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Hardware | CJMCU-103 Rotary Angle Sensor

| Hardware 2021. 2. 16. 12:30

Posted by Erotic Chocoball

1. Rotary Angle Sensor

AliExpress 에서 다음과 같은 센서 모듈을 발견했습니다.

이름하여 Rotary Angle Sensor, 또는 Trimmer Potentiometer Position Sensor.

바로 구입 Go Go.

* WAVGAT CJMCU-103 Rotary Angle Sensor SMD Dust-Proof Angle Sensing Potentiometer Module SV01A103AEA01R00

- https://www.aliexpress.com/item/32965337207.html

재원은 다음과 같습니다.

* Package : 1 x CJMCU-103 rotation angle sensor

* Category : Sensors, Transducers
* Family : Position Sensors - Angle, Linear Position Measuring
* Series : SV01
* For Measuring : Rotary Position
* Technology : Resistive
* Rotation Angle - Electrical, Mechanical : 0° ~ 333.3°, Continuous
* Output : Analog Voltage Output
* Actuator Type : Hole for Shaft
* Linearity : ±2%
* Resistance (Ohms) : 10k
* Resistance Tolerance : ±30%
* Mounting Type : Surface Mount
* Termination Style : SMD (SMT) Tab
* Operating Temperature : -40°C ~ 85°C
* Supply Voltage : DC 5V
* Rotation Life : 300K times
* Rotational Torque : 1mN.m (Ref. : 10.5gf.cm)
* Module Size: 28.1mm*13.1mm*3.8mm with two M3 mounting holes

2. 도착

2개원 걸려서 겨우 도착.

구조는 너무 단순합니다. Breakout board 에는 센서 뿐만 아니라, 신호 잡음을 없애주기 위한 캐패시터가 달려 있습니다.

뒷면에는 HW-526 이라고 씌여 있네요.

3. 연결

연결은 단순합니다. 5V / GND 연결해 주고, Analog 신호를 연결하면 됩니다.

실제 연결한 사진입니다.

로보트 손의 움직임 각도 feedback 센서로도 사용되는 동영상도 있었습니다.

* Joint rotation sensor for pneumatic haptic VR glove

- https://www.youtube.com/watch?v=IRiHUFv2rdI

4. Source

Input voltage 5V 기준으로 1024 level 쪼개고, Analog 에서 333 각도로 matching 시키는 방법입니다.

이것을 sketch 로 옮기면 다음과 같아집니다.

long vol_01, vol_02;

void setup() {
   Serial.begin(115200);
   Serial.println("Trimmer Potentiometer Linear Position Sensor");
}

void loop() {
  vol_01 = analogRead(A1);
  vol_02 = map(vol_01, 0, 1023, 0, 333);

  Serial.print("Angle is = ");
  Serial.println(vol_02);
  delay(500);
}

Arduino IDE 의 Serial Monitor 를 보면 잘 나옵니다.

5. 구동

구동 동영상과 사진을 올려 봅니다.

새로운 에디터로 글을 작성하다 보니, center 도 안먹고 (정확히는 editor 가 지워버리고) 난리네요... 원하는 대로 글 작성이 힘듭니다.

Input 5V 가 아니라, 3.3V 로 하면 기준 전압 level 이 낮아지므로, 333 나와야할 max 값이 242 값이 됩니다.

즉, 3.3V 기준으로 프로그래밍 하면, 3.3V 를 1024로 나누어서 값이 나올 듯 합니다. 궂이 5V 일 필요는 없네요.

Input 5V 로 하면, 초기 예상한 대로 333 이 max 값으로 나옵니다.

Serial Plotter 로 찍어보면, 한바퀴 돌면서 5V = 333 및 3.3V = 242 를 각각 max 값으로 찍는 것을 알 수 있어요.

동영상도 올려 봅니다.

간단하게 Trimmer Potentiometor 에 대해 사용해 봤습니다.

나중에 움직임 제어에 있어 피드팩 시스템이 필요할 때, 사용하면 되겠네요.

FIN

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Hardware | Fuji Xerox CP116w 수리 성공기

| Hardware 2020. 10. 7. 23:16

Posted by Erotic Chocoball

후지제록스 DocuPrint CP116w 를 잘 쓰고 있었습니다.

리필토너도 저렴하고, 리필 칩도 쉽게 구할 수 있었거든요. 레이저 프린터인 만큼 최고의 가성비를 보여 줬었습니다.

토너 리필에 대해서는 아래 글들을 참조.

* Hardware | Fuji Xerox 의 CP116w 토너 교환기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Fuji-Xerox-CP116w-toner-replacement

* Hardware | 재생토너 chip 교환기 - 1

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-refill-toner-chip-replacement-1

* Hardware | 재생토너 chip 교환기 - 2

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-refill-toner-chip-replacement-2

글을 세 개나 올렸었네요. 그 만큼 이 프린터를 사랑하고 있었습니다.

1. 에러

어느 시점을 시작으로 자주 느낌표시가 떴습니다.

보통 092-651 에러라고 하는데, 주로 뒷면에 있는 CTD (Color Toner Density) 센서를 닦아주면 된다고 했습니다.

메뉴얼 대로 뒷판을 열고 닦아주니 다시 돌아가더군요.

다만, 문제는 딱 한 번만 해결 되었고, 두 번째부터는 해결되지 않았습니다.

이후, 절대 되돌아 오지 않았습니다. 여기서부터 긴 여정의 시작입니다.

2. 서비스 메뉴얼

수리 과정 중에서 알게된 것이지만, 일반 사용자에게 공개된 메뉴얼 외에,

수리 기사들이 사용하는 "서비스 메뉴얼" 이 따로 있다는 것을 알게 되었습니다.

* 일반 메뉴얼

- docuprint_cp116_w.pdf

* 서비스 메뉴얼

WC6015_Service_Manual.zip.001

WC6015_Service_Manual.zip.002

WC6015_Service_Manual.zip.003

WC6015_Service_Manual.zip.004

일반 메뉴얼로는 도저히 알 수 없는 내용들이 서비스 메뉴얼에는 자세하게 나와 있어,

이 후 내용은 서비스 메뉴얼을 기반으로 도전한 내용들 입니다.

3. 꼬질대로 헤드 클리닝

노란색 꼬질대가 토너 삽입부인 옆면에 있습니다.

꺼내서 각 토너의 헤드를 크리닝 해 봅니다.

전혀 효과가 없군요. 실패.

4. 벨트 클리닝

인쇄되는 과정을 보면, 토너를 실어 나르는 벨트가 있고, 고열의 롤러를 통해서 인쇄되는 과정이 포인트 입니다.

그 과정 중에서 아래 그림의 8번 항목처럼, Cleaning 이라는 부분이 있습니다.

고열의 드럼을 통해서 인쇄되지만, 여분의 토너 가루 + 먼지들은, 벨트를 청소해 주는 "Cleaning Blade" 에 모인다고 하네요.

뒷 뚜껑을 열면 투명한 책받침 같은 것이 열전사 드럼 윗쪽에 붙어서 먼지 들을 걸러내 주고 있었습니다.

살짝만 봐도 먼지가 엄청 쌓여 있군요. 핀셋과 진공 청소기를 이용해서 깨끗하게 먼지를 제거합니다.

전혀 효과가 없군요. 실패.

5. 공장 초기화

기계는 모름지기 공장 초기화. 시도해 봅니다.

메뉴얼 문구대로, 뒷 커버를 연 상태로 전면의 Start / Stop 버튼을 누르면서 전원 ON. 그리고 뒷 뚜껑을 닫으면 공장 초기화가 됩니다.

이 글의 스크롤 바가 아직 한참 남은 것이 상황을 말해 주듯, 전혀 효과가 없군요.

실패.

6. 토너칩 교환

쓰고 있던 토너칩이 아직 쌩쌩하지만, 혹시나 해서 교체해 봅니다.

지금까지 구입했던 토너칩 중에서 가장 괜찮은 제품, 아껴 두었던 마무리가 깔끔한 칩을 꺼냈습니다.

이걸 구하려고 해도, 이제는 판매되지 않은 제품 입니다.

요즈음 구매한 토너칩과 비교해 봐면, 보호 수지 질이나, 프린터 센서와 접촉 면적이 훨씬 넓어, 인식문제가 잘 일어나지 않는 제품 입니다.

전혀 효과가 없군요. 실패.

7. 폐토너

서비스 메뉴얼을 정독하고 있자니, 폐토너에 대한 내용이 나옵니다.

드럼이 돌면서 여분의 토너 가루들은 토너 통으로 다시 돌아오는 구조네요?!!!

토너 통의 구분된 부분으로, 한 사이클을 돌고 나온 폐토너 가루들이 들어가 쌓이는 구조로 설계되어 있다는 것을 발견했습니다.

지금까지 토너가루 보충만 했지, Waste Toner Bottle 이라는 부분을 버려본 적이 없었네요. (아무도 알려주지 않았슴)

인터넷 검색을 하니, 어떤 재생토너 업자가 올린 사진을 발견했습니다. 폐토너 통을 비울 수도 있었군요!

Waste Bin 과 연결된 부분을 얇은 드라이버같은 것으로 누르면, 촤르륵 하며 지금까지 쌓여온 페토너 가루들이 쏟아집니다.

신기하게 자성을 띄는 성질을 가지고 있군요. 이 말인 즉슨, 토너는 분말 금속이 섞여 있는 듯 합니다.

신체에 노출이 되면 중금속 중독도 일으키는 원인이 될 수 있다고 봅니다.

지금까지 쌓여 있었던 폐토너 가루들이 한 무더기 나왔습니다.

폐토너들이 더 이상 청소되지 못해여, 프린터 내부에 이게 꽉꽉 쌓여 있으니, 고장의 원인이 되지 않았나라고 생각 했습니다.

그렇지만, 이 시도는 안타깝게도 효과가 없었습니다.

다만, 앞으로 토너 충전시에는 꼭 폐토너도 확인하여 버려야 한다는 것을 새롭게 알게 되었습니다. 일단 실패.

8. 토너 모터

느낌표 에러는 CTD 센서 뿐만 아니라, 정확히 파악되지 않는, 토너 관련 전반적인 에러라는 것을 알게 되었습니다.

토너가 공급되는 방식은 Toner Motor 를 통해서 이루어 진다고 합니다.

토너를 벨트와 고열 드럼으로 보내주기 위해서, 맨 처음 토너 통에서 이루어지는 작업이네요.

문서의 여러 군데에서 Toner Motor 와 연관된 부분들이 언급되어 있습니다.

Toner Motor 는 두 개가 있으며, 기어박스를 통하여 돌아가는 방향에 따라 토너 통을 선택하여 벨트로 보내 줍니다.

두 개의 모터만으로 4개의 토너 통을 컨트롤 하고 있습니다.

이 모터를 제어하는 부분은 MCU Board 의 P/J20 핀에서 제어하고 있었습니다.

아래는 나중에 분해한 후의 사진이지만, P/J20 커넥터 부분입니다.

Toner Motor 는 4개의 신호로 움직이는 Step Motor 이고, 강제적으로 이걸 돌려 주면,

토너 피딩이 끊어진 통에 토너가루를 밀어 넣어주지 않을까 하여 직접 제어해 보기로 합니다.

이 Step Motor 를 arduino 와 연동하여 강제적으로 돌려주기 위해, A4988 / DRV8825 센서를 구입 합니다.

* 3D Printer Parts A4988 DRV8825 Stepper Motor Driver With Heat sink For SKR V1.3 1.4 GTR V1.0 RAMPS 1.4 1.6 MKS GEN V1.4 board

- https://www.aliexpress.com/item/32965199683.html

시도해 보고 싶었지만, 다른 방법으로 성공해버려 직접 적용해 보지 않았습니다.

다른 기회에 구동 테스트는 해보는 것으로...

9. 프린터 분해

보다 근본 원인을 파악하기 위해 일단 분해해 봤습니다.

일단 앞부분의 종이 받침을 제거해 줍니다. 연질의 플라스틱이라 살짝 구부려서 양쪽 힌지를 빼면, 쉽게 제거 됩니다.

숨어있는 나사 두 개가 보입니다.

드라이버로 제거해 줍니다.

나머지 하나도 제거해 주구요.

나사를 제거 후, 옆에 있는 틈 사이로 헤라를 넣고 살찍 비틀어 주면, 두두둑 하면서 앞면 전체가 분리됩니다.

요런 모양으로 됩니다. 앞면만 살짝 노출 되었을 뿐 전혀 구조가 보이지 않네요.

윗면의 투명 커버도 혹시 모르니 분리해 줍니다. 연질의 플라스틱이니 살짝 휘어주면 분리가 됩니다.

그런 후, 윗 뚜껑을 분리해 줍니다. 뚝뚝뚝 하면서 잘 분리 됩니다. 인디케이터와 연결된 flexible cable 에 주의 합니다.

토너쪽 커버를 분리하기 위해서는 뒷면이 먼저 분리되어야 합니다. (사진 밑부분)

후면의 나사를 풀어줍니다.

뒷판이 헐거워 지면, 헤라를 아래처럼 넣어서 이격시켜 줍니다. 보여주기 위한 사진을 따로 찍어서 토너가 제거된 사진이네요.

그러면, 토너쪽 커버를 제거할 수 있습니다.

분리할 필요는 없지만, 토너 반대쪽 커버도 분리해 봅니다. 이 쪽은 나사 채결이 없어서 쉽게 분리 가능합니다.

상판과 연결된 검은색 flexible cable 을 조심합니다. (아래 사진에서 왼쪽 위)

ARM 칩과 WiFi 모듈이 보입니다. 메모리도 있네요. 이뻐서 한컷 찍어서 남겨 봅니다.

상판을 분리한 후, 토너쪽 사진 입니다.

아래 사진 가운데에 보이는 굵은 흰색 선이 메인 전원 입니다. 소켓에서 뽑아 줍니다.

그러면, 토너 쪽 커버를 완전히 분리할 수 있습니다.

앞면의 케이블 정리 고정부분을 잘 풀면, 아래 사진처럼 안전하게 바닥에 놓아 둘 수 있습니다.

10. 청소

재생 토너의 큰 입자들로 인하여, 인입 부분이 막혀있는 것이 아닌가 해서 토너통과 연결된 부분을 청소해 보기로 합니다.

청소기에 비닐을 씌운 다음, 버릴 양말을 덧씌운 후, 빨대를 꽂았습니다. 저 빨대로만 빨아들일 수 있게 만든거죠.

페토너 구멍이든, 토너 피딩 구멍이든 깊숙이 넣어서 청소기를 돌려 줍니다.

피딩 부분은 커버도 쉽게 벗길 수 있습니다.

벗길 수 있는 한, 모두 벗겨서 청소해 줍니다.

그런 다음, 탈탈 털어주면 더 뭔가가 많이 쏟아집니다. 입자가 굵은 것들도 있는걸 보면, 막혀 있던 것들일 수도 있겠네요.

하지만, 이 방법으로도 해결되지 않았습니다.

실패.

11. 빨래 찝게

구입한 Step Motor 컨트롤러가 중국으로부터 도착할 때 까지, 시도해 볼만한 방법들을 계속 생각했습니다.

그러다, 고장나기 직전에 검은 색이 잘 나오지 않았다는 것을 기억해 냅니다.

부팅하면서 잠깐 피딩 롤러가 돌아가는 시점에 검은색 토너를 수동으로 넣어주면 어떨까 했습니다.

토너통을 빼고, 토너칩만 센서에 부착 시키면, 프린터는 토너통이 장착되어 있다고 속을 것이고, 그 공간에서 작업하면 될 것 같았습니다.

이렇게 하면, Toner Motor 를 Step Motor 컨트롤로 + arduino 을 이용하여 강제로 돌려주지 않아도,

롤러 안에서 끊어진 토너의 흐름을 다시 만들어 줄 수 있을 것 같았습니다.

공판장에서 1,400 원 하는 "썬 왕 빨래집게" 구매.

사진처럼 재생토너 뚜껑만 분리하여, 토너칩 센서에 토너칩을 부착시켜 줍니다.

네 가지 모두 장착하여 인식 성공.

프린터가 부팅하면서 잠깐 돌아가는 롤러에 강제로 검정 토너를 흘려 줍니다.

음?!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

뭔가 반응이 다릅니다!!!

딸깍 하면서 느낌표가 떠야 할 시점에 느낌표는 뜨지 않고 Toner Motor 가 마구마구 돌기 시작했습니다!!!!!!!!!!

필시 이것은, 정상으로 되돌아온 신호!

바로 토너를 제대로 장착하고 다시 재부팅.

오오오오!!!!!!!!!!!!! 아래 동영상처럼 Toner Motor 가 돌면서 모든 토너통으로 부터 토너를 빨아들이기 시작 했습니다.

아~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~!!! 성공.

바로 테스트 프린트를 마구마구 찍어 봅니다. 새로 샀을 때 처럼 선명함과 진함이 되돌아 왔습니다.

토너통을 하도 꼈다 뺐다 했더니만, 파란색 기어에 부서질 듯한 소리가 났습니다.

파란색 토너 입구의 쿠션이 말려 들어가 있더군요. 크게 문제될 것이 없을 듯 하여 그냥 제거 했습니다.

조립은 분해의 역순. 이로써 수리가 성공으로 끝났습니다.

FIN

수리 성공기를 마치며, 아래와 같이 정리합니다.

1. 벨트 클리닝 블레이드에 쌓인 먼지는 청소해 주자

2. 폐토너는 생각나면 버려주자

3. 토너통 기어가 잘 돌아가는지 가끔 확인해 주자

4. CTD 센서 부분은 가끔 청소해 주는데, 효과는 별로 없다

5. 어찌 되었든, 토너가 끊기지 않게 하자

6. 만일 끊겼을 경우는 빨래 집게를 이용하여 수리하자

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Hardware | ZE08-CH2O Formaldehyde 센서 사용해보기

| Hardware 2020. 8. 14. 12:30

Posted by Erotic Chocoball

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

회로 diagram 도 그려 봤습니다.

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;
}

Arduino 와 연결되는 Pin 정보는 다음과 같습니다.

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

Layout 구성도 입니다.

실재로 구현한 사진 :-)

Default 연결 방식인 Active Upload 방식과는 값의 차이가 많이 날 뿐더러, 일관적인 값을 보여주지 않습니다.

7. DFRobot 용 소스 - UART

이번에는 DFRobot 에서 나온 UART 방식의 소스를 이용해 봅니다.

/***************************************************
 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");
	}
}

Arduino 와의 Pin 연결은 다음과 같습니다.

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

Layout 그림도 그려 봤습니다.

실재 구성 모습 입니다.

처음 시도한 UART 소스의 결과값과 거의 동일하게 나옵니다.

DFRobot 라이브러리에서 거의 모든 처리가 이루어 지지만, 처음 시도한 UART 방식과 동일한 듯 합니다.

8. ESP8266 용 소스

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~.

저작자표시 변경금지

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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

Software | ThingSpeak 등록하여 IoT 데이터 펼처보기

| 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
access-control-max-age: 1800
etag: W/"4e07408562bedb8b60ce05c1decfe3ad"
cache-control: max-age=0, private, must-revalidate
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.

저작자표시 변경금지

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And

Hardware | 고장난 Arduino Nano 수리기

| Hardware 2020. 2. 16. 08:24

Posted by Erotic Chocoball

1. Arduino Nano 고장내기

Arduino 를 가지고 놀다 보면, 전원 +/- 극성을 바꿔서 input 으로 넣거나 하면서 부품을 태워 먹을 수 있습니다.

저는 이런 식으로 해서 arduino nano 두 개를 고장냈네요.

한 번은, DIY 한 Arduino 2560 에 bootloader 를 입히면서,

또 한 번은 CO2 센서 동작 확인하면서 GND 입력에 전원을 잘 못 인가하면서.

두 가지 모두, 회로적으로 전원 +/- 를 쇼트 시키면서 발생했습니다.

Arduino nano 에서 매캐한 연기가 피어오르며, diode 가 타버렸습니다.

아래 사진에서 USB 쪽 diode 가 부풀어 올랐고, 갈라진 모습을 보여줍니다. 저기서 연기가 피어 오릅니다.

냄새가 맹독류라 그런지 (아마도 발암 물질) 집에서 태우면 냄새가 꽤 오래 남습니다. ㅠㅠ

다행인 것은 회로가 short 되면, 그 역전류를 diode 가 받으면서 타 주었기 때문에, 다른 부품의 손상을 방지 할 수 있었습니다.

2. 교환 diode 찾기

제가 가지고 있는 arduino nano 는 Chinese fake 제품이어서 그런지, S4 라고 적혀 있어 사양이 조금 다를 수 있습니다만,

Original arduino nano 에 들어가는, 전원쪽 diode 는 다음 부품입니다.

MBR0520-TP

- MBR0520LT1-D.PDF

사양서를 보면, 20V / 0.5A Schottky Doide 임을 알 수 있습니다.

이왕 이렇게 되었으니, 오리지널 제품과 동일한 diode 를 넣어 주면 더 좋을 듯 합니다.

AliExpress 에서 검색하니 팔고 있어서 주문합니다.

* 100pcs SMD diode 0805 SOD-123 1N5819 1N4007 1N4148 MBR0520 MBR0530 MBR0540 B2 B3 S4 T4 SOD-323 1206 1N4148WS 1N5819WS B5819WS
- https://www.aliexpress.com/item/4000331408283.html

도착샷은 예의.

Diode 마킹이 B2 = MBR0502 가 아니라, SD 라고 되어 있네요.

또 이상한거 보낸거 아냐? 라고 생각해서 찾아 봤습니다.

MBR0520

- MBR0520.pdf

제조회사마다 마킹이 다르게 나왔을 수 있네요. 이번에 구입한 회사는 마킹을 B2 대신에 SD 를 사용한 것 같습니다.

물건 도착은 나중 일이고, 일단 기존 가지고 있던 diode 를 이용하여 수리해 보기로 합니다.

3. 적당한 다른 대체 diode 찾기

가지고 있던 arduino nano 두 개나 태워먹어 버리자, aliexpress 에서 부품 오기만을 기다릴 수가 없었습니다.

지금까지 이 취미 하면서 구입하여 보유해 놨던 diode 들 중에 적당한 놈을 찾아 봅니다.

* 7 kinds*10pcs=70pcs/lot SMD diode package / M1 (1N4001) / M4 (1N4004) / M7 (1N4007)/ SS14 US1M RS1M SS34 KIT

- https://www.aliexpress.com/item/32774058057.html

M1 부품 소비가 많아, 일전에 동일한 업자에게 또 한번 구입하였습니다.

M1 (1N4001) / M4 (1N4004) / M7 (1N4007)

M1 (1N4001) 이 50V / 1A 로, 그나마 MBR0520-TP 의 20V / 0.5A 와 비슷하네요.

SS14

허용 전압과 전류가 너무 낮아서 안되겠군요.

SS34

전압은 40V 으로 M1 보다는 낫지만, 허용 전류가 너무 높습니다.

US1M

말도 안되게 높은 전압때문에 패스.

RS1M

진심 1000V ?!!!!

결과적으로 spec. 비교 결과, M1 (1N4001) 이 가장 적당한 diode 되겠습니다.

다만, 주의할 점은, 20V / 0.5A 이었던 허용 전류/전압이, 그 두배 이상인 50V / 1A 가 되었으므로,

앞으로 short 시에는 diode 는 멀쩡하지만, 다른 중요한 부품들을 태워 먹을 수 있는 가능성이 생겨버렸습니다.

MBR0520-TP 가 도착하면, 그 때 또 바꿔 줘야겠네요.

4. M1 이식

M1 으로 납땜하여 붙여 줍니다.

PCB 패턴보다 조금 큰 diode 인지라, 붙이는데 애좀 먹었네요.

열을 너무 많이 가하면 고장나는 부품이라, 깨끗하게 붙이면서 열을 가하지 않게 하느라 작업에 시간이 걸렸습니다.

수리 후, 동작 확인해 보니, 전원도 들어오지 않던 arduino nano 가, 언제 그랬냐는 듯 잘 동작합니다.

Sketch upload 및 센서 인식에도 전혀 문제가 없네요.

Mission Completed!

4. 원래 제품으로 수리

MBR0520 (SD) 가 도착 했으니, 나머지 arduino nano 하나도 수리해 봅니다.

수리라고 해 봤자, 고장난 부품 때어 낸 자리에 새 부품 납땜 하는 것이지만요.

애정을 담아 납을 듬뿍 발라 줬습니다.

Diode 가 작아서 충분히 인두 팁을 기판에 접근 시킬 수 있고, pin point 로 납을 먹일 수 있어 flux 없이도 쉽게 했습니다.

임시로 M1 (1N4001) 을 사용하여 수리한 것도 MBR0520 로 바꿔 줘야 하나, 귀찮아서 그냥 사용 할람니다.

두 개 모두 Sketch 도 업로드 되고, 동작도 잘 됩니다.

이상 arduino nano 다이오드 수리기 였습니다.

저작자표시 변경금지

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