- วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ โดยแทบไม่มีความรู้มาก่อน แต่เป็นเรื่องราวการเรียนรู้พื้นฐานผ่านการทำวงจรเลียนแบบ หิ่งห้อย
- สำรวจวิธีการทำให้ LED กระพริบด้วยวงจรที่มีชิ้นส่วนน้อยที่สุด เช่น Astable Multivibrator
- สะสมประสบการณ์การใช้ชิ้นส่วนหลากหลาย เช่น LDR และ ตัวต้านทานปรับค่า เพื่อให้เกิดคุณลักษณะกระพริบช้าและทำงานเฉพาะตอนกลางคืน
- แชร์บทเรียนที่ได้จากความล้มเหลว ความขัดข้อง และการทดลองด้วยตนเองอย่างตรงไปตรงมา
- ตระหนักใหม่ถึงความ จมจ่อ และความสนุกที่ได้จากการท้าทายสิ่งใหม่
ภาพรวม
เริ่มต้นการเดินทางนี้เมื่อผู้เขียนแทบไม่มีความรู้ด้านอิเล็กทรอนิกส์เลย โดยตัดสินใจทำไฟหิ่งห้อยเทียมขึ้นมาเอง เนื่องจากคิดถึงหิ่งห้อยที่หายไป เรื่องนี้จึงเป็นบันทึกประสบการณ์จริงที่จดจำทั้งความสำเร็จ ความผิดพลาด และการลองผิดลองถูกอย่างตรงไปตรงมา เป้าหมายคือการเรียนรู้ วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน ควบคู่กับการทำ “หิ่งห้อย” ที่สามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง
ความพยายามครั้งแรกและการออกแบบวงจร
- ทราบว่ากลไกแบบ Astable Multivibrator ทำให้ LED สว่างและดับอัตโนมัติได้
- เริ่มต้นจากการไม่รู้จักความแตกต่างระหว่างแรงดันกับกระแส แต่ค่อย ๆ เรียนรู้หลักการพื้นฐานของอุปกรณ์แต่ละตัว เช่น ตัวต้านทาน คาปาซิเตอร์ และทรานซิสเตอร์
- ได้ความรู้ทางทฤษฎีขั้นต่ำจาก AI chatbot และ YouTube แล้วไปซื้อชิ้นส่วนเองจากร้าน และประกอบวงจรครั้งแรก
- น่าประหลาดใจที่ในการลองครั้งแรกพบว่า LED กระพริบได้ตามปกติ
กระบวนการปรับปรุงและยกระดับ
- ปัญหาที่พบระหว่าง feedback
- LED กระพริบตลอด 24 ชั่วโมง
- ความเร็วการกระพริบเร็วเกินหิ่งห้อยจริงมาก
- นำแนวคิด LDR (Light Dependent Resistor) มาใช้เพื่อให้ทำงานเฉพาะตอนกลางคืน
- เชื่อมต่อ LDR กับวงจรสำเร็จในการทำให้ LED สว่างเฉพาะเมื่อมืด
- พบว่าการเพิ่มตัวต้านทานต่ออนุกรมช่วยปรับความไวต่อแสงได้
- ใช้ Potentiometer (ตัวต้านทานปรับค่า) เพื่อปรับความเร็วการกระพริบ
- ปรับค่าความต้านทานได้ง่ายจนคุมรอบการกระพริบได้ในช่วง 1 ถึง 5 วินาที
- ทดลองเปลี่ยนค่าคาปาซิเตอร์เพื่อหาค่าที่เหมาะสมต่อเนื่อง
- เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการลองซ้ำ วางแผนและใช้งาน Astable Delay Simulator บนเว็บที่พัฒนาขึ้นเอง
- เปรียบเทียบช่วงเวลาการกระพริบที่คาดเดาได้กับผลลัพธ์จริงของวงจร
การจัดการพลังงานและการตรวจสอบ
- วัด การใช้พลังงานของวงจร ด้วยมัลติมิเตอร์จริง
- พบว่าการใช้คาปาซิเตอร์ความจุต่ำร่วมกับตัวต้านทานค่าสูงเหมาะกับการยืดอายุแบตเตอรี่
- ใช้ Battery Life Calculator ที่พัฒนาขึ้นเองคำนวณอายุแบตเตอรี่ที่คาดว่าจะประมาณ 8 เดือน
การลองผิดลองถูกและการแก้ไขปัญหา
- ปัญหา (Incident) #1: Jumper Wire
- เมื่อวงจรทำงานไม่ออกกะทันหัน จึงตรวจเช็กชิ้นส่วนทีละตัว และพบว่าเป็นปัญหาการสัมผัสไม่แน่นของ jumper wire และความต้านทานสูง
- หลังจากนั้นเปลี่ยนมาใช้ "hookup wire" เพื่อให้เสถียรขึ้น
- ปัญหา (Incident) #2: เครื่องจำลองทำงานไม่ได้
- ลองจำลองวงจรจริงผ่าน tinkercad.com และ falstad.com แต่ในกรณีวงจรซับซ้อนกลับใช้งานไม่ได้
- เห็นได้ว่าเครื่องจำลองบางตัวยังไม่สมบูรณ์สำหรับวงจรอะนาล็อกที่ซับซ้อน
- ปัญหา (Incident) #3: ควันจากการบัดกรี
- ระหว่างการบัดกรี ควันที่เกิดขึ้นส่งผลต่อการหายใจอย่างชัดเจน
- ใช้พัดลมคูลเลอร์ CPU มือสองและอะแดปเตอร์ 12V เป็นเครื่องดูดควันแบบชั่วคราว
- ปัญหา (Incident) #4: การนำชิ้นส่วนกลับมาใช้ใหม่
- ตอนกลางคืนต้องการคาปาซิเตอร์เพิ่มขึ้น จึงนำชิ้นส่วนออกจากบอร์ดจ่ายไฟที่ถูกทิ้งมาใช้งานซ้ำ
- ปัญหา (Incident) #5: การทดสอบหิ่งห้อยจริง
- สังเกตวงจรที่เสร็จแล้วในห้องมืดและยืนยันว่าสามารถเลียนแบบหิ่งห้อยได้สำเร็จ
การสร้างฮาร์ดแวร์ให้เสร็จสมบูรณ์และทำหลายรูปแบบ
- ใช้ฮอตกลลูและปากกาสามมิติต้นทุนต่ำในการตกแต่งและติดตั้ง เพื่อทำให้แท่นยึดและฮาร์ดแวร์ใช้งานได้อย่างเสถียร
- สร้างและติดตั้ง “หิ่งห้อย” ได้ทั้งหมด 5 ตัวในรูปแบบต่าง ๆ เช่น breadboard และ dead-bug และติดตั้งกลางแจ้ง
- เมื่อเห็นไฟหลายดวงกระพริบในความมืดตอนกลางคืนก็รู้สึกพึงพอใจและภูมิใจอย่างลึกซึ้ง
การทบทวนและข้อคิด
- โครงการนี้ทำให้ได้สัมผัส ความจมจ่อ และความสุขจากการเติบโตที่เกิดจากการลองสิ่งใหม่อีกครั้ง
- รู้สึกมีความตื่นเต้นเหมือนกับช่วงเริ่มต้นเรียน ภาษาโปรแกรมมิ่ง ในอดีต
- เกิดแรงกระตุ้นอยากทำหิ่งห้อยที่สว่างนานขึ้นและฉลาดขึ้นในอนาคต
- สุดท้ายรับรู้ว่ากระบวนการเรียนรู้ผ่านการทำและการเผชิญปัญหาจริงต่างหากที่มี ความหมาย ที่สุด
สรุป
- ประสบการณ์เริ่มต้นเรียนอิเล็กทรอนิกส์ผ่านโปรเจกต์จริง ทำให้ตระหนักว่าความล้มเหลวและการลองผิดลองถูกต่างหากคือส่วนสำคัญของการเรียนรู้
- วงจรหิ่งห้อยเป็นโปรเจกต์ต้นแบบที่ดีในการต่อยอดแนวคิดทั้งการทำงาน ทดลอง และปรับปรุงเชิงสร้างสรรค์ และช่วยพัฒนาทัศนคติแบบ วิศวกรรม
- เส้นทางการเดินทางนี้ยังคงดำเนินต่อไป
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ฉันชอบหิ่งห้อยมากจริงๆ แต่ช่วงไม่กี่ปีมานี้มันเหมือนหายไปไหนหมดแล้ว จนไม่เห็นจุดแสงเล็กๆ ในคืนมืดอีกต่อไป คิดถึงมันมากกว่าที่คาดไว้ ไม่แน่ใจว่าทำไม แต่แสงรบกวนและสารกำจัดศัตรูพืชน่าจะเป็นสาเหตุใหญ่ ประชากรแมลงทุกชนิดกำลังลดลงอย่างรุนแรง มีบทความบอกว่าตลอด 25 ปีที่ผ่านมา แมลงบินในเขตอนุรักษ์ธรรมชาติของเยอรมนีหายไปสามในสี่ด้วย ลิงก์
ซอฟต์แวร์ดูเรียบร้อยดี แต่ความต่างกับแผงวงจรที่ดูยุ่งเหยิงนั้นชวนช็อกจริงๆ ถึงอย่างนั้นมันก็ยังทำงานได้ น่าทึ่งมาก ทุกวันนี้คนส่วนใหญ่น่าจะใส่ไมโครคอนโทรลเลอร์กับตัวตั้งเวลาแล้วจบ แต่แบบนั้นคงไม่สนุกเท่าไร มีความงามแบบมินิมัลเฉพาะตัวในงานออกแบบแอนะล็อก และความพิเศษตรงการได้จัดการกับอิเล็กตรอนแบบตรงๆ
หนึ่งในเหตุผลหลักที่ผู้เขียนพบเห็นหิ่งห้อยน้อยลง คือประชากรแมลงทั่วโลกกำลังลดลงปีละ 2–10% ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง
โพสต์นี้ทำให้ฉันรู้สึกหลายอย่าง ในนิยาย "Do Androids Dream of Electric Sheep?" ของ Philip K. Dick หลังสงครามทำให้สัตว์ป่าสูญพันธุ์ ผู้คนส่วนใหญ่จึงเลี้ยงสัตว์ไฟฟ้าแทนสัตว์จริง หิ่งห้อยอิเล็กทรอนิกส์แสนสร้างสรรค์ในโพสต์นี้ยิ่งทำให้ฉันรู้สึกเศร้าและมีความหมายมากขึ้น เมื่อคิดว่าแสงประดิษฐ์และมลภาวะแสงจาก LED ไปรบกวนการจับคู่และการสื่อสารของหิ่งห้อยจริง จนทำให้จำนวนพวกมันลดลง งานวิจัย 1, งานวิจัย 2
ถึงจะจบปริญญาตรีวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ แต่ฉันก็ยังไม่ค่อยเข้าใจวงจร โดยเฉพาะวงจรที่มีทรานซิสเตอร์ ฉันลองจินตนาการการไหลของไฟฟ้า/อิเล็กตรอนไว้หลายแบบ แต่ก็ยังไม่เจอโมเดลความคิดที่อธิบายได้ครบ 100% ดูเหมือนฉันจะถนัดการคิดแบบเป็นลำดับขั้นคล้ายอัลกอริทึม มากกว่าการคำนวณตัวแปรทั้งหมดในหัวพร้อมกัน เลยยิ่งยาก
ฉันเริ่มจากการเขียนโปรแกรมก่อน แต่ไม่รู้อะไรเกี่ยวกับวงจรแอนะล็อกเลย แม้จะเคยทำตามชุดคิท 160-in-one ของ Radio Shack แต่ตอนนั้นคิดว่าแต่ละชิ้นส่วนก็แค่ทำหน้าที่ของตัวเองเหมือนขั้นตอนบนสายพานการผลิต จนกระทั่งเข้าเรียนมหาวิทยาลัยและเรียนวงจร LRC ซึ่งเชื่อมกับแนวคิดเรื่องคลื่นและการสั่น ฉันถึงรู้สึกถึงเสน่ห์มหัศจรรย์ของวงจรได้จริงๆ สิ่งที่น่าสนใจไม่ใช่ชิ้นส่วนแต่ละตัว แต่คือการเอามาประกอบกันเป็น 'ระบบคลื่น' และควบคุมกระแสกับแรงดันเพื่อนำไปใช้ได้หลากหลาย
การหายไปของแมลงสัมผัสได้แม้แต่ตอนตกปลา ฉันตกปลามาทั้งชีวิต และนักตกปลารุ่นเก่าหลายคนก็พูดกันมากว่าแมลงลดลง เหยื่อบางอย่างที่เคยได้ผลดีเมื่อก่อน ทุกวันนี้กลับไม่ค่อยได้ผล ฉันคิดว่าส่วนหนึ่งเพราะปลาไม่เคยมีประสบการณ์กับแมลงพวกนั้นข้ามรุ่นอีกแล้ว
ฉันลองใช้ circuit simulator ของ tinkercad.com กับวงจรง่ายๆ แล้วใช้ได้ แต่ astable multivibrator ที่ฉันทำกลับไม่ทำงาน falstad.com/circuit ก็เหมือนกัน ทำให้รู้ว่าซิมูเลเตอร์พวกนี้มักทำงานไม่ดีนักกับวงจรซับซ้อน ถ้ามีซอฟต์แวร์ออกแบบ/จำลองวงจรสำหรับงานอดิเรกที่ใช้บน macOS หรือออนไลน์ได้ อยากได้คำแนะนำมาก ฉันลองทั้ง kicad, diylc, fritzing และอื่นๆ แล้ว แต่ไม่เจออะไรที่ใช้ได้จริง ถึงขั้นรู้สึกว่าคนที่สร้างซอฟต์แวร์พวกนี้มีวิธีคิดที่พังๆ แบบเฉพาะทางบางอย่างเลย อุดมคติของฉันคือซอฟต์แวร์ที่ทำได้ทั้งออกแบบวงจรเชิงอิเล็กทรอนิกส์และเชิงพื้นที่ ทดสอบการทำงาน และผลิตบอร์ดได้ด้วย โดยเฉพาะรองรับ stripboard
ฉันคิดว่าเหตุที่ซิมูเลเตอร์ทำงานไม่ได้ อาจเป็นเพราะวงจรจริงอาศัยคุณสมบัติแฝง (parasitic) ในการทำงาน เช่นวงจร joule thief แม้ดูเผินๆ จะไม่มี capacitor แต่ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุไฟฟ้าที่มีอยู่ในชิ้นส่วนจริงก็ส่งผลต่อการทำงาน
หิ่งห้อยกะพริบตอบสนองต่อแสงได้เหมือนกัน ถ้าหา photosensor ที่ไวมากพอได้ "หิ่งห้อยอิเล็กทรอนิกส์" พวกนี้ก็น่าจะสื่อสารกันเองได้ หรืออาจสื่อสารกับหิ่งห้อยจริงได้ด้วยซ้ำ เพียงแค่ออกแบบวงจรให้ตอบสนองเฉพาะการเปลี่ยนแปลงของความสว่างรอบตัว ก็น่าจะกันไม่ให้มันทำงานตลอดตอนกลางวันได้