초코볼의 inside Tech

땜쟁이 취미를 해오면서 필요한 것 중 하나가 PCB 기판 세척제 였습니다.

지금까지는 약국에서 1,000 원에 판매하는 소독 알콜을 사용했었죠.

* Hardware | 납땜 주변 용품

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-soldering-gadgets

소독용 알콜의 문제는, 많지는 않지만 찐득한 불순물이 남는다는 것입니다.

이번에 컴퓨터 본체에 음료수가 스며들어, 본격적으로 닦아 내야 하는 미션이 생겼습니다.

제대로 세척되지 못하면, 거진 50만원 돈이 날라가는 것이라, PCB 세척에 적당한 용액을 구매하기로 했습니다.

1. IPA

PCB 세척제로는 TCE, MC, NPBr 등이 있다고 합니다만, 문제는 독성이 강하다는 점.

구석구석 끼어있는 먼지나 플럭스를 제거하기 위해 그만큼 세척 성능이 필요하겠지만, 발암물질이라 개인이 사용하기엔 위험합니다.

대체재로는 BCS 라는 친환경 제품이 있지만, 여전히 독성 문제가 있다고 합니다.

너tube 에서 회로 세척용으로 요즘 가장 많이 보이는 것은 "ISO-Propyl Alcohol" IPA - 이소프로필 알콜 입니다.

병원에서 사용하는 소독 원액이며, 묽게 해서 소독용으로 사용한다고 하니, 떔취미용으로는 가장 적절하다고 생각합니다.

* 땜쟁이/IPA(1L)/세척제/이소프로필알콜

- https://smartstore.naver.com/soldering/products/3537414485

예전에 검색할 때에는 큰 용량으로 비싼 값에 팔리고 있었는데, 요즘은 수요가 많은지 싸게 파는 제품이 있네요.

2. 토출기

이 제품도 너tube 에서 자주 보던 것인데, 담겨있는 용액의 정량을 펌핑해주는 용기 입니다.

보통 IPA 와 쌍으로 사용하더군요.

IPA 를 사면 대용량인데, 이 통에는 180ml 정도 넣어 놓고 소량씩 사용할 수 있게끔 되어 있습니다.

* 고급형 TECHCO 정량 인출기 정량 토출기 정량 인출 약품통 IPA 약품통

- http://jaegoro.com/shop/item.php?it_id=techco_disp

제가 구입한 것은 위의 사진의 왼쪽에 보이는, 팔각형 - 고급형 - 10,000 원 짜리 입니다.

3. 도착

역시 한국의 배송... 이틀만에 도착했습니다.

드.디.어! 본 용품을 보유하게 되었군요.

4. 자세한 사진

IPA 는 그냥 용액이니 패스하고, 토출기의 사진을 좀 올려 봅니다.

싱가포르에는 공장이 별로 없는데, 많이 팔리는 본 토출기는, 싱가포르 회사인 이 회사 제품인 듯 합니다.

펌핑하는 머리 부분은 스테인레스로 구성되어 있어서, 부식용 용액에 대해서도 내성을 가진다는 것을 알 수 있습니다.

뚜껑은 스넵 처리가 되어 있어서, 적은 힘으로도 열리고 닫히고 합니다.

손으로 머리를 누르면, 일정량만큼 품어져 나옵니다.

동영상 올라 갑니다.

이후로는 PCB 세척에 스트레스 받지 않고, 땜취미를 영위할 수 있게 되었습니다.

1. 공기

사람이 건강하게 살아가는데 필요한게 뭘까 라고 생각했을 때, 육체적 관점에서 보면 아래와 같다고 생각합니다.

- 깨끗한 공기

- 깨끗한 물

- 오염되지 않은 먹거리

- 쾌적한 주거 환경

- 충분한 수면

- 충분한 운동

예전에는 당연한 것이였지만, 이 시대에 와서는 가장 돈을 많이 들여야 하는 항목들이 되었습니다.

과거로 회기하는데 드는 비용이죠.

자고로, 산업혁명이 일어나 지구가 오염되기 전 상황으로 되돌아 가는 것이, 육체적인 건강한 삶 되겠습니다. (나의 생각)

나만 잘한다고 되는건 아니라 요원하긴 하지만...

이 arduino 나 sensor 를 가지고 노는 이유도, 전자적인 지식을 습득해 나가는 것에 대한 희열 말고도,

위의 "건강한 삶을 보낼 수 있는 환경" 에 대한 추구가 다른 주된 이유이기도 합니다.

그래서, "깨끗한 공기" 가 목적이지만, 그 이전에 현재 "어떤 공기" 속에서 살고 있는지 알아보고 싶어졌습니다.

일전에 공기질의 척도만 나타내 주는 센서를 가지고 놀아본 적이 있습니다.

* Hardware | ZP07-MP901 공기질 측정 센서

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ZP07-MP901-air-quality-sensor

다만 위의 센서는 공기의 성분까지는 알려주지 못해 그닥 쓸모가 없었죠.

2. 센서

기체를 알아보는 sensor 는 꽤 많이 나와 있습니다. 대표적으로는 MQ series 가 있지요.

이 MQ 시리즈를 이용하면 왠만한건 다 잡아 낼 수 있을 것 같습니다.

다만, 이 MQ 시리즈의 단점이 히터를 통해서 기체를 태우고 그에 따른 반응으로 측정을 하는 방법인지라,

가스나 화기를 취급하는 곳에서는 발화의 원인이 될 수 있습니다. 그래서 인화 물질을 취급하는 공장이나 병원에서는 사용되지 못합니다.

그러던 중, MiCS-6814 라는 센서의 존재를 알게 됩니다.

이 센서는 metal oxide = 기체에 의한 금속 산화도 에 따른 저항 값을 가지고 측정하므로, MQ 시리즈보다는 더 안전합니다.

SGX-CMOS-Gas-Sensor-MiCs-6814.pdf

pollutant-visualizer.pdf

잡아낼 수 있는 기체들은 다음과 같다고 하네요.

• Carbon monoxide CO 1 – 1000ppm

• Nitrogen dioxide NO2 0.05 – 10ppm

• Ethanol C2H5OH 10 – 500ppm

• Hydrogen H2 1 – 1000ppm

• Ammonia NH3 1 – 500ppm

• Methane CH4 >1000ppm

• Propane C3H8 >1000ppm

• Iso-butane C4H10 >1000ppm

하나의 센서 chip 으로 많은 성분을 잡아 낼 수 으며, 소형인지라,

MQ 시리즈를 구입해서 실험 해보기 보단, 이놈으로 결정하였습니다.

3. Grove - Multichannel Gas Sensor

MiCS-6814 를 활용하기 위해 가장 좋은 방법은,

MiCS-6814 를 활용한 breakout board 인 Grove 사의 Multichannel Gas Sensor 를 구입하는 것 입니다.

* Grove - Multichannel Gas Sensor

- http://wiki.seeedstudio.com/Grove-Multichannel_Gas_Sensor/

Arduino 와의 통신도 I2C로 이루어 지며, 센서의 3개 측정값 - CO, NH3, NO3 - 의 조합으로 다른 기체도 유추해 놓는것 같습니다.

거기에 정확하지는 않지만, 어느정도 calibration 도 잡혀 있을 것이구요.

다만, 항상 그렇 듯, 가격이 문제 입니다. 요즘은 팔지도 않거니와, 실 구매 가격은 약 10만원 정도.

나중에 혹시 PCB 라도 꾸며서 만들 수 있으면 만들어 보고자, 여기에 회로 관련 정보를 올려 놓습니다.

Grove-Multichannel_Gas_Sensor_v1.0_sch.pdf

Grove-Multichannel_Gas_Sensor_v1.0_eagle_files.zip

1143_Datasheet-MiCS-6814-rev-8.pdf

* Firmware (Seeed-Studio/Mutichannel_Gas_Sensor)

- https://github.com/Seeed-Studio/Mutichannel_Gas_Sensor

4. 구입

눈물을 뒤로 하고, AliExpress 로 향합니다.

* 1pcs CJMCU- MICS-6814 Air Quality CO VOC NH3 Nitrogen Oxygen Gas Sensor

- https://www.aliexpress.com/item/32762216430.html

저를 위로해 주는 기교적 착한 가격. 거진 3만원돈 이지만, 과감하게 투자해 봅니다. (6개월 고민... ㅠㅠ)

대단한건 아니지만, 도착했을 시 꽤 기뻤습니다. 이제야 이런 고급진 센서 써보는구나~ 라고.

정말 단순한 구조. 레귤레이터도 없어...

뒷면입니다.

5. 연결

어떻게 arduino 와 연결하여, 각 기체의 값을 알아낼까 찾아보던 중 아래 사이트를 발견합니다.

* Wiring MiCs 5524 / 6814 CMOS MEMS Gas Detection Sensor

- https://www.14core.com/wiring-mics-5524-6814-cmos-mems-gas-detection-sensor/

걍 analog pin 에 직결하라고 하네요?

제가 구매한 breakout 보드에는 MOSFET 도 없고 그렇지만, 일단 아래 소스를 가지고 돌려 봅니다.

int NH3 = 0;
int NO2 = 1;
int CO = 2;

void setup() {
	pinMode(NH3, OUTPUT);
	pinMode(NO2, OUTPUT);
	pinMode(CO, OUTPUT);
	
	Serial.begin(9600);
	Serial.println("MiCS 6814 simple test");
}
 
void loop() {
	int sense_val_1 = analogRead(NH3);
	int sense_val_2 = analogRead(NO2);
	int sense_val_3 = analogRead(CO);
	
	Serial.print("NH3 : ");
	Serial.print(sense_val_1);
	Serial.print(" \t NO2 : ");
	Serial.print(sense_val_2);
	Serial.print(" \t CO : ");
	Serial.println(sense_val_3);
	
	delay(1000);
}

Serial Monitor 로 값을 확인해 보고, EXCEL 로 그래프를 그려 봅니다.

음... 뭔가 알아보기 힘드네요. 각 기체의 값이 서로 비슷하게 나와버립니다.

6. 저항을 추가하여 연결

아래 사이트에서 이 아저씨가 한 작업은,

측정값이 현실적으로 되려면 analog pin 에 입력되는 값은, 3.3V 를 저항을 거쳐서 연결하라고 합니다.

(이론적으로는 50K ohm 이 좋으나, 제품으로 나오는 저항은 47K ohm 이 제일 가까운 값)

* ESP32, PMS5003, BME280, MICS6814 Sensor Build

- http://kstobbe.dk/2019/02/16/esp32-pms5003-bme280-mics6814-sensor-build/

또한, 아래 arduino forum 에서는, 각 단자에 47K ohm 통해 연결하는 전원은 3.3V 보단, 5V 를 먹이라고 하네요.

아마도 MiCS-6814 구동 전압이 5V 임을 감안하면, 동일한 입력 값이 좀더 예민한 값의 도출에 좋다는 이야기 같습니다.

(솔직히 잘 모름)

* CJMCU-6814 adapter board with MICS-6814 CO/NH3/NO2-sensor

- https://forum.arduino.cc/index.php?topic=619992.0

Tested the sensor with the code and schematic. Connected 47k to 3 gases and 5v rather than 3v. The results seem to reflect well to CO. Have not tested NO2 and NH3.

바로 따라해 봅니다.

Serial Monitor 에서 측정된 값이구요.

EXCEL 에서 그래프화 해 봤습니다.

오오오오오, 뭔가 나오네요.

가능한 24시간동안 예열하도록 안내가 되어 있듯이, 예열 구간동안 특정 값으로 꾸준히 변화되는 것을 알 수 있습니다.

위의 빨간 표시한 부분은, 시험삼아 숨을 한번 불어본 구간입니다. 변화를 잘 감지하는군요!

하룻밤 측정해본 결과 입니다.

각 기체의 상관 관계와 실내 공기 내에서의 NH3, NO2, CO 의 값은 이정도인 듯 합니다.

7. 15bit ADC + 저항을 추가하여 연결

Arduino 내장 10 bit ADC 를 가지고 측정한 결과 보다는 15 bit ADC 가 훨씬 정확합니다.

아래 포스트 이후로, 향후 모든 측정값은 더 높은 ADC 를 통하라고 배웠습니다.

* Hardware | ADS1115 16bit 4채널 ADC 를 사용해 보자

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ADS1115-16bit-4channel-ADC

ADS1115 이 입력값을 받구요.

#include "Wire.h"
#include "Adafruit_ADS1015.h"
 
Adafruit_ADS1115 ads(0x48);
 
void setup(void) {
    Serial.begin(115200);
    ads.begin();
}
 
void loop(void) {
    int16_t adc1; // CO
    int16_t adc2; // NH3
    int16_t adc3; // NO2
     
    adc1 = ads.readADC_SingleEnded(1);
    adc2 = ads.readADC_SingleEnded(2);
    adc3 = ads.readADC_SingleEnded(3);

    Serial.print("NH3 : ");
    Serial.print(adc2);
    Serial.print(" \t NO2 : ");
    Serial.print(adc3);
    Serial.print(" \t CO : ");
    Serial.println(adc1);
     
    delay(1000);
}

확실히 뭔가 엄청나게 숫자가 불어나 있습니다.

EXCEL 을 통해서 그래프화 시켜 봅니다.

패턴은 47K ohm 저항 꼽고 측정할 때와 비슷하게 나왔습니다.

다만, 높은 ADC 를 통하여 해상도는 좋아졌지만,

어떤 기준값으로 나누어야 할지 알지 못하기 때문에, trend 만 알 수 있지 정확한 수치화까지는 진행하지 못했습니다.

8. Next Step

이런 공기질 측정에서의 수치화는 calibration 인데,

그렇게 하려면 실제 실험실 환경을 통해서, 실제 기체를 가지고 기준을 잡아야 합니다.

위의 방법이 현실적으로 불가능 하기에,

다음에 할 것으로는 Grove - Multichannel Gas Sensor 의 breakout 을 만들어서 (아님 구입해서),

제조사인 SeeedStudio 의 경험이 녹아들어가 있는 firmware 와 소스코드를 가지고 수치화 해보는 것 이겠습니다.

공기 질에 관한 센서는 몇 개가 더 있습니다. 계속 놀아보도록 하지요.

To Be Continued...

1. 공기 질

예전 80년대 개그 프로그램 중, 스위스 공기를 깡통에 넣어 파는 일화가 있었습니다.

사실 확인이 안되니, 서울 공기를 넣어서 파는 사기를 개그로 풀어놓은 내용이었던걸로 기억해요.

그 당시 꼬꼬마였던 저는, 그 당시 상상을 뛰어넘는 내용이라 아직도 그 이미지를 강하게 기억하고 있습니다.

하긴, 물을 사먹는 시대가 온다는 예전 이야기가 현실로 된 지금은, 공기도 사먹는 날이 올지 모르겠습니다.

현실적으로 PM2.5 라는 단어가 바짝 친근해진 요즈음, 공기의 질을 신경써야 하는 시대가 온건 확실해 보입니다.

2. ZP07-MP901 센서

우연한 기회에 이 센서를 얻을 기회가 생겼습니다.

사실은 다른 공기질 측정 센서를 구입했는데, 이게 배달 되어 왔죠.

그때 당시에는 정보가 하나도 없어서, 사용을 못 하고 있다가,

이와 비슷한 센서인 ZP01-MP503 를 기준으로 만든 소스코드를 일전에 발견하여 이번에 사용해 보게 되었습니다.

도착은 이런 비닐 속에 포장되어 왔습니다.

배송 보내준 사람이 얼마나 일을 하기 싫었는지 상상하기 어렵지 않았습니다.

PCB 뒷면에는 컨트롤러 칩이 있고, 윗면에는 센서가 부착되어 있습니다.

ZP07-M901 은 ZP01-M503 보다는 좀더 복잡하게 부품들이 실장되어 있어서, 한단계 위의 제품인 듯 합니다.

아래 사진이 ZP01-M503 입니다.

3. 사양

스펙은 다음과 같습니다.

* ZP07-MP901 Air Quality Module V1.1.pdf

위의 PDF 사양서에서 표기되어 있습니다만, 이 센서의 사용에 있어서 주의점 들이 몇가지가 있습니다.

사용전에 예열을 5분정도 꼭 하라고 합니다.

공기질 측정용 센서들은 대부분 센서를 가열하여 공기를 내부에서 태워서 측정하는 듯 합니다.

그래서, 휘발성 물질이 많은 곳에서는 사용을 금하라고 되어 있습니다.

한가지 아쉬운 것은, 측정은 다음 물질들이 가능하나, 공기중의 각 성분 비율을 보여주지 못하고,

밀도 측정을 통한 공기질 좋다/나쁘다 만을 알려줄 수 있습니다.

---------------------------------

formaldehyde, benzene, carbon monoxide, ammonia, hydrogen,alcohol, smoke of cigarette, essence & etc.

---------------------------------

온갖 안좋은 것들을 감지할 수 있군요.

4. 연결

Arduino 와의 연결은 다음과 같이 합니다.

 ZP07-MP901 | Arduino Nano
---------------------------
    VCC     |     5V
    GND     |     GND
     A      |     D8
---------------------------

공기 질의 결과 척도는 A pin 에서 digital 로 output 됩니다.

B pin 은 공장에서 사용하는 pin 으로, 측정시 사용되지 않습니다.

실재로는 빵판을 사용하지 않고 pin 들을 바로 연결했습니다.

5. 소스

ZP07-M503 (사실 이런 제품은 없슴) 용 소스 이지만, ZP07-M901 에서 완벽하게 동작합니다.

* Arduino test air quality class module ZP07-MP503 test

- https://www.cnblogs.com/aiyauto/p/7388926.html

이 센서는 A pin 에서 오는 신호의 주기에 따라서 구분을 합니다.

그래서 아래 소스를 보면, 대부분이 시간의 delta 값을 찾는것으로 되어 있습니다.

//
// Author: Aiyauto
// VERSION: 0.0.1     
// Date:2017/08/16
// PURPOSE: ZP07_MP503 Air Quality Module Detection Example for Arduino
// 
 
int airQuality;  // Air quality level 0-10 
 
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  airQuality = ZP07_MP503(8);
  Serial.print("   Current air quality rating: ");
  Serial.println(airQuality);
}
 
int ZP07_MP503(int pinA) {
  
  /* Initial */
  pinMode(pinA, INPUT);
  unsigned long millisTimes = millis();
  unsigned long startMillisTimes = millisTimes;
  
  unsigned long stopMillisTimes;
  signed long deltaMillisTimes = millisTimes - startMillisTimes;
  bool turnState = false;
  bool pinAstate = digitalRead(pinA);
  bool pinAstateLast = pinAstate;
  int result;
  
  /* test read status */
  while (true) {
    pinAstate = digitalRead(pinA);  // Read pin status
    
    if(pinAstate != pinAstateLast) {
      if (turnState == true ) {
        stopMillisTimes = millis();
        if (pinAstate == false ) {
          deltaMillisTimes = stopMillisTimes - startMillisTimes;
        } else {
          deltaMillisTimes = 98 - stopMillisTimes + startMillisTimes;
        }
        
        result = (deltaMillisTimes + 5 ) / 10;  // computation result is rounded
        break;  // out of the loop
      }
      if (turnState == false ) {
        startMillisTimes = millis();  // refresh the current time
        turnState = true; // update flag
      }
      pinAstateLast = pinAstate;
    }
    
    millisTimes = millis();
    deltaMillisTimes = millisTimes - startMillisTimes;
    if ( deltaMillisTimes > 100 ) { // The result is judged, the timeout jumps out of loop
      if (pinAstate == true) {  // air quality level 10
        result = 1;
      }
      if (pinAstate == false) { // air quality level 0
        result = 0;
      }
      
      break;
    }
  }
  
  // Serial.print(" pinAstate:");
  // Serial.print(pinAstate);
  // Serial.print(" , Air Quality Rating:");
  // Serial.print(result);
  // Serial .print(", deltaMillisTimes:");
  // Serial.println(deltaMillisTimes);
  
  return result;  // return air quality level result
}

6. 결과

위의 소스에서 pinAstate 및 deltaMillisTimes 도 표시하도록 조금 변경해서 측정해 봤습니다.

물론 전원 연결하고 5분 뒤에 말이죠.

...
Current air quality rating : 0 | pinAstate：0, air quality level：0, deltaMillisTimes：101
Current air quality rating : 0 | pinAstate：0, air quality level：0, deltaMillisTimes：101
Current air quality rating : 0 | pinAstate：0, air quality level：0, deltaMillisTimes：101
Current air quality rating : 0 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：11
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：11
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：11
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：9
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：9
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：9
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：9
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：1, deltaMillisTimes：10
Current air quality rating : 1 | pinAstate：0, air quality level：0, deltaMillisTimes：101
Current air quality rating : 0 | pinAstate：0, air quality level：0, deltaMillisTimes：101
Current air quality rating : 0 | pinAstate：0, air quality level：0, deltaMillisTimes：101
...

위는 센서에 대해 숨을 내쉬었더니 값의 변화가 있었습니다.

그럼 더 쎈건 없을까... 주변을 보던 중, 땀났을 때 몸을 닦는 샤워 페이퍼를 발견합니다.

저번 출장갔을 때, 하나 사다 놓은 것.

몸에 문지르면, 땀도 제거하고 몸이 깨끗해 짐을 느끼게 해주는 물티슈 같은 것 입니다.

성분을 확인 해봤습니다.

에탄올, 멘톨, PPG-6데실테트라데세스-20, 디이소스테아린산PEG-20글리세린, 향료 가 들어 있다고 합니다.

나름 자극도 쎄고, 알콜 냄새가 강하게 나므로, 센서에서 뭔가 반응이 올 듯 합니다.

샤워 타월 한장을 꺼내서 몸좀 닦고 센서 코앞에 갔다 댑니다.

음? 처음에는 왜이리 반응이 안오지? 했습니다.

뭔가 잘못 되었나?

한~~ 참을 있으니 반응이 오는군요.

이렇게 반응이 늦어서 괜찮을까 싶을 정도로 늦습니다.

그래도 뱉어 내는 값은 나름 정확한 듯 합니다.

센서의 스펙 대로라면, delta time = 0ms 가 공기질 좋음 인데, 현실적으로 0ms 의 delta time 을 만들어 낼 수 없으므로,

101ms 이상을 공기질 제일 좋은 0 으로 설정한 것 같습니다.

스펙상으로는 100ms 에서 제일 나쁜 10이 설정되어 있습니다만, 이미 101ms 이상에서 0을 설정해 놨으므로,

이 소스를 가지고는 0~9 까지만 확인할 수 있겠네요.

90ms 대를 10으로 하면 될 것 같은데, 90ms 대의 값이 이 소스를 가지고 도출되지 않더군요.

Source code 를 손 보면 될것 같기도 한데, 귀찮아서 여기서 분석은 그만하기로 해요.

그래프가 빠지면 서운하니 그려 봤습니다.

갑짜기 그래프가 치솟는 것은 워낙 샤워 페이퍼 강도가 쎄서 그런것 같구요,

한번 반응하기 시작 하면, 완전히 그 단계를 벗어날 때 까지 유지하면서 값을 변경하는 것 같습니다.

즉, 실시간으로 민감하게 반응하기 보단, 충분히 그 상황으로 바뀌어야 반응하는 듯 합니다.

이 센서의 감도와 반응 형태를 보고, 그 환경에 맞게 활용하는 것이 중요해 보이네요.

오늘도 잘 놀았습니다.

납땜 취미를 가지다 보면, 인두기부터 시작하여 납땜을 잘 되게 해주는 flux, 인두팁 관리용 제품 등, 다양한 용품이 필요합니다.

향후 작은 SMD 소자를 잘 납땜하기 위해서도 꼭 필요한 물건들이 되겠습니다.

관련된 제품 중에는 일본산이 많습니다. 마침 출장간 김에 부품을 준비해 봅니다.

참고로, 본 일본 제품 구매는, 지금의 무역분쟁이 발생하기 전, 올 5월달에 구매했던 내용입니다.

1. 소포왔다~!

필요한 물품들을 AliExpress 에서 구매해도 되나, SMD를 잘 납땜하기 위해서는 좋은 품질의 용품이 필요하니,

마침 일본 출장 때, Amazon Japan 에서 구매하여 호텔로 배달시켰습니다.

출장 중, 호텔 프론트에서 받는 소포란... 뭔가 업무에 중요한 물건이라도 된 듯 표정으로 받아 들고 옵니다.

박스 하나와 서류 봉투같은 것, 두 개 왔습니다.

업무를 마치고 홀가분한 마음으로, 에어컨 빵빵한 호텔방에서 홀라당 빤쓰 차림으로 기분 좋게 하나씩 뜯어 봅니다.

아... 이게 얼마만에 주문하여 받아보는 물품이던가.

작년 말에 필요했었지만, 저번 출장 때는 생각을 못해 구매를 놓쳐버려, 이번 출장 오자마자 바로 주문하고 받았습니다.

물건 부피는 다 합쳐도 크지 않지만, 배송 상 쉽게 배송할 수 있도록 적어도 이 사이즈의 박스로 배송한다고 어디선가 들었습니다.

중국 AliExpress 는 거의 편지봉투 수준인데...

2. Tip Refresher

정확한 명칭이 이건지 모르겠지만, 인투팁 피막에 엉겨붙은 불순물들을 날려주는 용품입니다.

* goot チップリフレッサー BS-2

- https://www.amazon.co.jp/gp/product/B0016VDHIE/

이놈은 낱개 주문이 안되고, 한꺼번에 7개를 주문해야 배송해준다고 해서, 평생 쓸꺼 한꺼번에 샀습니다.

Before / After 모습을 그림으로 보여주고 있구요, 인두팁을 300~360도로 가열한 다음 사용하라고 되어 있습니다.

하나 까서 열어 봅니다.

손끝으로 만져보면, 무슨 금속 가루와 화학약품을 풀로 이겨서 굳혀 놓은것 같은 느낌입니다.

산화되어서 도저히 납땜이 되지 않는 저의 인투팁 등장.

달군 다음 살짝 fresher 에 뭍혀 봤습니다.

지지직~ 흠... 뭔가 변화가 별로 없네요?

아차차, 온도를 450 도로 맞춰 놨었네요.

310 도 정도로 낮춘 다음 다시 fresher 에 지져 봅니다.

오오오옷!

팁의 윤기가 돌아 왔어요~! 신기.

까슬까슬한 페이스트같은 게 녹으면서, 피막을 벗겨 내고 (사진상 페이스트에 뭍어있는 검붉은 색 부분)

혼합된 금속 가루들이 코팅되는 느낌입니다.

처음 구매했을 때의 때깔까지는 복원해 주지는 못하지만, 그럭저럭 사용할 만 하게 되었습니다.

효과 있네요.

4. Tip Recovery

이 제품도 인두 tip 을 재활시켜주는 물건입니다.

* goot チップリカバリー ST-45

- https://www.amazon.co.jp/gp/product/B01LWO95KZ/

Tip Refresher 와 비교하여 뭐가 좋은지 몰라서 두개 모두 구매해 본 것입니다.

이놈은 Tip Refresher 와는 반대로, tip 을 완전히 식힌 다음, 이 고무같은 것에 문지르라고 합니다.

고무긴 고무인데, 금속과 혼합되어 있어서, 팁을 문지르면 팁 표면이 갈리는 느낌이 납니다.

살살살 문지르면, 지우개 똥 만들어 지듯, 문지른 주위로 똥이 만들어지고 우수수 떨어집니다.

느낌 상 이게 더 효과가 좋아 보입니다. 깔끔하게 갈렸어요.

별로 많이 문지르지도 않았는데, 저렇게 시커멓게 되는군요.

갈린 부분을 코팅하고자 Tip Refresher 도 해줬습니다.

이 두 물품은 같이 쓰는게 맞는 듯 하네요. 갈아서 벗겨주고, 코팅해주고.

5. Flux

이 제품은 납땜을 이쁘게 해주는 flux 입니다.

SMD 납땜에는 필수라고 할 수 있겠습니다.

이걸 납땜할 자리에 도포하고 납과 함께 지지면, 신기하게도 부품 다리와 PCB 패턴에 납이 잘 모입니다.

* goot プリント基板フラックス BS-75B

- https://www.amazon.co.jp/gp/product/B004ANR7KY/

이놈만 병으로 되어 있어서, 뽁뽁이 봉투로 배달된 놈 입니다.

솔직히 이 가격에 이 용량은 좀 아닌것 같아요.

PCB 에 알아서 적정량 잘 발라주고, 잘 납땜하라고 설명하고 있습니다.

금싸라기 같은 용액이라, 일단 약통에 1/3 만 부어서 사용해 보도록 합니다.

주사기 같이, 끝이 아주 미세하게 뚤려 있서, 방울로 액체를 떨어트릴 수 있는 용기가 있으면 좋겠으나,

그런건 없으므로, 버릴 약통을 우선 사용했습니다.

가장 하고 싶었던, 가드다란 다리가 많은 chip 을 PCB에 납땜해 보기로 합니다.

이번에 해보려는 arduino nano DIY 기판 입니다.

이 액체 flux 가 도착하기 전까지 시작하지 못했던 arudino DIY 입니다.

* Hardware | Arduino 를 DIY 해보자 - 1

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Arduino-DIY-itself-1

살짝 도포한다는게, 약병 구명이 너무 커서 한 5방울치 떨어진 것 같아요.

오호호~!!! 기대 이상으로 잘 되었습니다.

신기하게 납들이 금속으로 가서 붙네요. 저런 가느다란 다리임에도 불구하고 전혀 힘들지 않았습니다.

또한, 이 액체는 송진이 원료중에 하나라서, 솔방울 냄새가 나요.

그치만 이 용액만으로는 양이 부족할 듯 하여 알아보던 중,

미국 Amazon 에서는 1리터 짜리가 17 USD 하는 액체 flux 가 좋다고 너tube 에서 봐서 구매했습니다.

사실은 미국에서 출장오시는 분에게 부탁해서... 이걸 가지고 먼저 일정에 있던 중국 들렸다가 서울 오셨슴...

(중국 세관에서 해명하느라 혼났다 함)

* MG Chemicals 836LFNC Lead Free NO Clean Flux, 1 Litre, Bottle

- https://www.amazon.com/gp/product/B01MYEE84K/

역시 통큰 나라답게 1리터다! (20ml 가 말이 되냐!)

크고 아름답습니다.

난 Product of U.S.A. 임... 이라고 당당하게 써 있네요. 따봉.

가격차가 3배 이지만, 용량 차이는 50배나 차이나는 goot (20ml) 놈과 비교해 보면...

효과는 별 차이가 없습니다.

6. Solder Wick

이 제품은 납을 빨아주는 솔더윅 입니다.

이미 알리에서 중국 제품을 구매했지만, 완전 효과 없슴.

원래 내가 기술이 없어서 안되는 것인지 제품이 이상한 것인지 확인하고 싶었습니다.

* goot はんだ吸取り線 CP-3015

- https://www.amazon.co.jp/gp/product/B001PR1KPQ/

납 위에서 인두로 지지라고 합니다.

중국제로도 그렇게 했는데 말이지...

길이는 1.5m... 미국의 기상을 본받자.

쥐똥만한 길이로 감겨져 있습니다.

ESP8266 의 Flash ROM chip 을 대용량으로 교체할 때, 사용해 봤습니다.

액체 flux 뿌리고 지져 댔습니다.

야이C... 잘됩니다.

깔끔하게 납이 흡수되어 기판에 붙어 있던 Flash ROM chip 이 분리 되네요.

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 4

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-4

이로써 알리발 중국 제품은 전혀 효과 없음이 증명되었습니다.

7. Iospropyl Alchohol

기판 세척제로는 위험한 TCE, 친환경 세척제 등이 있다고 합니다만,

소독약으로 쓰이는 이소프로폴 알콜 99% 도 기판 세정에 딱이라고 하더군요. 인체에 해도 거의 없고.

그치만 99% Isopropyl Alchohol 을 구하긴 힘듭니다.

그래서 대체제로 소독용 에탄올을 구입했습니다. 1000원.

농도를 보니 83% 네요.

깔끔하게 세척해주지는 못하지만, 그나마 기판에서 불순물을 벗겨내서 날려 줍니다.

Flux 를 사용하면 아무래도 찌꺼기가 남습니다.

마무리는 에탄올 들이 붙고, 칫솔로 쓱싹쓱싹 하면 나름 깨끗해 집니다.

FIN

납땜 스테이션도 교체하고 싶고, 열풍기도 필요하고, Bench Power Supply 도 필요하고...

일단, 최소한 SMD 부품을 납땜 할 수 있는 용품은 준비가 되었네요.

이제 arduino nano DIY 를 시작해 보려 합니다.

이 포스트와 관련된 ESP8266 글이 있습니다.

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 1

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-1

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 2

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-2

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 3

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-3

ESP8266 은 지속적으로 개선된 버전을 firmware 업데이트를 통하여 적용하고 있습니다.

그러나, 요즘 나오는 새로운 firmware 는 16Mbit = 2MByte 이상 되는 용량이 있어야 update 가 가능합니다.

그 만큼 다양한 명령어와 프로그램이 추가되는 것이겠죠.

1. Flash Size

기존에 가지고 있는 ESP8266 의 메인칩 옆을 확인해 보면, 메인칩과 비슷한 크기의 Flash chip 이 붙어 있습니다.

제품 코드를 보니 Berg Miro 제품의 Flash memory 네요.

* BergMicro

- https://www.elnec.com/en/device/Berg+Micro/BG25Q80A+(ISP)/

25Q80SCP datasheet 는 못 찾았지만, 타 제조사 들과 비슷한 제품 코드를 사용하고 있으며,

그 사양서에 따르면 8M-bit/1M-byte 라고 되어 있네요. 즉, 위 부품도 1MiB 실장으로 보입니다.

2. Upgrade Chip

우선 업그레이드 할 Flash Chip 용량의 크기를 정해 봅시다.

32Mbit = 4MByte 정도면 충분할 것 같네요.

AliExpress 를 검색하던 중, 32M-bit/4M-byte 버전이 아래와 같이 두가지가 있습니다.

그 차이를 정확히 알지 못하니 일단 두개 모두 구입해 봅니다.

* 5PCS W25Q32BVSSIG SOP-8 W25Q32 SOP 25Q32BVSIG SMD W25Q32BVSIG 25Q32

- https://www.aliexpress.com/item/10PCS-W25Q32BVSSIG-SOP-8-W25Q32-SOP-25Q32BVSIG-SMD-W25Q32BVSIG-25Q32-free-shipping/32727772232.html

* 5PCS W25Q32FVSSIG SOP8 25Q32 SOP 25Q32FVSIG SOP-8 W25Q32FVSIG SMD W25Q32 new and original IC

- https://www.aliexpress.com/item/5PCS-W25Q32FVSSIG-SOP8-25Q32-SOP-25Q32FVSIG-SMD-new-and-original-IC-free-shipping/32541803919.html

3. W25Q32

두 가지 chip 의 차이를 확인해 봅시다. 일단 datasheet 를 첨부해요.

* W25Q32BV

- w25q32bv_revi_100413.pdf

* W25Q32FV

- w25q32fv_revi_10202015.pdf

사양서를 다 읽어보지는 못했지만, FEATURE 섹션만 비교해 보면,

SPI clock 과 data transfer rate 에서 F 버전이 더 성능이 좋습니다.

그래서 조금 더 비쌌던것 같습니다.

* W25Q32BV

* W25Q32FV

잘 도착해서 실물을 하나씩 꺼내 사진을 찍어 봤습니다.

4. Flash Chip 교환

기판에서 flash chip 만을 이쁘게 제거해야 합니다.

열풍기가 있으면 좋겠지만, 아직 가지고 있지 않으므로, 다른 방법으로 제거해 봅니다.

솔더윅 이구요. 기판에서 납을 빨아들여 제거해 주는 역할을 합니다.

액체 플럭스 이구요. 납을 쉽게 녹여주는 역할을 합니다.

SMD 칩의 쪼만한 다리들을 그냥 납땜하는건 힘든데, 이걸 발라 놓으면 납들이 쉽고 이쁘게, 알아서 붙어줍니다.

액체 플럭스와 솔더윅으로 지지고 있으니, 톡 하고 분리되네요.

음후후, 이걸 하기 위해 기다렸어!

플럭스의 찌꺼기를 깨끗하게 씻어내기 위해, 일반 약국에서 파는 에탄올을 바르고 칫솔로 쓱싹쓱싹.

95% 이상의 에탄올을 구입하고 싶은데, 쉽지 않네요. 일단 83% 라도 만족. 참고로 1000원에 구입.

훗, 깨끗해 졌군요.

새로운 칩을 자리 잘 잡아서 얹힌 다음, 액체 플럭스 바르고, 납땜하면 끝.

역시 마무리는 에탄올로 쓱싹쓱싹.

제거된 친구들. 잘가~.

ESP8266 은 총 3개를 가지고 있지만, 그 중 2개만 교환해 봤습니다.

RobotDyn 제품은 FV 버전으로.

Ai-Thinker 제품은 BV 버전으로 교환했습니다.

5. Flash 용량 확인

ESP FLASH DOWNLOAD TOOL 을 띄웁니다.

기존 Flash chip 교환 전 정보는, Vendor : GD, QUAD : 8Mbit 으로 표시됩니니다.

교체된 Flash chip 정보는, Vendor : WB, QUAD : 32Mbit 으로 표시됩니니다.

Ai-Thinker 버전은 납땜 하다가, 쪼만한 SMD 저항 하나가 날라가 버려, 그걸 찾아서 다시 붙이는데 애를 먹였으나, 잘 동작 하는군요.

6. Espressif 버전 firmware upgrade

Espressif 에서 제공되는 최신 firmware 로 업그래이드 해봅니다.

그런데 계속 제대로 동작하지 않더군요. 뭐가 문제일까...

그러다가 아래 링크를 찾게 됩니다.

* Flashing AT 1.7.0 binary firmware in 32m-c1 mode not working

- https://github.com/espressif/ESP8266_NONOS_SDK/issues/179

요지는, 32Mbit-C1 버전을 사용할 수 있어야 하지만 뭔가의 문제로 정상 동작하지 않고,

chip selection 에서 16Mbit-C1 을 선택해야 한다는 군요. 이렇게 되면, 32Mbit 의 넓은 영역을 다 활용하지 못할 터인데...

bug 가 고쳐지지 않는 이상 16Mbit-C1 으로 구워야 할 것 같습니다.

또한, 최신 Espressif 의 1.7 binary 버전은 only '1024+1024 flash map' 만에 대응한다 합니다.

어차피 '512+512 flash map' 은 찾을 수 없었습니다.

다운로드는 아래 두 군대에서 받을 수 있습니다.

하나는 AT command 버전은 1.7 이고, 다른 하나는 Non-OS SDK 가 3.0 입니다.

* ESP8266 AT Bin V1.7.0

- https://www.espressif.com/en/support/download/at?keys=&field_type_tid%5B%5D=14

- ESP8266_AT_Bin_V1.7.zip

* ESP8266 NONOS SDK V3.0.0

- https://www.espressif.com/en/support/download/sdks-demos?keys=&field_type_tid%5B%5D=14

- ESP8266_NONOS_SDK-3.0.zip

위의 두 파일 중 어떤것을 사용해도 상관 없습니다. 동일합니다.

위에서 이야기 했다 싶이, 기껏 32Mbit-C1 이지만, 설정에서는 16Mbit-C1 으로 해야 합니다.

또한 address 도 16Mbit-C1 에 맞춰서 해줘야 정상으로 동작합니다. (아래는 READ.me 파일 일부)

# BOOT MODE

## download

### Flash size 16Mbit-C1: 1024KB+1024KB

    boot_v1.2+.bin              0x00000

    user1.2048.new.5.bin        0x01000

    esp_init_data_default.bin   0x1fc000

    blank.bin                   0xfe000 & 0x1fe000

결과적으로 아래 파일들을 다음과 같이 address 에 맞춰 설정하면 됩니다.

- boot_v1.7.bin : 0x00000

- user1.2048.new.5.bin : 0x01000

- esp_init_data_default_v08.bin : 0x1fc000

- blank.bin : 0xfe000

- blank.bin : 0x1fe000

특별히 문제 없이 flashing 되었습니다.

putty 를 이용해 serial 접속 후, 기본적인 AT 명령어를 날려 봅니다. 문제 없군요.

최신 버전인 AT version:1.7.0.0 과 SDK:3.0.0 이 표시됩니다.

아쉽지만, 16Mbit(1024KB+1024KB) 로 설정됨을 확인할 수 있습니다.

7. Ai-Thinker 버전 firmware upgrade

Ai-Thinker 버전은 단순히 최신 버전을 다운로드 하여 flash memory 에 입히면 됩니다.

* ESP8266 latest SDK release

- https://wiki.ai-thinker.com/esp8266/sdk

- ai-thinker_esp8266_dout_32mbit-c1_v0.0.0.7s_20170804.rar

또한 address 는 0x00000 한개로 끝납니다.

- AiThinker_ESP8266_DOUT_32M-C1_0.0.0.7s_20170804.bin : 0x00000

32Mbit-C1 을 선택해도 특별히 문제 없습니다. (이게 정상)

Flashing 후에, putty 를 이용하여 Serial 로 연결해 봤습니다.

후훗. 32Mbit(1024KB+1024KB) 으로 잘 표시 되네요.

최신버전임을 보여 줍니다.

Ai-Thinker 는 특별히 Web Server 가 ESP8266 에서 돌아갑니다.

WiFi 에 접속 후, 할당받은 IP 로 접근해 보면, 아래와 같은 설정 UI 화면을 볼 수 있습니다.

한번 WiFi 를 통해 IP 를 받아 놓으면 Serial 통신을 하지 않더라도, web browser 를 통해서 간단한 설정을 할 수 있다는게 매력적입니다.

다만, internet 상에서 접근할 수 있으면, 그 만한 보안 대책도 마련되어야 하는데,

조그마한 firmware 에 보안 대책용 code 까지 집어 넣었을 수 없을 터이니, 사용하지 않는 편이 나은것 같습니다.

6. 주의점

ESP8266 은, reboot 이나, firmware update 후에는 꼭! serial 접속을 완전히 끊어서 재접속 하거나,

USB connection 마저도 끊었다가 다시 연결해야 합니다.

그렇지 않으면, 원활하게 동작 확인이 불가능할 때가 많습니다.

Reset 버튼 누르고 전원을 새롭게 인가했다 한들, serial connection 자체도 reset 하지 않으면,

AT command 가 먹히지 않아 제대로 동작하지 못한다고 생각할 수 있습니다.

이런 경우, 정상 동작 하지 않는다고 생각하여 다른 version 으로 flashing 해보는 등, 삽질이 길어질 수 있습니다.

Reset 할 때 마다, 매번 Serial connection 자체도 재연결 해야 하나 (엄청 귀찮음),

최대한 삽질을 적게 하고싶으면 Serial connection 도 같이 reset 하세요.

ESP8266 은 전원을 따로 확보해야 하고, Reset 할 때마다 connection 도 동시에 reset 해야 하는 등,

참 까다로운 디바이스인것 같습니다.

FIN

가지고 있는 ESP8266 의 Flash memory chip 까지 upgrade 해 봤으니,

이 다음으로는, 이 드넓은 메모리 영역을 활용해 보겠습니다.

아! 마지막으로, FV 버전이 flashing 할 때, 약 4배정도 더 빠릅니다.

부품은 비싼걸 구입하는 것이 정답이네요.

Update - 20200224

CO2 측정 결과 값을 ThingSpeak 에 올리기 위해, 다시금 가지고 있는 ESP-01 을 꺼냈습니다.

혹시나 해서 최신 firmware 를 확인해 봤더니, 새로운 버전 1.7.2 가 올라와 있네요.

ESP8266_NonOS_AT_Bin_V1.7.2_0.zip

위의 zip 파일에는 SDK 도 최신인 3.0.2 도 포함되어 있었습니다.

Update - 20200812

포름 알데히드 센서를 ESP-01 을 가지고 GPIO 를 확장하여 테스트 해보려다가 하나를 망가트렸습니다.

* Hardware | ZE08-CH2O Formaldehyde 센서 사용해보기

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

예비를 위해 하나 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

Flash 메모리는 8Mbit = 1MiB 용량입니다.

32Mbit = 4MiB 로 확장해 줍니다.

붙어있는 flash memory 를 분리해 내기 위해, 이번에는 납물을 많이 뭍히는 방법으로 제거 했습니다.

납물을 많이 뭍히면, 열을 조금 오랜동안 머금고 있으므로, 다른 한쪽에 인두를 가져다 댈 때까지 유지해주니 chip 이 쉽게 떨어집니다.

교체 완료.

32Mbit 으로 잘 인식합니다.

다만, 다른 캐패시터를 건드렸는지, 어디에선가 쇼트가 나는 듯 합니다. 전원에 연결하면, 전원쪽 regulator 가 엄청 뜨거워지네요.

SMD 납땜은 인두기로 작업하다 보면 옆의 부품을 건드리게 되니, SMD 납땜은 열풍기가 답인 듯 합니다.