก็มาสร้างเทมเพลตแบบ 2D นี้ขึ้นมา เพื่อใช้เป็นแบบตัดกระดาษแข็งสำหรับทำแม่พิมพ์คอนกรีตนั่นเอง น้องๆ สามารถดาวน์โหลดไฟล์เทมเพลตนี้ไปพิมพ์ลงกระดาษ A4 ได้เลย (ลิงก์อยู่ในคำอธิบายด้านล่างของวิดีโอ)
จัดไปวัยรุ่น! เทมเพลตนี้จะช่วยให้เราตัดกระดาษแข็งสำหรับทำแม่พิมพ์ได้ตรงเป๊ะ ตามแบบที่ออกแบบไว้ในโมเดล 3D พี่แน่ใจว่ามันจะช่วยให้น้องๆ ทำงานนี้ได้ง่ายขึ้นเยอะ
ขั้นตอนที่ 3: แผนผังวงจร (Schematic)
ก่อนจะลงมือต่อสาย มาดูแผนผังวงจรของนาฬิกาดิจิตอลเรือนนี้กันก่อน สมองหลักของวงจรนี้คือ Arduino Nano ตัวเก่งนี่แหละ
เจ้า Arduino Nano ตัวนี้จะทำหน้าที่ประมวลผลและควบคุมโมดูลต่างๆ ตามนี้เลย:
- โมดูลนาฬิกาดิจิตอล TM1637: ต่อกับขา D4 และ D5 ของ Arduino เพื่อแสดงผลเวลา
- โมดูลนาฬิกาจริง DS1302 (RTC Module): ต่อกับขา A1, A2 และ A3 ของ Arduino หน้าที่คือรักษาเวลาให้แม่นยำ แม้จะตัดไฟไปแล้ว (เพราะมีแบตเตอรี่สำรอง)
- LED สีขาว: LED สีขาว 2 ดวงที่อยู่สองข้างของจอนาฬิกา ต่อกับขา D11 ของ Arduino ไอ้สองตัวนี้จะกระพริบ 3 ครั้งทุกชั่วโมง ตอนที่ตัวนาทีรีเซ็ตกลับไปเป็น "00" เป๊ะๆ ดูมีชีวิตชีวาดี
แผนแรกของพี่คือจะใช้ปุ่มกด (push button) 2-3 ตัวต่อกับขา D2 และ D3 ของ Arduino เพื่อตั้งเวลานาฬิกา แต่ในเวอร์ชันสุดท้ายพี่ทำโดยเพิ่มโค้ดเข้าไปในโปรแกรมอีกบรรทัดนึง เดี๋ยวพี่จะอธิบายละเอียดตอนคุยกันเรื่องโค้ด
เตรียมส่วนบน - งานคอนกรีต
พี่ใช้กระดาษแข็งทำแม่พิมพ์คอนกรีตทั้งหมด เลือกกระดาษแข็งเพราะตัดและดัดโค้งเป็นรูปทรงต่างๆ ได้ง่ายมาก ขั้นตอนสำคัญคือต้องเจาะรูไว้ล่วงหน้าสำหรับสายริบบอน และติดชิ้นส่วนโค้งด้านในเพื่อสร้างช่องว่างสำหรับวาง LED
รูในแม่พิมพ์ที่เห็นนี่คือสำหรับร้อยสายริบบอน ส่วนชิ้นครึ่งวงกลมที่ติดด้านซ้ายของวงกลมในนี่ จะทำให้เกิดช่องสำหรับวางกระจุก LED สีน้ำเงินตอนที่เราเทคอนกรีตลงแม่พิมพ์
โอเค นี่คือหน้าตาหลังประกอบแม่พิมพ์กระดาษแข็งทั้งหมดเข้าด้วยกัน ต่อไปก็มาโรยทราย "Brickies Sand" รอบๆ แม่พิมพ์เพื่อให้มันอยู่ทรงแน่นหนาตอนเทคอนกรีตเหลว ถ้าเอาน้ำพรมทรายนิดนึงให้ชื้นๆ มันจะแน่นขึ้นและไล่อากาศส่วนเกินออกไปด้วย
สำหรับการหล่อ พี่ใช้ "Brickies Sand" พรมน้ำให้ชื้นแล้วอัดรอบแม่พิมพ์เพื่อช่วยพยุงรูปทรงและป้องกันไม่ให้ขยับตอนเทคอนกรีต
เจ๋ง คราวนี้มาถึงขั้นตอนเทคอนกรีตลงแม่พิมพ์กันเลย อย่าลืมอัดคอนกรีตผสมไปด้วยตอนเทนะ วิธีนี้คอนกรีตจะไหลไปถึงทุกซอกทุกมุมและไล่ฟองอากาศที่ไม่ต้องการออกไป
เทคนิคการเทคอนกรีตให้เรียบคือต้องเขย่าหรือเคาะเบาๆ เพื่อไล่ฟองอากาศ
พี่ยังเติม "ตะปู" ลงไปในเนื้อคอนกรีตด้วยนิดหน่อยเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ขั้นตอนนี้จำเป็นมาก เพราะดีไซน์รอบแรกของพี่พังยับเยินเลยเนื่องจากไม่แข็งแรงพอ พี่ฝัง "ตะปู" ลงไปในคอนกรีตเพื่อเสริมกำลัง ช่วยให้โครงสร้างแข็งแรงและแตกหักยากขึ้น
พอทุกอย่างแห้งดีแล้ว พี่ก็กวาดทรายออกและแกะชิ้นงานศิลปะออกมาจากแม่พิมพ์
เตรียมส่วนบน - งานอิเล็กทรอนิกส์
เอาล่ะวัยรุ่น มาติดตั้งชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนส่วนบนของนาฬิกากันเลยดีกว่า สู้งานนะน้อง!
โมดูลนาฬิกา LED 4 หลักจะถูกติดตั้งตรงช่องนี้แหละ พี่จะใช้แผ่นฟิล์มพลาสติกสีดำที่แกะมาจากกระดาษห่อของมาปิดทับ พอปูนแห้งสนิทแล้ว เราค่อยติดตั้งจอ TM1637 โดยใช้แผ่นพลาสติกดำปิดหน้าจอให้กลมกลืนกับตัวเรือนนาฬิกา
ด้านหลังพี่ใช้แผ่นไม้อัด ตามดีไซน์แรกเริ่ม พี่จะเจาะรูบนแผ่นไม้นี้แล้วติดตั้งสวิตช์กด (push button) 3 ตัวเข้าไป ด้านหลังก็ปิดด้วยแผ่นไม้อัดนี่แหละ
กลุ่ม LED สีฟ้าจะถูกยึดด้วยกาวร้อนตรงช่องด้านหลังของส่วนวงกลม
พี่ใช้พลาสติกตัดจากขวดนมมาปิดกลุ่ม LED สีฟ้า สีขาวของพลาสติกทำให้มันดูมัวๆ เย็นตา ซึ่งสุดยอดมากๆ เลย สำหรับการกระจายแสง LED สีฟ้า พี่ใช้พลาสติกสีขาวกึ่งโปร่งแสงจากขวดนมมาทำเป็นตัวกระจายแสง ช่วยให้แสงที่ออกมานุ่มนวล ดูมัวๆ สวยงามมาก
พี่ยึด LED สีขาวสองดวงด้วยกาวร้อนที่แผ่นหลัง ก่อนจะนำไปประกบกับตัวปูน
พูดตรงๆ นะ มันท้าทายสุดๆ สำหรับพี่ที่จะใช้กาวร้อนติดแผ่นหลังบนกล้อง หลังจากสู้ชีวิตอยู่พักนึง พี่ก็ทำมันสำเร็จเบื้องหลังมาแล้ว (ฮา)
เตรียมฐาน - ปูนซีเมนต์
ตอนนี้ส่วนบนเสร็จแล้ว มาเริ่มทำฐานนาฬิกากันดีกว่า
สำหรับฐาน พี่เตรียมกล่องกระดาษ 2 ใบ เปิดด้านบน ใบหนึ่งสูงสั้นกว่าอีกใบเล็กน้อย หลอดดูด 2 อันที่เห็นบนจอจะสร้างรูสำหรับโมดูลอินฟราเรด (IR) ส่วนรูด้านข้างสำหรับสายไฟ AC ฐานนี้จะถูกหล่อเพื่อเป็นที่อยู่ของ Arduino และโมดูล IR พี่สอดหลอดดูดกาแฟเข้าไปในแม่พิมพ์เพื่อสร้างรูสำหรับตัวส่งและตัวรับสัญญาณอินฟราเรด
บล็อกกระดาษที่พี่เพิ่งเติมเข้าไปนี่ เพื่อสร้างรูบนด้านหน้าของฐาน ซึ่งส่วนวงกลมด้านบนจะมาวางทับ
หลังจากนั้นก็แค่เททรายเข้าไปในและรอบๆ แม่พิมพ์กระดาษ แล้วตามด้วยการเทส่วนผสมปูนซีเมนต์ลงไป
เหมือนเดิม พี่เติมตะปูลงไปบ้างเพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้โครงสร้าง
พอปูนแห้ง พี่ก็ดึงฐานปูนออกมาจากทราย แล้วขัดโครงสร้างอย่างระมัดระวังให้ได้พื้นผิวที่เนียนสวย พอหล่อและขัดเรียบร้อยแล้ว ก็ติดตั้งแผงวงจรควบคุมที่ด้านล่าง
เตรียมฐาน - อิเล็กทรอนิกส์
โอเคด๊ะ มาลงมือติดตั้ง...