여러가지 삽질의 기록

하기 기록은 E4DS Maker의 "너의 온도를 보여줘" 이벤트에 응모한 게시글을 블로그에 백업차 복사하였다. USB 온습도 센서라고 해봐야 CP2102모듈과 남는 PIC MCU에 I2C 통신을 해서 온습도 값을 읽어낼수 있게 만든 모듈이다. 타겟 디자인은 라디오노드 사의 UA10 모델이었다. VB.NET으로 시리얼 통신을 하여 데이터를 읽어내 그래프화 하고 저장할 수 있도록 구현되었고, 이후엔 ESP모듈을 이용 원격으로 온습도를 주기적으로 측정해 웹서버에 HTTP로 전송하고 웹페이지를 통해 확인이 가능하도록 구현이 완료된 상태이다. 이 부분엔 대해선 나중에 별도로 작성해 보려고 한다. 요새 IOT센서 업체들은 대부분 자사 클라우드 사이트를 제공하기에 자체적으로 구현해보았다.

1. 개요

실내 공간이나 온습도의 변화를 알기 위해 보통 시중 판넬형 온습도 센서를 사용하지만, 보통 판넬형으로 사람의 눈으로 직접 관측 후 파악하고 기록되어 변화를 파악할 수는 없다. 시중에 비슷한 제품을 구매하기 보다 온습도 센서를 직접 사용해보기로 하였다. 보유하고 있는 PIC MCU와 온습도 센서를 이용해 자체 개발해 간단하게 PC에 연결하여 측정하고 기록을 남길 수 있는 USB타입의 센서를 제작을 진행해 보도록 한다.

2. USB 센서 하드웨어 구성

PC와 USB 통신을 하기 위해 USB-RS232C 모듈을 사용한다. CP2102를 사용한 이 모듈은 USB마이크로 커넥터를 포함해 작게 만들어진 모듈로 바로 MCU와 연결하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.

사진 설명을 입력하세요.

사진(1) 온습도 센서 구성도(USB스틱 사이즈에 맞게 작게 제작)

MCU UART 포트는 CP2102와 연결되고, CP2102커넥터핀에서 분기하여 USB A타입으로 연결한다. 그리고 센서인 AM2320와 MCU의 I2C포트로 연결시킨다. 온습도 센서는 AM2320 모듈을 사용하였다. 온도와 습도가 모두 측정 가능하고 높은 정확도를 가진다. 사양은 아래와 같다.

사진(2) AM2320 사양

습도는 ±3%, 온도는 ±0.5°의 정확도를 가진다.

사진(3) 구성 회로도

회로는 간단하게 구성되어 있다. 전원은 USB를 통해 공급, 동작확인을 위한 LED, 센서 연결, UART 통신 연결을 한다.

3. 온습도 센서 I2C 인터페이스 구현

사진(4) 디버깅 모습

AM2320은 I2C로 인터페이스 할 수 있는데 주의해야 할 사항이 있다.

1. wake-up 코드 전송 후 대기 2.read command 전송 후 대기 3.data read 3개의 순서를 지켜 전송 해야만 정상적으로 센서의 데이터를 읽어 올 수 있다.

첫 번째로 보내야 할 코드는 다음과 같다

사진(5) wakeup code

센서를 인터페이스 할 때 먼저 센서를 깨우는 코드를 보낸다.

사진(6) 실제 구현된 전송 후 대기 wake up code

Wake up 코드 전송 후 적어도 800uS 이상 기다려야 한다. 여기서는 1ms로 설정하였다.

사진(7) read command code

데이터를 읽기에 앞서, 커맨드 타입, 읽기 시작할 주소, 읽을 바이트 개수를 설정하는 코드를 보낸다

사진(8) 구현 된 read command code

read command 이후에 적어도 1.5ms 이상 기다리라고 권장하지만 더 여유있게 30ms 대기 후 데이터를 읽도록 했다.

사진(9) 구현된 read command 전송 후 30ms 대기

사진(9) data read code

Data read시에 리턴되는 값은 앞서 read command에서 설정했던 내용도 포함하여 돌려준다. 첫번째 0x03은 function code, 두번째 0x04는 읽을 사이즈, 이후 2바이트는 습도 상위/하위, 이후 2바이트는 온도 상위/하위, 그리고 에러 정정을 위한 crc코드가 2바이트 붙는다.

사진(10) data read

실제 읽어오는데 성공했으며 위와 같은 형식을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

4. 하드웨어 조립 및 명령어

USB 스틱 케이스를 시중에 판매하여 구매하였고, PCB 또한 사이즈에 맞추어 제작해 아래와 같이 깔끔하게 제작되었다.

사진(11) 완성된 모습

사진(13) GUI 예시

VISUAL BASIC .NET를 이용해 GUI을 만들고, RS-232C를 이용해 USB 온습도 센서와 통신하여 온,습도 명령을 보내어 읽어 들인 뒤 그래프화 해 로깅 할 수 있도록 개발하였다. 좌측 STOP/START Logging 버튼을 이용해 동작 시킬 수 있으며, 바로 옆 측정 주기 조정 입력이 가능하다. 우측엔 온도/습도 값들을 측정해 기록을 남기고 저장 할 수 있다.

6. 결과

소형 사이즈의 USB로 간단하게 연결하여 온습도를 읽어들 일 수 있는 센서를 제작하였다. CP2102모듈을 사용하였기 때문에 가상 COMPORT가 연결되도록 하였으며, 프로그램까지 함께 개발하여 온도와 습도를 측정화 그래프화하고 기록을 자동화하여 시간별 변화를 관측하고 파악할 수 있도록 제작을 완료할 수 있었다. 비록 반짝이는 아이디어가 반영된 것은 아니나, 온습도 센서를 인터페이스하여 pc프로그램과 통신하는 기본기적인 내용을 마스터 할 수 있었고, 이를 응용해 필요한 곳에 적절히 개발하여 사용하면 될 것이라 생각한다.

e4ds에 감사드리며.. 간략하게 e4ds에 대해서 설명하자면 전자엔지니어를 위한 교육,기술,뉴스 등 종합 포털사이트라 할 수 있다. 기술뉴스나 최신트렌드의 웨비나 등을 지속적으로 제공하고 있어 애용하고 있다.

상단 다운로드 메뉴에서 최신버전을 받은 후 설치한다. 현재 3.12.1이 최신

비주얼스튜디오 코드 실행해 좌측 extension 버튼을 눌러 python을 검색하면 나오는 2가지 intelisense, indent 2개를 설치한다

개발하기 좋도록 필수 확장을 설치해야 한다. 일단  python extension 설치

문법체크를 위한 python indent extension 설치

설치후 커맨드프롬프트를 열어 python --version을 치면 현재 버전을 알 수 있다.

그 외 사용할 라이브러리는 모두 커맨드프롬프트 상에서 pip install 을 이용해 설치하면 된다.

비주얼스튜디오 코드에서 테스트할 파이썬 코드를 작성 후 상단 메뉴에서 runwithout debugging을 선택하면 바로 실행해 볼 수 있다

디버깅을 스텝 디버깅이 가능하며 현재 변수의 상태, 브레이크를 걸어 확인 할 수 있다. 위의 기본 qt 예제를 실행한 모습

파이썬이 인터프리터 언어이므로 속도를 조금 느릴지 몰라도 실제 커맨드 창에서 한줄씩 쳐보며 프로그램도 가능하다.

웹에서도 테스트하기 좋게 잘 되어있지만 실제 개발환경을 구축해 보고 라이브러리를 설치해가며 배워나가는 것이 좋다. 워낙 파이썬이 다양한 라이브러리를 가지고 있기 때문에 pypi.org에서 검색해보면 다 나와있고 활용하면 된다. 내가 보기엔 스튜디오 코드로 개발을 하고 pyinstaller를 이용해 실행 파일을 만들어 동작 시키는 것이 좋다. 물론 py 파일을 그대로 제공해 실행할 수 있도록 유틸리티화 해도 나쁘지 않다

PyPI · The Python Package Index

펌웨어 개발을 위주로 하다보니 쓰는 툴이 KEIL, 소스인사이트,MPLAB 외엔 쓸일이 그렇게 많지 않았는데,.. 요새는 업무가 확장되는 추세라 웹도 하다보니 비주얼스튜디오코드를 사용하게 되었고, 예전 10년전에 쓰던 자바 개발환경이 이클립스였었는데 비주얼스튜디오코드로 아주 손쉽게 구성 되길래 이전해 보았다. 요새는 비주얼스튜디오 코드로 파이썬과 아두이노 등 여러 개발환경 구성이 가능해서 좋다.

*하단 유튜브 링크를 참조하여 그대로 따라한 내용 간단 정리

https://www.youtube.com/watch?v=JBXdaAXtRjk

다운로드 완료 후 실행하면 설치 목록을 확인 할 수 있는데, 비주얼스튜디오 코드는 설치 되어 있었기 때문에 JDK와 extension만 설치를 진행 하는 것으로 나타난다

설치 완료 후 visual studio code를 이용해 간단하게 java코드를 만들어 실행해 보았다.

큰 무리 없이 환경 구성이 되었고 디버깅도 가능했다. 굳이 이클립스를 쓰지 않아도 되겠네..

에셋 용량이 그리 크지 않아 직접 첨부

*유니티 유튜브 링크

초보자도 손쉽게 만드는 2D 플랫포머 게임 튜토리얼 | G돌이의 모험 #1. Unity 설치 및 기본 사용법 (youtube.com)

라즈베리파이에 ssh를 설치하면 원격으로 제어가 가능해 별도의 키보드나, 모니터를 끼우지 않아도 된다. 요새는 클라우드 작업이 좀 있다보니 비주얼스튜디오코드를 이용해 관리를 하는데 라즈베리파이도 똑같이 이를 이용해서 편하게 작업 할 수 있다.

비주얼스튜디오 코드를 사용 한다면 아래의 remote-ssh 익스텐션을 설치한다.

설치 후 F1을 눌러 SSH를 치면 OPEN SSH CONFIGURATION FILE을 클릭한다

그리고 SSH CONFIG 로 경로를 선택한다

그러면 접속할 주소와 나타날 이름, ssh로 접속을 시도할 라즈베리파이에 사용중인 계정을 입력해 둔다.

저장 한 뒤에 다시 f1을 눌러 connect to host를 클릭한다

그러면 위에서 추가했던 rasp를 확인 할 수 있다. 이를 선택한다

remote 접속할 환경을 선택하는데 당연히 linux 이다.

접속하면 좌측엔 폴더 트리를 볼 수 있으며, 소스코드와 파일을 열어 직접 수정 할 수 있다

아래를 보면 터미널을 이용할 수도 있으니 참고하기 바란다.

훨씬 편하게 작업 할 수 있다. 라즈베리파이4가 요새 비싸져서 그렇지 유용하게 사용 할 수가 있다... 다만 요새 중국 저가형 알리산 미니pc들이 워낙 잘 나오다 보니 라즈베리파이4의 경쟁력이 조금은 위협 받는 것 같단 생각이 들기도 하고.. 여기에서는 라즈베리파이의 ssh 설정과 계정 설정등은 다루지 않았으니 별도로 찾아 보기 바란다

아래에 참고한 블로그 글을 링크한다

*참고로 라즈베리파이를 활용한 제품 개발의 경우, 사용 중 sdcard에 의한 이슈가 있으니, 가능한 높은 endurance를 가진 고급형 sdcard으로 적용해서 판매하는게 좋다. 당장은 아니어도 몇년 후에 불량으로 입고됨.

[Raspberrypi] 라즈베리파이 SSH 원격 접속 설정 : 네이버 블로그 (naver.com)

어쨌든 방송대 재학생임을 인증해서 이용해서 갱신하려면 번거롭겠지만 학교 홈페이지에서 영문 졸업증명서를 발급 후 pdf로 변환하여 "공식문서"메뉴를 이용해 신청 후 첨부 하도록 한다

정상적이라면 교육용 계정으로 아래와 같은 메일이 날라올 것이다.

그리고 사용 가능해 진다.

그외 설치와 실행은 특별한 것이 없으니 넘어가기로 하고...

자바가 다양한 분야에 광범위하게 사용되는데.. 안드로이드 개발부터 웹, PC 프로그램까지 커버가 된다. 물론 분야마다 특성화된 언어가 좀 다른데.. 파이썬 같은 경우는 간단하고 빠르게 프로그램을 개발하여 유틸리티화 하기가 좋다. 라이브러리도 잘되어 있고, 그래서 대부분 파이썬 파일 그대로 사용하고. 자바 같은 경우는 안드로이드 앱이 가장 많이 사용되지만 광범위한 분야에 골구루 사용할 수 있으니 배워두면 좋다. 자바스크립트 배우기도 용이하고..

아래 좋은 자바 강의를 링크하며 마무리 한다.

https://youtu.be/JEzBDk0E9Rw?si=kUoaMoVPtF5UYePp