초코볼의 inside Tech

일전에 ESP-01 (ESP8266) 을 가지고 IoT 환경을 꾸며 봤습니다.

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

ESP-01 은, WiFi 모듈로는 초기형이고, 그 이후에 업그레이드 된 모듈들이 많이 출시 되었습니다.

그 다음으로 많이 사용하는 WiFi 모듈은 "ESP32" 인 듯 합니다.

1. ESP32

구매합니다.

* ESP32 ESP-32 ESP32S ESP-32S CP2102 Wireless WiFi Bluetooth Development Board Micro USB Dual Core Power Amplifier Filter Module
    - https://www.aliexpress.com/item/32928267626.html

잘 도착 했습니다.

2. 외형

Arduino nano 의 경우, MCU 가 ATmega328 였지만, ESP32 는 MCU + WiFi + Bluetooth + ... 가 chip 하나에 모두 들어간 형태 입니다.

ESP-WROOM-32 라고 적힌 철판 밑에 MCU 가 자리잡고 있을 듯 합니다.

USB interface 는 Silicon Labs 사의 CP2102 이군요. WiFi 접근에 따로 FTDI 같은 어뎁터를 경유할 필요가 없습니다.

뒷면에는 ESP32 DEVKIT V1 이라고 적혀 있네요.

3. MCU

MCU 의 logic diagram 입니다. 몇 가지 재미있는 부분들이 보이네요. 센서 내장이라던지... (센서에 환장한 人)

이 chip 의 naming 을 통해서도 spec. 을 알 수 있습니다.

데이터 쉬트 입니다.

esp32_datasheet_en.pdf

간단히 ESP8266 (ESP-01) 과 비교 테이블을 만들어 봤습니다.

|------------------------------------------------------------------------------------|
|                       | ESP8266                     | ESP32                        |
|------------------------------------------------------------------------------------|
| release Year          | 2014                        | 2016                         |
| Processor             | Tensilica L106 32-bit       | Xtensa Dual-core 32-bit LX6  |
|                       | single core micro controller| microprocessor with 600 DMIPS|
| Typical Frequency     | 80 MHz                      | 160 MHz                      |
| Co-processor          | no                          | ULP                          |
| ROM                   | no                          | 448 kB                       |
| SRAM                  | 160kB                       | 520 kB                       |
| RTC RAM               | 768 Bytes                   | 8kB slow + 8kB fast          |
| QSPI flash/SRAM       | up to 1 x 16 MB             | up to 4 x 16 MB              |
| GPIOs                 | 17                          | 36                           |
| Wi-Fi                 | HT20                        | HT40                         |
| Bluetooth             | no                          | Bluetooth 4.2 and BLE        |
| Ethernet              | no                          | 10/100 Mbps                  |
| ADC                   | 10 bit                      | 12 bit                       |
| DAC                   | no                          | 2 x 8 bit                    |
| Touch sensor          | no                          | 10                           |
| Temperature Sensor    | no                          | yes                          |
| Security              | no                          | Secure boot Flash encryption |
|                       |                             | 1024-bit OTP                 |
| Crypto                | no                          | AES, SHA-2, RSA, ECC, RNG    |
| SPI                   | 2                           | 4                            |
| I2C                   | 1 (soft)                    | 2                            |
| I2S                   | 2                           | 2                            |
| UART                  | 2 (1 1/2 actually)          | 3                            |
| ADC                   | 1 (10-bit)                  | 18 (12-bit)                  |
| DAC                   | no                          | 2 (8-bit)                    |
| PWM Pins              | 8 Software                  | 1 Hardware / 16 software     |
| SDMMC                 | no                          | yes                          |
| RMT (remote control)  | no                          | yes                          |
| Temperature sensor    | no                          | yes                          |
| Hall sensor           | no                          | yes                          |
| Low Power Consumption | 20uA                        | 10uA deep sleep              |
| Power supply          | 2.5V to 3.6V                | 2.3V to 3.6V                 |
|------------------------------------------------------------------------------------|

생산 업체가 이야기하는 가장 큰 특장점은 아래 5 가지로 정리할 수 있겠습니다.

- Dual-core 32-bit microprocessor

- 2.4 GHz Wi-Fi and Bluetooth combo chip
- TSMC low power 40nm lithography technology
- Best power performance and RF performance
- Robustness, versatility and reliability

Pin out 정보 입니다. 기존 arduino nano 나 ESP-01 과는 차원이 다른 구성입니다.

이거 하나면 왠만한거 다 할 수 있겠네요.

* Hardware | FTDI Serial Adapter 를 사용해 보자
    - https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-FTDI-FT232RL-using

드라이버가 정상적으로 설치되면, 아래와 같이 포트가 인식됩니다.

5. Arduino IDE - Board Manager

Additional Board Manager URLs 에 ESP32 에 관련한 URL 을 등록 합니다.

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

그러면, Tools > Board > Boards Manager 에서 관련된 라이브러리를 설치할 수 있게 됩니다.

검색 줄에 esp32 라고 검색하면 esp32 by Espressif Systems 가 뜹니다. 인스톨 해 줍니다.

그러면, Board 선택에서 ESP32 보드가 보이고, 선택할 수 있게 됩니다.

Upload Speed 나 Flash Frequency 등은 나중에 차차 수정하기로 하고, 아까 CP2102 가 할당된 포트를 지정합니다.

이제 준비는 끝났습니다.

6. Blink

File > Examples > 01.Basics > Blink 소스를 업로드 해 줍니다.

/*
  Blink

  Turns an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.

  Most Arduinos have an on-board LED you can control. On the UNO, MEGA and ZERO
  it is attached to digital pin 13, on MKR1000 on pin 6. LED_BUILTIN is set to
  the correct LED pin independent of which board is used.
  If you want to know what pin the on-board LED is connected to on your Arduino
  model, check the Technical Specs of your board at:
  https://www.arduino.cc/en/Main/Products

  modified 8 May 2014
  by Scott Fitzgerald
  modified 2 Sep 2016
  by Arturo Guadalupi
  modified 8 Sep 2016
  by Colby Newman

  This example code is in the public domain.

  http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Blink
*/

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                       // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                       // wait for a second
}

Arduino 기기가 아님에도 불구하고, "LED_BUILTIN" 으로 지정하면, breakout board 상의 LED 를 점등시켜 줍니다.

간단하게 성공해버려 조금 허탈한 감이 있습니다.

7. WiFiScan

ESP-01 을 사용할 때에는, AT command 를 사용해서 직접 컨트롤 했지만, ESP32 는 라이브러리 함수만으로 모든게 컨트롤 가능해 보입니다.

소스가 엄청 짧습니다.

컴파일 끝나고 ESP32 에 업로드 할 때, ESP32 기기와 관련된 정보를 뿌려줘서 캡춰해 봤습니다.

동작 주파수가 240MHz 도 가능하고, 외장 Flash 크기가 4MB 군요!

esptool.py v2.6
Serial port COM8
Connecting.....
Chip is ESP32D0WDQ6 (revision 1)
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
MAC: 24:6f:28:a1:af:8c
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 921600
Changed.
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Compressed 8192 bytes to 47...

Writing at 0x0000e000... (100 %)
Wrote 8192 bytes (47 compressed) at 0x0000e000 in 0.0 seconds (effective 5461.3 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 15856 bytes to 10276...

Writing at 0x00001000... (100 %)
Wrote 15856 bytes (10276 compressed) at 0x00001000 in 0.1 seconds (effective 953.7 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 623776 bytes to 372912...

Writing at 0x00010000... (4 %)
Writing at 0x00014000... (8 %)
Writing at 0x00018000... (13 %)
Writing at 0x0001c000... (17 %)
Writing at 0x00020000... (21 %)
Writing at 0x00024000... (26 %)
Writing at 0x00028000... (30 %)
Writing at 0x0002c000... (34 %)
Writing at 0x00030000... (39 %)
Writing at 0x00034000... (43 %)
Writing at 0x00038000... (47 %)
Writing at 0x0003c000... (52 %)
Writing at 0x00040000... (56 %)
Writing at 0x00044000... (60 %)
Writing at 0x00048000... (65 %)
Writing at 0x0004c000... (69 %)
Writing at 0x00050000... (73 %)
Writing at 0x00054000... (78 %)
Writing at 0x00058000... (82 %)
Writing at 0x0005c000... (86 %)
Writing at 0x00060000... (91 %)
Writing at 0x00064000... (95 %)
Writing at 0x00068000... (100 %)
Wrote 623776 bytes (372912 compressed) at 0x00010000 in 5.3 seconds (effective 933.3 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 128...

Writing at 0x00008000... (100 %)
Wrote 3072 bytes (128 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 2234.2 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting via RTS pin...

Serial Monitor 로 확인해 보니, 아래와 같이 주변 access point 들을 보여 줍니다. 음... 넘 쉬운데?!!!

8. 자, 다음...

Dual-core 에 여러 센서까지 복잡하게 갖춘 ESP32 지만, 강력한 라이브러리로 인하여, 쉽게 이용할 수 있다는 것에 놀랐습니다.

또한, WiFi / Bluetooth 가 MCU 에서 지원하니, 따로 모듈을 연결할 필요가 없어, IoT 구현 시, 회로가 간단해 지겠네요.

추가 기능들을 가지고 있으니, 다음 편들에서는 아래 내용들에 대해 확인해 보도록 하겠습니다.

 - Dual-core

 - Sleep Modes
 - OTA Updates
 - OTA Web Updater
 - NTP Server
 - Temp Sensor
 - Touch Sensor
 - Hall Sensor

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.

이번 글을 읽기에 앞서, ESP8266 에 관하여 몇 차례에 걸쳐 다뤄 왔습니다.

ESP8266 을 활용하기 위해서는 여러 지식과 경험이 바탕이 되어야 추가적인 내용을 충분히 이해할 수 있습니다.

시간이 허락되신다면, 먼저 아래 포스팅 들을 참고해 주세요.

* 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

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 4

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

또한, 이 포스트에서 가장 많이 참고한 사이트는 여기 입니다.

* Using ESP8266 SPIFFS

- https://www.instructables.com/id/Using-ESP8266-SPIFFS/

1. SPIFFS

SPI Flash File System 의 약자로서,

ESP8266 등에 장착된 Flash memory chip 의 여유공간에 파일을 쓰기/읽기/삭제 등을 할 수 있게 해주는 기능입니다.

* ESP8266 Arduino Core

- https://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/filesystem.html

|--------------|-------|---------------|--|--|--|--|--|
^              ^       ^               ^     ^
Sketch    OTA update   File system   EEPROM  WiFi config (SDK)

단, 일판 file system 처럼 directory 구조처럼 하위 폴더 개념이 없고, 1차원적으로 모든 파일을 한곳에 넣어서 사용해야 합니다.

궁극적인 목적으로는,

- ESP8266 등에 장착된 controller 가, 시간과 로드가 많이 걸리는 외부 저장장치에 접근하지 않고, 내부적으로 처리하기 위한 방법

- 파일이 자주 변하지 않으며, 주로 읽혀지는 파일

- 여타 파일 시스템 처럼 bad block 등의 검사나, 마킹을 할 수 없음

- HTML, CSS, JS 파일들을 올려놓고 ESP8266 에서 web server 를 돌릴 수 있슴

2. Arduino IDE 에서 환경 설정

파일을 올리는 툴은 Arduino IDE 에서 하게 되므로, SPIFFS 를 사용할 수 있도록 Arduino IDE 를 설정해야 합니다.

우선 Arduino IDE 에서 SPIFFS 메뉴를 활성화 시키기 위해 아래 순서대로 진행합니다.

A. Plug-In 인스톨

아래 사이트에서 최신 파일을 받습니다.

* esp8266/arduino-esp8266fs-plugin

- https://github.com/esp8266/arduino-esp8266fs-plugin/

* Latest version of ESP8266 Arduino

- https://github.com/esp8266/arduino-esp8266fs-plugin/releases/tag/0.4.0

- ESP8266FS-0.4.0.zip

혹시 모르니, 필요한 파일을 받아서 올렸습니다.

B. 파일을 설치

Arduino IDE 에서 설정된 sketch 폴더에 tools 라는 directory 를 만들어 서 그 안에 위의 파일을 해동하여 넣습니다.

sketch 폴더는 환경마다 다르므로, 현재 쓰고 있는 환경에서 sketch 폴더가 어디인지는 Preference 에서 확인 가능합니다.

C. 설치 완료 확인

설치 후, Arduino IDE 를 재시작 하여 Tools 메뉴에 가 보면,

아래 Before/After 처럼, 새롭게 "ESP8266 Sketch Data Upload" 매뉴가 활성화 된 것을 확인 할 수 있습니다.

Before

After

3. ESP8266 의 용량 확인

파일을 업로드 하기 전, ESP8266 에 달려 있는 Flash memory 의 용량을 확인해 봅니다.

사실 대략 알고 있다면 이 부분은 건너 뛰어도 됩니다.

우선 ESP8266 보드를 Arduino IDE 에서 직접 access 할 수 있도록, 보드를 등록해 봅니다.

보드 등록을 위한 관련 파일을 다운로드 받아 설치하려면, 아래 설정처럼 Preference 에 해당 정보가 등록되어 있어야 합니다.

File > Preference

https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

아래처럼 등록하면 됩니다.

예전에 Digispark 를 DIY 한 흔적이 있네요. 다른 URL이 이미 있다면, 다음 줄에 등록하면 됩니다.

그럼, 아래 메뉴에서 ESP8266 보드 관련 파일을 설치할 수 있게 됩니다.

Tools > Board > Boards Manager

Boards Manager 에서 esp8266 으로 검색하여, 설치되어 있지 않으면 설치해 줍니다.

여기까지 왔다면, Board 메뉴에서 Generic ESP8266 Module 을 선택할 수 있게 됩니다.

특별히 할 설정은 없슴니다만, SPIFFS 를 2M 사용한다고 설정 했습니다.

다른 설정은 잘 모르겠네요.

이제 Flash memory 확인용 sketch 를 선택합니다.

File > Examples > ESP8266 > CheckFlashConfig

실제 소스는 다음과 같습니다.

/*
  ESP8266 CheckFlashConfig by Markus Sattler
  This sketch tests if the EEPROM settings of the IDE match to the Hardware
*/

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

void loop() {

  uint32_t realSize = ESP.getFlashChipRealSize();
  uint32_t ideSize = ESP.getFlashChipSize();
  FlashMode_t ideMode = ESP.getFlashChipMode();

  Serial.printf("Flash real id:   %08X\n", ESP.getFlashChipId());
  Serial.printf("Flash real size: %u bytes\n\n", realSize);

  Serial.printf("Flash ide  size: %u bytes\n", ideSize);
  Serial.printf("Flash ide speed: %u Hz\n", ESP.getFlashChipSpeed());
  Serial.printf("Flash ide mode:  %s\n", (ideMode == FM_QIO ? "QIO" : ideMode == FM_QOUT ? "QOUT" : ideMode == FM_DIO ? "DIO" : ideMode == FM_DOUT ? "DOUT" : "UNKNOWN"));

  if (ideSize != realSize) {
    Serial.println("Flash Chip configuration wrong!\n");
  } else {
    Serial.println("Flash Chip configuration ok.\n");
  }

  delay(5000);
}

!!주의!!

ESP8266 의 Flash memory 에 writing 하기 위해서는 아래 순서에 맞게 해야 합니다.

1. RST 의 스위치를 누른다.

2. FLASH 의 스위치를 누른다.

3. RST 의 스위치에서 손을 뗀다.

4. FLASH 의 스위치에서 손을 뗀다.

5. Flash program 에서 "시작" 을 누른다.

위의 구성처럼, 꼭 외부 전원으로 ESP8266 을 구동시키는 것과,

PC 와 Serial 연결 위한 FTDI 나 CP2102 의 GND 를, 외부전원의 GND 와 서로 연결해 주는 것을 빼먹으면 안됩니다. (동기)

FTDI 는 Serial 통신만을 위한 것이지, ESP8266 의 전원까지 공급하게 하면, 매우 높은 확률로 실패합니다.

컴파일된 sketch 가 잘 밀어들어가고 있고요.

문제 없이 끝났습니다.

Hard resetting via RTS pin... 이라고 나오고, 그 뒤 반응에 대한 내용은 나오지 않습니다.

Serial Monitor 로 확인해 보면, 올라간 sketch 가 잘 구동되는 것을 확인할 수 있습니다.

원래 1MB 였던 Flash memory 가 4MB 로 변경된 것이 확인 됩니다.

4. SPIFFS upload

이제 아까 Plug-in 을 이용해 구현했던 "ESP8266 Sketch Data Upload" 기능을 이용하여 실재로 data upload 를 해 봅니다.

sketch 폴더에 "data" 폴더를 만들고, 거기에 파일을 놔두면, 그 파일이 자동으로 upload 된다고 합니다.

으잉? 빈 깡통이라고 그러네요?

이미 위에서 알고 있는 sketch folder 와 또 다른 곳을 이야기 하는 듯 합니다.

IDE 메뉴의 "Show Sketch Folder" 를 이용하여 어디를 이야기 하는지 확인해 봅니다.

Sketch > Show Sketch Folder

Sketch 폴더가 여기였어? 이 SPIFFS 업로드용 sketch 폴더는 Temp 폴더로 잡혀있나 보네요.

data 폴더를 만들어 주고 업로드 하고 싶은 파일을 심어 놓습니다.

드디어 이 메뉴를 눌러 봅니다.

"SPIFFS Uploading Image..." 라고 뜨면서 막 뭐를 밀어 넣는 것 같습니다.

"SPIFFS Image Uploaded" 라고 뜨면서, "Hash of data verification" 까지 실행하고 끝납니다.

텍스트 파일이라서 그런지 data 압축도 자동으로 되는 것 같습니다.

Data upload 영역과 기존 firmware 영역이 잘 분리되어 있는지, 전원을 리셋하여 command 를 날려 봅니다.

기존 Wi-Fi firmware 영역은 완벽히 구분되어 잘 보존되어 있네요.

아래 그림에서 보이듯, SPIFFS 가 사용하는 File System 영역과 Program 영역이 분리되어 있는지 확인해 본 것입니다.

5. Upload 된 파일 확인

그럼 upload 되어 있는 파일이 진짜 내가 올린 파일인지 확인해 볼까요?

이 글, 맨 처음에 참조한 사이트에서 text 파일 확인용 소스가 있습니다. 그대로 활용해 봅니다. (Steve 고마워요~)

/* Steve Quinn 06/03/17
Copyright 2017 Steve Quinn

This program is free software: you can redistribute it and/or modify
it under the terms of the GNU General Public License as published by
the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
(at your option) any later version.

 This program is distributed in the hope that it will be useful,
 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 GNU General Public License for more details.

 You should have received a copy of the GNU General Public License
 along with this program.  If not, see .

Written to accompany the following Instructable;

'Using ESP8266 SPIFFS'

Compiled using Arduino 1.6.9 
*/

#include "string.h"
#include "FS.h"

bool    spiffsActive = false;
#define TESTFILE "/esp8266_SPIFFS.txt"

void setup() {
	Serial.begin(115200);
	delay(1000);
	
	// Start filing subsystem
	if (SPIFFS.begin()) {
		Serial.println("SPIFFS Active");
		Serial.println();
		spiffsActive = true;
	} else {
		Serial.println("Unable to activate SPIFFS");
	}
	
	delay(2000);
}

void loop() {
	if (spiffsActive) {
		if (SPIFFS.exists(TESTFILE)) {
			
			File f = SPIFFS.open(TESTFILE, "r");
			if (!f) {
				Serial.print("Unable To Open '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' for Reading");
				Serial.println();
			} else {
				String s;
				Serial.print("Contents of file '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("'");
				Serial.println();
				
				while (f.position() < f.size()) {
					s=f.readStringUntil('\n');
					s.trim();
					Serial.println(s);
				}
				f.close();
			}
			Serial.println();
			
			f = SPIFFS.open(TESTFILE, "a");
			if (!f) {
				Serial.print("Unable To Open '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' for Appending");
				Serial.println();
			} else {
				Serial.print("Appending line to file '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("'");
				Serial.println();
				f.println("This line has been appended");
				f.close();
			}
			
			f = SPIFFS.open(TESTFILE, "r");
			if (!f) {
				Serial.print("Unable To Open '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' for Reading");
				Serial.println();
			} else {
				String s;
				Serial.print("Contents of file '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' after append");
				Serial.println();
				
				while (f.position() < f.size()) {
					s=f.readStringUntil('\n');
					s.trim();
					Serial.println(s);
				}
				f.close();
			}
		} else {
			Serial.print("Unable To Find ");
			Serial.println(TESTFILE);
			Serial.println();
		}
	}
	
	while (true) {
		yield();
	}
}

프로그램 영역에 올려야 구동되므로, IDE 에서 일반 sketch upload 로 밀어 넣습니다.

프로그램이 올라가면 Serial Monitor 를 통해 확인해 봅니다.

제가 작성했던 text 파일이 잘 읽혀지네요. 신기~!

한글 및 ASCII 코드도 잘 읽혀서 변환되었습니다. (OS 가 한글이기도 하고, 파일 인코딩을 UTF-8 로 지정함)

이 소스는 Flash memory 에서 SPIFFS 를 사용하여,

일반 file system 의 IO 처럼, 추가 쓰기가 가능하다는 것을 보여주기 위해 append 기능이 부여되어 있습니다.

이 과정을 통해 기존 firmware 위에 확인용 sketch 가 overwrite 되었으므로,

다시 Wi-Fi firmware 를 입혀주고, 그렇게 해도 여전히 data 영역이 그래도 보존되는지 확인해 봅니다.

그 다음, 다시 위의 소스 sketch 를 입히고 실행시켜 보니, 아래와 같이 한줄 더 추가 되었습니다.

즉, data 영역은 프로그램 용 sketch 나, Wi-Fi firmware 와는 완전 분리된 상태로 관리 되고 있다는 것을 알 수 있습니다.

FIN

ESP8266 에 대해서 5회에 걸쳐 살펴봤습니다.

대략적인 사용법 - 개념, 환경 구성, Flash memory 사용법 - 은 훑어 본것 같습니다.

ESP8266 의 진정한 활용은 무선으로 연결하여 IoT data 나, 실시간 연결을 통한 제어가 주 목적이 되겠습니다.

다음부터는 센서를 가지고 놀면서, IoT 적인 활용법을 익혀 보겠습니다.

1. Arduino Nano 를 DIY 해보자

이 글은 아래 포스트에서 이야기한, arduino 를 직접 만들어보기 2탄 입니다.

* Hardware | Arduino 를 DIY 해보자 - 1

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

처음 DIY 대상으로 arduino nano 입니다.

일단, 회로 보는 EAGLE 프로그램에서 뽑은 part list 를 구입에 필요한 것만 정리해 봤습니다.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------
|                  name                  | value         | type                                       |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| C1, C4, C6, C9                         | 100nF         | 0603 SMD                                   |
| C3, C7, C8                             | 1uF           | 0805 SMD                                   |
| C2, C5                                 | 4.7uF 16V     | 0603 SMD Tantalum capacitor                |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| RP1, RP2                               | 1k Ohm        | CAY16 Network resistor SMD                 |
| L, PWR, RX, TX                         | LED           | 0805 SMD                                   |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| D1                                     | SS1P3L-M3     | Schottky diodes & rectifier 30V 1A         |
| F1                                     | 500mA 6V      | 0603 SMD MF-FSMF050 Resetable Fuse         |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| J1, J2                                 | 15 x 2        | single row male 2.54mm pich pin head       |
| J3                                     | USB Mini B    | USB Mini B type female socket              |
| J4                                     | 6             | double row male 2.54mm pitch pinhead       |
| SW1                                    | 157           | SMD tactail switch                         |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| IC1                                    | FT232RL       | SSOP28 USB UART interface IC               |
| IC2                                    | LM1117IMPX-5.0| SOT223 Linear regulator                    |
| IC3                                    | ATMEGA328P-AU | TQFP32 8-bit Microcontroller               |
| Y1                                     | 16MHz         | SMD Crystal ceramic resonator              |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

0603 SMD 및 CAY16 network resistor 등, 소형화에 특화된 부품들로 구성되어 있습니다.

Oscillator 마저도 SMD 타입 입니다.

정품 arduino nano 의 앞면과 뒷면 사진 입니다.

최신 arduino nano 는 ATmega328 chip 크기가 더욱 작아진 MLF (Micro Lead Frame) 형식으로,

ATmega328-MU 가 실장되어 있습니다.

참고로, 이 ATmega328-MU 의 Package type 은 32M1-A 라고 하네요.

- Atmel-42735-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega328-328P_Summary.pdf

아래는 밑면입니다.

맨 왼쪽 밑부분에 0603 크기의 fuse 가 있으며,

중간 부분에 SMD 형식의 network resistor 가 실장되어 있습니다.

공간을 최대한 적게 차지하도록 작은 부품들을 사용되어 있습니다. 다만 구하기 힘든 부품들입니다.

2. 구입 부품 최종 확인

정품 nano 에 사용된 SMD 크기는 0603 이지만, 받은 보드는 0805 SMD 로 수정되었으며,

다른 부붐들도 보다 범용적이고 큰 부품들로 변경되어 있다는 것을 알 수 있습니다. 아래 파일은 그 회로도 입니다.

* BL-386

- BL-386.pdf

* BL-386(Silk)

- BL-386(Silk).pdf

참고가 될 수 있도록 arduino nano 의 official 자료를 아래에 올려 놓습니다.

* Arduino Nano V3.2

- Arduino_Nano-Rev3.2-SCH.pdf

아래는 무료로 받은 보드 윗면입니다.

부품 크기가 0805 SMD 죠? 그리고 reset switch 마저도 큼지막 합니다.

아래는 밑면입니다.

모두 0805 SMD 이며, 왼쪽 윗부분의 diode 도 큼지막 합니다.

특징으로는 oscillator 가 4 pin 이며, 정사각형의 모양입니다. 이런건 처음이네요.

이 보드를 설계하신 분의 배려가 느껴집니다.

Arduino Nano 의 보드 자체 크기가 0805 를 충분히 커버할 수 있으므로, 궂이 0603 SMD 를 쓸 이유는 없는 것이지요.

다음에 준비하고 있는 Duemilanove 에서도 0805 SMD 를 그대로 사용하고 있어,

추가 부품을 그렇게 많이 구입하지 않아도 되어서 다행입니다.

최종적으로 실제 필요한 부품을 다시 정리해 봤습니다.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------
|                  name                  | value         | type                                       |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| C1, C3, C4, C7, C9                     | 0.1uF         | 0805 SMD                                   |
| C5, C6                                 | 22pF          | 0805 SMD                                   |
| C8                                     | 10uF          | 0805 SMD                                   |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| R1, R2, R3                             | 1k Ohm        | 0805 SMD                                   |
| R4, R5, R6, R7                         | 680 Ohm       | 0805 SMD                                   |
| L, PWR, RX, TX                         | LED           | 0805 SMD                                   |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| D1                                     | SS14          | Schottky diodes & rectifier 30V 1A         |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| J1, J2                                 | 15 x 2        | single row male 2.54mm pitch pinhead       |
| J3                                     | USB Mini B    | USB Mini B type female socket              |
| J4                                     | 6             | double row male 2.54mm pitch pinhead       |
| SW1                                    | 3 x 6 x 2.5mm | SMD Tactile switch                         |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
| IC1                                    | FT232RL       | SSOP28 USB UART interface IC               |
| IC2                                    | LM1117IMPX-5.0| SOT223 Linear regulator                    |
| IC3                                    | ATMEGA328P-AU | TQFP32 8-bit Microcontroller               |
| Y1                                     | 16MHz         | 3225 SMD Crystal ceramic resonator         |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

필요한 부품 리스트를 만들면서 알게된, 배려가 깃든 보드의 특징은 다음과 같습니다.

* no network resistor

저항을 한데 모아 회로를 단순화 하기 위한 부품으로 SMD 용으 구하기 힘드나,

위의 보드에서는 모두 0805 SMD 로 변경되었습니다.

* no fuse

Fuse 가 생략되었습니다.

사실 arduino nano 는 과전류에 사용될 목적으로 만들어 진 것이 아니므로, 단순화를 위해 삭제된것 같습니다.

* bigger crystal

좁쌀만한 oscillator 가 아닌, 좀더 큰 resonator 로 변경되었습니다.

* bigger diode

Diode 도 일반적으로 사용되는 큰 부품으로 대체되었습니다.

* bigger switch

RST switch 도 큰걸로 대체되었습니다.

* all 0805 SMD based

그렇습니다. 0603 SMD는 모두 0805 SMD 로 변경되었습니다.

배려가 깃든 보드인 것을 조사하면서 알게 되니 감사한 마음이 저절로 듭니다.

이 자리를 빌어 다시한번 감사의 말씀 드립니다.

이제 각 부품 구입을 정리해 봅니다.

FT232RL

- SSOP28 USB UART interface IC

* 5pcs/lot New FT232RL FT232 FTDI USB FS SERIAL UART SSOP28 serial chips imported original In Stock

- https://www.aliexpress.com/item/5pcs-lot-New-FT232RL-FT232-FTDI-USB-FS-SERIAL-UART-SSOP28-serial-chips-imported-original/32818686468.html

Duemilanove 용으로 구입한 세트에 모두 포함되어 있습니다.

LM1117IMPX-5.0

- SOT223 Linear regulator

Regulator 인데, 소형이면서 5V / 800mA 대응의 제품은 많은 업자가 팔지도 않을 뿐더러 조금 비쌉니다.

가잘 적절해 보이는 제품이 밑의 링크라서 구입합니다.

* 10PCS/LOT LM1117IMPX-5.0-NOPB SOT223 IC N06B NO6B REG LINEAR 5V 800MA SOT223-4 LM1117IMP-5.0

- https://www.aliexpress.com/item/10PCS-LOT-LM1117IMPX-5-0-NOPB-SOT223-IC-N06B-NO6B-REG-LINEAR-5V-800MA-SOT223-4/32857946996.html

사양 대로 LM1117IMPX/5.0 을 받고 싶었으나, 사진과 동일한 제품이 왔군요.

5V/800mA 사양대로라면 특별히 문제될껀 없다고 봅니다.

확대 사진입니다.

가지고 있는 arduino micro 를 확인해 보니, AMS1117 / 5.0 이군요.

ATMEGA328P-AU

- TQFP32 8-bit Microcontroller

워낙 유명한 chip 이라 쉽게 찾을 수 있습니다.

가격도 좀 있고 하니, 이번 프로젝트에 끌어들인 동료에게 구입을 의뢰합니다.

* 1PCS ATMEGA328P-AU QFP ATMEGA328-AU TQFP ATMEGA328P MEGA328-AU SMD new and original IC

- https://www.aliexpress.com/item/10PCS-ATMEGA328P-AU-QFP-ATMEGA328-AU-TQFP-ATMEGA328P-MEGA328-AU-SMD-new-and-original-IC-free/32522459685.html

16MHz Oscillator

- 3225 SMD Crystal ceramic resonator

인두 팁으로 납땜을 하다 보니, 아무래도 사용되는 납이 많아져 버립니다.

특히 소자 밑으로 스며들게 해야 하는 oscillator 가 가장 힘들었습니다. (좀 지저분하게 되었죠?)

표면에 안착되지 않은 듯 해서 납을 좀 많이 먹여버리기도 하고, 네 귀퉁이의 소자가 붙어버린 것 같아서 납을 빨아들이기도 하고.

0805 SMD 의 LED 소자는 납땜 하는 열로 인하여 안쪽 구조가 쉽게 망가질 수 있어서 신경이 많이 쓰였습니다.

신기한 것은, anode / cathode 가 쉽게 구분될 수 있도록 띠가 마킹 되어 있었습니다.

위의 사진 처럼, 돌기가 있는 쪽이 + 극이네요.

설계대로라면 USB mini B 이어야 하지만, 요즘은 micro USB 로 통합되는 분위기라서 micro USB 를 장착해 봤습니다.

리드선의 순서는 동일해서, 간극만 맞추고 납땜하면 되었습니다.

잘 안착되게 리드선을 밑으로 구부려서 납땜 해야 하는데, 그러지 않아서 납을 많이 먹여도 떠버리네요. (위 사진)

micro USB 부분의 접점이 잘 되지 않자, 조금 많이 인두로 지졌더랬습니다.

그랬더니 패턴이 나가버렸네요. ㅠㅠ (망함)

micro USB 를 PC 에 연결하면 LED 도 들어왔다 나갔다 뭔가 하는것 같은데, PC 에 인식이 되지 않았습니다.

pinheader 까지 다 납땜 해버렸는데...

이번 작업은 망했어요.

다시 이 기판을 주문하여 도착하면 다시 시작하려 합니다.

그러기 전에 열풍기로 작업해야 겠습니다.

열풍기가 준비 되면, 그 때 다시 arduino DIY 를 시작하겠습니다.

1. upload 가 이상해

어느때 부턴가 arduino 에 sketch 를 upload 하면 다음과 같이 에러를 냈습니다. 뿜뿜~.

뭐지? 하고 찾아보다가 보니 bootloader 가 새롭게 업데이트 되면서 발생한 문제라고 하는군요.

Arduino IDE 가 업데이트 되면서 자동으로 바뀐것 같습니다.

기존에 선택되어 있던 "Processor : ATmega328P" 이 아니라...

아래와 같이 Processor 의 종류를 "ATmega328P (Old Bootloader)" 로 바꾸어서 upload 하면 해결 됩니다.

Tools > Processor > ATmega328P (Old Bootloader)

찾아보니 이런 내용이 올라와 있네요.

제가 즐겨 쓰는 arduino nano 버전에 사용되는 ATmega328P 에만 관련이 있어 보입니다. (Uno 도 마찬가지?)

* Getting Started with the Arduino Nano

- https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoNano

일단 해결은 되었으니, 당시에는 급하게 Bootloader 까지 업데이트 할 필요는 없었습니다.

2. Bootloader 를 업데이트 해보자

새로 올라온 Nano 용 Bootloader 는 몇가지 장점이 있다고 합니다.

* Arduino Nano ATmega328P bootloader difference

- https://arduino.stackexchange.com/questions/51866/arduino-nano-atmega328p-bootloader-difference

1. Optiboot will not go into an endless reset loop after a watchdog reset. ATmegaBOOT will.

2. Optiboot expects the upload communication at 115200 baud. ATmegaBOOT, 57600.

This is the reason why the old boards don't work with the Tools > Processor > ATmega328P selection and vice versa.

watchdog 을 리셑 후, 무한루프에 빠지는 문제와, 통신 속도가 달라졌다고 합니다. (저는 못느꼈던 부분....)

추가로 Bootloader 가 작아지면서, 더 많은 소스를 올릴 수 있게 되었다지만, 여분의 부분을 사용하게끔은 아직 안되었다고 하네요.

여분의 메모리 공간 활용을 위해서, 새 Bootloader 는 Optiboot 는 Uno 와 동일하므로,

Nano 이지만, 편법으로 Uno 로 설정하고 Bootloader 를 입히면 된다 합니다.

아직 큰 소스를 제작하지도 않는지라, Uno 용으로 Bootloader 를 입히는 것은 나중에 해보겠습니다.

3. Arduino as ISP 로 연결

궁금하니 새로운 Bootloader 를 올려보기로 합니다.

Bootloader 를 입히는 방법은 여러가지가 있습니다만,

저는 여분의 Arduino Nano / Micro 를 상호 사용하여 Bootloader 를 입히는 방법으로 진행합니다.

이때 사용되는 interface 는 ICSP header 를 사용합니다.

지금까지 arduino 를 사용하면서, 이 ICSP header 가 필요할까? 했는데, 이럴 때 필요하네요.

새롭게 Bootloader 를 입힐 arduino 는 ICSP 에 연결하고,

PC 와 연결되는 arduino 는 ISP 모드로 사용됩니다.

그럼 하나하나 진행해 볼까요.

4. Pin 연결

ISP 모드로 연결되는 arduino 를 SOURCE 라고 칭하고, 새로운 Bootloader 가 입히게 될 arduino 를 TARGET 이라고 하겠습니다.

TARGET 의 ICSP header 와 SOURCE 의 pin 이 어떻게 연결되는지 표로 만들어 봤습니다.

아래는 Arduino Micro 가 SOURCE 로 했기 때문에,

Nano 나 다른 기존일 때에는 거기에 맞는 FUNCTION pin 을 찾아서 연결해 주면 됩니다.

Function | SOURCE (Micro) | TARGET ICSP (Nano)
----------------------------------------------
  MISO   |      MISO      |       1
  5V     |      5V        |       2
  SCK    |      SCK       |       3
  MOSI   |      MOSI      |       4
  RESET  |      D10       |       5
  GND    |      GND       |       6
----------------------------------------------

각 Nano 및 Micro 의 pin 의 FUNCTION 과 ICSP header 정보는 다음 그림을 참고해 보세요.

Micro 는 Nano 와 조금 다른 pinout 을 가지므로 주의해야 합니다.

회로도는 다음과 같습니다.

실제로 연결한 사진은 다음과 같습니다.

5. SOURCE 에 올리는 sketch

다음으로, ISP 모드로 연결될 SOURCE 는 "ArduinoISP" sketch 가 올라가 있어야 합니다.

이 소스는 Arduino IDE 가 설치되어 있으면, 기본으로 가지고 있는 소스 입니다.

File > Examples > 11.ArduinoISP > ArduinoISP

저의 경우는 SOURCE 가 Arduino Micro 이므로, 이 micro 에 upload 해주었습니다.

위처럼 Programmer 를 "AVRISP mkII" 에서 "Arduino as ISP" 로 바꾸어 줍니다.

Board      | Arduino Nano
Processor  | ATmega328P
Port       | COM6 --> Port connected arduino as a SOURCE
Programmer | Arduino as ISP

위의 그림과 조금 다르지만, 새로운 소스는 이제 Old Bootloader 가 아니므로

Processor 에서 "ATmega328P" 로 정의해 주면 됩니다.

추가로 주의할 점은,

Programmer 에서 비슷하게 생긴 "ArduinoISP" 항목이 있지만, 속지 말고 "Arduino as ISP" 을 선택해줘야 합니다.

이제 준비가 완료 되었습니다.

6. 쉽게 끝나지 않는다

그렇죠... 이렇게 쉽게 끝나면 아쉽죠.

모든 글을 참조하여 잘 따라 했는데도 불구하고 실패합니다.

"Device signature = 0x000000" 이라는 문구가 중국 복제품이라서 그런가? 라는 생각도 해봤습니다.

중국 복제품은 아래처럼 Unknown board 라고 표시가 되거든요.

그래서, 이 부분을 강제적으로 메모리에 덮어 씌울 수 있는 방법이 없는가도 찾아 봤습니다.

없더군요... (Atmel Studio 라는게 있지만 잘 안됨...)

그래도 안되길래, ICSP header 접속시 1번 pin 을 잘못 인식하여 5V 를 엄한데 꽂아버려

chip 이 타버렸나 생각해 보기도 했습니다. 그렇게 되면 얼마 하지 않지만 또 구입해야 하니까 매우 번거럽게 됩니다.

참고로, 여러 troubleshooting 하면서 알게된 글이 아래 사이트 입니다.

발생할 수 있는 모든 가능성에 대해, 그에 따른 대응방법을 자세하게 적어 놨습니다.

Bootloader 관련하여 문제가 생겼을 시, 어떻게 조치해야 하는지를 알려주는 성지와 같은 글 입니다.

* Have I bricked my Arduino Uno? Problems with uploading to board

- https://arduino.stackexchange.com/questions/13292/have-i-bricked-my-arduino-uno-problems-with-uploading-to-board

7. 심기 일전

다시 처음부터 시작한다는 마음으로

다음날 아침 일찍, 배선도 다시하고 ArduinoISP 도 새로 올려보고, 모든 과정을 다시금 천천히 해봤습니다.

음?!!!!!!!!!!

성공 했네요?!

"Done burning bootloader" 문구가 뜹니다.

성공한 로그를 첨부합니다.

- Bootloader_update_201812.txt

축하 동영상 올라 갑니다. 아래와 같이 SOURCE 와 TARGET LED가 서로 사이좋게 끔뻑끔뻑 하면 됩니다.

확인해봐야 겠죠?

Processor 를 "ATmega328P" 로 변경하고, 아무 sketch 나 올려 봅니다.

잘 되네요.

로그를 첨부합니다.

- Sketch_upload_201812.txt

첫날 연속 실패의 원인은, pin 을 잘못 연결하지 않았나로 추측해 봅니다.

역시 이 취미는 차분하게 해야 합니다.

8. 여러가지...

IDE 가 업데이트 되면서 지 맘대로 Bootloader 도 업데이트 할 수 있게 되었다면,

필시 그 파일이 존재할 터, 찾아봅니다.

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\optiboot

요놈!

Atmel Studio 를 잠깐 사용해 보면서 느낀 것은,

기존에 보유하고 있는 Arduino 의 상태에 대해 알아둘 필요가 있었습니다.

예를 들면, memory 크기나, 인식하는 code, Signature, Fuse bit 같은 것들.

아래 소스를 사용하면 ATmega 시리즈를 사용하는 Arduino 의 chip 현황을 자세하게 알 수 있습니다.

* nickgammon/arduino_sketches

- https://github.com/nickgammon/arduino_sketches

- arduino_sketches-master.zip

특히 "Atmega Board Detector" 를 사용하면 Bootloader 소스 뿐만 아니라 거의 모든 정보를 알 수 있습니다.

여기서도 연결은 Arduino as ISP + ICSP header 조합입니다.

우선 Arduino Nano 의 정보 입니다.

- Arduino_Nano_result.txt

Atmega chip detector.
Written by Nick Gammon.
Version 1.20
Compiled on Dec 10 2018 at 21:28:36 with Arduino IDE 10803.
Attempting to enter ICSP programming mode ...
Entered programming mode OK.
Signature = 0x1E 0x95 0x0F 
Processor = ATmega328P
Flash memory size = 32768 bytes.
LFuse = 0xFF 
HFuse = 0xDA 
EFuse = 0xFD 
Lock byte = 0xCF 
Clock calibration = 0x87 
Bootloader in use: Yes
EEPROM preserved through erase: No
Watchdog timer always on: No
Bootloader is 2048 bytes starting at 7800

Bootloader:

7800: 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 
7810: 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 
...

이대로 끝나면 아쉬우니, Arduino Micro 도 확인해 봅니다.

Micro 는 ICSP header 의 1번 pin 자리가 살짝 다르니 주의해야 합니다. (아래 그림)

후후, 정상으로 돌아온 Arduino Nano 를 SOURCE 로 하고 Arduino Micro 를 확인해 보는 사진입니다.

Arduino Micro 의 정보 입니다.

- Arduino_Micro_result.txt

Atmega chip detector.
Written by Nick Gammon.
Version 1.20
Compiled on Dec 10 2018 at 21:28:36 with Arduino IDE 10803.
Attempting to enter ICSP programming mode ...
Entered programming mode OK.
Signature = 0x1E 0x95 0x87 
Processor = ATmega32U4
Flash memory size = 32768 bytes.
LFuse = 0xFF 
HFuse = 0xD8 
EFuse = 0xCB 
Lock byte = 0xEF 
Clock calibration = 0x71 
Bootloader in use: Yes
EEPROM preserved through erase: No
Watchdog timer always on: No
Bootloader is 4096 bytes starting at 7000

Bootloader:

7000: 0x5F 0xC0 0x00 0x00 0x78 0xC0 0x00 0x00 0x76 0xC0 0x00 0x00 0x74 0xC0 0x00 0x00 
7010: 0x72 0xC0 0x00 0x00 0x70 0xC0 0x00 0x00 0x6E 0xC0 0x00 0x00 0x6C 0xC0 0x00 0x00 
...

Micro는 Bootloader 가 훨씬 크네요.

USB 연결을 위한 chip 도 built-in 되어 있고, 나중에 나온 CPU 이니 확장이 많이 되어있는 듯 합니다.

FIN

뭐가 달라졌을까요?

Old Bootloader 를 일부러 선택하지 않아도 된다는 정도?

또한 가장 눈에 띄는건 Baud Rate 입니다.

19200 --> 115200 으로 바뀐걸 아래와 같이 알 수 있네요.

기존

         Using Port                    : COM6
         Using Programmer              : arduino
         Overriding Baud Rate          : 19200
         AVR Part                      : ATmega328P
         Chip Erase delay              : 9000 us
         PAGEL                         : PD7
         BS2                           : PC2
         RESET disposition             : dedicated
         RETRY pulse                   : SCK
         serial program mode           : yes
         parallel program mode         : yes
         Timeout                       : 200
         StabDelay                     : 100
         CmdexeDelay                   : 25
         SyncLoops                     : 32
         ByteDelay                     : 0
         PollIndex                     : 3
         PollValue                     : 0x53

NEW

         Using Port                    : COM6
         Using Programmer              : arduino
         Overriding Baud Rate          : 115200
         AVR Part                      : ATmega328P
         Chip Erase delay              : 9000 us
         PAGEL                         : PD7
         BS2                           : PC2
         RESET disposition             : dedicated
         RETRY pulse                   : SCK
         serial program mode           : yes
         parallel program mode         : yes
         Timeout                       : 200
         StabDelay                     : 100
         CmdexeDelay                   : 25
         SyncLoops                     : 32
         ByteDelay                     : 0
         PollIndex                     : 3
         PollValue                     : 0x53

1. 8x8 LED Matrix

한동안 LED bar 나 LED 전구, 74HC595 등을 사용하다가,

"FULL COLOR 8x8 LED Dot Matrix" 라는 문구를 보게 됩니다.

때는 바야흐로 2017년 5월 24일...

아래 제품을 구입하게 됩니다.

* Full Color 8x8 8*8 Mini Dot Matrix LED Display Red Green Bule RGB Common Anode Digital Tube Screen For Diy 60mmx60mmx5mm

- https://www.aliexpress.com/item/5mm-8x8-8-8-Full-Colour-RGB-LED-Dot-Matrix-Display-Module-Common-Anode/32452391556.html

정말 이쁘게 생겼죠?

2. 도착

큰 무리 없이 잘 도착 했습니다.

dot 의 한개씩 자세히 보면, 조그마한 3가지 LED가 하나의 dot 를 이룹니다.

우리가 흔히 알고 있는 3색 - 빨강, 파랑, 녹색이 모든 색을 표현하는 원리를 이용하는 구조로 생각할 수 있습니다.

핀이 많은 것을 보면, full color 임은 확실해 보입니다.

단색일 경우는 아래 보이는 pin 수보다 훨씬 적습니다.

자... 그럼 arduino 와 어떻게 연동될까요.

인터넷 바다에서 검색에 검색을 거듭합니다.

3. 구현 방법

RGB 를 섞어 색을 만들며, 색의 변화를 컨트롤 하는 주된 기능은 "Pulse Width Modulation" 이라고 합니다.

한국에서는 "펄스 폭 변조" 라는군요. (그냥 직역이지 않소...)

* Pulse-width modulation

- https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation

SparkFun 에서도 관련한 설명을 해 놓은 web page 가 있어서 여기에 링크를 걸어 놓습니다.

* Pulse Width Modulation

- https://learn.sparkfun.com/tutorials/pulse-width-modulation/all

간단히 이야기 하면, 펄스의 "폭" 만을 조정하여, 빛의 강약이나 모터의 구동 속도를 조절하는 것입니다.

눈으로 보기에는 자연스러운 흐름이지만, 주파수적으로는 끊어서 조정하는 방법이라고 합니다.

"난, arduino 를 가지고 놀려고 했는데, 공부를 해야 하는군" 이라는 생각을 다시금 깨우쳐 주는 대목입니다.

자, 그래서 8x8 led dot matrix 를 구동하려면 어떤 선례들이 있는지 찾아보니, 잘 정리된 글들이 대략 다음과 같군요.

결론부터 이야기 하면, 필자도 이런 이야기를 합니다.

"Pulse width modu - WHAT ?"

* 8×8 RGB LED Matrix

- http://blog.spitzenpfeil.org/wordpress/projects/8x8-rgb-led-matrix/

* 64 Pixel RGB LED Display - Another Arduino Clone

- https://www.instructables.com/id/64-pixel-RGB-LED-Display-Another-Arduino-Clone/

* How to Build a 8×8 RGB LED Matrix with PWM using an Arduino

- http://francisshanahan.com/index.php/2009/how-to-build-a-8x8x3-led-matrix-with-pwm-using-an-arduino/

* nrj/LEDMatrixControl

- https://github.com/nrj/LEDMatrixControl

여기까지 하려면 시간이 많이많이많이 걸리겠는걸... 라고 생각 후, 일단 덮고 다른걸로 한동안 시간을 보내게 됩니다.

4. Colorduino

시간이 흘러 흘러 1년...

우연히 Colorduino 라는 제품의 존재를 알게 됩니다.

알게 된지는 꽤 되었지만, 직접 breakout 보드를 만들어 보고자 무시해 왔지만, 너무 일이 커지는듯 하여 포기하고,

1년이 훌쩍 지난 2018년 11월, 이 구동 driver 격인 breakout 보드 구입을 위해 조사하게 됩니다.

제조사는 ITead 라는 회사군요.

* ITEAD Intelligent Systems Co.Ltd.

- https://www.itead.cc/

현재 Colorduino 는 version 1.4 까지 나와있는 듯 합니다.

* Colorduino V1.4 Color Rainbow Matrix RGB LED Driver Shield For Arduino

- https://www.itead.cc/colorduino-v1-4.html

아래 스샷들은 제품 website 에서 가져온 내용인데,

지금까지 고민한 것들이 모두 구현되어 있는 모습을 보여주고 있습니다.

PWM 을 위해서 전용 chip이 채용되었군요.

컨트롤을 위해서 arduino 에서 사용하는 ATmega328 이 채용되었습니다.

그래서 Arduino IDE 와 FTDI 를 통해서 연결 시,

보드를 ATmega328 을 채용한 보드 - Uno, Duemilanove, Nano - 를 선택하면 문제가 없습니다.

관련된 library 및 example 소스는 WIKI 형식으로 정리가 되어 있습니다.

* Colorduino V1.3 (WIKI)

- https://www.itead.cc/wiki/Colorduino_V1.3

* Colorduino V1.4 (WIKI)

- https://www.itead.cc/wiki/Colorduino_V1.4

사용된 각 chip 의 datasheet 는 아래와 같이 이 post 에 첨부해 놓습니다.

* Datasheet

- Colorduino : DS_IM120410004_Colorduino.pdf

- DM163 : DS_DM163.pdf

- M54564FP : DS_M54564FP.pdf

* Fritzing Parts

- Colorduino.fzpz

5. Colorduino / Funduino 구입

AliExpress 에서 검색하면, Colorduino 의 clone 제품인 "Funduino" 가 판매되고 있습니다.

잘 보면, Colorduino V1.3 버전을 기준으로 만든 제품입니다.

* Free shipping ! Full color 8 * 8 LED RGB matrix screen driver board Colorduino for arduino

- https://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-Full-color-8-8-LED-RGB-matrix-screen-driver-board-Colorduino-for-arduino/2045397138.html

위의 ITead 사이트의 V1.3 과 비교해 보면, 완벽히 동일하다는 것을 알 수 있습니다.

6. Funduino 도착

가격이 좀 있다 보니, 2주만에 도착했습니다.

뽁뽁이로 잘 쌓여서 도착했습니다. 믿음직 스러운 배송입니다.

상면샷 입니다. 깔끔하게 만들어져 있네요.

다시금 Colorduino 와 동일함을 느끼게 됩니다.

ATmega328 도 보이며, PWM 을 위한 DM163 도 보입니다.

뒷면에는 당당하게(?) Funduino v1.A 라고 마킹되어 있습니다.

7. 장착 및 FTDI 연결

우선 8x8 LED matrix 의 1번 pin (not 어뢰) 를 Funduino 의 1번 소캣에 맞추어 끼웁니다.

Dot matrix 에 딱 가려지는 크기 입니다. 잘 만들었네요.

FTDI 와 pin 연결은 다음과 같습니다.

  FTDI | Funduino
------------------
  DTR  |   DTR
  RX   |   TXD
  TX   |   RXD
  VCC  |   VDD
  GND  |   GND
------------------

실제로 FTDI 와 연결된 모양은 다음과 같습니다.

(한데 묶여있는 선 다발로 조금 지저분해 보이지만, 그건 오해입니다.)

이쁘네요.

8. Arduino IDE 설정 및 Library 설치

Colorduino 는 기본으로 ATmega328 을 가지고 있으므로,

IDE 에서는 ATmega328 을 실장하고 있는 Arduino Nano / Uno / Duemilanove 어느것을 선택해도 됩니다.

최종적으로 소스 프로그램이 ATmega328 용으로 컴파일 되면 문제가 없으니까요.

Colorduino 의 Library 를 다운로드하여 등록합니다.

그러면 아래와 같이 example 을 로드할 수 있습니다.

아래는 Colorduino 의 Plasma 와, 문자를 스크롤 하는 Library 링크 입니다.

혹시 모르니, 실제 파일도 첨부해 놓습니다.

* Colorduino Library

- https://github.com/Electromondo-Coding/Colorduino

- Colorduino-master.zip

* Colorduino Scroller Library

- https://github.com/Electromondo-Coding/ColorduinoScrollerLibrary

- ColorduinoScrollerLibrary-master.zip

위의 Scroller 는 위의 Colorduino Library 와 서로 의존성을 갖습니다.

또다른 버전의 Colorduino Library 도 존재하는데, 그게 아래 링크 및 파일입니다.

위의 Library 와 비슷하지만, 좀더 PWM 이 부드럽게 동작하는 듯 합니다.

그래서, 아래 Colorduino Library 와 위의 Scroller Library 를 혼합하여 설치하면,

Scroller 가 동작하지 않으니 주의가 필요합니다.

* Colorduino Library

- https://github.com/lincomatic/Colorduino/

- Colorduino-master.zip

9. Plasma 와 Scroller

위의 두 example 을 구동시킨 동영상을 첨부합니다.

우선 Plasma 동영상 입니다.

Scroller 에서는 아래 처럼 text 를 수정하여, 원하는 text 를 뿌려줄 수 있습니다.

Scroller 의 동영상 입니다.

FIN

거의 1년 6개월 걸린, 8x8 LED Dot Matrix 의 동작확인이 이제야 끝났습니다.

뭔가 생산적으로 coding 을 해보고 싶었으나, example 소스를 보고 바로 접었습니다.

꼭 coding 을 해야 할 때가 되면 그때 하려구요.

1. 시작

아두이노에 연결해서 사용할 수 있는 저가의 Wi-Fi 모듈로는,

유명한 Espressif Systems 사의 ESP8266 와, Ai-Thinker 사의 ESP-01 모듈이 있습니다.

다른 여타 sensor 나 module 처럼 금방 사용할 수 있겠지 하고 덤볐다가, 지옥이 열렸습니다.

* ESP8266

- https://en.wikipedia.org/wiki/ESP8266

저가이면서 Wi-Fi 구성이 된다니, 신기할 따름입니다.

바로 구매하여 확인해 봅니다.

2. 구매

AliExpress 에서 쉽게 검색이 됩니다.

외형이 살짝 다른 두 종류가 있어서 두가지 모두 구입해 봅니다.

한개는 8Mb flash memory 라고 하는군요.

* ESP-01, ESP8266,WIFI module 8Mb flash memory

- https://www.aliexpress.com/item/WIFI-module-ESP-01-ESP8266-8Mb-flash-memory/32733744011.html

* Upgraded version ESP-01 ESP8266 serial WIFI wireless module wireless transceiver ESP01 ESP8266-01

- https://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-ESP8266-serial-WIFI-wireless-module-wireless-transceiver/32341788594.html

3. 외형

모양은 이렇게 생겼습니다.

제조사는 다르지만 기본 chip 및 구성은 거의 동일합니다.

위의 그림에서 8Mbit Flash 라는 제품이 밑에 보이는 것인데,

memory chip 두께가 살짝 더 두꺼워 보입니다.

평범한 뒷모습.

4. Pin 배열

Pin out 이 2열로 되어 있어서, 빵판에서 그냥 꼽으면 short 가 발생합니다.

점퍼선으로 연결해도 되지만 깔끔하지 못할 뿐더러 연결시 자꾸 헷갈리기도 합니다.

Wi-Fi 모듈 보드 한쪽이 안테나를 형성하고 있어서,

이렇게 한쪽으로 모두 pin 을 모아야 하는 것은 이해가 갑니다만 빵판에서는 최악입니다.

꽤나 불편합니다.

AliExpress 에서 우연하게 breadboard 에서 편하게 사용할 수 있도록 해주는 adapter 를 발견하였습니다.

* 2PCS For ESP-01 Esp8266 ESP-01S Model Of The ESP8266 Serial Breadboard Adapter To WiFi Transceiver Module Breakout UART Module

- https://www.aliexpress.com/item/Breadboard-Adapter-for-ESP8266-ESP-01-ESP-01S-Wifi-Transceiver-Module-Breakout/32775467213.html

아래는 실재 사용한 사진입니다.

수직을 수평으로 피면서 양쪽으로 pin 들을 분리해주는 

이 adapter 를 사용하면, 이쁘게 양쪽으로 pin 들을 구분해 줍니다.

여러분들도 꼭 구입해 보아요.

5. 먼저 알고 있어야 할 것들 - BAUD RATE

ESP8266 은 쉽게 접근할 수 있는 모듈이 아닙니다.

값싸고 성능이 괜찮은 대신, 문제 없이 구동시키려면 몇 가지 조건이 충족되어야 합니다.

이런 배경지식 없이 덥볐다가 시행착오에 꽤 많은 시간을 쏟아 부어야 했습니다.

거의 모든 ESP8266 모듈들은 공장 출하시 UART serial IO 속도가 115200 으로 정해져 있습니다.

Arduino Mega 와 같이 HW Serial 이 두개면 문제가 없습니다.

단, Arduino Uno/Nano 의 경우, 하나밖에 없는 HW Serial 을 USB 연결용으로 사용해 버리므로 문제가 됩니다.

결국, Arduino Uno/Nano 는 ESP8266 와 SoftwareSerial 로 연결되어야 하나,

SoftwareSerial 은 115200 처럼 높은 baud rate 를 지원하지 않습니다.

그래서 연결하려는 arduino 가 Uno/Nano 라면, BAUD RATE 를 변경해 줄 필요가 있습니다.

다음은 AT 명령어를 이용하여 통신 속도를 변경하는 방법 입니다.

AT+UART_DEF= baudrate , databits , stopbits , parity , flow control

보통 9600 으로 설정시 다음과 같은 명령어를 사용합니다.

AT+UART_DEF=9600,8,1,0,0

여기서 주의할 점은, ESP8266 에 구워진 AT 명령어 firmware 버전에 따라 사용하면 안되는 명령어들이 있습니다.

"AT+CIOBAUD=9600" 나 "AT+IPR=9600" 는 일시적으로만 동작되거나 ESP8266 을 벽돌로 만들어 버릴 수도 있습니다.

그러므로, 항상 최신버전의 AT firmware 를 먼저 굽고 사용해야 합니다.

firmware upgrade 에 대해서는 아래에서 자세하게 다룹니다.

6. 먼저 알고 있어야 할 것들 - 충분한 전류

ESP8266 모듈은 전력을 많이 소비합니다. 250mA 정도는 사용한다고 하네요.

ESP8266 구동에 필요한 3.3V 를 지원하기는 하지만,

200mA 이상 나오지 않는 Nano 의 3.3V 포트에 연결하면 정상적으로 동작하지 않습니다.

전류가 부족해서 나타나는 증상은, LED indicator 가 정상적으로 점멸하지 않다거나,

(아래 사진은 추가 전원을 이용하여 정상적으로 동작하는 모습)

AT 명령어에 대한 response 가 중구난방입니다.

전력을 충분히 공급하는 회로로는 3가지가 있습니다.

하나. arduino + level shifter

Uno 5V 포트는 3.3V 포트에 비해 더 많은 전류를 지원해 주지만,

거의 300mA 에 육박하는 전류를 커버하기 위해서는 외부 전원장치가 필요하므로, 이 방법은 시도해 보지 않았습니다.

둘. 외부 전력 공급장치

아래 보이는 것처럼 외부 전력 공급장치를 사용하는 것입니다.

예전 빵판 구입시 딸려 온 것을 사용해 봤습니다.

* Hardware | MB102 Breadboard Power Supply Module 를 사용해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-MB102-Breadboard-Power-Supply-Module

셋. FTDI USB 모듈이나 그 호환 모듈

FTDI 나 CP2102 를 사용하면, 중간에 arduino 와 연결할 필요 없이 PC 와 직접 연결이 가능하며,

모듈 자체적으로 3.3V 및 충분한 전류가 공급됩니다.

저 개인적으로는 FTDI 모듈보다 CP2102 가 더 안정적인 동작을 보이는것 같습니다.

참고로 FTDI 일 경우, 장치 관리자에서 단순히 "USB Serial Port" 로 보여서 port 번호를 알 수 없습니다.

(Arduino IDE 를 띄우면 port 정보가 나오기는 함)

이는 Driver install 시에 보면, Driver 2개가 서로 연동 하면서 변경되는 port 정보를 알 필요 없이 만들어주기 위한 방법으로 보입니다만,

저에겐 오히려 귀찮은 방식입니다.

반면 CP2102 일 경우, 포트번호가 표시되므로, putty 를 이용하여 serial 접속시 포트번호를 지정할 수 있습니다.

앞으로 ESP8266 에 관련된 확인은 CP2102 를 가지고 진행하겠습니다.

7. 먼저 알고 있어야 할 것들 - 최신 firmware

AliExpress 를 통해서 구매한 firmware 들은 2015년 이전 버전을 그대로 적용해서 출하하고 있습니다.

Firmware 버전이 너무 낮으면, 대응되는 명령어도 적을 뿐더러 뭔가 많이 불안한 반응을 보입니다.

가능하면 최신 버전으로 flash 해줘야 마음이 편합니다.

Ai-Thinker 사에서 최신 firmware 라고 올라와 있는 것을 간단하게 flash 해서 update 한 결과 입니다.

여기까지 오는데 8개월 걸렸네요.

그렇습니다.

결국 이 ESP8266 을 잘 쓰려면, firmware flash 를 잘 해놓는게 가장 기본이 됩니다.

그러기 위해서는 충분한 전류를 공급하는 전원도 구비해야 하는 것 이구요.

8. 먼저 알고 있어야 할 것들 - flash 파일

Flash 파일은 몇가지 종류와 버전이 존재합니다.

Espressif Systems 사에서 공개한 일반적인 버전의 flash file 과, Ai-Thinker 사가 공개한 flash file 이 있습니다.

오늘 flashing 하려는 것은 Ai-Thinker 사의 Wi-Fi 모듈이므로, 해당 모듈용 최신 파일을 준비합니다.

* ESP8266 最新SDK发布

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

- ai-thinker_esp8266_dout_aicloud_v0.0.0.6_20170517.7z

압축을 풀면 몇가지 버전이 나오는데, 저는 8Mbit 인것 같아서, 작은 사이즈의 8Mbit 을 사용합니다.

또한 flashing 할 때, flash file 별로 메모리상의 주소를 지정해 줘야 합니다.

다행히 Ai-Thinker 사는 한 뭉탱이로 flash file 을 만들어 놔서, 주소가 메모리 첫번째 부터 쓰게끔 "0x00000" 을 지정하면 됩니다.

다른 버전과 좀더 복잡한 내용은 다음 post 에서 다루도록 하겠습니다.

(내용이 너무 넘처남...)

9. 먼저 알고 있어야 할 것들 - flash tool

Firmware upgrade 를 위한 flash tool 로는 몇가지가 있지만,

저는 "Espressif Systems" 사에서 공개하고 있는 "FLASH_DOWNLOAD_TOOLS" 가 사용하기 편했습니다.

* FLASH_DOWNLOAD_TOOLS V3.6.4

- flash_download_tools_v3.6.4_0.rar

* FLASH_DOWNLOAD_TOOLS V2.4

- FLASH_DOWNLOAD_TOOLS_v2.4_150924.7z

V3.6.4 에서는 baud rate 가 기본 115200 이상만 지원합니다.

만일 arduino 와 연결을 위해 9600 으로 낮추게 설정 했을 경우에는 firmware 를 upgrage 하기 위해 AT+UART_DEF 를 사용해야 하나,

혹시 그 firmware version 이 낮아서 이 command 를 못 알아먹을 경우에는 방법이 없습니다.

그럴 때에는 version 이 낮아서 조금 찜찜하기는 하나, 9600 을 지원하는 V2.4 를 사용하면 됩니다.

이제 "어떻게" 잘 firmware flash 를 하는지를 알아봐야겠습니다.

10. Firmware flashing 회로

Flashing 을 위한 회로는 몇가지가 있지만, 저는 아래 글을 참고하였습니다.

* Update the Firmware in Your ESP8266 Wi-Fi Module

- https://www.allaboutcircuits.com/projects/update-the-firmware-in-your-esp8266-wi-fi-module/

CH_PD 핀에 전원 인가 시 필히 저항을 달았으며,

RST 에 reset switch 와 GPIO0 에 flash 용 swtich 를 달았습니다.

똑딱이 스위치를 이 회로를 구성하기 위해서 구입했더랬습니다!!!

* Hardware | 스위치 부품 구매하기

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-buying-switch-components

스위치의 사용법은 다음과 같습니다.

1. RST 의 스위치를 누른다.

2. FLASH 의 스위치를 누른다.

3. RST 의 스위치에서 손을 뗀다.

4. FLASH 의 스위치에서 손을 뗀다.

5. Flash program 에서 "시작" 을 누른다.

안정적으로 전원이 공급되므로 LED 가 정상으로 점등, 점멸 합니다.

11. Firmware flashing

굳이 V2.4 을 이용하여 flash 하였습니다.

위에서 열거한 방법을 반복해 보자면, 아래처럼 진행하면 됩니다.

1. RST 의 스위치를 누른다.
2. FLASH 의 스위치를 누른다.
3. RST 의 스위치에서 손을 뗀다.
4. FLASH 의 스위치에서 손을 뗀다.
5. Flash program 에서 "시작" 을 누른다.

여기까지 오는데 8개월이 걸렸습니다.

눈물좀 훔치겠습니다... ㅠ.ㅠ

정상적으로 진행되는 과정의 스샷 입니다. 5% 진행되었을 때 캡춰했네요.

아래는 flash start 누른 후의 화면들을 캡춰 했습니다.

여러가지 확인하는 과정들이 있네요.

동영상으로 떠 봤습니다.

지금 다시 봐도 감격스럽네요.

12. ESP8266 에 console 로 접속하기

PC 에서 console 접속하려면 terminal 어플이 필요합니다.

여기서는 open source 이면서 사용하기 편한 putty 를 이용했습니다.

* Download PuTTY: latest release (0.70)

- https://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/latest.html

이제 문제없이 접속이 되니, putty 를 통해서 serial port 로 연결합니다.

AT 를 치고, Ctrl + M, J 하면 타이핑한 내용이 ESP8266 에 전송되고 그 결과를 보여줍니다.

접속 mode 라던지, 현재 상태, 그리고 집에서 쓰는 Wi-Fi AP 에서 할당받은 IP 를 확인해 봤습니다.

(따로 AT+CWJAP 이라는 command 를 통해서 접속하는 과정이 필요)

위에서 마지막에 나오는 "192.168.123.135" 이 ESP8266 이 할당받은 IP 입니다.

ESP8266 은 내부에 web server 를 탑재하고 있어서 browser 를 통해서도 접속이 가능합니다.

이 외에 여러가지 AT command 들이 있습니다만,

글이 너무너무 길어지기에 오늘은 간단한 결과 들만 올려 봅니다.

(누차 이야기 하지만, 여기까지 오는데 8....)

13. ESP8266 에 web 으로 접속하기

브라우저에서 접속해본 스샷입니다.

몇가지 설정을 web 을 통해서도 수정할 수 있게 되어 있네요.

아래는 web 에서 제공하는 "REBOOT" 버튼을 클릭하고 얻은 결과 입니다.

정상적으로 잘 동작 합니다.

FIN

오랜 시행착오의 시간이 지나갔습니다. (사실 주말 가끔밖에 시간이 안나서...)

ESP8266 은 기능이 다양하고 강력한 대신, 길들여서(?) 사용하기가 여간 까다롭지 않습니다.

배경 지식도 많이 필요하구요.

다른 블로그 글들을 보면, 다들 쉽게 하던데 왜 나는 이렇게 어렵게 하는지 모르겠습니다.

이왕 여기까지 온거, 완벽하지는 않지만 납득이 가는 선까지 정리해 보고자 합니다.

다음 포스트에서는 나머지 이야기들을 정리해 보겠습니다.

1. firware upgrade

모든 기기는, 그 동작의 기본이 되는 firmware 가 있습니다.

저번에 만들어 봤던 Safecast bGeigie nano 도 firmware 가 있으므로 upgrade 해봅니다.

지금까지 bGeigie nano 에 대해서는 다음 포스트들을 읽어보세요.

* Hardware | Safecast bGeigie Nano 를 조립해 보자 - 1

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Safecast-bGeigie-Nano-1

* Hardware | Safecast bGeigie Nano 를 조립해 보자 - 2

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Safecast-bGeigie-Nano-2

* Hardware | bGeigie Nano 의 battery 를 업그레이드 해보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bGeigie-Nano-battery-upgrade

* Hardware | bGeigie Nano 를 이용하여 방사능을 측정해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bGeigie-Nano-checking-radiation

참고로 firmware upgrade 하기 전에는 1.3.4 입니다.

사용된 환경은 Mac 입니다.

아무래도 unix based OS 이고, arduino / FTDI 사용시 반응이 빠릿빠릿 해서 입니다.

2. FTDI driver

우선 FTDI for mac 드라이버를 인스톨 합니다.

위 링크에서 최신 driver 를 다운로드 받아서 설치합니다.

정식 명칭은 FTDI USB Serial Driver 군요.

3. AVR 설치

아래 링크에서 다운로드 받아서 설치합니다.

오랜만에 Mac 에서 설치작업을 해보는군요.

2013년에 나온게 최신버전인가 보군요.

4. FTDI 연결하기

bGeigie nano 의 중앙 처리장치인 arduino FIO 옆에 pinout 이 있습니다.

firmware 업그래이드를 위해 마련된 FTDI 연결 포트입니다.

신기하게도 알리에서 구입한 FTDI breakout board 의 pinout 과 순서가 완벽히 일치합니다.

RX/TX 도 서로 엇갈리게 되어 있고, Vcc / GND 등 모두 짝이 맞춰져 있습니다.

참고로, firmware update 시의 주의사항 입니다.

NOTE: The Nano power switch MUST be turned OFF before connecting (the Fio board powers from the FTDI cable)!
NOTE: If you have a BLEBee or other wireless module, it MUST be removed before reprogramming, since it shares TX/RX signals!

즉, 전원은 꼭 off 로 해 놓고, FTDI 에서 받는 3.3V 를 이용하라는 것이고,

Bluetooth 용인 BLEBee 모듈을 꼭 제거하고 실행하라는 것 입니다. 그렇지 않으면 TX/RX 가 선점되어서 통신이 시작되지 못합니다.

(삽질 하루 걸림...)

꼭! BLEBee 모듈은 제거!

FTDI 와 연결합니다.

지금까지 여러가지 해봤더니, 어느새 FTDI 를 가지고 있네요?

* Hardware | FTDI Serial Adapter 를 사용해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-FTDI-FT232RL-using

5. 최신 firmware 다운로드 및 upgrade

최신 firmware 를 다운로드 받습니다.

- wget https://github.com/Safecast/bGeigieNanoKit/raw/master/bGeigieNano.hex

파일을 다운로드 받으려고 하면, redirection 되어서 다음 화면의 링크에서 다운로드 받네요.

"bGeigieNano.hex" 가 그 최신 파일입니다.

다음 명령어로 flashing 합니다.

avrdude -DV -p atmega328p -P /dev/tty.usbserial-A50285BI -c arduino -b 57600 -U flash:w:bGeigieNanao.hex:i

저의 경우는 "/dev/tty.usbserial-A50285BI" 였습니다.

짜잔~. 최신 버전인 1.4.2 로 업그레이드 되었습니다.

참고로 Windows OS 에서의 실행 결과 입니다.

나중을 위해 명령문도 기록해 놓습니다.

C:\"Program Files (x86)"\Arduino\hardware\tools\avr/bin/avrdude -CC:\"Program Files (x86)"\Arduino\hardware\tools\avr/etc/avrdude.conf -DV -p atmega328p -PCOM5 -c arduino -b 5700 -U flash:w:bGeigieNano.hex:i

6. 마무리

최신 firmware 로 upgrade 한 다음, microSD 및 GPS reset 을 해 줍니다.

GPS reset 은, microSD 를 뺀 다음, 부팅시켜주는 것이고,

microSD는 FAT 로 포맷하고, 필요한 파일인 "config.txt", 및 "SAFECAST.TXT" 만 root 에 copy 하고 리부팅 하면 됩니다.

FIN

거부감 없이 bGeigie nano 의 firmware 를 업그레이드 해봤습니다.

사실 microSD 카드에 logging 하는 기능이 정상 동작하지 않아, 궁여지책으로 해본 작업이었습니다.

firmware upgrade 를 해도 개선이 안되는 것을 보면, 다른 문제가 있어 보이네요.

국내에 얼마나 많은 분들이 가지고 계실지는 모르겠습니다만, 참고가 되었으면 합니다.

Update 20191228

마지막에 기술했다 시피, microSD 카드에 logging 되지 않는 현상과,

toggle switch 로 mode 를 변경시켜도 mode 가 변하지 않는 문제가 지속되었습니다.

일단, toggle switch 의 접점 문제로 인하여 mode 변경이 되지 않는게 아닌가 하여, 관련 부분 납땜을 다시 정리해 주기로 합니다.

살살 분해 합니다.

좀 많이 튀어 나온 부분이나, 납이 부족하다고 생각되는 부분을 정리해 줍니다.

이 작업 후에도 개선은 되지 않더군요... ㅠㅠ

1년 4개월이 흐른 뒤...

긴 휴가를 맞이하여 다시한번 도전하기로 합니다.

9개월 전에 새로운 firmware 가 올라 왔군요. 버전은 1.4.3.

그 전 버전이 1.4.2 였으니 마이너 업데이트 이긴 하지만, 밑져야 본전 입니다.

Firmware 업데이트 후, 되는군요... 문제가 고쳐졌습니다. ㅠㅠ

CPM 을 표시하면서 logging (microSD 에 기록) 하는 모드가 정상으로 돌아 왔습니다!!!

물론, 단순 측정 모드 (logging 하지 않음) 도 잘 되구요.

이제야 제대로 사용할 수 있으려나 합니다.