ปุ่มสัมผัส บนชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติ ด้วยขา touch ของ ESP32 กับ สีนำไฟฟ้า

อยากให้ของเล่นพิมพ์ 3 มิติมีปุ่มกดแบบไม่มีชิ้นส่วนขยับ ทำได้ด้วยขา touch ที่อยู่ในชิป ESP32 อยู่แล้ว ทาสีนำไฟฟ้าหรือพิมพ์ฟิลาเมนต์นำไฟฟ้าเป็นแผ่น ต่อสายเส้นเดียวเข้าขา touch แล้วอ่านค่าในโค้ด จุดที่คนพลาดบ่อยมีจุดเดียว: ESP32 รุ่นแรกค่าลดลงตอนแตะ แต่ ESP32-S2 กับ S3 ค่าเพิ่มขึ้น

บทนี้เป็นคู่มือวิธีทำ ยังไม่ใช่บันทึกงานที่ทำเสร็จแล้ว ตัวเลขทุกตัวในตัวอย่างใช้แสดงวิธีคำนวณ ค่าจริงบนบอร์ดของคุณต้องอ่านเองจาก Serial Monitor

ขา touch ทำงานยังไง

ขา touch วัดความจุไฟฟ้า (capacitance) ของแผ่นที่ต่ออยู่ ชิปชาร์จและคายประจุแผ่นนั้นซ้ำ ๆ แล้วนับเวลา พอนิ้วเข้ามาใกล้ ความจุเพิ่ม การชาร์จแต่ละรอบช้าลง ตัวเลขที่อ่านได้เลยเปลี่ยน ไม่มีหน้าสัมผัสกลไก ไม่ต้องมีสปริง ไม่ต้อง debounce แบบปุ่มกด (เทียบกับปุ่มกดธรรมดา)

ความต่างระหว่างรุ่นอยู่ที่วิธีรายงานตัวเลข เอกสาร ESP-IDF แบ่งเป็นสองเวอร์ชัน

	ESP32 (รุ่นแรก)	ESP32-S2 / ESP32-S3
เวอร์ชันวงจร touch	V1	V2
จำนวนขา touch	10 ขา (T0–T9)	14 ขา (GPIO1–GPIO14)
ตัวอย่างขา	GPIO4, 0, 2, 15, 13, 12, 14, 27, 33, 32	GPIO1 ถึง GPIO14
ค่าเมื่อแตะ	ลดลง	เพิ่มขึ้น
ชนิดตัวแปรจาก touchRead()	uint16_t	uint32_t
interrupt ใน Arduino	ทำงานเมื่อค่าต่ำกว่า threshold	ทำงานเมื่อค่าสูงกว่า threshold

ESP32-C3 ไม่มีวงจร touch ถ้าเลือกบอร์ดอยู่ ดูเทียบรุ่น ESP32 ก่อน

วัสดุทำแผ่นสัมผัส: สี หรือ ฟิลาเมนต์

มีสองทางหลัก ใช้ร่วมกันก็ได้

สีนำไฟฟ้า (conductive paint) เป็นสีที่ผสมคาร์บอน ทาบนหรือใต้ผิวชิ้นงานที่พิมพ์ด้วย PLA ธรรมดา เอกสารของผู้ผลิตรายหนึ่งระบุความต้านทานแผ่น (sheet resistance) ราว 55 Ω ต่อตาราง ที่ความหนาฟิล์ม 50 ไมครอน สีเป็นสูตรน้ำและละลายน้ำได้ และผู้ผลิตบอกว่าใช้กับไฟ DC แรงดันต่ำ กระแสน้อย งาน Fab Academy ชิ้นหนึ่งทาสีนำไฟฟ้าไว้ใต้ผิว PLA สีขาว แล้วใช้ขา T6 (GPIO14) ของ ESP32 อ่านการแตะผ่านพลาสติก

ฟิลาเมนต์นำไฟฟ้า (conductive PLA) เป็น PLA ผสมคาร์บอน พิมพ์เป็นแผ่นปุ่มตรง ๆ คู่กับสีอื่นในงานพิมพ์หลายสี ข้อมูลผู้ผลิตรายหนึ่งให้ค่า volume resistivity ไว้สามค่า

สภาพ	volume resistivity
เนื้อวัสดุหล่อ (ไม่ได้พิมพ์)	15 Ω·cm
พิมพ์แล้ว วัดตามแนวชั้น	30 Ω·cm
พิมพ์แล้ว วัดข้ามชั้น (แกน Z)	115 Ω·cm

ข้ามชั้นแย่กว่าตามแนวชั้นเกือบ 4 เท่า เพราะรอยต่อระหว่างชั้นนำไฟได้ไม่ดีเท่าเนื้อเส้น ผู้ผลิตยังแนะนำพิมพ์ที่ 215–230 °C ค่อนไปทางสูง และวัสดุผสมคาร์บอนกัดหัวทองเหลือง (ดูเรื่องหัวพิมพ์)

	สีนำไฟฟ้า	ฟิลาเมนต์นำไฟฟ้า
ต้องมีเครื่องหลายสีไหม	ไม่ต้อง	ต้องเปลี่ยนเส้นหรือมีระบบหลายเส้น
รูปทรงแผ่น	ทาได้ทุกผิว ขอบไม่คม	คมตามโมเดล
ความทน	ถลอกได้ ละลายน้ำได้ ควรเคลือบหรือซ่อนใต้ผิว	อยู่ในเนื้อชิ้นงาน
จุดต่อสาย	ทาสีทับปลายสาย	ฝังสายตอน pause หรือขันสกรูเข้าเนื้อ

ตัวอย่างคำนวณ: ความต้านทานของเส้นนำไฟ

แผ่นปุ่มมักต้องมีเส้นนำไฟยาว ๆ จากผิวชิ้นงานไปถึงบอร์ด ลองคำนวณสองแบบ

แบบที่ 1 ฟิลาเมนต์นำไฟฟ้า เส้นยาว 50 mm กว้าง 5 mm หนา 1 mm วิ่งตามแนวชั้น

1. แปลงหน่วยเป็นเซนติเมตร: ยาว 5 cm, หน้าตัด 0.5 cm × 0.1 cm = 0.05 cm²
2. R = ρ × ยาว ÷ หน้าตัด = 30 × 5 ÷ 0.05 = 3,000 Ω
3. ถ้าเส้นเดียวกันวิ่งขึ้นแนวตั้งข้ามชั้น ใช้ 115 แทน 30 ได้ 115 × 5 ÷ 0.05 = 11,500 Ω

แบบที่ 2 สีนำไฟฟ้า ทาหนาราว 50 ไมครอน ยาว 50 mm กว้าง 5 mm

1. จำนวน “ตาราง” = ยาว ÷ กว้าง = 50 ÷ 5 = 10
2. R = 55 × 10 = 550 Ω

ทั้งสองค่าใช้กับขา touch ได้ เพราะขา touch สนใจความจุ ไม่ได้ส่งกระแสผ่าน แต่ตัวเลขหลักพันโอห์มบอกชัดว่าวัสดุพวกนี้ไม่ใช่สายไฟ ห้ามใช้ส่งไฟเลี้ยงมอเตอร์หรือ LED กระแสสูง

ต่อวงจร

ต่อสายจากแผ่นสัมผัสเข้าขา touch หนึ่งขาต่อหนึ่งปุ่ม ไม่ต้องมีตัวต้านทานหรือกราวด์ที่แผ่น ขาที่ใช้บ่อย

• ESP32 รุ่นแรก: GPIO4 (T0), GPIO14 (T6), GPIO27 (T7), GPIO32/33 (T9/T8)
• ESP32-S3: GPIO1 ถึง GPIO14 เลือกขาที่บอร์ดไม่ได้เอาไปใช้อย่างอื่น

เดินสายจากแผ่นถึงบอร์ดให้สั้นและอยู่ห่างสายมอเตอร์หรือลำโพง สายยาวเองก็เป็นส่วนหนึ่งของ “แผ่น” ที่วัด ถ้าจับสายแล้วปุ่มทำงาน แปลว่าสายยาวหรืออยู่ใกล้มือเกินไป

โค้ดที่ใช้ได้ทั้ง ESP32 และ S3

หลักคือวัด baseline ตอนเปิดเครื่องโดยยังไม่มีใครแตะ แล้วดูว่าค่าขยับออกจาก baseline เกินกี่เปอร์เซ็นต์ ทิศของการขยับเลือกตามรุ่นชิปด้วย macro ของ ESP-IDF

// Arduino-ESP32, ESP32 รุ่นแรก หรือ ESP32-S3
const int PAD_PIN = 4;          // T0 บน ESP32, GPIO4 (TOUCH4) บน S3
const float CHANGE = 0.20;      // ต้องเปลี่ยน 20% ถึงนับว่าแตะ
uint32_t baseline = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(500);                   // มืออย่าเพิ่งแตะ
  for (int i = 0; i < 32; i++) { baseline += touchRead(PAD_PIN); delay(10); }
  baseline /= 32;
  Serial.printf("baseline=%u\n", baseline);
}

bool touched(uint32_t v) {
#if CONFIG_IDF_TARGET_ESP32
  return v < baseline * (1.0 - CHANGE);   // V1: ค่าลดเมื่อแตะ
#else
  return v > baseline * (1.0 + CHANGE);   // V2 (S2/S3): ค่าเพิ่มเมื่อแตะ
#endif
}

void loop() {
  uint32_t v = touchRead(PAD_PIN);
  Serial.printf("%u %s\n", v, touched(v) ? "TOUCH" : "");
  delay(50);
}

ตัวอย่างการตั้ง threshold สมมุติ ESP32 รุ่นแรกอ่าน baseline ได้ 90 (งาน Fab Academy ที่อ้างถึงรายงานค่าว่างราว 90 และค่าลดลงเมื่อแตะ)

1. threshold = 90 × (1 − 0.20) = 72
2. อ่านได้ 85 = ไม่แตะ, อ่านได้ 45 = แตะ

บน S3 ตัวเลขใหญ่กว่ามากและทิศกลับกัน สมมุติ baseline 30,000 threshold = 30,000 × 1.20 = 36,000 ค่าที่สูงกว่านี้นับว่าแตะ ตัวเลข 30,000 เป็นตัวอย่างการคำนวณเท่านั้น ให้ดูค่าจริงจาก Serial Monitor แล้วปรับ CHANGE จนแตะเบา ๆ ติด แต่วางมือใกล้ ๆ ไม่ติด

ถ้าโค้ดจากเน็ตใช้ได้บน ESP32 แต่บน S3 ปุ่ม “ติดค้าง” ตลอด แทบทุกครั้งคือเงื่อนไข < กับ > สลับกัน

ออกแบบชิ้นงานให้แตะติดง่าย

• แผ่นใหญ่พอนิ้ว แผ่นที่ใหญ่กว่าปลายนิ้วเล็กน้อยให้การเปลี่ยนแปลงชัดกว่าจุดเล็ก ๆ
• ผนังทับบาง ถ้าซ่อนสีหรือแผ่นนำไฟฟ้าไว้ใต้ผิว ยิ่งบางยิ่งไว พิมพ์ชิ้นทดสอบความหนาต่างกันสัก 3 ระดับแล้วเทียบตัวเลข
• เว้นระยะระหว่างปุ่ม ปุ่มชิดกันเกินไปแตะปุ่มหนึ่งอีกปุ่มขยับตาม
• จุดต่อสายต้องแน่น สายหลวมทำให้ค่ากระโดด ฝังปลายสายลงในช่องตอนหยุดพิมพ์ หรือทาสีทับปลายสายที่ปอกแล้วจนมิด

ข้อผิดพลาดที่เจอบ่อย

• ใช้ threshold ตายตัวจากบทความอื่น ค่าเปลี่ยนตามขนาดแผ่น สาย และไฟเลี้ยง ต้องวัด baseline เอง
• ลืมว่า S2/S3 กลับทิศ ใช้เงื่อนไขของ ESP32 รุ่นแรกบน S3 ปุ่มจะไม่ทำงานหรือค้าง
• ซื้อบอร์ด C3 มาทำปุ่มสัมผัส C3 ไม่มีวงจร touch
• ใช้ฟิลาเมนต์นำไฟฟ้าเป็นสายจ่ายไฟ ความต้านทานหลักพันโอห์มทำให้ไฟตกและร้อน ใช้ทำแผ่นสัมผัสหรือสัญญาณกระแสน้อยเท่านั้น
• แตะตอนเปิดเครื่อง baseline ผิดตั้งแต่ต้น ปุ่มจะเพี้ยนทั้งรอบการใช้งาน

งานนี้อยู่ที่ไฟ 3.3 V จากบอร์ดเท่านั้น สีและฟิลาเมนต์นำไฟฟ้าออกแบบมาสำหรับไฟต่ำ อย่าต่อกับไฟบ้านหรืออุปกรณ์ที่เสียบปลั๊ก

แหล่งข้อมูล

• Capacitive Touch Sensor (ESP32-S2) — ESP-IDF Programming Guide
• Capacitive Touch Sensor (ESP32) — ESP-IDF Programming Guide
• Touch API — Arduino-ESP32 documentation
• Project development (touch pod with conductive paint) — Fab Academy 2023, Barcelona
• Electric Paint Technical Data Sheet — Bare Conductive (via SparkFun)
• Conductive PLA product data — MatterHackers