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Hardware | CO2 센서인 MH-Z14A 를 활용해 보자

| Hardware 2020. 3. 18. 09:01

Posted by Erotic Chocoball

1. 이산화탄소

이산화탄소는 지구로 들어 왔다가 빠져나가는 태양광 복사열을 차폐하여 온실효과를 내는 주범 입니다.

매년 기온이 상승하고 있습니다. 기온 상승으로 인하여 지구에서는 지금까지 겪지 못했던 일들이 일어나고 있죠.

전 지구적으로 본다면, 과거로부터 CO2 의 농도 변화는 일정한 주기를 가져 왔습니다.

하지만, 현재의 CO2 농도는 과거의 주기적인 범위에서 한참을 벗어나 있습니다.

측정 데이터를 가지고 본다면, 산업혁명 이후 꾸준히 증가 중 이라는 것을 알 수 있습니다.

산업혁명 이전은 280 ppm 이하였고, 그 이후 약 300년 사이에 140 ppm 정도 늘었습니다.

옛날과 비교하면 150% 가 되어있는 셈 입니다. 수백만년동안 일정한 주기를 가지던 패턴이 300년 동안 완전히 붕괴된 것이죠.

예전 개그 프로에서 봤던, 공기좋은 알프스에서 채집한 공기를 깡통에 넣어 팔아도 되는 시대가 올지도 모르겠습니다.

참고로, 현재 우리가 살고 있는 "요즈음" 은, 410 ppm 정도가 일반적인 수치임을 위의 그래프를 통해 알 수 있습니다.

2. MH-Z14A

생활 공간의 쾌적한 조성은, 삶에 있어서 행복감을 줄 수 있는 요소 중 하나 입니다.

이를 위해, 산소 발생기를 만들어 볼 생각이 났습니다.

다만, 산소 발생기를 만들더라도, 현재의 상황 - 농도 - 를 알고 있어야 조정이 가능하니, CO2 측정 방법을 찾아 봅니다.

CO2 센서로는 몇 가지가 존재하나, MH-Z14A 라는 것이 심심치 않게 사용되고 있네요.

거의 2만원이 넘는 가격이지만, 구입합니다. 기체 포집 센서들은 꽤나 가격이 높게 형성되어 있습니다.

* Free shipping NDIR CO2 SENSOR MH-Z14A infrared carbon dioxide sensor module,serial port, PWM, analog output with cable MH-Z14

- https://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-NDIR-CO2-SENSOR-MH-Z14A-infrared-carbon-dioxide-sensor-module-serial-port-PWM-analog/32617820781.html

센서의 스펙은 다음과 같습니다.

Product Name: MH-Z14A infrared type, carbon dioxide detection sensor
1. the working voltage: DC 4.5-5.5V
2. Working current: Mean < 60mA; peak 150mA
3. the detection range: 0-5000ppm
4. the detection accuracy: ± (50ppm + 3% reading value)
5. Warm-up time: 3min
6. the output signal:
1) analog output voltage: (D1 port 0V-2.5V) (D2 port 0.4-2V) linear output
2) serial port (UART) (TTL level)
3) PWM
7. response time: T90 < 120s
8. the working temperature: 0-50C
9. Humidity: 0-95% RH
10. life: 5 years
11. size: 57mm X 35mm X 15mm
12. weight size: 17g

Package Including: 1pcs X CO2 sensors

3. 도착

도착샷은 예의.

평범하게 배달.

리본 케이블이 딸려 있습니다만, pin hole 로도 연결이 가능합니다.

뒷면은 레귤레이터와 신호 처리 chip 이 달려 있습니다. 그리고 방수 코팅도 되어 있네요.

4. 통신 과 연결 방법

메뉴얼과 스펙 문서를 첨부합니다.

mh-z14a_co2-manual-v1_01.pdf

mh-z14_co2.pdf

문서를 보니, 이 센서와 통신할 수 있는 방법은 3가지가 됩니다. 각각의 사용법은 밑에서 다뤄 보겠습니다.

Analog

PWM

UART (RX/TX)

Pin header 정보 입니다.

리본 케이블을 사용할 경우, 각 선의 의미는 아래 그림과 같습니다.

새로 납땜해야 하는 pin header 말고, 리본 케이블을 사용하여 깔끔하게 연결해 보도록 하겠습니다.

5. 리본 케이블용 커넥터

리본 케이블을 이용하여 예쁘게 연결하고 싶으니, 리본 케이블 커넥터나 연장을 생각해 봅니다.

일단 측정해 봅니다. 대략 1mm 정도 되겠네요. 아래 규격일 듯 합니다.

* JST SH 1.0mm

- http://www.jst-mfg.com/product/detail_e.php?series=231

알리에서 검색해 보니, 아래 제품이 맞을 듯.

* 10 sets 1.0mm 1.25mm 1.5mm 2.0 2.54mm 2PIN /3/4/5/6/12P Pin Male & Female PCB Connector SH JST ZH PH XH 2 Pin
- https://www.aliexpress.com/item/32733307616.html

잘 도착 했습니다.

커넥터의 female / male 이 짝으로 도착했습니다.

도착한 커넥터와 센서에 딸려 나온 커넥터를 비교해 보니... 덴장.

기존 커넥터의 pin 피치를 비교해 보면, 좀더 조밀합니다.

빵판이나 일반적인 연결 용도로 사용되는 (2.54mm) Pin connector 도 주문 했더랬습니다.

빵판에 prototype 회로를 만드려면, pin 이 필요하니까요.

* 100PCS 2.54mm Dupont Jumper Wire Cable Housing Female/Male Pin Connector Terminal Kit
- https://www.aliexpress.com/item/32908083223.html

암수 모양 한세트를 주문 했습니다.

이걸 제대로 사용하기 위해선는 찝는 툴이 필요하다는 것을, 물건 받아보고 나서야 깨닫습니다.

한가지 아쉬운건, 캐스팅 된 핀이 아니라, 프레스된 철판을 구부려서 만든 모양 입니다.

프레스로 된 pin 은 잘 구부러질 뿐만 아니라, 빵판 안에서 부러져 버리면 꺼낼 수가 없어, 죽은 소켓이 되어버리기 때문입니다.

(그래 뽰자 큰 영향은 없지만...)

6. 연결은 결국...

결국 빵판에 연결 방법으로는, 선 끝을 자르고, 기존 pin 을 이식하는 것으로 정했습니다.

Female 소켓에서 한 땀 한 땀 분리합니다.

혹시? 하고 이것 그대로 직접 연결하면 어떨까 하여 연결해 보니, 진동에 의한 결선 이탈이 쉽게 일어나므로 포기.

원래 생각했던 대로, pin 달린 jumper 에서 pin 만을 잘라 이식합니다.

선을 서로 꼬아준 다음, 납땜해 주고, 수축튜브 이용하여 마무리 했습니다. (완벽)

드디어 arduino 와 연결하여 측정이 가능하게 되었습니다.

7. UART

우선 아래 blog 를 많이 참고했습니다.

* Dr. Monk's DIY Electronics Blog

- http://www.doctormonk.com/2018/03/review-and-test-of-mh-z14a-ndir-co2.html

다만, 위의 링크에서 제시한 UART (Software Serial) 포트를 Arduino 의 digital pin 로 측정하는 것은 잘못된 방법입니다.

Analog pin 에 RX/TX 를 접속 시켜야 하며, PWM / Analog 입력을 동시에 받으면, 모든 값이 뒤틀립니다.

그래서 UART 따로, PWM / Analog 를 따로 측정해 봤습니다. (많은 삽질의 결과)

우선 UART. 센서에 3.3V 를 먹이고, TX/RX 를 analog pin 에 연결하여 데이터를 받습니다.

처음으로 센서를 동작시켜본 기념으로 동영상을 올립니다.

센서 가동중에는 네 귀퉁이에 어렴풋이 불이 켜졌다가 꺼지기를 반복합니다.

참고로, TX / RX 에 접속시킨 채로 sketch 를 upload 하면 error 가 나는군요.

#include "SoftwareSerial.h"

const long samplePeriod = 10000L;

SoftwareSerial sensor(A2, A3); // RX, TX
const byte requestReading[] = {0xFF, 0x01, 0x86, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x79};
byte result[9];
long lastSampleTime = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensor.begin(9600);
}

void loop() {
  long now = millis();
  if (now > lastSampleTime + samplePeriod) {
    lastSampleTime = now;
    int ppmS = readPPMSerial();
    Serial.println(ppmS);
  }
}

int readPPMSerial() {
  sensor.flush();
  for (int i = 0; i < 9; i++) {
    sensor.write(requestReading[i]); 
  }
  
  while (sensor.available() < 9) {}; // wait for response
  for (int i = 0; i < 9; i++) {
    result[i] = sensor.read(); 
  }
  int high = result[2];
  int low = result[3];
  return high * 256 + low;
}

결과 입니다. UART 는 값 보정이 필요해 보입니다.

보정을 위해서는 기준값을 알아야 하는데, 기준값을 도출하기 위해서는 정확히 조성된 환경에서 보정작업이 이루어져야 합니다.

저는 그런 환경이나 챔버가 없으므로, calibration 은 무시.

8. Analog / PWM

그나마 현실적인 값을 도출하는 Analog 와 PWM 값 확인 입니다.

#include "SoftwareSerial.h"

const int analogPin = A0; // analog pin
const int pwmPin = 6; // digital pin

const long samplePeriod = 10000L;

long lastSampleTime = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(pwmPin, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  long now = millis();
  if (now > lastSampleTime + samplePeriod) {
    lastSampleTime = now;
    int ppmV = readPPMV();
    int ppmPWM = readPPMPWM();
    Serial.print(ppmV); 
    Serial.print("\t"); 
    Serial.println(ppmPWM); 
    }
}

int readPPMV() {
  float v = analogRead(analogPin) * 5.0 / 1023.0;
  int ppm = int((v - 0.4) * 3125.0);
  return ppm;
}

int readPPMPWM() {
  while (digitalRead(pwmPin) == LOW) {}; // wait for pulse to go high
  long t0 = millis();
  while (digitalRead(pwmPin) == HIGH) {}; // wait for pulse to go low
  long t1 = millis();
  while (digitalRead(pwmPin) == LOW) {}; // wait for pulse to go high again
  long t2 = millis();
  long th = t1-t0;
  long tl = t2-t1;
  long ppm = 5000L * (th - 2) / (th + tl - 4);
  while (digitalRead(pwmPin) == HIGH) {}; // wait for pulse to go low
  delay(10); // allow output to settle.
  return int(ppm);
}

결과값은 다음과 같습니다. 왼쪽이 Analog 값, 오른쪽이 PWM 입니다.

위에서 알 수 있듯, 값의 변화나 지구의 CO2 농도를 참고했을 때, PWM 이 좀더 현실적인 값이 아닌가 합니다.

9. WiFi 연결

일반적으로 센서를 가지고 변화 추이를 확인하려면, 상당히 긴 시간동안의 데이터를 수집해야 합니다.

지금까지는 PC를 켜 놓고 Arduino IDE 의 Serial Monitor 를 사용하여 측정 했었습니다.

Cloud 시대인 만큼, 이번에는 WiFi 를 이용하여 ThingSpeak 에 측정 데이터를 보내주기로 합니다.

ThingSpeak 등록 및 기본 사용법은 아래 포스트에서 다뤘습니다.

* Software | ThingSpeak 등록하여 IoT 데이터 펼처보기
- https://chocoball.tistory.com/entry/Software-ThingSpeak-IoT-monitoring

힘들었던 것은, ESP-01 의 WiFi command 를 이용하여, 필요한 command 를 하나씩 확인하는 작업이었습니다.

위 스샷은 "AT+CIPMUX" 를 통하여 single channel / multi channel 통신을 정의하는 것 입니다.

값에 "0" 을 정의하면 single 이고, 1~4 숫자면 multi channel 입니다.

참조한 블로그 처럼, Multi Channel 을 이용하면 좋을 듯 하지만,

다른 명령어에서 channel 번호를 명시해야 하는 등 번거로워서 Single Channel 설정으로 "AT+CIPMUX=0" 이용.

이외 명령어들은, 연결할 호스트 정의 및 HTTP data 전송에 관련한 부분입니다.

AT+CIPMUX=0
AT+CIPSTART="TCP","api.thingspeak.com",80
AT+CIPSEND=49
GET /update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXXX?field1=351
AT+CIPCLOSE

- AT+CIPMUX=0 > Single Channel 로 통신 시작

- AT+CIPSTART="TCP","api.thingspeak.com",80 > 연결할 host 명과 port 정의
- AT+CIPSEND=49 > 전송할 데이터 사이즈를 미리 정의
- GET /update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXX?field1=351 > HTTP GET request
- AT+CIPCLOSE > session close

위는 FTDI 를 이용하여, 직접 Serial Monitor 를 이용하여 WiFi 통신"만" 테스트해 보는 스샷입니다.

FTDI 를 이용한 자세한 활용 방법은 아래 글에서 다뤘습니다.

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 2
- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-2

참고한 blog 의 소스에는 ">" 캐릭터가 나오면 send 명령어를 실행하게끔 되어 있습니다만, 실패가 계속 나더군요.

테스트 해본 결과, 제가 가지고 있는 ESP-01 모듈은 ">" 이 나오기 전, "OK" 가 먼저 뜨므로, 기준을 "OK" 문자로 해야 합니다.

이렇듯, 소스를 하나하나 검증하면서 제대로 동작하는 command 들을 끼워 맞추기까지 오래 걸렸습니다.

없는 시간 쪼개어 가며 테스트하고 삽질하였더니만 2개월 정도 걸린 듯 합니다.

10. 최종 버전

아래는 arduino / MH-Z14A / ESP-01 간의 pin 연결표 입니다.

 MH-Z14A | Arduino Nano
------------------------
   PWM   |     D6
   GND   |     GND
   VCC   |     5V
------------------------


  ESP-01 | Arduino Nano
------------------------
   TX    |     D10
   RX    |     D11
   VCC   |     3.3V
   GND   |     GND
  CHPD   |     3.3V
------------------------

아래는 layout 입니다. 추가 전원을 위해 MB102 도 사용했습니다.

아래는 실제로 연결한 arduino nano / MH-Z14A / ESP-01 / MB102 입니다.

지금까지 확인한 내용이 모두 담긴 소스 입니다.

#include "SoftwareSerial.h"

// HM-Z14A
const int pwmPin = 6; // digital pin

// ESP-01
#define RX 10
#define TX 11
SoftwareSerial AT(RX, TX);

// WiFi
String ssid = "XXXXXXXXX"; //Wifi SSID
String password = "XXXXXXXXX"; //WiFi Pass
String apiKeyIn = "XXXXXXXXX"; // API Key
const unsigned int writeInterval = 25000; // write interval (in ms)

// ThingSpeak
String host = "api.thingspeak.com"; // API host name
String port = "80"; // port

int AT_cmd_time;
boolean AT_cmd_result = false; 

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(pwmPin, INPUT_PULLUP);
  
  // WiFi status
  Serial.println("---------- Program Start");
  AT.begin(115200);
  Serial.println("Initiate AT commands with ESP8266 ");
  sendATcmd("AT",5,"OK");
  sendATcmd("AT+CWMODE=1",5,"OK");
  Serial.print("Connecting to WiFi:");
  Serial.println(ssid);
  sendATcmd("AT+CWJAP=\""+ ssid +"\",\""+ password +"\"",20,"OK");
}

void loop() {
  // get CO2 data
  int ppmPWM = readPPMPWM();
  
  // Create the URL for the request
  String url = "GET /update?api_key=";
  url += apiKeyIn;
  url += "&field1=";
  url += ppmPWM;
  url += "\r\n";
  Serial.println("---------- Open TCP connection");
  sendATcmd("AT+CIPMUX=0", 10, "OK");
  sendATcmd("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"" + host +"\"," + port, 20, "OK");
  sendATcmd("AT+CIPSEND=" + String(url.length()), 10, "OK");
  
  Serial.print("---------- requesting URL: ");
  Serial.println(url);
  AT.println(url);
  delay(2000);
  sendATcmd("AT+CIPCLOSE", 10, "OK");
  
  Serial.println("---------- Close TCP Connection ");
  Serial.println("");
  
  delay(writeInterval); // delay
}

// PWM function
int readPPMPWM() {
  while (digitalRead(pwmPin) == LOW) {}; // wait for pulse to go high
  long t0 = millis();
  while (digitalRead(pwmPin) == HIGH) {}; // wait for pulse to go low
  long t1 = millis();
  while (digitalRead(pwmPin) == LOW) {}; // wait for pulse to go high again
  long t2 = millis();
  long th = t1-t0;
  long tl = t2-t1;
  long ppm = 5000L * (th - 2) / (th + tl - 4);
  while (digitalRead(pwmPin) == HIGH) {}; // wait for pulse to go low
  delay(10); // allow output to settle
  return int(ppm);
}

// sendATcmd
void sendATcmd(String AT_cmd, int AT_cmd_maxTime, char readReplay[]) {
  Serial.print("AT command:");
  Serial.println(AT_cmd);
  
  while(AT_cmd_time < (AT_cmd_maxTime)) {
    AT.println(AT_cmd);
    if(AT.find(readReplay)) {
      AT_cmd_result = true;
      break;
    }
    
    AT_cmd_time++;
  }
  
  Serial.print("...Result:");
  if(AT_cmd_result == true) {
    Serial.println("DONE");
    AT_cmd_time = 0;
  }
  
  if(AT_cmd_result == false) {
    Serial.println("FAILED");
    AT_cmd_time = 0;
  }
  
  AT_cmd_result = false;
}

참조한 blog 에서는, URL 을 만들 때, 단순히 4 bytes 를 추가한 size 를 CIPSEND 하라고 했지만, 제대로 동작하지 않습니다.

Line feed / carriage return 을 GET method 뒤에 추가되어야 정상 동작 합니다. (아래 소스의 제일 마지막 줄)

...
  String url = "GET /update?api_key=";
  url += apiKeyIn;
  url += "&field1=";
  url += ppmPWM;
  url += "\r\n";
...

성공한 결과물을 Serial Monitor 로 확인해 보면 다음과 같습니다.

WiFi 연결 및 HTTP Get method 로 REST API 동작을 확인 할 수 있어요.

11. 결과

ThingSpeak 사이트에서 확인한 결과 입니다.

거실에 설치 후, 외출하면서 CO2 농도가 떨어짐.

외출에서 귀가하면서 농도가 한번 급등하고, 그 후에 지속적으로 오름.

취침시간을 기점으로 점점 떨어지다가 기상과 더불어 다시 올라가는 그래프를 보여 줬습니다.

우리 집은 CO2 농도가 꽤나 높은 것으로 나오네요.

12. Update - 20200328

약 10일간 측정한 데이터 입니다.

feeds.csv

잘못 들어간 쓰레기 값들을 조금 조정했습니다. 전원 문제도 있고, 빵판의 접점 문제 등으로 가끔 쓰레기값이 나오는 듯 해요.

5일 그래프를 겹쳐 봤습니다.

1000 ppm 이상의 값에 대해 비정상임을 의심해 봤으나, 전체적으로 보면 정상 수치임을 알 수 있습니다.

저녁에 가족 4명이 거실에 있으면, 대략 1300대의 값을 보여 줬습니다. 모두 잠든 새벽에는 400 언저리 수치를 보여줘, 전 지구의 값과 동일하다는 것을 확인 할 수 있었어요.

요일별로 늦게 일어나는 주말에는 점심 언저리부터 값이 증가하고, 외출해 있을 때에는 거의 값의 변화가 없었으며, 저녁 12시 취침시간을 기점으로 아침 기상까지 수치가 떨어지는 그래프를 보여 줬습니다.

산소 발생기와 연동한다면, 새벽 외에는 하루 종일 틀어놔야 겠군요. 물론, 400 수치로 돌아오면 멈추는 루틴이 필요하겠지만.

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And

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| Software 2020. 3. 15. 22:02

Posted by Erotic Chocoball

Arduino 를 통해 센서값을 확인 할 때, Arduino IDE 의 Serial Monitor 를 사용하게 되면 PC 를 계속 켜놔야 합니다.

PC 를 리부팅 하거나 다른 용도로 사용하게 되면, 측정을 중단해야 하므로 적절한 활용 방법이 아닙니다.

1. ThingSpeak

이런 불편을 없애려면 cloud 시스템에 internet 을 통해 올리면 됩니다.

그렇지만, 이걸 혼자서 하려면 다음과 같은 작업들이 필요합니다.

- 서버 설치

- OS 설치

- Apache 등 HTTP 서버 어플 설치

- DB 설치 및 설정

- API 설정

- 인터넷 설정

- 보안 설정

- 등등

유지 보수까지 생각하면 끝이 없는 작업입니다.

IoT 하나 하려다가 힘 다 빠지겠습니다. 그래서 나온 cloud 형 서비스가 몇 가지 있습니다.

* ThingSpeak for IoT Projects

- https://thingspeak.com/

2. ThingSpeak 등록

사이트 가서 등록 고고.

개인 email 이면 됩니다.

비번도 등록하고.

대학 email account 를 가지고 있으면, 대학에서 보유한 Matlab 계정을 자동 연동하여 사용할 수 있습니다.

그렇게 되면, 대학교에서 구매한 Matlab 을 사용하게 되므로, 대학교 구매부서와 확인해 봐야 합니다. (무단 사용이 될 수 있슴)

아직 대학교 email account 도 가지고 있지만, 개인 account 를 사용했습니다.

계정 등록이 끝나면, 최종 verify 메일이 옵니다.

계정 인증 후, 비번 완료하면 끝납니다.

3. MathWorks

ThingSpeak 는 Matlab 을 개발한 MathWorks 에서 제공하는 서비스 입니다.

그래서인지, MathWorks 에서 제공하는 툴이나 Knowledge 를 사용할 수 있습니다.

제가 요츰 필요한 지식은 Arduino > ESP8266 > ThingSpeak 연동 방법도 나와 있습니다.

만, 최신 ESP 모듈을 기준으로 설명되어 있어서, 별 도움은 못 되었네요. 다른 글에서 이 부분은 집중적으로 다뤄 보도록 하겠습니다.

무료 사용자는, 하루 8,219 개를 사용할 수 있습니다.

하루 24시간 동안, 1초마다 값을 보내게 되면, "86,400" 개 이므로, 이의 1/10 보다 조금 더 적게 값을 보내야 합니다.

대략 15초에 1번 정도로 값을 보내면, 한 개의 sensor 값 읽어 들이는 것에 활용할 수 있겠네요.

4. API Key

HTTP GET/POST 를 이용하여 값을 보내는 RESTful API 를 사용할 때, API Key 가 할당 됩니다.

API Key 사용법은, 위의 스샷 오른쪽 밑에 보이듯이, "api_key=" 로 시작하는 GET URL 의 string 으로 넣어 사용할 수 있습니다.

실제로 값을 API 를 통해 cloud 에 올릴 경우는 아래와 같이 API 키를 넣어주면 됩니다.

전체 HTTP URL 로 만들면 다음과 같이 됩니다.

Write a Channel Feed
https://api.thingspeak.com/update?api_key=[Write_Key]&field1=[value]

5. Channels

계정과 API Key 가 있다 하더라도, 나만의 장소를 만들어야 합니다. 이게 Channels 이 됩니다.

이번에 CO2 취집 센서인 MH-Z14A 를 가지고 CO2 값을 취합하고 싶으니, 아래와 같은 채널을 만들었습니다.

Field1 은 CO2 값이 넣어지도록 하였습니다.

저의 Home Environment 채널이 만들어 졌습니다.

나중에 CO2 뿐만 아니라, 다른 기체 값들도 추가로 입력 받을 수도 있겠네요.

6. HTTP headers

Arduino / ESP-01 을 통해서 값을 입력받은게 아니지만, 브라우저를 사용하여 직접 REST API 를 통해서 값을 전송해 봤습니다.

리턴값으로 "1" 이 표시됩니다. 값들이 쌓여 가면, 이 숫자 카운트가 올라갑니다.

먹고사는 직업이 이쪽인지라, 직업병 발휘해 봅니다.

HTTP Request / Response 는 다음과 같습니다.

아래는 HTTP Request 만 뽑아 봤습니다.

브라우저가 아니고 command line 으로 ESP-01 을 컨트롤 할 때, 필요할 듯 하여 여기에 기록해 봅니다.

Host: api.thingspeak.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64; rv:72.0) Gecko/20100101 Firefox/72.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Connection: keep-alive
Cookie: s_fid=18DA4B3665F95BB2-21E82C5CDD94C74E; _ga=GA1.2.1025526633.1578383783; s_cc=true
Upgrade-Insecure-Requests: 1

아래는 HTTP Response 입니다.

HTTP/2 200 OK
date: Mon, 20 Jan 2020 05:03:40 GMT
content-type: text/plain; charset=utf-8
content-length: 1
status: 200 OK
x-frame-options: SAMEORIGIN
access-control-allow-origin: *
access-control-allow-methods: GET, POST, PUT, OPTIONS, DELETE, PATCH
access-control-allow-headers: origin, content-type, X-Requested-With
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etag: W/"4e07408562bedb8b60ce05c1decfe3ad"
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x-request-id: e0fa0bd9-fc3a-4e9a-a09e-efb6326dcd6c
x-runtime: 0.022047
x-powered-by: Phusion Passenger 4.0.57
server: nginx/1.9.3 + Phusion Passenger 4.0.57
X-Firefox-Spdy: h2

7. Read a Channel Feed

API Key 를 통하여 Channel 값을 읽을 경우는 다음과 같이 API 를 날리면 됩니다. 아래는 JSON 방식의 값 추출 입니다.

Read a Channel Feed
https://api.thingspeak.com/channels/[Channel_ID]/feeds.json?api_key=[Read_Key]&results=2
{"channel":{"id":Channel_ID,"name":"Home Environment","description":"gathering values from IoT sensors","latitude":"0.0","longitude":"0.0","field1":"CO2","created_at":"2020-01-10T09:36:21Z","updated_at":"2020-01-10T09:37:06Z","last_entry_id":3},"feeds":[{"created_at":"2020-01-20T04:53:28Z","entry_id":2,"field1":"40"},{"created_at":"2020-01-20T05:03:40Z","entry_id":3,"field1":"39"}]}

인터넷 브라우저를 사용하면 아래처럼 정렬된 값을 확인할 수 있습니다.

값이 쌓여 가면서 그래프를 그려 줍니다.

참고로, 이번에 MH-Z14A 를 이용해서 측정했던 결과 입니다.

PC 없이도 값들을 바로바로 올릴 수 있고, 그래프 조정도 할 수 있어, 왜 이제 했나 싶을 정도 입니다.

* Hardware | CO2 센서인 MH-Z14A 를 활용해 보자
- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-CO2-sensor-MH-Z14A

8. 그 외

잘못된 값들이 전체 그래프의 통일성을 외곡시키므로 조금 다듬을 경우는 Timescale 값을 조정하면 됩니다.

10 으로 하면, 10개 값을 하나로 보여주어, 이빨 빠지는 구간 - 잘못된 값 - 들을 날려버릴 수 있습니다.

과거 값들이 불편할 경우는, Channels > Channel Settings > Clear Channel 을 이용하여 지울 수 있습니다.

9. FIN

이젠 PC 를 항상 켜놔야 하는 것으로 부터 해방입니다!

10. Update - 20200328

ThingSpeak 에서 그래프가 보이는 화면에서 data 를 export 하면, 거의 하루치 밖에 받을 수 없습니다.

측정된 값 전체를 받기 위해서는, My Channels > Data Import / Export > Export Download 에서 CVS 로 받을 수 있습니다.

EXCEL 로 그린 위의 그래프들은 이 메뉴에서 다운로드 받은 CVS 를 가지고 만들었습니다.

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Hardware | Flighradar24 신청에서 설치까지

| Hardware 2020. 3. 8. 16:09

Posted by Erotic Chocoball

지금까지 ADS-B 통신을 이용한 한공기 추적 서비스에 참여하고 있습니다.

관련된 내용은 아래 글들을 참고해 주세요.

* Hardware | PiAware 로 항공기 추적하기
- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-PiAware-FlightAware

* Hardware | Flight Feeder 를 신청해 보자
    - https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-FlightFeeder-apply

* Hardware | RadarBox24 신청부터 설치까지
    - https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-RadarBox24-apply-and-deploy

* Hardware | planefinder unboxing
    - https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-planefinder-unboxing

* Hardware | 전파를 copy 해주는 Multicoupler
    - https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-active-splitter-Multicoupler

* Hardware | VX-8D transceiver 간단 사용기
    - https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-VX8D-transceiver-simple-usage

이번 글은, 항공기 관련 ABS-D 스테이션을 설치하는 시리즈 마지막 글 되겠습니다.

1. 신청

Flightrader24 는 거의 9년 전부터 iOS 용으로 유료 결제하여 사용하고 있었습니다.

iPhone 의 카메라로 하늘을 보면 근처를 지나가는 비행기의 정보를 보여 줍니다. 안드로이드용도 물론 있습니다.

비행기 좋아하는 저로서는 바로 구매하여 사용하고 있었죠.

Flightradar24 | Flight Tracker

- https://apps.apple.com/us/app/flightradar24-flight-tracker/id382233851

이 서비스를 위해 실시간 비행기들 좌표를 보유하고 있어야 하는데,

이 회사도 비행기 신호를 잡는 ADS-B 기기를 무료 대여해 주는 댓가로, 해당 유저로부터 오는 신호를 분석하여 전 세계 비행기 데이터를 수집하고 있습니다.

당연히 무료 기기 대여 서비스를 신청 했습니다.

그치만, 적절한 위치가 아니라며, 무려 1년 반 동안 거절 당해 왔습니다.

간절히 원했던 것이라, 때때로 생각이 나면 무료 기기를 신청 했더랬습니다.

엇!!!!! 그러던 작년 말의 크리스마스 쯤, 위치 선정 심사를 위한 추가 정보 요청이 있었습니다.

이 스탭까지 진행된 것은 처음이었던 지라, 느낌이 좋았습니다.

Our_Receiver.pdf

Installation guide Skyv2.0.pdf

두둥!!!! 약 3주일 후, 최종 심사가 완료되었고, 무료 기기 대여 대상으로 선정되었다고 연락이 왔네요.

으아아아아아아~! 드디어~!!!! 2020년 시작이 좋네요!

2. 도착

승인이 떨어진 후, 약 10일 후에 기기 발송 메일이 오고 배송이 시작되었습니다.

승인까지 1년 반이 걸렸지만, 배송은 1주일도 걸리지 않았습니다.

기기는 스웨덴의 스톡홀름에서 출발해서 5일만에 도착했네요.

DHL 을 통해 문제 없이 배송되었습니다.

3. 구성품

박스를 까니, 스웨덴의 스톡홀름 냄새가 납니다. 킁킁.

여타 서비스들 처럼, 신호 잡는 안테나와 케이블, GPS, 본체, 그리고 인터넷과 전원 어뎁터가 들어 있습니다.

신호는 기존 안테나와 splitter 를 위해 공유할 예정이므로, 사용하지 않는 안테나와 케이블이 쌓여 갑니다.

GPS 는 가지고 있던 것 보다 괜찮은 제품으로 보입니다.

전원 어뎀터는 5V / 2.5A 로, 라즈베리파이용으로 만들어진 제품이네요. micro USB 규격 입니다.

근래에 출시된 라즈베리파이 4 B 용은 C-type 인데, 이건 micro USB 이므로 이전 제품용으로 생산된 것이군요.

안테나와 고정구.

안테나 결합부가 묵직하고, 통 알루미늄으로 되어 있어서, 내구성이 좋아 보입니다.

사용하지는 않겠지만... 아니지, 기존것과 바꿔볼까?

제품 설명은 SCO 1.09-4 / Omnidirection Antenna / 1090 MHz 등이 표시되어 있습니다.

핵심이 되는 본체 입니다.

뽁뽁이 포장으로 잘 쌓여서 도착.

밑면 입니다. ADS-B / Mode S Receiver 라고 되어 있습니다.

뒷 면입니다. "DESIGNED AND MANUFACTURED IN SWEDEN" 문구가 멋있습니다.

윗 면입니다. flightradar24 !!!

특이하게 LCD 창이 달려 있습니다. 오른쪽 버튼을 눌러도 반응은 없습니다.

4. 기기 내부

당연하게도 기기 내부가 궁금하여 분해해 봤습니다.

2인치 SPI TFT LCD 가 장착되어 있습니다. 사용법은 모르겠지만, 버튼들도 뭔가 기능을 하는 듯 하네요.

앞뒤 나사를 모두 분해하면 본체가 빠져 나옵니다.

본체 MCU 는 ALTERA 사의 Cyclone IV 입니다.

cyclone4-handbook.zip

사양을 보면, 딱 적당한 정도의 성능을 지닌 것 같습니다.

Cyclone IV E 의 위치는 LCD 쪽에 자리잡고 있습니다.

USB 와 Ethernet 을 관장하는 SMSC 의 LAN9512i-JZX 를 사용했습니다.

9512db.pdf

SMSC 는 RJ45 Jack 부분에 자리하고 있습니다.

그 옆에 GPS (GNSS) 신호 처리용 칩인 AirPrime 사의 XM1110 이 달려 있습니다.

XM1110.pdf

본체 바닥면에는 Raspberry Pi Compute Module 3 !!! 가 있습니다.

rpi_DATA_CM_3p0.pdf

그렇겠죠... OS 를 올리고 software 를 돌리려면 linux 인데, 개발 쉬운 라즈베리파이를 사용하지 않을 이유가 없습니다.

사용된 MCU 는 BROADCOM 사의 BCM2837 입니다.

BCM2837-ARM-Peripherals.pdf

성능은 a quad-core ARM Cortex A53 (ARMv8) cluster 에 1.2GHz 로 동작합니다.

뒷면은 1GB RAM 과 4GB eMMC Flash 가 달려 있습니다. (다만 eMMC flash 는 2GB 일 가능성이 높음 - 내부 모니터용 페이지 확인)

5. 추가 부품 - Splitter

ADS-B 의 1090 MHz 신호는, 기존 설치된 안테나에서 나오는 신호를 4 way active multicoupler 를 통해 받으면 됩니다.

그렇지만, GPS 신호는 splitter 가 없어서 copy 를 못하고, planefinder 만 사용하고 있습니다.

GPS 신호도 copy 받아야 하므로, GPS 용 splitter / divider / coupler 가 필요하네요.

GPS 신호가 1,250 MHz 대역이므로, 아래 기기면 충분 할 것 같습니다.

* 4-Way SMA Power Divider GSM CDMA 3G Signal Booster Splitter 380-2500MHz SMA Female Signal Repeater Divider RF SMA Connector

- https://www.aliexpress.com/item/32883146329.htm

단, 이번 코로나 사태로 인하여 중국에서 물건이 오지 않습니다. 취소 됨. 다른 업자 두 곳도 마찬가지 취소됨.

* RF Microwave Power Divider Splitter 2-Way Combiner 100-2700MHz 20dB

- https://www.ebay.com/itm/RF-Microwave-Power-Divider-Splitter-2-Way-Combiner-100-2700MHz-20dB/184084749329

한 달을 기다렸건만, seller 로부터 일방적으로 cancel. 그럴꺼면 미리 취소 해달라고!

결국 planefinder 에서 사용하던 GPS 선을 이용하고 있습니다.

6. 추가 부품 - SMA pig tail cable

GPS splitter 를 위해 구매.

* ALLiSHOP SMA Male To SMA male RG316 cable assembly Jumper Pigtail 5cm/10/15/30/50cm/1m SMA plug Crimp FPV RG316 Cable 50ohms

- https://www.aliexpress.com/item/32948634584.html

도착은 잘 되었슴.

나중에 혹시 몰라 15cm x 1 / 30cm x 2 개 구매.

기기 사이를 엮어주는 케이블이라, 짧은 15cm 는 사용할 곳이 없겠네요.

제품 마무리는 해가 거듭 될 수록 좋아지고 있는 것을 느낍니다.

그치만, 생산에 돈을 투자하고 비싼 케이블들 과는 역시 비교 불가.

7. 추가 부품 - 50 Ohm terminator

역시 이것도 GPS splitter 의 남는 port 에 사용하기 위한 것.

* 2pcs 2W 6GHz 50 ohm SMA Male RF Coaxial Termination Dummy Load Gold Plated Cap Connectors Accessories

- https://www.aliexpress.com/item/4000121678425.html

특별한 사항 없이 도착.

같은 50 Ohm 이라 하더라도, 충분히 전류를 처리해 줄 수 있는 대용량 terminator 와는 비교 불가 입니다.

생각보다 작은 용량 (2W 라고 하지만) 일 듯.

저항은 딱 50 Ohm 이 나오지 않는 것이 아쉽군요.

한놈은 그나마 나은 편.

8. 전원 ON

드디어 전원 ON!

Raspberry Pi Compute Module 3 는 대략 이 정도의 boot time 을 갖는군요. eMMC flash 에서 살짝 기대 했지만...

MCU 는 Raspberry Pi 3 정도의 성능이라 하니 (model B 나 model B+ 가 아님) 이해가 가는 대목.

모든 케이블을 연결하고 부팅하면, 귀신같이 개통 메일이 날라 옵니다.

9. Business 패키지

비록 무료 Mode S 리시버를 받았지만, 네트웍과 설치 장소는 제가 제공하는 지라, flightradar24 의 유료 서비스를 사용할 수 있게 됩니다.

Business (유료) 와 무료 차이. Business 는 걍 모두 다 할 수 있슴.

이번에 설치한 Mode S 리시버에서 얼마나 많은 뱅기들이 잡혔는지 알 수 있습니다.

저의 station 명은 "F-RKSS4". 수도/경기 지역 (RKSS) 에 저보다 3명이 더 먼저 설치한 분이 계시는 군요.

다른 ADS-B 와 거의 같은 성능을 보여 줍니다. 다만, flightaware 가 동일한 상황 (동일 안테나) 에서 몇 대 더 많이 잡더군요.

현재 (2020.03.08) 하루 잡는 뱅기 숫자는 350개 정도로, 코로나 영향이 크다는 것을 알 수 있습니다.

코로나 전 : 700 여개 --> 코로나 후 : 300 번대.

10. 내부 모니터링

동일한 네트웍 (동일한 라우터) 에서는 IP 를 통하여 직접 기기에 로그인 할 수 있습니다.

로그인 하면 아래와 같이, 좀 더 자세한 내용을 표시해 줍니다.

실시간으로 어떤 뱅기들을 잡고 있고, 각 뱅기의 상태를 볼 수 있습니다.

시스템 로그도 볼 수 있습니다. 데이터 보내는 양과, time sync 맞추는 로그가 가장 많네요.

Private map 으로, 뱅기를 잡는 모양을 보여 줍니다.

마지막으로 network 설정. 특별한건 Secondary DNS 를 설정하는 정도.

FIN

FlightAware 다음으로 설치해 보고 싶었으나, 2년 걸렸습니다.

우여 곡절이 많았지만, 결과적으로 설치를 완료할 수 있어서 행복합니다.

아직 해결되지 않은 GPS 의 splitter 설치가 남아 있지만, 매일 얼마나 뱅기를 잡고 있는지 확인하는 것이 즐겁습니다.

Update - 20200711

배송된 송장을 스캔하여 기록으로 남깁니다.

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