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아두이노 피지컬컴퓨팅 교구로 활용할 수 있는 실 생할용품 메이킹 프로젝트(워터맨IOT) 여섯번째.

1) STA(Station)모드 : ESP8266이 스마트폰이나 일반기기 처럼 WIFI Client로 작동하는 모드이다. 따라서 다른 WIFI공유기를 통하여 인터넷 접속을 할 수 있는 상태이다. 본 프로젝트에서는 기본적으로 이 STA모드로 인터넷 클라우드 서비스에 접속하고 통신한다.

2) AP(Acess Point) 모드 : ESP8266 자신이 AP 즉, 공유기 역할을 하는 모드이다. 따라서 스마트폰 등 다른 기기에서 ESP8266을 공유기로 인식하여 접속할 수 있고 서로 통신할 수 있다. 하지만 ESP8266 자체는 인터넷에 연경되어 있지 않기 떄문에 이를 통해 외부 인터넷에 접속할 수는 없는 상태이다. 외부기기에서 ESP8266에 접속하여 설정값을 지정해 주는 설정기능 등을 구현할 때 사용한다.

STA(Station) 모드 테스트

#include <ESP8266WiFi.h> WiFiClient client; char ssid[30] = "pnit"; char password [30] = "cointoppnit"; const char* test_server = "www.naver.com"; void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("==waterman IOT START=="); WiFi.mode(WIFI_STA); WiFi.disconnect(); Serial.println("Try connectting AP "); WiFi.begin(ssid, password); for ( int i= 0; i < 10; i++ ) { Serial.print("."); if ( WiFi.status() == WL_CONNECTED ) { break; } delay(1000); } if ( WiFi.status() != WL_CONNECTED ) { Serial.println("connectting AP-- FAIL "); return; } Serial.println("connectting AP-- SUCCESS "); if (client.connect(test_server, 80)) { Serial.println("Test Server connected "); client.print("GET "); client.print("HTTP/1.1\r\n"); client.print("Host: " + String(test_server) + "\r\n"); client.print("Connection: close\r\n\r\n"); delay(500); String line= client.readString(); Serial.println(line); client.stop(); } else { Serial.println("Test Server connect FAIL"); } } void loop() { }

3~4 line: 인터넷에 연결하기 위해 접속하고자 하는 공유기의 명칭과 password를 지정
5     line: 인터넷으로 접속하고자 하는 서버 주소
9     line: WIFI모드를 STA 모드로 지정
10    line: WIFI 초기화
12    line: AP(공유기)에 접속하기
13~19 line: AP접속상태가 정상이 될때 까지 재시도 ( 10회 재시도)
20~24 line: AP접속 성공여부 확인
25 line: 인터넷상의 서버 접속하기 (서버URL, 포트번호 80:웹서비스 )
27~30 line: 접속된 서버에 http 데이터 전송 (웹브라우저에서 서버로 전송하는 데이터 형식)
32~33 line: 서버에서 응답되는 데이터를 받아 시리얼 모니터로 표시해 보면 다음과 같음

HTTP/1.1 302 Moved Temporarily
Server: NWS
Date: Sun, 16 Sep 2018 06:06:53 GMT
Content-Type: text/html
Connection: close
Location: https://www.naver.com/err/notfound.html
Vary: Accept-Encoding,User-Agent

<html>
<head><title>302 Found</title></head>
<body bgcolor="white">
<center><h1>302 Found</h1></center>
<hr><center> NWS </center>
</body>
</html>

위와 같이 html형식 데이터가 포함된 응답이 되돌아 오는데 웹브라우저에서는 이를 보기좋게 화면에 표시하는 것임.

AP(Access Point)모드 테스트

#include <ESP8266WiFi.h> #include <ESP8266WebServer.h> ESP8266WebServer server(80); const char *ap_ssid = "WatermanIOT_1"; const char *ap_pass = ""; void procAProot() { String strHtml = "<!DOCTYPE html><head><meta name='viewport' content='width=device-width,initial-scale=1.0' /></head>"; strHtml = strHtml+ "<form action='/setting' method='POST'><table width=100%><tr><td align=center><h3> Setting Waterman IOT</h3><br></td></tr>"; strHtml = strHtml+ "<tr><td>ID: <input type=text name='ID' /><br></td></tr>"; strHtml = strHtml+ "<tr><td>Password: <input type=text name='PW' /><br></td></tr><tr><td align=center> <input type=submit value='confirm' /></td></tr></table></form>"; server.send(200,"Text/html",strHtml); } void procAPsetting() { server.send(200,"Text/html","<br><h1>Registered OK!<h1>"); String inputID = server.arg("ID"); String inputPW = server.arg("PW"); Serial.print("procAPsetting ID="); Serial.print(inputID .c_str()); Serial.print("=,PW="); Serial.print(inputPW.c_str()); Serial.println("===="); } void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("==waterman IOT START=="); WiFi.mode(WIFI_AP); Serial.println("strart AP MODE "); WiFi.softAP(ap_ssid,ap_pass ); IPAddress myIP = WiFi.softAPIP(); Serial.print("AP mode ip="); Serial.println(myIP); server.on("/",procAProot); server.on("/setting",procAPsetting); server.begin(); Serial.println("AP mode Server start"); } void loop() { server.handleClient(); delay(500); }

7~13 line: 웹서버의 역할을 정의하는 모듈. 데이터를 입력하기 위한 화면을 출력한다.
8~11 line: 출력될 화면을 HTML형식으로 작성해서 strHTML에 저장
12 line: 웹서버로서 데이터를 전송한다 ( 코드, 형식,전송할 데이터 )
15~24 line: 웹서버의 역할을 정의하는 모듈. 입력된 데이터를 처리한다.
16 line: 웹서버에서 데이터를 잘 전송받았다는 메시지를 응답한다.
17 line: 입력데이터 중에서 name이 ID인 항목의 데이터를 받아 inputID라는 이름으로 저장
18 line: 입력데이터 중에서 name이 PW인 항목의 데이터를 받아 inputPW라는 이름으로 저장
19~23 line: String을 변환하여 시리얼 모니터에 출력
28 line: WIFI mode를 AP모드로 지정
30 line: 기동될 AP의 SSID(명칭)과 password를 지정. 스마트폰으로 WIFI검색해 보면 이 SSID 명칭이 접속대상 공유기LIST에 표시된다. 따라서 주변의 다른 AP들의 명칭과 중복되지 않는 고유한 이름으로 지정해 주어야 한다.
31 line: AP 자신의 IP Address를 읽어낸다. ESP8266의 경우 192.168.4.1 이라는 주소가 기본적으로 할당되므로 스마트폰에서 AP에 접속한 후 웹브라우저로 http://192.168.4.1 로 접속하면 본 AP에 웹서버기능으로 접속할 수 있게 된다.
34 Line: 웹서버로서의 기능을 정의한다. 아무 지정없이 접속하면 procAProot라는 함수를 호출하여 수행하라는 의미이다.( 7~13 line 기능)
35 Line: 웹서버로서의 기능을 정의한다. /setting으로 접속하면 procAPsetting이라는 함수를 호출하여 수행하라는 의미이다.( 15~24 line 기능)
36 line: 웹서버 기능 Start
41 line: 접속된 Client 단말로부터 입력된 데이터를 처리한다.

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아두이노 피지컬컴퓨팅 교구로 활용할 수 있는 실 생할용품 메이킹 프로젝트(워터맨IOT) 다섯번째.

온습도 센서

1) 필요라이브러리 : DHT 라이브러리
   - IDE 스케치 메뉴 -> 라이브러리 포함하기 -> 라이브러리관리하기 화면에서"DHT" 를검색하여 설치
   - ”Adafruit_Sensor.h: No such file or directory” 에러가 발생하면 다음 사이트에서 zip파일을 다운로드 받아 [스케치] -> [라이브러리포함하기]->[.zip라이브러리추가]메뉴에서 설치
       https://github.com/adafruit/Adafruit_Sensor

2) DHT.h 해더파일 include

3) 센서가 연결된 핀번호( Digital 6번핀) 와 센서타입을 지정

4) 센서 초기화

5) 센서값이 필요할 때 eadTemperature() 함수로 온도를, readHumidity() 함수로 습도값을 integer로 읽어 낼 수 있다.

조도 센서

1) 필요라이브러리 : BH1750
- https://github.com/claws/BH1750 사이트에서 zip파일을 다운로드 받아 [스케치] -> [라이브러리포함하기]->[.zip라이브러리추가]메뉴에서 설치

2) BH1750.h 해더파일 include

3) 본 센서는 I2C방식으로 데이터를 전송하므로 별도로 핀번호를 지정할 필요는 없다.( D1 Mini에는 D1,D2핀이 이미 할당 되어 있음 )

4) 센서 초기화

5) 센서값이 필요할 때 readLightLevel()함수로 조도값을 읽는다. BH1750조도센서에서는 조도값을 LUX단위로 변환해서 보내주기 때문에 별도 변환작업 없이 LUX값으로 사용할 수 있다.

토양수분센서

1) 필요라이브러리 : 없음
- 토양수분센서는 두 전극사이의 저항값을 측정하는 방식이므로 별도 라이브러리 불필요

2) 전극사이의 저항값을 측정하기 위해서는 전압을 가해 주어야 하는데, 이 전압을 항상 가해 전류가 계속 흐르면 구리로된 전극이 부식될 수 있고 불필요하게 전력이 낭비된다. 따라서 토양수분을 측정할 때에만 D5 핀에 전압을 가해준다. (line10)

3) A0 핀을 통해 저항값을 측정하는데 이 값은 0 ~ 1023 사이의 값이다.

4) 이 0~1023 사이의 저항값을 100에서 0의 수분량값으로 mapping한다.

센서통합테스트

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>
BH1750 lightMeter;
#include "DHT.h"
#define DHTTYPE DHT11  
int pinPower = D5; 
int pinRelay = D7; 
#define DHTPIN D6
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
uint16_t lux;
int temp;
int humid;
int moist;
int moistr;
long time_blink = 0;
int  flag_blink =  0;

void procReadSensors(){
    digitalWrite(pinPower, HIGH);
    delay(500);
    for ( int i= 0; i < 30; i++ ) {
      delay(100);
      temp  = dht.readTemperature();
      humid = dht.readHumidity();
      if ( temp < 100 && humid < 101 ) break;
    }
    lux = lightMeter.readLightLevel();
    moistr = analogRead(A0);
    moist = map(moistr,1023,0,0,100) ; 
    digitalWrite(pinPower, LOW);
    Serial.print("temp="); Serial.print(temp);
    Serial.print(",humid="); Serial.print(humid);
    Serial.print(",lux="); Serial.print(lux);
    Serial.print(",moist="); Serial.println(moist);
}
void setup() {
   Wire.begin();
   pinMode(pinPower, OUTPUT);
   digitalWrite(pinPower, LOW);
   pinMode(pinRelay, OUTPUT);
   digitalWrite(pinRelay, LOW);
   pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);  
   lightMeter.begin();
   dht.begin();
   Serial.begin(115200);
   Serial.println("==waterman IOT  START==");
}
void loop() {
  if ( millis() - time_blink  > 1000 * 3 ) {
       procReadSensors();
      if ( flag_blink == 1 ) {
         digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
         digitalWrite(pinRelay, HIGH);
         flag_blink = 0;
      }
      else {
         digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
         digitalWrite(pinRelay, LOW);
         flag_blink = 1; 
      }
      time_blink = millis();
  }
}

18~35 line: 전체 센서값들을 읽는 기능들을 모아 별도 함수로 설정
21~26 line: 온습도 센서값이 비정상으로 읽히는 현상이 있기 때문에 정상적인 값이 읽힐 때까지 반복.
49~62 line: 3초 간격으로 내장LED 를 깜박이고 워터펌프의 전원을 공급하여 가동시킨다.

따라서 본 프로그램으로 워터맨IOT 모듈에 장착된 온습도센서,조도센서,토양수분센서와 워터펌프 전원장치가 제대로 작동되는지 확인할 수 있다.

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아두이노 피지컬컴퓨팅 교구로 활용할 수 있는 실 생할용품 메이킹 프로젝트(워터맨IOT) 네번째

1)조도센서 : 빛의 세기를 측정해서 LUX단위 값을 I2C방식으로 값으로 보내주는데 D1-mini 보드의 SCL신호용 핀은 D1, SDA신호용 핀은 D2 이므로 이에 맞추어 연결한다.

2)토양수분센서 : 필요시 D5핀으로 HIGH신호를 보내 5V전압을 가해주면 전류가 흐르는데 토양의 수분함유 정도에 따라 저항값이 바뀌므로 흐르는 전류량이 바뀌게 된다. 이 전류량을 A0핀을 통해 측정함 으로써 토양의 수분량을 가늠해 볼 수 있다.

3)온습도센서 : 온도와 습도를 측정해서 D6 핀으로 전송한다.

4)셋팅모드 스위치 : 필요시 스위치를 누르면 D3핀이 GND에 연결( LOW신호가 전달)되어 인터럽트가 발생된다.

5)펌프전원 제어회로 :
   -MOSFET : G(Gate)에 전압을 가해주면 D(Drain)과 S(Source) 사이가 연결되어 전류가 흐르는 특성을 가진 반도체. 즉 릴레이와 비슷한 기능으로 사용할 수 있다.
   -따라서 필요시 MOSFET G에 연결된 D7핀에 전압을 가해 주면 MOSFET D->S가 연결되므로 워터펌프에 전류가 흐르게 된다.
   -워터펌프는 일종의 모터로서 ON/OFF시 역전류가 발생될 수 있는데 이 역전류가 보드에 흐르지 않도록 하기 위해 다이오드를 연결하여 역전류룰 by-pass시킨다.

배선작업을 간편하게 하고 접촉불량을 줄이기 위해 본 프로젝트 전용으로 제작된 PCB.

전용 PCB에 위와 같이 부품을 배치하고 납땜하여 회로를 구성한다.

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