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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

평범하게 배달.

리본 케이블이 딸려 있습니다만, pin hole 로도 연결이 가능합니다.

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

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.

* JST SH 1.0mm

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

* 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.

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;
}

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

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.

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.

Bluetooth 모듈에 꽂혀 꽃혀, 한꺼번에 구입한 모듈들의 마지막 모듈인 SPP-C 확인 포스트 입니다.

지금까지 확인해 본 Bluetooth 모듀에 대해서는 아래 글을 참고해 보세요.

* Hardware | bluetooth 모듈 HC-06 / HC-05 사용해 보기 - 2

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bluetooth-HC06-HC05-2

* Hardware | bluetooth 모듈 HC-06 / HC-05 사용해 보기 - 1

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bluetooth-HC06-HC05-1

1. SPP-C

이름도 생소한 SPP-C Bluetooth 모듈입니다.

구입처는 아래 링크에서 구입. 일반 모듈 치고는 3천원 정도로 고가네요.

* SPP-C Bluetooth serial pass-through module wireless serial communication from machine Wireless SPPC Replace HC-05 HC-06

- https://www.aliexpress.com/item/32755550889.html

사용된 main chip 은 Beken 이라는 중국 회사 제품 입니다.

* BK3231

BKDatasheet.pdf

SPP-CA HardwareGuide_chn.pdfSPP.pdf

SPP.pdf

외형은 다음과 같이 생겼어요.

사진에서 볼 수 있 듯, 사용된 breakout board 는 HC-05 / 06 과 동일한 ZS-040 이 사용 되었습니다.

2. 간단 구동

FTDI 로 연결하여 Arduino IDE 의 Serial Monitor 를 통해, AT command 로 상태 확인을 해보겠습니다.

이렇게 계속 LED 가 깜빡이면, AT command mode 라고 하네요.

Paring 이 되면, LED 가 계속 켜져 있습니다.

아래는 간단한 AT command 의 결과 입니다.

HC-05 / 06 과 다른 점은, AT 명령어 끝에 물음표 ( ? ) 를 넣지 않습니다.

AT

ready 상태 확인

AT+RESET

상태 reset

AT+VERSION

firmware version 확인

AT+LADDR

할당된 주소 표시

AT+NAME

기기 확인용 이름 확인하거나 설정

AT+ROLE

Master / Slave 확인하거나 설정

AT+PIN

Paring 시 사용 될 비밀번호 확인하거나 설정

AT+BAUD

Paring 시 사용 될 baud rate 확인하거나 설정

AT+HELP

특이하게 HELP 명령어를 지원합니다. 어떤 명령어들이 준비되어 있는지 알 수 있으니 좋네요.

3. Windows 10 과 연동

HC-05 / 06 에서 했던 OS 와 연동시켜 봅니다.

Windows 10 에서 기기를 찾을 수 있습니다.

Paring 을 위한 password 를 넣습니다. 아까 AT command 로 확인한 "1234" 겠죠?

일반 Bluetooth 기기처럼 쉽게 연결이 됩니다. 장치관리자에서 기기 등록이 완료됩니다.

연결된 Bluetooth 가, 그 모듈이 맞는지 주소도 확인해 봅니다.

Windows 에서는 COM11 로 연결되었군요.

Putty 를 이용해 접근해 봅니다. 초기 Speed Baud rate 는 9600 입니다.

Serial Monitor (FTDI 연결) 와 Putty (Serial) 접속 - 각각 다른 접근을 통해, paring 통신이 가능한지 확인해 봅니다.

서로 연결이 문제없이 되고, 문자 전송으로 통신 연결을 확인 할 수 있습니다.

동영상 첨부합니다.

HC-05/06 과 다른 점은, pairing 연결/해제에 대한 상태 및 상대 주소도 보여줍니다.

Paring 성공

+CONNECTING<<

CONNECTED

Paring 해제

DISC:SUCCESS

+READY

+PAIRABLE

4. Master / Slave 연동 준비

HC-05/06 에서 해 봤던, Master/Slave 연동을 시험해 보기로 합니다.

우선 HC-05/06 에서 통신 속도를 38400 baud rate 로 맞춰서 진행했으니, 동일하게 설정합니다.

AT 명령어는, "AT+BAUD6" 입니다.

Serial Monitor 에서 명령어 실행 후, baud rate 를 바꿔 확인하면, 정상적으로 설정 된 것을 확인.

SPP-C 를 Slave 로 이용시, 가지고 있는 주소를 알아야 Master 에서 직접 연결이 가능하므로, 주소를 따 놓습니다.

그 주소를 HC-05 Master 에 등록해 줍니다.

5. Master / Slave 연동 연결

연결은 한번 해봤던 회로를 그대로 사용.

   SPP-C  | Arduino Nano
-------------------------
    TXD   |      D10
    RXD   |      D11
-------------------------
          |     POWER
-------------------------
    VCC   |      3.3V
    GND   |      GND
-------------------------
  SWITCH  |      D2
 LED+220Ω |      D8
-------------------------

회로도도 동일.

아래와 같이 배선. 얼핏 보기엔 복잡하지만, LED 와 스위치, 그리고 TX/RX 를 연결해 주면 됩니다.

다른 분들은 쉽게 하는것 같은데, arduino 에서 전원을 끌어다 쓰면 정상동작 하지 않았습니다.

외부전원 - MB102 를 사용해야 정상 동작했습니다.

동작 확인 동영상 입니다.

Arduino 에 들어간 소스는 tactile switch 가 눌리면 Master / Slave 에 신호를 보내고,

상대 Slave / Master 에서 신호를 받으면 LED 를 high 로 만드는 소스 입니다.

소스는 이전 포스트인 아래 글에 올려 놨습니다.

    * Hardware | bluetooth 모듈 HC-06 / HC-05 사용해 보기 - 2

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bluetooth-HC06-HC05-2

5. Master / Slave 모드 변경

검색 해보면, SPP-C 에 사용된 BK3231 는 Slave 뿐만 아니라, Master 로도 사용이 가능합니다.

"AT+ROLE1" 명령어로 Master 로 변경되어야 하나, command 결과가 OK 라 할지라도 모드 변경이 되지 않습니다.

메뉴얼을 찾아 봤습니다.

하드웨어적으로 Slave only 가 될 수도 있다고 하네요.

좀더 찾아 봤습니다. BC04-A 이지만, BC04-B 메뉴얼에 보면, PIO(4) 와 PIO(5) 를 이용해서 모드 변경이 가능하다 합니다.

PIO(4) 를 3.3V 에 연결하면 software 변경 모드로 온다 합니다. 이렇게 하면 AT command 로 조정 가능해 보입니다.

그렇게 하면 PIO(5) 는 건들지 않아도 된다고 하네요.

27번핀이 PIO(4) 인 것이군요.

BC04-B Technical specification.pdf

BC04-B_AT_Command.pdf

BK3231_ARM968E-S.pdf

BLK-MD-BC04-B_AT-COMMANDS.pdf

DS_IM130614001_Serial_Port_BLE_Module_Master_Slave_HM-10.pdf

단, 좀 확신을 가질 수 없는게, 명확히 BC04-A 레이아웃에도 적용이 되는지 입니다.

여러 사진들을 찾아 봤으나, BK3231 이 올라간 그림에서 PIO(4) 는 여기닷! 이라고 찍혀 있는 사진이 없었습니다.

이렇게 보면, Pin 구성이 많이 다른것 같기도 하고...

6. 접점 변경

일단 BC04-B 기준으로 접점 조정을 해보기로 합니다.

배를 갈라주고...

저 노란색 화살표의 제일 오른쪽이 PIO(4) 인데, 일단 납땜이 되어 있습니다.

Slave 고정되어 있는 현재의 상태를 변경해줘야 하니, 땜 접점을 없애 주기로 합니다.

열풍기가 있으면 한방이겠지만... ㅠ.ㅠ

토스트기에 넣고 구우면서 핀셋으로 흔들어 봅니다. 효과 없군요.

RX/TX 부분이 가장 멀리 떨어져 있으니, 여기서부터 납 제거 및 보드를 살짝씩 들어 올려서 분리 시도 합니다.

잘 떨어졌는데, 위 사진의 화살표 보이는 것 처럼 동판도 들려버렸습니다. 아...

캡톤 테이프 성애자인 저는, 막아야 할 27 pin 및 혹시라도 접점이 생길것 같은 부분을 커버해 줍니다.

27 pin 을 방어한 체로, 다시 납땜.

그리고 FTDI 에 연결.

반응이 없습니다..............

FTDI 연결 모듈에 들오지 않은 불이 하나 더 들어 옵니다. 어딘가 쇼트가 되었거나 기판 (동판) 이 망가진 듯.

27 pin 을 다시 납땜 해서 접점을 만들어 줘도 동일 현상.

확실하게 망가졌네요. ㅠㅠ

일전에 구입해 놓은 bluetooth 모듈인, HC-06, HC-05, SPP-C 사용기 2탄 입니다.

첫번째 포스트는 아래 링크를 참고해 보세요.

* Hardware | bluetooth 모듈 HC-06 / HC-05 사용해 보기 - 1

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bluetooth-HC06-HC05-1

오늘은 master/slave 두 가지 모드를 지원하는 HC-05 에 대해 알아봅니다.

1. Firmware

Wi-Fi 모듈처럼 자체 firmware 를 가지고 있습니다.

Firmware 를 최신버전으로 update 하고 싶었으나, 인터넷에서 찾기는 어렵네요.

HC-05 는 Bluetooth 계열에서는 고가면서 다기능인 RN42 로 업그레이드가 가능하다고 하지만,

저의 PCB 는 불가능한 제품임을 알게 되었습니다.

* Fake HC-05/HC-06 modules with BlueCore3 chips relabeled as BC417

- https://github.com/lorf/csr-spi-ftdi/issues/25

언뜻 튜닝 요소가 많아 보이지만, 요즘 나오는 제품들은 튜닝이 불가능 한것 같습니다.

2. USB 시리얼 연결

궂이 arduino 를 통해서 연결할 필요는 없고, 직접 serial 통신으로 연결합니다.

  HC-05 | FTDI
----------------
   RX   |  TX
   TX   |  RX
----------------
        | POWER
----------------
   GND  |  GND
   VCC  |  3.3V
----------------

Arduino 를 거치지 않더라도 Arduino IDE 를 사용할 수 있습니다.

FTDI 가 연결 된 Port 만 정확하게 선택하면 Serial Monitor 를 이용하여 AT 명령어를 확인해 볼 수 있습니다.

HC-05 가 사용하는 전류량이 많은지라, arduino 나 FTDI 에서 전력을 공급하면 불안정한 모습을 보입니다.

Bluetooth 모듈도 Wi-Fi 모듈과 동일하게, 외부 전원을 이용하는 편이 좋습니다.

실제 연결은 다음과 같습니다.

3. AT mode

HC-05 가 동작하는 mode 는 두 가지가 있습니다. 하나는 보통 mode 이고, 다른 하나는 AT mode.

Normal mode 는 LED 깜빡임이 빠르고, AT mode 는 깜빡임이 느려서 그 구분을 할 수 있습니다.

참고로 설정을 변경할 수 있는 모드가 AT mode 이고, 기본 모드가 아닙니다.

* Normal mode

* AT mode

AT mode 로 들어가는 방법은 두 가지가 있습니다.

EN pin 을 high 로 (전원 연결)

EN pin 에 대해 전원을 연결한 상태로 키면 AT mode 로 진입하게 됩니다.

어떤 제품은 그냥 켰다가, 한번만이라도 EN 에 전원을 인가해 주면 AT mode 로 접근한다 하는데, 제꺼는 처음부터 high 로 놓지 않으면 AT mode 로 진입할 수 없었습니다.

Button 를 누른 상태에서 켜기

위의 화살표 버튼을 누른 상태에서 전원을 인가하면, AT mode 로 동작합니다.

그 뒤에 손을 놔도 그대로 AT mode 를 유지합니다.

4. Command list

HC-06 과 비슷하지만 다른 부분들도 있습니다.

주로 사용하는 command 를 가지고 간단한 설명을 남겨 놓습니다.

AT+VERSION?

firmware 버전에 대해 확인합니다.

비교적 요즈음 구매해서 그런지 "VERSION:3.0-20170601" 라고 뜨네요.

AT+STATE?

커멘드 입력시의 상태를 표시해 줍니다.

"INITIALIZED" ---- initialized status
"READY" ---- ready status
"PAIRABLE" ---- pairable status
"PAIRED" ---- paired status
"INQUIRING" ---- inquiring status 
"CONNECTING" ---- connecting status
"CONNECTED" ---- connected status
"DISCONNECTED" ---- disconnected status
"NUKNOW" ---- unknown status

AT+ROLE?

Master 인지 Slave 인지 확인할 수 있습니다. Master 이면 1, Slave 면 0 입니다.

AT+ADDR?

주소 정보를 반환해 줍니다.

AT+NAME?

기기 이름을 설정하거나 알려 줍니다.

AT+PSWD?

비밀번호를 확인할 수 있습니다.

AT+UART?

Serial connect 시에 사용될 속도를 설정/확인 할 수 있습니다.

AT+CMODE?

지정된 기기와 연결 시킬 것인지, 여러 기기와 통신하게 할 지를 정할 수 있습니다.

0 이면, 지정된 기기와의 연결만 가능하고, 1 이면 다른 여러 기기와 연결시킬 수 있는 mode 입니다.

AT+BIND?

연결할 상대 기기 주소 지정.

AT+POLAR?

PIO8 / PIO9 연결 상태에 따른 LED 표시 상태를 정의한다 합니다. 무슨 이야기 인지 하나도 모르겠습니다.

AT+IPSCAN?

IP 스캔할 인터벌과 타이밍을 설정합니다.

AT+SENM?

Safe / Encryption mode 라고 합니다.

AT+ADCN?

인증을 통해 pairing 된 기기의 수를 알려 줍니다.

AT+MRAD?

가장 최근에 인증을 통해 연결된 기기를 보여줍니다.

AT+MPIO?

Multiple port output 이라고 합니다. 무슨 소리인지 모르겠습니다.

AT+CLASS?

디바이스 타이프를 보여 줍니다.

AT+IAC?

Access code 에 GIAC type (General Inquire Access Code : default 는 0x9e8b33) 을 사용.

AT+INQM?

RSSI 모드로 몇 개의 device를 최장 몇 초동안 받아들일지의 설정.

잘 쓰이지 않을 보안과 deep한 설정은 잘 모르겠네요. 기준이 되는 문서를 첨부합니다.

추가로, firmware version 에 따라 명령어가 조금씩 다를 수 있습니다.

HC-0305_serial_module_AT_commamd_set_201104_revised.pdf

5. Slave 모드로 Windows 10 과 연결해 보기

HC-06 을 가지고 놀 때도 했지만, HC-05 이니 한번 더 동일한 방법으로 Windows 10 와 연결 해 봅니다.

인식 후, 연결을 위해 암호를 입력합니다.

특별한 문제 없이 연결 되었습니다.

장치 관리자에서 확인해 보면, Bluetooth 장치에 정상적으로 등록 되었네요.

Putty 로 연결해 보기 위해 COM port 를 확인해 봅니다.

Putty 의 Serial 로 연결해 봅니다.

Putty 에서 키보드로 입력하면, Putty 상에서는 보이지 않지만, Arduino IDE 의 Serial Monitor 에서는 전송된 글씨가 보입니다.

Slave 모드로 Windows 10 에 연결에 문제가 없네요.

6. Master 모드로 Slave 연동 - firmware 설정

마지막으로, HC-05 (Master) 와 HC-06 (Slave) 를 연결하여 통신이 가능한지 확인해 봤습니다.

참고한 사이트와 너tube 정보는 다음과 같아요.

* How to Configure HC-05 Bluetooth Module As Master and Slave Via AT Command

- https://www.instructables.com/id/How-to-Configure-HC-05-Bluetooth-Module-As-Master-/

* Communication between Master HC-05 and Slave HC-05
    - https://www.youtube.com/watch?v=mY803K-5WxE

구성품은 arduino / 스위치 / LED 각각 두 개씩 필요하고, Master/Slave 가 될, HC-05 / HC-06 이 필요합니다.

HC-06 Slave 설정

우선 HC-06 Slave 에서 다음과 같이 설정합니다.

- AT+ROLE=0 : Slave 설정

- AT+ADDR? : Master 에 등록하기 위해 address 를 알아 냄

- AT+UART=38400,0,0 : Serial 통신 속도를 38400 으로 맞춤

통신속도를 맞추면, Serial Monitor 의 속도도 새로운 값 - 38400 에 맟줘 줘야 확인이 가능 합니다.

HC-05 Master 설정

그 다음으로, HC-05 Master 는 다음과 같이 설정합니다.

- AT+ROLE=1 : Master 설정

- AT+CMODE=1 : pairing 할 기기를 검색하지 않고, 지정하여 등록. 등록은 아래의 BIND 명령어로 설정.

- AT+BIND=98D3,41,F93341 : 패어링 할 Slave 기기를 지정. (위에서 Slave 의 ADDR 로 확인한 주소 정보)

- AT+UART=38400,0,0 : Serial 통신 속도를 38400 으로 맞춤

최종적으로 BIND 정보를 확인하여, Slave 어드레스가 잘 등록되어 있으면 OK 입니다.

6. Master 모드로 Slave 연동 - arduino 와 연결

Pin 연결은 다음과 같습니다.

HC-05 와 HC-06 의 연결은 Master/Slave 로 기능은 다르나, 연결 방법은 동일합니다.

 HC-05/06 | Arduino Nano
-------------------------
    TXD   |      D10
    RXD   |      D11
-------------------------
          |     POWER
-------------------------
    VCC   |      3.3V
    GND   |      GND
-------------------------
  SWITCH  |      D2
 LED+220Ω|      D8
-------------------------

회로도를 Fritzing 으로 그려 봤습니다.

최근에 업데이트 된 0.9.4 로 그렸는데, 그림 export 에 버그가 있네요. (점프선에 점선)

실제 구현한 사진 입니다.

주의할 점으로는, Wi-Fi 모듈 연결 시험 했을때와 동일하게, Bluetooth 모듈도 추가 전원으로 연결해야 원활한 확인이 가능 합니다.

Arduino 로부터 빼서 사용하는 전원은 충분치 못하여 불안정한 동작을 보입니다.

위의 사진 오른쪽 밑에 있는 것이 추가 전원입니다.

Arduino 에 써넣을 sketch 는 다음과 같습니다.

Master Source

//this is master

#include "SoftwareSerial.h"

SoftwareSerial BTSerial(10, 11);
int state = 0;
const int ledPin = 8;
const int buttonPin = 2;
int buttonState = 1;

void setup() {
  BTSerial.begin(38400);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  digitalWrite(buttonPin, HIGH);
}

void loop() {
 if(BTSerial.available() > 0) { 
    // Checks whether data is comming from the serial port
    state = BTSerial.read(); // Reads the data from the serial port
 }
 
 // Controlling the LED
 buttonState = digitalRead(buttonPin);
 
 if (buttonState == LOW) {
  BTSerial.write('1');
 } else {
  BTSerial.write('0');
 }
 
 if (state == '1') {
  digitalWrite(ledPin, HIGH); // LED ON
  state = 0;
 } else if (state == '0') {
  digitalWrite(ledPin, LOW); // LED ON
  state = 0;
 }
}

Slave Source

//this is slave

#include "SoftwareSerial.h"

SoftwareSerial BTSerial(10, 11);
int state = 0;
const int led = 8;
const int button = 2;
int buttonstate = 1;

void setup() {
  BTSerial.begin(38400);
  pinMode(led, OUTPUT);
  digitalWrite(led, LOW);
  pinMode(button, INPUT);
  digitalWrite(button, HIGH);
}

void loop() {
 if(BTSerial.available() > 0) { 
    // Checks whether data is comming from the serial port
    state = BTSerial.read(); // Reads the data from the serial port
 }
 
 // Reading the button
 buttonstate = digitalRead(button);
 
 if (buttonstate == LOW) {
   BTSerial.write('1'); // Sends '1' to the master to turn on LED
 } else {
   BTSerial.write('0');
 }  

  if (state == '1') {
  digitalWrite(led, HIGH); // LED ON
  state = 0;
 } else if (state == '0') {
  digitalWrite(led, LOW); // LED ON
  state = 0;
 }
}

여기까지 오면 모든 준비는 다 되었습니다.

7. Master 모드로 Slave 연동 - 확인

HC-05 (Master) 와 HC-06 (Slave) 끼리의 연동 통신을 위해 서로 LED 가 깜빡거리다 연결 됩니다.

Arduino 소스 및 회로에서 구성한 대로,

Master 의 스위치를 누르면, Slave 쪽의 LED 가 켜지고, Slave 의 스위치를 누르면, Master 쪽의 LED 가 점등하는 것을 알 수 있습니다.

문제 없이 서로 통신하고 있다는 것을 LED 점등으로 확인 할 수 있습니다.

8. SPP-C 연동

다음 편에서는 SPP-C 확인을 해보도록 하겠습니다.

이 글은 ESP8266 또는 ESP-1 을 가지고 노는 포스팅 이며, 이 글 전에 포스팅이 2개 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

오늘은 ESP8266 / ESP-1 을 Serial 로 연결할 때, 사용되는 가장 간단한 AT command 에 대해 알아봅니다.

우선 정식 설명서를 첨부합니다.

* 4a-esp8266_at_instruction_set_en.pdf

참고로 putty 에서 명령어를 실행시키려면, Ctrl + J, M 을 타이핑 해야 ESP826 으로 command 를 날릴 수 있습니다.

1. AT

가장 간단한 command 이며, ready / 정상 상태인지를 알아보는 명령어 입니다.

OK 가 뜨면 OK 인겁니다.

2. AT+GMR

ESP8266 에 인스톨 되어 있는 firmware version 을 보여줍니다.

보통 Serial 접속하면, 가장 먼저 하게 되는 두 command 들입니다.

3. AT+CWMODE

ESP8266 을 어떤 모드로 사용할 것인지를 정할 수 있습니다.

보통 CWMODE:2 로 되어 있습니다.

이는 Access Point 로 활용하는 모드 입니다.

- 1: Network Device (client)

- 2: Access Point (AP)

- 3: Both

4. AT+CWLAP

근처에 접속 가능한 WiFi access point 들을 보여 줍니다.

5. AT+JAP

접속하고 싶은 AP 의 정보 - 이름과 비번 을 입력하여 접속합니다.

정상적으로 WiFi에 접속 후, IP 를 받았다고 뜨네요.

6. AT+CIFSR

AP 접속 후, 어떤 IP 를 받았는지 확인하는 command 입니다.

7. AT+CIPSTATUS

최종적으로 AP 로 접속 후, 어떤 상태인지 확인해 봅니다.

- 2: The ESP8266 Station is connected to an AP and its IP is obtained.

- 3: The ESP8266 Station has created a TCP or UDP transmission.

- 4: The TCP or UDP transmission of ESP8266 Station is disconnected.

- 5: The ESP8266 Station does NOT connect to an AP.

8. AT+CIUPDATE

인터넷을 통해 firmware 를 업데이트 하는 명령어 입니다.

참고로 flash ram 크기가 16Mbit = 2MByte 이상 되어야 사용 가능합니다.

- 1: find the server.

- 2: connect to server.

- 3: get the software version.

- 4: start updating.

정상적으로 update 가 되면, 자동으로 reboot 을 하게 됩니다.

자동 reboot 하면서, 다른 command 로는 확인할 수 없는 "SPI Flash Size & Map" 정보를 확인할 수 있습니다.

위의 결과는 16Mbit (1024KB+1024KB) 버전으로 firmware update 한 것이고,

아래 결과는 32Mbit (1024KB+1024KB) 버전으로 firmware update 한 결과 입니다.

9. AT+RST

문자 그대로 reset command 입니다.

ESP8266 을 reboot 시킵니다.

Ai-Thinker 사의 32Mbit (512KB+5212KB) 버전으로 firmware update 후, reset 한 결과는 다음과 같습니다.

FIN

ESP8266 을 가지고 Serial 접속 후, 가장 많이 쓰이고 간단한 명령어들을 소개해 봤습니다.

사실 PDF 의 메뉴얼에 보면 더 많은 command 들이 준비되어 있지만,

pre-condition 이 맞아야 하거나 환경적으로 매칭이 되지 않아 ERROR 를 내는 command 들이 대다수 입니다.

위의 내용 감안하셔서 참고하시면 좋겠습니다.