초코볼의 inside Tech

ESP8266 을 사용하면서 GPIO 핀이 많은 모듈이 필요해 졌습니다.

기존 ESP-01 은 arduino 와 연결하여 WiFi 부분을 커버하는 것 외에 sensor 로부터 값을 입력 받을 수 있는 추가 Pin 이 없습니다.

포름알데히드 센서를 이용해 보면서, ESP-01 말고 GPIO 핀이 많은 것을 찾게 되었습니다.

* Hardware | ZE08-CH2O Formaldehyde 센서 사용해보기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ZE08-CH2O-Formaldehyde-sensor-using

1. ESP-01

처음엔 몰랐지만, ESP2866 이라는 것은 ESP-01 만 뜻하는 것이 아니라, ESP8266EX 을 사용한 WiFi module 의 총칭이었던 것입니다.

지금까지 ESP8266 = ESP-01 로 알고, 입출력 Pin 이 더 필요한 경우, SoftwareSerial 을 어떻게 처리해야 하는지 히고 있었습니다.

위의 도식처럼 ESP8266EX 는, 많은 GPIO 를 지원하고 있었습니다.

단순히, ESP-01 의 pin out 갯수가 적었던 것이였죠. 더 많은 연결을 위해 ESP-01 도 pin out 을 처음부터 늘려 줬으면 어떠했을까 합니다.

어떤 사람이 "it's a shame to have such a small number of GPIOs at ESP-01" 라고 쓴 글을 본것 같습니다.

ESP8266EX chip 의 가느다란 다리에 직접 선을 납땜하면 사용할 수 있습니다. 시도해 봅니다.

실패.

2. ESP-03

ESP8266EX 를 사용하면서 GPIO 핀을 활용할 수 있는 breakout 보드들이 존재 했었습니다. ESP-03 / ESP-07 / ESP-12 등등...

ESP32 를 쓰면 쉽게 문제 해결 되지만, 굳이 어려운 방법으로 도전해 보기로 합니다.

우선 ESP-03 만 보더라도 GPIO 가 8개나 Pinout 으로 구성되어 있습니다.

자세한 Pinout 정보 입니다.

참고로, RST pinout 은 따로 구비되어 있지 않고, 아래 사진처럼 보드 위에 마련되어 있습니다.

Program 을 입힐 때, RST 가 있으면 편하나, 전원을 껐다 키면서 IO 0 (HIGH Run, LOW Flash) 핀을 이용하여 되니, 사용하지 않기로 합니다.

사용 전력을 아끼는 Sleep mode 구현시에는 필요하다 하나, 지금은 필요 없으니 그냥 놔두기로 합니다.

우선 ESP-03 을 구입.

* 1PC ESP8266 serial WIFI model ESP-03 Authenticity Guaranteed esp03 for arduino

- https://www.aliexpress.com/item/32641401163.html

잊어먹고 있으니, 어느새 도착.

ESP8266EX 메인 칩과, 25Q40CT 라고 쓰인 Flash memory 가 보입니다.

사용된 오실레이터는 26MHz 입니다.

3. 어뎁터 보드 구매

ESP-03 의 Pin 들은, 빵판에 바로 연결할 수 있는 2.54mm 간격이 아니고, pin 들 사이가 더 조밀합니다.

이를 해결하기 위해, 자가로 pin header 를 붙일 수도 있고, 직접 선을 연결할 수 있으나 지저분해 집니다.

원래는 ESP-07 / ESP-12 용으로 나와 있는 어뎁터가 있는데, 잘만 하면 맞을 것 같더군요.

어차피 ESP-07 / ESP-12 구매하면 필요할 듯 하여, 5개가 한 묶음인 아래 어뎁터 보드도 구매합니다.

* 5pcs/lot ESP8266 serial WIFI Module Adapter Plate Applies to ESP-07, ESP-12F, ESP-12E

- https://www.aliexpress.com/item/32971304797.html

잊을만 하니 도착.

양쪽에 male pin header 를 연결할 수 있게 되어 있고, ESP-07 / ESP-12 pin 과 맞닿는 부분을 납땜하게 되어 있습니다.

ESP-03 을 얹어 보니, 납땜 부위와 간격이 많이 떨어져 있으나, 납물을 길게 연결하여, 어찌어찌 연결할 수 있을 것 같습니다.

4. ESP-03 을 어뎁터 보드에 납땜

친절하게도 전원 관련된 저항이 어뎁터에 이미 실장되어 있습니다.

뒷면에는 3.3V 용 레귤레이터 자리도 마련되어 있습니다. 전압이 over shoot 나지 않게 안정적인 전원 공급을 위해 있으면 좋은 것이죠.

마침 3.3V regulator 가 있으니 붙여 줍니다.

원래는 ESP-07 / ESP-12 를 위한 저항과 레귤레이터 회로겠으나, 아래를 참고하면서 ESP-03 에서도 활용할 수 있는지 확인해 봅니다.

* MY METHOD FOR BREADBOARDING AN ESP-03

- https://www.esp8266.com/viewtopic.php?p=18369

일반 사용 모드와, flashing 모드를 위해서는 push switch 도 붙여야겠네요.

확인에 또 확인하고 아래와 같이 만들어 봤습니다.

실패...

저항이고 레귤레이터고, 스위치고 점퍼고 다 제거했습니다. 단순하게 사용하는게 최고 입니다.

납땜은 아래처럼 길게 늘여뜨리면, 이 어뎁터를 ESP-03 용으로 사용 가능합니다.

5. Flash memory 크기 확인

25Q40CT 라고 씌인 Flash memory 사양을 검색해 보니 대충 다음과 같은 사양입니다.

- GIGADEVICE [GigaDevice Semiconductor (Beijing) Inc.]

- GD25Q40CTEG : 3.3V Uniform Sector Dual and Quad Serial Flash

- GigaDevice Semiconductor (Beijing) Inc.

- 4M-bit (512K-byte)

GD25Q40C.PDF

4Mbit = 512KiB... 털썩.

FTDI 모듈과 TX/RX 를 연결하여 본격적으로 활용해 봅니다. ESP-03 의 연결 정보는 다음과 같습니다.

전원과 FTDI 그리고 flashing 을 위한 스위치 연결 구성은 다음과 같아요.

가능하면 전원 공급은 FTDI 를 통해서 얻는것 보다, 분리하는 것이 좋습니다.

실재 구현 모습입니다.

FTDI 를 이용하여 PC 에 연결해, 확인해 봅니다. 역시군요.

기본으로 입혀져 있는 firmware 는 AI-Thinker 의 Boot 모드인 듯 합니다.

ESP8266 library 를 인스톨 하면, 기본으로 제공되는 Flash Check 소스를 입혀 봅니다.

File > Examples > ESP8266 > CheckFlashConfig

Flash mode 를 위해, 달아 놓은 스위치를 누르면서 전원을 넣고, flashing 을 해 봅니다. 잘 flashing 되네요.

그렇습니다... 틀림없는 512KiB 네요.

6. firmware update

Flash memory 를 교체하여 용량을 늘릴 예정이지만, 512KiB 에 올릴 수 있는 firmware 를 찾아 봅니다.

찾는 와중에 알게된 용어 정리.

APIs of "ESP8266_RTOS_SDK" are same as "ESP8266_NONOS_SDK"

중국산 모듈에 가장 많이 쓰이는 AI-Thinker.

* Ai-thinker

- v0.9.5.2

- https://wiki.aprbrother.com/en/Firmware_For_ESP8266.html

파일명에 9600 표시가 없는 firmware : one for 9600 baud rate

파일명에 9600 표시가 없는 firmware : one for 115200 baud rate

* Updating ESP8266 Firmware

- https://os.mbed.com/users/sschocke/code/WiFiLamp/wiki/Updating-ESP8266-Firmware

ESP8266_RTOS_SDK_v1.1_512kb.zip

Firmware 파일 못지 않게 중요한 address 정보.

---------------------------------------
|             BIN           | Address |
---------------------------------------
| boot_v1.1.bin             | 0x00000 |
| user1.bin                 | 0x01000 |
| esp_init_data_default.bin | 0x7C000 |
| blank.bin                 | 0x7E000 |
---------------------------------------

잘 동작함.

* Espressif Systems (SDK V2.0.0 / AT V1.3)

4a-esp8266_at_instruction_set_en.pdf

esp8266_nonos_sdk_v2.0.0_16_08_10.zip

4Mbit = 512KiB 에 SDK V2.0.0 과 AT V1.3 이 올라간다고 메뉴얼에 적혀 있습니다만, 저는 되지 않더군요.

* [SDK Release] ESP8266_NONOS_SDK_V1.4.0_15_09_18

- https://bbs.espressif.com/viewtopic.php?f=46&t=1124

esp_iot_sdk_v1.4.0_15_09_18.zip

많은 firmware 를 테스트 하다 보니, 이 버전의 firmware update 후의 화면인지 기억이 잘... 여튼 성공 했었던것 같아요. 

Online 으로 firmware 를 업데이트 하는 FOTA 방식을 테스트 해봤습니다.

만, 마지막까지 문제 없이 진행되더니만 실패. Flash memory 용량이 적어 실패하는 듯. 

7. 32Mbit / 4MiB 로 업그레이드

우선 Flash chip 양쪽에 납을 충분히 먹이고 인두로 지지니 쉽게 떨어집니다. 무리해서 힘주지 않는게 포인트.

원래 실장되어 있던 flash memory 와 교체하려는 flash memory 크기만 비교해 봐도 꽤 다릅니다.

32Mbit Flash memory chip 을 납땜합니다. Oscillator 와 사이가 좁아서 힘들었습니다.

512KiB 칩은 조그마한 크기였는데, 4MiB 칩은 좀 큰 편이라, 기존 자리에 납땜 하려면 다리를 안쪽으로 구부려야 합니다.

ESP8266 DOWNLOAD TOOL 로 확인해 보니, 문제 없이 flash memory upgrade 가 완료 되었습니다.

구울 firmware 버전은 Non-OS 중에서 가장 최신 버전.

ESP8266_NonOS_AT_Bin_V1.7.4.zip

Flashing 할 때는, Address 를 정확히 따라야 합니다. V1.7.4 의 32Mbit (1024 KB + 1024 KB) 설정은 다음과 같습니다.

메뉴얼 대로 Address 잘 기입해서 flashing~!

문제 없이 booting 됩니다.

웃긴건, booting 할 때는 76,800 baud rate 로 동작하고 (위의 스샷에서 글씨가 깨지는 부분), 기본 모드에서는 115,200 baud 로 동작합니다.

8. WiFi 기능과 Sensor 값 입력을 동시에 수행

용량도 늘었으니, WiFi 기능을 사용하면서 sensor 값을 GPIO 14 으로 받아 internet 을 통해 값을 쏴주는 과정을, 아래 포스트에서 진행.

* Hardware | ZE08-CH2O Formaldehyde 센서 사용해보기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ZE08-CH2O-Formaldehyde-sensor-using

Serial Monitor 에서 확인할 결과, GPIO 14 에서 입력 받은 값들도 정상적으로 확인.

인터넷을 통해서도 잘 값들이 전달됨도 확인 하였습니다. (자세한건 위의 포스트에서 확인 가능합니다.)

9. 추가 구매

이참에 ESP8266EX 시리즈를 추가로 구매 했습니다. 가지고 있는 ESP-01 이 납땜 실패로 사용할 수 없으니, ESP-01 도 추가 구매.

* ESP8266 ESP-01 ESP-01S ESP-07 ESP-12E ESP-12F remote serial Port WIFI wireless module intelligent housing system Adapter 2.4G
    - https://www.aliexpress.com/item/32339917567.html

ESP-01

언제 사용해 보겠냐며, ESP-07 도 구매.

ESP-07

ESP8266 chip 의 끝판왕 breakout 보드인 ESP-12F 도 구매.

ESP-12F

다음 포스팅 들은 ESP-07 / ESP-12F 에 대한 이야기가 되겠네요.

1. 환경 호르몬

사람은 호르몬으로 살아간다고 해도 과언이 아닙니다.

컨디션, 감정, 치유, 성장, 성향, 행동 등, 인간의 몸안에서 일어나는 거의 모든 화학작용과 관련이 되어 있으며, 몸을 컨트롤 합니다.

다만 아쉽게도, 현대 사회로 진입하면서 생활은 편해졌지만, 화학 물질 등으로 인하여 몸 안의 호르몬들이 교란을 잃으키고 있습니다.

더 무서운 것은 이 "환경 호르몬" 은 거의 모든 곳에 도사리고 있다는 것이지오.

특히 환경 호르몬 중에서는 "포름알데히드" 가 그 주범 물질 중 하나 입니다.

* Formaldehyde

- https://en.wikipedia.org/wiki/Formaldehyde

* 포름알데하이드

- https://namu.wiki/w/%ED%8F%AC%EB%A6%84%EC%95%8C%EB%8D%B0%ED%95%98%EC%9D%B4%EB%93%9C

메탄올을 잘못 마셨을 때, 실명이나 사망을 일으키는 것도 이 포름알데히드 때문이다. 메탄올이 신체 내부로 유입되면 간에서 포름알데히드 및 포름산이라는 물질로 변환되는데, 특히 포름알데히드는 시신경을 손상시키고 단백질 조직을 변성시켜 굳혀버리는 효과를 갖고 있기 때문에 이런 위험한 상황이 발생하게 되는 것이다.

가구, 특히 MDF를 사용한 가구에서는 본드와 페인트에 의해 포름알데히드가 공기 중으로 방출된다. 소위 새집증후군, 아토피의 원인으로 지목되고 있으며, 새 가구를 샀을 때 매캐한 냄새, 눈이나 목의 따가움을 느꼈다면 이것 때문이다. 포름알데히드는 성인은 물론 특히 어린이에게 매우 유해하기 때문에 실내가구의 방출량은 각국에서 규제하고 있다. 다만 포름알데히드 측정에 대한 국제 표준이 없기 때문에 국가별로 측정방법 및 규정이 다른 상태다.

다이X 같은 곳에 가면, 온갖 화학물질이 공기 중에 떠다니는 것을 대번에 느낄 수 있습니다. 이게 환경호르몬 = 포름알데히드 입니다.

값싸게 제품을 만들다 보니, 출처가 불분명한 재료와, 후처리 되지 않은 채로 공장에서 나와 유통되기 때문이죠.

특히 중국산 물건에서 많이 느낄 수 있습니다. 손이 쥐여지는 것을 입으로 쉽게 가져가는 애기들을 생각하면 소름 돋는 장소라고 생각합니다.

2. 포름알데히드 센서

그럼, 포름알데히드를 측정할 수 있는 센서는 없을까, 하고 찾아 봤습니다. 있네요.

구매를 작년 9월쯤 했을 때에는 위의 가격이었는데, 요즘은 조금 저렴해 졌습니다.

* Formaldehyde sensor ZE08-CH2O serial output formaldehyde concentration measurement with cable

- https://ko.aliexpress.com/item/32842350486.html

이 센서에 사용된 "ZE08-CH2O" 는 그리 널리 사용되지 않지만, 아두이노 센서 breakout 보드를 생산하는 DFRobot - Gravity 회사에서도 출시 했을 만큼 완전 무명도 아닙니다. (이 글의 후반부에서 그림과 함께 조금 설명 해놨습니다.)

* ZE08-CH2O formaldehyde gas sensor module

- https://www.winsen-sensor.com/sensors/ch2o-gas-sensor/ze08-ch2o.html

ZE08-CH2O_V1.0.pdf

3. 도착

도착샷은 예의 입니다.

센서는 PCB 보드 윗쪽에 얹혀져 있습니다.

Breakout 보드 밑부분은 센서값 처리를 위한 회로 및 IC chip 들로 빼빽하게 차 있습니다.

센서 종류로 14 USD 나 하는, 비싼 값을 하는 이유가 있네요.

4. Specification

메인 chip 에 붙어 있는 IC20 이라는 스티커를 제거하면, chip 명칭을 알 수 있습니다.

사진으로는 흐릿하게 나와서, 제품 설명 그림을 가져와 봤습니다.

STMicroelectronics 사의 32-bit ARM Cortex-M 프로세서라는 것을 알 수 있습니다.

stm32f030f4.pdf

STM32F030F4 네요. 아래 장표를 보면 32-bit ARM Cortex-M 에서 Mainstream 에 해당하는 chip 입니다.

동일 계열의 칩 중에서는 USB 인터페이스가 생략되어 있고, 메모리가 가장 적은 버전이군요.

ZE08-CH2O 의 인터페이스는 다음과 같습니다.

인터페이스 선들을 살펴 보면, 신호를 받는 방식이 PWM, UART, 그리고 DAC 세 가지 임을 알 수 있습니다.

아래는 default 연결인 Active Upload type 방식이라고 하는데, 기본적으로 TX/RX 를 사용하는 UART 방식을 표시합니다.

5. Arduino 용 Active Upload 소스

Default 방식인 Active Upload (UART) 소스 입니다.

* Serial Communication CH2O sensor
    - https://forum.arduino.cc/index.php?topic=547952.0

Sketch 는 다음과 같습니다.

#include "arduino.h"
#include "SoftwareSerial.h"

#define MAXLENGTH 9
#define VREF 5.0 // voltage on AREF pin

long tenMinutes = 10 * 60 * 1000L; // on time of heater
SoftwareSerial mySerial(10, 11);

byte receivedCommandStack[MAXLENGTH];
byte checkSum(byte array[], byte length);
boolean receivedFlag;

void setup() {
	// put your setup code here, to run once
	mySerial.begin(9600);
	Serial.begin(115200);
}

void loop() {
	ze08_PPM();
}

byte checkSum(byte array[], byte length) {
	byte sum = 0;
	for (int i = 1; i < length - 1; i ++) {
		sum += array[i];
	}
	sum = (~sum) + 1;
	return sum;
}

boolean available1() { //new data was recevied
	while (mySerial.available()) {
		for (byte index = 0; index < MAXLENGTH - 1; index++) {
			receivedCommandStack[index] = receivedCommandStack[index + 1];
		}
		receivedCommandStack[MAXLENGTH - 1] = mySerial.read();
		
		byte sumNum = checkSum(receivedCommandStack, MAXLENGTH);
		if ( (receivedCommandStack[0] == 0xFF) && (receivedCommandStack[1] == 0x17) && (receivedCommandStack[2] == 0x04) && (receivedCommandStack[MAXLENGTH - 1] == sumNum) ) { //head bit and sum are all right
			receivedFlag = 1; //new data received
			return receivedFlag;
		} else {
			receivedFlag = 0; //data loss or error
			return receivedFlag;
		}
	}
	return receivedFlag;
}

float ze08_PPM() {
	if (available1() == 1) {
		receivedFlag = 0;
		
		float ppb = (unsigned int) (receivedCommandStack[4] * 256) + receivedCommandStack[5]; // bit 4: ppm high 8-bit; bit 5: ppm low 8-bit
		float ppm = ppb / 1000; // 1ppb = 1000ppm
		delay (1000);
		Serial.print("Formalin ppm == ");
		Serial.println(ppm);
		return ppm;
	}
}

float analogReadPPM() {
	float analogVoltage = analogRead(A0) / 1024.0 * VREF;
	float ppm = 3.125 * analogVoltage - 1.25; //linear relationship (0.4V for 0 ppm and 2V for 5ppm)
	
	if( ppm < 0 ) {
		ppm = 0;
	} else if( ppm > 5 ) {
		ppm = 5;
	}
	delay (1000);
	return ppm;
}

Arduino 와의 Pin 연결은 다음과 같습니다.

 ZE08-CH2O | Arduino Nano
--------------------------
   6 (TX)  |      D10
   5 (RX)  |      D11
--------------------------
           |     POWER
--------------------------
    VCC    |      3.3V
    GND    |      GND
--------------------------

실재로 연결할 선들은 CO2 센서인 MH-Z14A 와 갯수와 크기가 동일하여, 만들어 놨던 선을 사용 했습니다.

* Hardware | CO2 센서인 MH-Z14A 를 활용해 보자

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-CO2-sensor-MH-Z14A

사용하지 않는 선들은 빵판 고정용으로 사용. :-)

아래와 같이 값이 표시됩니다. Calibration 이 적용되지 않아서, 이 값이 정확한 것인지는 모르겠습니다.

센서 주변 공기가 바뀌면, 그에 따라서 센서값도 달라집니다.

6. DFRobot 용 소스 - DAC

UART 와 DAC 를 스위치 하나로 변경하면서 사용할 수 있는 breakout 보드를 DFRobot 에서 출시한 제품도 있습니다.

* Gravity: Formaldehyde (HCHO) Sensor
    - https://www.dfrobot.com/product-1574.html

깔끔하게 잘 만들었네요. 저는 비싸서 구입하지 않았습니다.

Breakout 보드도 Pin 별로 이미 구분되어 있어서, 조금 아는 사람이면 굳이 DFRobot 제품을 구매할 필요는 없을 듯 하다.

* DFRobot / DFRobotHCHOSensor - A library for DFRobot Gravity HCHO Sensor, Arduino Compatible.

- https://github.com/DFRobot/DFRobotHCHOSensor

DFRobotHCHOSensor.zip

* Gravity HCHO WiKi
    - https://wiki.dfrobot.com/Gravity__HCHO_Sensor_SKU__SEN0231

DFRobot 도 동일한 센서를 사용했으므로, DAC 소스를 가져다 사용해 봅시다.

/***************************************************
 DFRobot Gravity: HCHO Sensor
 "https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Gravity:_HCHO_Sensor_SKU:_SEN0231"

 ***************************************************
 This example reads the concentration of HCHO in air by DAC mode.

 Created 2016-12-15
 By Jason "jason.ling@dfrobot.com@dfrobot.com"

 GNU Lesser General Public License.
 See "http://www.gnu.org/licenses/" for details.
 All above must be included in any redistribution
 ****************************************************/

 /***********Notice and Trouble shooting***************
 1. This code is tested on Arduino Uno with Arduino IDE 1.0.5 r2.
 2. In order to protect the sensor, do not touch the white sensor film on the sensor module,
 and high concentration of Hydrogen sulfide, hydrogen, methanol, ethanol, carbon monoxide should be avoided.
 3. Please do not use the modules in systems which related to human being’s safety.
 ****************************************************/

#define SensorAnalogPin A2 // this pin read the analog voltage from the HCHO sensor
#define VREF 5.0 // voltage on AREF pin

void setup() {
	Serial.begin(115200);
}

void loop() {
	Serial.print(analogReadPPM());
	Serial.println("ppm");
	delay(1000);
}

float analogReadPPM() {
	float analogVoltage = analogRead(SensorAnalogPin) / 1024.0 * VREF;
	float ppm = 3.125 * analogVoltage - 1.25;    //linear relationship(0.4V for 0 ppm and 2V for 5ppm)
	
	if( ppm < 0) {
		ppm = 0;
	} else if( ppm > 5) {
		ppm = 5;
	}
	return ppm;
}

 ZE08-CH2O | Arduino Nano
--------------------------
  2 (DAC)  |      A2
--------------------------
           |     POWER
--------------------------
    VCC    |      3.3V
    GND    |      GND
--------------------------

/***************************************************
 DFRobot Gravity: HCHO Sensor
 "https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Gravity:_HCHO_Sensor_SKU:_SEN0231"

 ***************************************************
 This example reads the concentration of HCHO in air by UART mode.

 Created 2016-12-15
 By Jason "jason.ling@dfrobot.com@dfrobot.com"

 GNU Lesser General Public License.
 See "http://www.gnu.org/licenses/" for details.
 All above must be included in any redistribution
 ****************************************************/

 /***********Notice and Trouble shooting***************
 1. This code is tested on Arduino Uno with Arduino IDE 1.0.5 r2.
 2. In order to protect the sensor, do not touch the white sensor film on the sensor module,
 and high concentration of Hydrogen sulfide, hydrogen, methanol, ethanol, carbon monoxide should be avoided.
 3. Please do not use the modules in systems which related to human being’s safety.
 ****************************************************/

#include "DFRobotHCHOSensor.h"
#include "SoftwareSerial.h"

#define SensorSerialPin 10 // this pin read the uart signal from the HCHO sensor

SoftwareSerial sensorSerial(SensorSerialPin, SensorSerialPin);
DFRobotHCHOSensor hchoSensor(&sensorSerial);

void setup() {
	sensorSerial.begin(9600); // the baudrate of HCHO is 9600
	sensorSerial.listen();
	Serial.begin(115200);
}

void loop() {
	if(hchoSensor.available() > 0) {
		Serial.print(hchoSensor.uartReadPPM());
		Serial.println("ppm");
	}
}

 ZE08-CH2O | Arduino Nano
--------------------------
   6 (TX)  |      D10
--------------------------
           |     POWER
--------------------------
    VCC    |      3.3V
    GND    |      GND
--------------------------

인터넷 바다를 떠돌다가, ESP8266 을 이용한 소스를 발견하게 됩니다.

* rsalinas/ze08-ch2o-arduino

- https://github.com/rsalinas/ze08-ch2o-arduino

Remember that this sensor requires 5V in Vcc but does NOT tolerate 5V in its RX input. If you just want to use the default, active mode, you don't even need to connect this pin, so you can connect directly 5V, GND and Arduino's RX.

ZE08-CH2O.zip

궁극적으로는 WiFi > internet 을 통하여 sensor data 를 올리고, 모니터링 방식이 좋으므로, 잘 되었습니다.

ESP8266 에서 돌아가는 소스라면, WiFi 연결 코드만 추가하면 추가로 arduino 필요 없이 바로 구현이 가능 하겠습니다.

지금까지는, arduino 와 sensor 를 연결하고, ESP8266 은 오로지 WiFi 용으로만 사용하는 구성이었습니다.

ESP8266 에서 sensor 값 감지와 WiFi 가 동시에 되면, arduino 를 사용할 필요가 없어 효율이 좋겠네요.

ZIP 파일을 그대로 Library 에 추가 합니다.

Sketch > Include Library

Libraries 폴더에 보면, 새롭게 올라가 있는 것을 확인할 수 있습니다.

소스를 보면 Basic 하나만 등록되어 있습니다.

File > Examples > ze08-ch2o > Basic

Sketch 는 다음과 같습니다. SoftwareSerial 에서 조금 손을 봤습니다.

#include "ze08_ch2o.h"
#include "SoftwareSerial.h"

// Instantiate a serial port, whatever Stream you have
// SoftwareSerial ch2oSerial(4, SW_SERIAL_UNUSED_PIN); // RX, TX
SoftwareSerial ch2oSerial(14, 14); // RX, TX

// Instantiate a sensor connected to the previous port
Ze08CH2O ch2o{&ch2oSerial};

void setup() {
	ch2oSerial.begin(9600);
	ch2oSerial.listen();
	Serial.begin(115200); // Serial Monitor
}

void loop() {
	Ze08CH2O::concentration_t reading;
	
	if (ch2o.read(reading)) {
		Serial.print("New value: ");
		Serial.println(reading);
	}
}

여기서 한가지 문제가 있습니다.

ESP8266 에는 RX pin 이 하나만 있어, Serial Monitor 를 이용하면서 "수신" 을 받을 수 있는 pin 이 없다는 것이죠.

즉, sensor 를 연결할 수 있는 Pin 이 없습니다.

남아있는 GPIO2 는 TX 용도이고, 부팅 후에는 HIGH 로, 3V 전압이 걸려 있습니다.

그럼 도대체 이 소스 제작자는 어떻게 확인한 것일 까요?

사실은 ESP2866 이라는 것은 ESP-01 만 뜻하는 것이 아니라, ESP8266EX 을 사용한 WiFi module 의 총칭이었던 것입니다.

저는 지금까지 ESP8266 = ESP-01 인줄 알고, SoftwareSerial 부분에서 더 이상 진행을 못하고 있었습니다.

위의 도식처럼 ESP8266EX 에는, 더 많은 GPIO 를 지원하고 있었습니다.

단순히, ESP-01 의 pin out 갯수가 적었던 것이였죠. 더 많은 연결을 위해 ESP-01 도 pin out 을 처음부터 늘려 줬으면 어떠했을까 합니다.

어떤 사람이 "it's a shame to have such a small number of GPIOs at ESP-01" 라고 쓴 글을 본것 같습니다.

저도 chip diagram 을 보고, 납땜을 시도 했습니다.... 만 실패 했습니다. 너무 조밀합니다.

굴하지 않고, ESP8266EX chip 을 사용하면서 Pinout 이 확장된 breakout 모델인 ESP-03 을 구입해서 연결 했습니다!

연결할 수 있는 Pinout - GPIO 가 많아서 행복합니다.

Pin 연결도는 다음과 같습니다.

 ZE08-CH2O |  ESP-03
----------------------
   6 (TX)  | GPIO 14
----------------------
           |  POWER
----------------------
    VCC    |   3.3V
    GND    |   GND
----------------------

실재 구성도는 다음과 같습니다.

Serial Monitor 까지 연결한 모습이 다음과 같습니다. ESP-03 의 GPIO 14 에 ZE08-CH2O 의 TX 와 연결되어 있습니다.

기본 소스에 IoT 솔루션인 Blynk 소스를 입혀 봤습니다. 자세한 내용은 아래 포스트에 올려 놨습니다.

* Software | Blynk 사용해 보기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Software-Blynk-howto

이렇게 하므로써, WiFi 연결까지 소스에 한방에 녹여 놓을 수 있습니다.

#include "ze08_ch2o.h"
#include "SoftwareSerial.h"
 
SoftwareSerial ch2oSerial(14, 14); // RX, TX
Ze08CH2O ch2o{&ch2oSerial};
 
int sensorData;
 
/* Comment this out to disable prints and save space */
#define BLYNK_PRINT Serial
 
#include "ESP8266WiFi.h"
#include "BlynkSimpleEsp8266.h"
 
// You should get Auth Token in the Blynk App.
// Go to the Project Settings (nut icon).
char auth[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
 
// Your WiFi credentials.
// Set password to "" for open networks.
char ssid[] = "XXXXXXXXXXXX";
char pass[] = "YYYYYYYYYYYYYYYYYYY";
 
BlynkTimer timer;
 
// This function sends Arduino's up time every second to Virtual Pin (5).
// In the app, Widget's reading frequency should be set to PUSH. This means
// that you define how often to send data to Blynk App.
void myTimerEvent() {
    // You can send any value at any time.
    // Please don't send more that 10 values per second.
     
    Ze08CH2O::concentration_t reading;
    if (ch2o.read(reading)) {
        Serial.print("ZE08-CH2O : ");
        Serial.println(reading);
         
        sensorData = reading;
    }
    Blynk.virtualWrite(V5, sensorData);
}
 
void setup() {
    // Debug console
    Serial.begin(115200);
     
    ch2oSerial.begin(9600);
    ch2oSerial.listen();
     
    Blynk.begin(auth, ssid, pass);
    // You can also specify server:
    //Blynk.begin(auth, ssid, pass, "blynk-cloud.com", 80);
    //Blynk.begin(auth, ssid, pass, IPAddress(192,168,1,100), 8080);
     
    // Setup a function to be called every second
    timer.setInterval(5000L, myTimerEvent);
}
 
void loop() {
    Blynk.run();
    timer.run(); // Initiates BlynkTimer
}

아래와 같이 값들이 표시됩니다.

값의 범위가 50 ~ 150 정도여서, 기준을 모르겠어나, 값의 변동이 기민하게 발생하는 것을 보니, 문제 없을 듯 합니다.

나누기 100 을 하면, UART 방식의 값과 거의 비슷해 집니다.

문제 없이 Blynk 어플에서 값들을 확인할 수 있습니다.

FIN

ZE08-CH2O 의 연결 방식인 DAC / UART 는 시험해 봤으나, PWM 은 정보가 없어서 시도해 보지 못했네요.

나중에 알게 되면 추가하도록 하겠습니다.

Formaldehyde 센서 확인도 끝났으니, 자 다음 센서요~.

Arduino 나 ESP8266 을 사용하면서, sensor 로부터 받은 데이터를 표현해주는 방법이 몇 가지 있습니다.

일전에는 ThingSpeak 라는 것을 사용해 봤었죠.

* Software | ThingSpeak 등록하여 IoT 데이터 펼처보기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Software-ThingSpeak-IoT-monitoring

어느 분께서 댓글 달아 주시길, Blynk 도 좋다고 합니다. 사용해 봤습니다.

1. Blynk 란?

Data 는 있지만, 그 값들을 이해하기 쉬운 방법으로 표시해 주고 모니터링 해주는 어플리케이션 이죠.

클라우드 펀딩으로 시작한 솔루션 입니다.

* Blynk - build an app for your Arduino project in 5 minutes

- https://www.kickstarter.com/projects/167134865/blynk-build-an-app-for-your-arduino-project-in-5-m

Arduino project 를 5분만에 시작할 수 있다고 하지만, 숙련된 사람 이야기 이고, 학습하는 시간이 필요합니다.

다만, 각 프로젝트에 따른 예시나 모듈이 잘 되어 있어서, 하다 보면, 아니... 이렇게 쉽게? 라는 생각이 잠시 드는 때도 있습니다.

KickStarater 클라우드 펀딩을 성공적으로 마무리 하고, 아래 사이트에서 정식 런칭하였습니다.

* Blynk Inc

- https://blynk.io/

2. Library 설치

저는 Arduino / ESP8266 에서 받은 값을 전달할 목적이므로, Arduino IDE 에서 모듈을 인스톨 합니다.

Tools > Manage Libraries > Blynk

모듈이 인스톨 되면, Arduino > libraries 에 등록 되어 있는 것을 확인 할 수 있습니다.

자동으로 설치해 주는 방법 외에도, 수동으로 파일을 받아서 설치 할 수도 있습니다.

* Blynk Arduino Library

- https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases/latest

3. App 설치

프로그래밍을 위한 환경이나 라이브러리가 설치되었으면, 실제로 그 값들을 모니터링 하고 확인할 수 있는 인터페이스가 필요합니다.

Blynk 는 모바일 환경에 최적화가 되어 있으므로, 스마트폰에 관련 어플을 설치합니다.

평점이 좋네요.

4. Project 시작하기

모바일앱에서 어플을 시작하면, 등록이 나옵니다.

Facebook 계정 연동으로 시작해도 되나, 저는 그냥 email 로 사용자 등록 하였습니다.

계정을 만들고 로그인 합니다.

New Project 를 선택합니다. My Apps 메뉴를 이용해서, 개인 전용앱 처럼 꾸밀 수도 있다고 합니다.

시작할 새로운 Project 는 주로 어떤 IoT 기기와 연결될 것 인지를 선택합니다.

저는 ESP8266 을 이용하여, WiFi 연결 뿐만 아니라, arduino 처럼 처리도 시킬 것이기 때문에, ESP8266 을 선택 했습니다.

포름알데히드 센서를 이용한 그래프 모니터링용 이니, 그에 맞게 Title / Device / Connection Type 을 선택해 줍니다.

저는 Formaldehyde / ESP8266 / WiFi 를 선택 했습니다.

Create Project 를 최종적으로 누르면, 새로 생성한 project 에 대한 전용 인증 코드가 생성됩니다.

이 코드는 project 마다 유니크 하며, 메일로도 알려 줍니다.

계정 생성시 사용 했던 email 로 관련된 정보가 왔습니다.

Auth Token

5. 소스코드 생성

누가 5분만에 가능하다 했나... 5분은 여기까지 오느라 훨씬 지났습니다.

다만, 코딩을 쉽게 도와주기 위해 "Sketch generator" 라는 메뉴가 준비되어 있어요.

* Sketch generator

- https://examples.blynk.cc/

접속하면, 아래처럼 Board (Device) / Connection 방법 / Auth Token 및 예시를 선택하면 소스코드를 만들어 줍니다!

이 페이지에서 만들어준 기본 코드에, 포름알데히드 측정에 사용되었던 코드를 살짝 추가 하였습니다.

Blynk 사용하지 않은 코드

#include "ze08_ch2o.h"
#include "SoftwareSerial.h"
 
// Instantiate a serial port, whatever Stream you have
// SoftwareSerial ch2oSerial(4, SW_SERIAL_UNUSED_PIN); // RX, TX
SoftwareSerial ch2oSerial(14, 14); // RX, TX
 
// Instantiate a sensor connected to the previous port
Ze08CH2O ch2o{&ch2oSerial};
 
void setup() {
    ch2oSerial.begin(9600);
    ch2oSerial.listen();
    Serial.begin(115200); // Serial Monitor
}
 
void loop() {
    Ze08CH2O::concentration_t reading;
     
    if (ch2o.read(reading)) {
        Serial.print("New value: ");
        Serial.println(reading);
    }
}

Blynk 기능을 입힌 코드

#include "ze08_ch2o.h"
#include "SoftwareSerial.h"

SoftwareSerial ch2oSerial(14, 14); // RX, TX
Ze08CH2O ch2o{&ch2oSerial};

int sensorData;

/* Comment this out to disable prints and save space */
#define BLYNK_PRINT Serial

#include "ESP8266WiFi.h"
#include "BlynkSimpleEsp8266.h"

// You should get Auth Token in the Blynk App.
// Go to the Project Settings (nut icon).
char auth[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";

// Your WiFi credentials.
// Set password to "" for open networks.
char ssid[] = "XXXXXXXXXXXX";
char pass[] = "YYYYYYYYYYYYYYYYYYY";

BlynkTimer timer;

// This function sends Arduino's up time every second to Virtual Pin (5).
// In the app, Widget's reading frequency should be set to PUSH. This means
// that you define how often to send data to Blynk App.
void myTimerEvent() {
	// You can send any value at any time.
	// Please don't send more that 10 values per second.
	
	Ze08CH2O::concentration_t reading;
	if (ch2o.read(reading)) {
		Serial.print("ZE08-CH2O : ");
		Serial.println(reading);
		
		sensorData = reading;
	}
	Blynk.virtualWrite(V5, sensorData);
}

void setup() {
	// Debug console
	Serial.begin(115200);
	
	ch2oSerial.begin(9600);
	ch2oSerial.listen();
	
	Blynk.begin(auth, ssid, pass);
	// You can also specify server:
	//Blynk.begin(auth, ssid, pass, "blynk-cloud.com", 80);
	//Blynk.begin(auth, ssid, pass, IPAddress(192,168,1,100), 8080);
	
	// Setup a function to be called every second
	timer.setInterval(5000L, myTimerEvent);
}

void loop() {
	Blynk.run();
	timer.run(); // Initiates BlynkTimer
}

위의 Before / After 를 비교해 보면, "Sketch generator" 코드에서 자동으로 만들어준 소스에, 원래 소스를 살짝 입히기만 했습니다.

참 쉽죠?! 제가 작업한 것은 다음 세 가지 뿐 입니다.

- 기본 소스 코드 생성 (이것 마저도 인터넷에서 따옴)

- Sketch generator 이용하여 Blynk 연결 소스 만듬

- Auth Token / WiFi 접근 SSID / Password 적용

가장 눈여겨 들여다 봐야 할 부분은 아래 코드 부분입니다.

	Blynk.virtualWrite(V5, sensorData);

Blynk 는 ESP8266 / ESP32 등에서 받는 data 값 들을, 가상의 Pin 으로 보내는 기능이 있습니다.

Analog / Digital 값들이 다양한 Pin 들을 통해 들어온다 하여도, Blynk 로 보낼 때에는 하나의 가상 Pin 으로 고정해서 보낼 수 있습니다.

이렇게 되면, Device 가 변경되더라도 Blynk 앱에서는 변경을 하지 않아도 됩니다. 자세한 내용은 아래 링크를 참고해 보세요.

* What is Virtual Pins

- http://help.blynk.cc/en/articles/512061-what-is-virtual-pins

* How to display ANY sensor data in Blynk app

- http://help.blynk.cc/en/articles/512056-how-to-display-any-sensor-data-in-blynk-app

6. ESP8266 에서 실행

ESP8266 에 소스를 입히고 실행시키면, 다음과 같은 화면이 Serial Monitor 에 출력 됩니다.

[5220] Connected to WiFi
[5221] IP: 192.168.1.90
[5221] 
    ___  __          __
   / _ )/ /_ _____  / /__
  / _  / / // / _ \/  '_/
 /____/_/\_, /_//_/_/\_\
        /___/ v0.6.1 on ESP8266

[5227] Connecting to blynk-cloud.com:80
[5586] Ready (ping: 125ms).
ZE08-CH2O : 66
ZE08-CH2O : 112
ZE08-CH2O : 114
ZE08-CH2O : 117
ZE08-CH2O : 116
ZE08-CH2O : 114
...

ASCII code 를 이용하여 Blynk 문자를 잘 만들었네요 :-)

Library 는 Heartbeat 를 통한 연결상태 확인도 해주는 군요. 잘 만들어져 있습니다.

여기까지 진행하면 ESP8266 에서 할 것은 이제 다 했습니다.

7. Blynk 모바일앱에서 설정

Blynk 로 데이터는 들어오고 있으니, 받을 수 있도록 연동 설정하면 됩니다.

데이터를 표현해주는 방법은 여러 가지가 있으나, 대략 Gauge / SuperChart 로 해결 됩니다.

스마트 폰에서 Create Project 후에 나오는 빈 화면 아무곳을 터치하면, Widget Box 가 아래처럼 뜹니다.

건전지 아이콘에 2000 크레딧이 미리 충전 (무료) 되어 있습니다.

이걸 다 쓰면, 돈을 충전해서 사용해야 합니다. 각 메뉴 추가시 크레딧이 차감되니 신중하게 위젯을 만들어야 합니다.

처음에 멋도 모르고 "Value Display" 를 설정 했더랬습니다. 그냥 조금하게 값만 표시됩니다.

역시 데이터 값 표현은 차트죠. SuperChart 만들어 봅니다.

PIN 정보는 항상 "Virtual 5 PIN" 으로 했습니다만, 다른 Pin 들도 다이렉트로 사용할 수 있나 봅니다.

만들어진 위젯에 손가락을 잠깐 동안 올려 놓으면, 위치를 이동 시킬 수 있습니다.

이제 센서 값들의 모니터링은 일상으로 사용하는 스마트폰에서 바로바로 확인이 가능하게 됩니다.

웹페이지를 띄울 필요도 없고, 인증을 걸 필요도 없이, 하나의 앱 처럼 사용할 수 있어서 편하긴 합니다.

FIN