:-) smile man

글을 시작하며..

IOT 기술에 관심을 갖게되면서

인터넷 서핑, 블로그, 카페를 통해 다양한 응용 기술들을 접하게 되었다.

그러면서 단순한 실험에 그치지 않고 두고두고 쓸만한 홈 오토메이션 전체 시스템을 구축하고 싶어졌다.

프로젝트 목표..

집에서 필요한 다양한 기능을 구현하자

아두이노 기반으로 최대한 저렴한 방법을 찾자

스마트폰으로 언제 어디서든 제어를 하거나 알람을 받을 수 있게 하자

뭘 만들어야 하나? 홈 오토메이션 시스템 구성..

1. 스마트폰과 앱

2. 인터넷 서버 : 사물인터넷 연결 서비스 제공

3. 인터넷 중계망 : 인터넷 무선 공유기로 집안에 사물과 인터넷 서버를 어떻게 연결할 것인가

4. 가정용 허브 : 각종 홈 키트를 관장하는 중앙 제어 장치

5. 홈 키트(장치들) : 말단 장치들..열림감지, 전기 플러그, 전등스위치 등등

1번, 2번 앱과 서버를 직접 만드시는 분들도 있으나 난 그런 능력은 없으니 열심히 발품팔아서 해결책을 찾아보자.

3번은 집에 있으니 패스~

4번 허브와 5번 홈키트는 아두이노로 직접 만들어 보자

이런저런 고민과 개발 과정.. 1년의 시간

홈 키트 만들려고 아두이노+통신모듈 컨셉으로 접근하면 비싸고 전력도 커서 배터리 적용이 힘들다

그러니 홈 키트는 아두이노 없이 무선 통신 모듈만으로 간단한 동작과 데이터 송수신 기능만 하자

이러한 이유로 홈키트 통신 방식을 블루투스(1:1통신)나 와이파이 모듈을 쓰는건 아닌거 같다.

사실 이런 고민을 시작했던 1년 전에는 ESP8266의 펌웨어를 바꿔서 아두이노 처럼 쓸 수 있다는걸 몰랐다.

그렇다고 해도 ESP8266으로 홈키트를 만들면 전력 소모가 커서 배터리는 어렵고 AC전원을 끌어 써야 할 듯.

찾아보니 HC-11 같은 RF 모듈에 간단한 I/O 제어기능이 포함되어 있어서 쓸수 있을것 같다.

여기서 더 찾아보니 RF 통신으로 열림감지, 인체감지, 전원 플러그, 전등 스위치 제품이 있더라!!

게다가 이런 제품들이 상당히 저렴해서 직접 만드는것 보다 구입하는게 훨씬 싸게 들더라.

(무선 전원 플러그랑 전등스위치를 직접 만들려고 했더니 재료비만 각각 몇 만원이 넘더라)

홈키트는 자작을 포기! 그냥 싼거 사서 쓰자.. 근데 이것들이 아두이노로 제어가 될까?

앗! 아두이노에 붙일수 있는 RF 송수신 모듈도 있었네?

잘하면 아두이노로 RF 제품들을 제어할 수 있겠군..

몇 달에 걸쳐 인터넷 서핑과 시행착오, 삽질을 통해 RF 제품들 제어(=해킹)에 성공함

운 좋게 주파수는 잘 맞았고, 프로토콜은 제품마다 달라서.. 이걸 찾고, 분석하는데 상당한 노력이 필요했음

그럼 이제 RF 제품들과 WiFi를 연결해 주는 허브를 아두이노로 만들자.. 게이트웨이 역할이 되겠네..

[RF송수신 모듈 + 아두이노 + ESP8266]

스마트폰으로 제어하려면 어떤 앱이 좋을까?

이것 저것 검색하다가 IFTTT 라는 싸이트 발견! 게다가 Maker 를 위한 기능이 있다고 함

찾아보니 아두이노로 IFTTT와 통신이 가능하다는걸 알게됨

더 찾아보니 DO 라는 앱을 쓰면 스마트폰에서 아두이노로 명령도 내릴수 있다고 함

자, 이제 ESP8266을 써서 WiFi로 IFTTT, DO 앱하고 연결해 볼까?

HTTP, GET 뭐 이런 프로토콜을 알아야 하네.. 음.. 잘 모르겠고 일단 만들어 보자

이것도 몇달에 걸쳐 장님 코끼리 뒷다리 만지듯이 시행착오를 통해 IFTTT 서버로 전송 성공

열림감지 센서값을 RF로 받아서 IFTTT 통해서 스마트폰에 알람을 띄움

스마트 폰에서 DO앱으로 명령을 내리면 ESP8266+아두이노가 알아듣고 전등을 키고 싶다면,

ESP8266를 서버 모드로 셋팅하고 문자를 받으면 해석해서 해당 명령에 맞는 동작을 함

이것도 역시 몇달 걸려서 ESP8266 서버 기능과 수신 문자 해석 기능을 만듬

하지만 내가 만든건 코드가 조잡해서 쓸만한 ESP8266 라이브러리를 찾아 개조함

필요한 기술은 다 개발했으니 시스템 통합을 하자!

이것도 ESP8266 동작시키는데 제한이 있어서 몇 달 정도 걸려서 통합을 완성함

결국 시작한지 1년 정도 걸려서 프로젝트를 완성할 수 있었다.

사실 탱자탱자 놀면서 짬짬히 하다보니 생각보다 오래 걸렸다...

시스템의 한계와 단점..

저렴한 RF 방식의 홈키트를 적용하다 보니 생기는 단점들..

..전파 방해나 혼신, 보안문제, 해킹에 취약 할 수 있다

 (사실 아직 사용자가 많아 질때 까지는 발생하지 않을 문제다)

..홈키트 모듈에 프로세싱 기능이 없다보니 현재 상태를 피드백 해주지는 못한다

 (예를들어 전등을 켰는데 현재 켜진 상태인지, 꺼진 상태인지 응답 하는 기능은 없다)

그래서 국내 시판되는 IOT 홈오토메이션 제품들은 Z-wave 라는 무선통신을 쓴다.

아직 Z-wave는 공부를 안해서 어떤 기능까지 지원하는지 모르겠지만, 위에 언급한 문제들은 없겠지?

프로젝트 결과..

스마트폰으로 집 밖에서 집안에 전등과 전기 플러그를 ON/OFF 할 수 있다

잠자리에 누워서 집안에 모든 전등을 끌 수 있다

창문/현관문이 열리거나 사람이 감지되면 스마트폰에 알람이 온다

이 둘을 연결해서 집에 사람이 들어오면 자동으로 전등이나 전기 플러그가 켜진다

프로젝트 비용..

각 부품을 1개씩만 적용할 경우 전체 재료비는 대략 82,200원 정도

홈 오토메이션 키트 (건전지 값 포함)

열림감지 무선센서 (5,000원) 인체감지 무선센서 (12,500원)

무선 전원 플러그 (10,000원) 무선 전등스위치 (45,000원)

가정용 허브 구축

아두이노 (5,400원) ESP8266(3,500원) RF송수신모듈 (1,800원)

인터넷 서버 중계 : 무료 (IFTTT 서비스 활용)

상용 제품 대비 DIY 장단점과 가격 비교..

일단 DIY 를 하면 매달내는 통신비는 안낸다. (IFTTT 서비스가 유료로 되지 않는다면)

통신사에 사용기록이 남지 않아서 프라이버시를 지킬 수 있다. (특히 샤오미 같으면 중국서버에 기록이 남을수도..)

가정용 허브 코딩을 잘 하면 홈키트끼리 연동해서 동작하게 바꿀 수 있다. (상용제품에 없는 기능)

단점은 DIY를 하려면 알아야 할것도 많고, 귀찬고, 안되면 삽질도 해야한다.

상용제품을 쓰면 좀 비싸지만 좀 더 편리하게 귀찬은거 신경 안쓰고 쓸 수 있다.

다만 나만의 아이디어가 있을때 다양하게 확장하기 어렵고, 무엇보다 직접 만드는 재미는 없다.

LG IOT@홈

통신요금 연결 제품 1개당 2,200원

가정용 허브 (별도 구입 안되고 서비스 가입시 제공)

열림감지 센서 단품 33,000원

전기 플러그 단품 44,000원

전등 스위치 단품 55,000원

SK 스마트홈

선납이용료 (가입시 1회 납부, 5,500원)

통신요금 연결 제품 1개당 (1,100원 ,3년약정시) 연결제품 무제한(9,900원, 3년약정시)

브릿지(가정용 허브) 50,000원

전기 플러그 단품 44,000원

전등 스위치 단품 55,000원

샤오미 홈 오토 키트

허브+열림감지1개+인체감지1개+무선스위치1개 = 약 50달러

가격은 샤오미를 따라갈 수가 없다. 중국 서버를 거친다는게 찜찜 할 뿐..

개발 기술 공유를 위한 글 연재 순서..

RF수신 모듈로 프로토콜 해석하기 (열림센서, 인체감지센서, 무선리모콘 신호 받기)

RF 송신 모듈로 제어 명령 보내기 (전등 스위치 또는 전기 플러그 ON/OFF)

무료 인터넷 중계 서버 IFTTT 사용법

ESP8266 으로 IFTTT에 트리거 보내서 스마트폰 알람 띄우기

스마트폰 DO 앱으로 ESP8266에 알림 보내기

ESP8266 AT명령으로 쓸 때 주의할 점

지금까지 기술을 집약해서 가정용 허브 만들기

TECLAST x98 pro FULL SIZE USB 개조설치

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=81xowlths&logNo=220603127905

USB A타입 Female 커넥터 구입처

http://www.devicemart.co.kr/goods/list.php?category=003001022008

순간접착제 바르고 클립으로 찝어 두면 잘 붙는다

첨부된 링크에 나와 있듯이 정면에서 봤을때 오른쪽 끝이 +극 전원

USB 소켓이 두꺼워서 덮개가 살짝 떴다. ㅠㅠ

아두이노 우노 EEPROM 1Kbyte (1024byte)

하루 3600*24시간 = 86400초

5분(300초)에 한 샘플 (2byte : 온도1byte 습도1byte)

86400초 / 300초 = 288회 기록 (576 byte)

1023byte / 576byte = 1.7일간 기록가능

temperature_DHT11.ino

시리얼통신 명령어

'0' 보내면  EEPROM 메모리 주소 0으로 초기화

'1' 보내면 현재 기록중인 EEPROM 메모리

'2' 보내면 1범지 부터 지금까지 기록된 값 출려

아두이노 보드 종류와 특징

참고:http://www.hardcopyworld.com/ngine/aduino/index.php/archives/274

보드별 핀맵

https://bigdanzblog.wordpress.com/2015/01/30/cant-get-i2c-to-work-on-an-arduino-nano-pinout-diagrams/

ESP8266 WiFi Module

펌웨어 업로드 할때 : CH_PD → GND

RST는 3.3V 또는 open해도 동작함 (리셋 걸려면 GND에 연결)

OLED 128*64 0.96inch LCD SSD1306 Driver

Arduino 종류별 TWI(I2C) 핀번호 : https://www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Lilypad/Cactus micro TWI 핀번호 : D2(TWI_SDA),  D3(TWI_SCL)   

                                                  https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardLilyPadUSB

Arduino Nano pin assign : TWI_SDA(A4) , TWI_SCL(A5)

                                      https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardNano

구동 라이브러리 :OzOLED(init_modified).zip  (초기화 부분 수정함 - 기존 코드 초기화로는 화면 안켜짐)

원본 출처 : http://blog.oscarliang.net/arduino-oled-display-library/

String 으로 숫자 표시하기

float float_val =123.2;
String str = String(float_val,2);    //소수점 2자리 표시
const char * c = str.c_str();      //String을 const char 로 변환
OzOled.printString(c);             

433MHz RF Transmitter, Receiver

안테나 길이 : 17cm

아두이노 수신핀은 External interrupt pin 사용

Arduino 종류별 인터럽트 핀번호 : https://www.arduino.cc/en/Reference/AttachInterrupt

Cactus Micro 인터럽트 핀맵 : https://www.arduino.cc/en/Hacking/PinMapping32u4

RS485 Module

https://arduino-info.wikispaces.com/SoftwareSerialRS485Example

MP3 Player

http://www.hardcopyworld.com/ngine/aduino/index.php/archives/1099

wav, MP3 --> AD4 converter

http://www.buildcircuit.com/example-1-using-wtv020sd-16p-music-module-with-arduino/

구글 wtv020 검색

제품 : http://www.lkembedded.co.kr/shop/goods/goods_view.php?goodsno=250&category=022001004

Arduino_SSD1306_OLED-master를 한번 실행해야 OzOLED 샘플이 동작한다??

전원을 처음 넣은 상태로 OzOLED 샘플로는 표시가 안 나타남.

OzOLED init()함수에 몇가지 추가해서 동작시킨 수정 OzOLED 라이브러리

OzOLED(init_modified).zip

아두이노 라이브러리

간단하게 문자 출력 가능, 예제 풍부함

http://blog.oscarliang.net/arduino-oled-display-library/

라이브러리 다운로드

OzOLED.zip

라이브러리 폴더 밑에 예제파일 잘되어 있음

UNO TWI 통신 핀

Vcc (3.3V) - 5V도 동작은 하던데...?

SDA(A4)

SCL(A5)

Cactus Micro = LilyPad

SDA(D2?D3)

SCL(D3?)

String 으로 글자 표시하기

float float_val =123.2;
String str="test hello";

str = String(float_val,2); //소수점 2자리 표시
const char * c = str.c_str();  //String을 const char 로 변환
OzOled.printString(c);  //Print the String

strTmp = String(dist, DEC);

OzOled.printBigNumber((const char*)strTmp.c_str(), 0, 0);  //화면 상단
OzOled.printBigNumber((const char*)strTmp.c_str(), 0, 4);  //화면 하단

void LCD_Message(byte X, byte Y, String msg)
{
  OzOled.setCursorXY(X, Y);
  OzOled.printString((const char*)msg.c_str());
}

String strTmp = String(/*"dist:" + */String(dist, DEC) + "m");
LCD_Message(0, 1, strTmp);

비트맵 그림 그리기

그림판으로 128*64 사이즈, 단색 비트맵으로 저장한다음 아래 변환기로 HEX 데이터 생성

bitmap 변환기 : http://en.radzio.dxp.pl/bitmap_converter/

LCDAssistant.zip

const PROGMEM unsigned char Logo[] PROGMEM={ }

위와 같은 문법으로 중괄호에 HEX 데이터 복사

OzOled.drawBitmap(OscarLogo, 0, 0, 16, 8);

OLED 표시를 위함 LCD Assistant 설정값

* 아래는 기본 원리 참고용

SPI통신으로 그림 그리기

http://robotcantalk.blogspot.kr/2015/03/interfacing-arduino-with-ssd1306-driven.html

Wire(TWI) 라이브러리로 직접 커맨드 보내서 제어하는 방식..이것보다 위에 OzOLED 라이브러리가 편리

예제파일

Arduino_SSD1306_OLED-master.zip

라이브러리

Adafruit_SSD1306-master.zip

LilyPad USB 보드에서 TWI (Two wire interface) 통신포트

TWI: 2 (SDA) and 3 (SCL). Support a simple TWI communication using the Wire library.

출처:https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardLilyPadUSB

CactusMicro_GLCD_SSD1306.ino

아두이노 스텝 모터 라이브러리

아두이노 기본 내장 라이브러리 : #include <Stepper.h>

https://www.arduino.cc/en/Reference/Stepperㅁ

가감속 로직을 추가한 라이브러리 : #include <AccelStepper.h>

http://www.airspayce.com/mikem/arduino/AccelStepper/index.html

동작 원리 동영상

https://youtu.be/B86nqDRskVU

2-Wheel 주행 플랫폼 제작

http://42bots.com/tutorials/28byj-48-stepper-motor-with-uln2003-driver-and-arduino-uno/

This article related to Cactus Micro's Arduino Mini + ESP8266 combined module.

http://wiki.aprbrother.com/wiki/Cactus_Micro

Open Arduino IDE and choose board "LilyPad USB" to start

arduino base board and ESP8266 was connected via SoftwareSerial.

to make ESP8266 activate, CH_PD should be HIGH (LOW is Firmware Upgrade mode)

Using Hardware Serial to Software Serial bypass code, PC serial monitor program access the ESP8266 directly.

<SerialBypss.ino file attached here>

SerialBypass.ino

Don't missed make Pin #13 to be HIGH to make ESP8266 working normal mode.

recommend "CoolTerm" program (most robust program ever I used)

Don't missed add "CR"+"LF" at the end of each command.

ESP8266 can understand (parsing) command when received "CR","LF" byte.

[if check this option, whenever you key-in "enter"key, it automatically trasmit "CR,"LF"]

my ESP8266 factory setting as 9600baud speed. firmware version 0.21.0.0

ESP8266 AT COMMAND guide

There is a problem occured!!

when I try to connect AP, there is response like below

+resp:4

FAIL

There is no error message explain manual!!

I found +resp:2 means "wrong password"

SOLUTION for "+resp:4"

change your AP's access mode to "WPA-PSK" "AES" then it works!!

not working for : "WPA2-PSK"+"AES" or "WPA2-PSK"+"TKIP" or "WPA-PSK"+"TKIP"

If I upgrad my ESP8266 modle, then may it can be fixed. BUT to upgrad module, hardware rework needed!

How to change the serial port for Cactus Micro

[above link is manual : its software serial port (arduino 11,12) to Hardware Serial (arduino 0,1)]

MCP2515 CAN Driver IC를 적용한 CAN 통신 모듈 사용법

아두이노와 MCP2515 배선 연결

DHT-sensor-library-master(modified for 8MHz Xtal).zip

[사진 설명 : 5031개 CAN 메세지를 보냈는데(좌) 모두 정상 수신함(우)]

[사진 설명 : 10286개 CAN 메세지를 보냈는데(좌) 메시지를 놓쳐서 2677개만 수신함(우)]

[사진 설명 : 10257개 CAN 메세지를 보냈는데(좌) 시리얼로 표시되는 내용을 줄이자 모두 정상 수신함(우)]

ODB 통신방법 정리 : http://uglytree.tistory.com/category/CAN/OBD-II

UDS 소개 : http://hoyoung2.blogspot.kr/2013/11/can-protocols.html

ODB PID wikipidia : https://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs

CAN Shield D-SUB 9핀

CAN_L : 6(x) --> 5

CAN_H : 4(x) --> 3

제품사양 : http://wiki.aprbrother.com/wiki/Cactus_Micro

구입:http://dadimall.co.kr/product/detail.html?product_no=1524&cate_no=259&display_group=1

기본사용법

https://www.tindie.com/products/AprilBrother/cactus-micro-arduino-compatible-plus-wifi-esp8266/

보드 종류는 LilyPad USB 로 선택

아두이노 보드 11(Rx), 12(Tx) 에 ESP8266에 연결되어 있음 : SoftwareSerial 사용

ESP8266 CH_PD 는 13번 핀에 연결되어 있어서 HIGH 를 출력하면 ESP8266 동작함

SerialBypass.ino 이용해서 9600baud 로 접속하면 AT 명령 접속 가능

펌웨어 버전 확인

AT+GMR

version:0.21.0.0
SDK version:0.9.5

동작모드 설정  AT+CWMODE=1

무선 공유기 검색 AT+CWLAP

무선 공유기 접속  AT+CWJAP="SSID_NAME","PASSWORD"

AP 접속이 안됨. AP에 접속하는 <AT+CWJAP="SSID_NAME","PASSWORD"> 명령에 FAIL 응답.

FAIL 응답 메세지는 "+CWJAP:4"

AP 접속 비밀번호가 10자리가 아니면 접속 안되는 버그가 있다는 얘기가 있어서 10자리로 바꿨는데도 안됨

http://www.esp8266.com/viewtopic.php?f=6&t=1332

+CWJAP:4 라는 응답이 오는데 "4"번 FAIL에 대한 의미를 찾을 수 없다!

FAIL code에 대해서 검색했으나 매뉴얼이 없음!

기존에 AP에 접속된 상태에서 AT+CWJAP 명령을 내리면 "4"번 에러가 난다

패스워드를 틀리게 입력했더니 "+CWJAP:2" 라고 응답이 나옴

AP이름을 틀리게 넣으면 "+CWJAP:3"라고 응답이 옴

그래서!! 혹시나 싶어서!! 무선 공유기 설정을 "WPA-PSK" "AES"로 바꿨더니 접속 됨!!

시험 결과 무선 공유기 접속 암호 글자수는 상관이 없음

접속할 수 없는 무선 공유기 설정 : "WPA2-PSK"+"AES","WPA2-PSK"+"TKIP","WPA-PSK"+"TKIP"

무선공유기에 접속했는지 확인하는 명령 AT+CWJAP?

할당받은 IP주소 확인 명령 AT+CIFSR

ThingSpeak.com에 가입하고 채널을 만들고 API를 할당받으면 데이터를 올릴 수 있다.

혹시나 싶어서 멀티채널 모드를 끈다 AT+CIPMUX=0
ThingSpeak.com 접속 주소 AT+CIPSTART="TCP","184.106.153.149",80
보내려는 문자의 개수 AT+CIPSEND=43
할당받은 API로 데이터 전송 GET /update?key=[THINGSPEAK_KEY]&field1=0

아래 라이브러리가 동작함

https://www.youtube.com/watch?v=nMQL3JIWF8o

유투브 댓글에 라이브러리 링크 있음

댓글에 링크 : http://www.thaieasyelec.com/downloads/EWLM107/TEE_ESP_WIFI.7z

ESP8266 AT Command

https://room-15.github.io/blog/2015/03/26/esp8266-at-command-reference/

ESP-11

http://www.esp8266.com/viewtopic.php?f=5&t=585

보드 뒷면에 CH_PD 를 VDD로 pull 연결함