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ESP8266/ESP32 센서(Sensors)와 제어모듈 - MicroPython

• 센서에 입력되는 신호가 임계값을 넘으면 Low/High를 출력하는 센서 모듈
• Low/High를 출력하는 센서 모듈 예
• PIR(인체 감지) 센서모듈(HC-SR501)
• Sound 센서모듈(SZH-EK033)
• 홀 센서(Hall Sensor) WSH131
• Low/High를 출력하는 센서 모듈을 제어하는 구성도
• Low/High를 출력하는 센서 모듈을 제어하는 프로그램 예
• Analog 전압을 출력하는 센서 모듈
• ADC(Analog to Digital Conversion) object(class ADC)
• Analog 전압을 출력하는 센서 모듈 예
• 물 수위 센서(Water Level Sensor)
• 포토 센서(GL5516)
• 온도 센서(LM35DZ)
• Analog voltage를 출력하는 센서 모듈을 사용하는 구성도
• Analog voltage를 출력하는 센서 모듈을 사용하는 프로그램 예
• 펄스폭(Pulse width) 출력 모듈
• 초음파 거리 센서(HC-SR04)
• 초음파 거리 센서(HC-SR04) 모듈을 제어하는 프로그램 예
• Single-Wire 통신을 사용하는 센서
• 온도/습도 센서(DHT11/DHT22) 모듈
• 온도/습도 센서(DHT11/DHT22) 모듈을 제어하는 프로그램 예
• I2C 통신을 사용하는 모듈
• 디지털 출력 온도 센서(DS1621)
• 디지털 출력 온도 센서(DS1621)를 제어하는 프로그램 예
• ESP8266/ESP32 센서와 제어모듈 관련 페이지 보기
• ESP8266/32 Module의 이해와 개발 환경
• MicroPython의 이해와 개발 환경
• ESP32 I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신

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센서에 입력되는 신호가 임계값을 넘으면 Low/High를 출력하는 센서 모듈

• Low/High를 출력하는 센서 모듈 예

아래 사진은 자주 자용하는 Low/High를 출력하는 센서 모듈의 예 이다. 아래 예 센서는 입력 신호가 미리 정해진 임계치를 넘으면 Low 상태에서 High 상태(or High 상태에서 Low 상태)로 천이(Rising edge or Falling edge)하기 때문에 External Interrupt 처리 방식으로 제어 할 수 있다.

PIR 센서모듈(HC-SR501)

Sound 센서모듈(SZH-EK033)

홀 센서(WSH131)



• Low/High를 출력하는 센서 모듈을 사용하는 구성도

• Low/High를 출력하는 센서 모듈을 제어하는 프로그램 예

윗 예의 센서 모듈은 모두 입력 신호가 임계치를 넘기면 Low 상태에서 High 상태로 천이하기 때문에 모두 아래와 같은 External interrupt 방식의 프로그램으로 구현 할 수 있다.

• Low/High를 출력하는 센서 모듈을 제어하는 프로그램 예: sensor_event_handler.py
# 외부 Event(센서에 의하여 발생)에 반응하는 장치(센서)를 제어하는 프로그램. # GPIO14를 Event(Interrupt) input pin으로 사용한다. # GPIO2를 Event 발생 상태를 표시하는 LED로 시용한다. from machine import Pin, Timer # Event 지속시간을 설정하기 위한 Timer timer = Timer(0) # LED pin led = Pin(2, Pin.OUT) # Event input pin eventPin = Pin(14, Pin.IN) # Event 처리 함수 def interruptEvent(pin): # 이 곳에 Event 가 발생한 경우 처리하여야 하는 프로그램을 작성한다. led.value(1) print('Event caused by:', pin) # 4000ms 후에 Timer interrupt(One_shot)이 발생한다. timer.init(mode=Timer.ONE_SHOT, period=4000, callback=timeDelay) # Event 발생 후 일정한 후에 실행(Event 종료)되는 함수 def timeDelay(pin): # 이 곳에 Event 종료 후 처리하여야 하는 프로그램을 작성한다. led.value(0) print('Event removed.') # Event의 rising edge(or falling edge)에서 Interrupt가 발생하도록 설정한다. eventPin.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=interruptEvent)
• 실험을 위한 준비
• ESP32 개발보드와 센서 모듈 연결
• ESP32 개발보드 Event input pin(GPIO14) <-> 센서의 Output pin
• ESP32 개발보드 VDD <-> 센서 Vdd pin

주: 센서에 따라 전원 전압은 5V 또는 3.3V 일 수 있으니 확인 바람.

• ESP32 개발보드 GND <-> 센서 GND
• 실험 방법
• 위 "sensor_event_handler.py" 프로그램 파일을 Download하여 저장한다.
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 python_wev_server_STA_led_basic.py 파일을 Open 한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 "sensor_event_handler.py"를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 로그램이 실행되면 센서에 임계치 이상의 신호를 인가 한다. 센서에 임계치 이상의 신호를 인가되면 LED가 지정된 시간(2Sec) 동안 Turn on 된다.
• 센서에 임계치 이상의 신호를 인가하는 방법 예
• PIR(인체 감지) 센서모듈(HC-SR501): 센서 앞에 손(인체)을 가까이 접근 시킨다.
• Sound 센서모듈(SZH-EK033): 센서에 큰 소음이나 진동(입으로 후하고 마이크에 진동)을 가한다.
• 홀 센서(Hall Sensor) WSH131: 먼저 홀 센서 회로를 구성하고 홀 센서 앞에 자성체(자석)를 접근 시킨다.

참고자료: 홀 센서 회로 예

Analog 전압을 출력하는 센서 모듈

• ADC(Analog to Digital Conversion) object(class ADC)

ESP32의 ADC 기능은 핀 32-39에서 사용할 수 있다. 기본 구성인 경우 ADC 핀의 입력 전압은 0.0v와 1.0v 사이(1.0v 이상이면 4095로 읽음)이어야 한다. 사용 가능한 전압 범위를 늘리려면 감쇠(Attenuation)를 적용하여야 한다.

주: ESP8266은 별도의 ADC0 입력 핀을 갖고 있다. ADC0 만 사용가능 함

• ADC object 생성자(Constructors): classmachine.ADC(id)
• id: Pin 객체. Pin 번호는 32-39 까지 사용할 수 있다.
• Method
• ADC.atten(attenuation): DC 입력의 감쇠량을 설정한다. 이는 정확도를 희생하면서 가능한 더 넓은 입력 전압 범위(동일한 비트 수가 더 넓은 범위를 나타냄)를 허용한다. 가능한 감쇠 옵션은 다음과 같다.
• ADC.ATTN_0DB: 0dB 감쇠. 최대 입력 전압 1.0v(Default configuration)
• ADC.ATTN_2_5DB: 2.5dB 감쇠. 최대 입력 전압 1.34v
• ADC.ATTN_6DB: 6dB 감쇠. 최대 입력 전압 2.0v
• ADC.ATTN_11DB: 11dB 감쇠. 최대 입력 전압 3.6v
• ADC.width(width): ADC 결과 반환되는 비트 수를 설정한다. 가능한 비트 수는 다음과 같습니다.
• ADC.WIDTH_9BIT: 9 bit data
• ADC.WIDTH_10BIT: 10 bit data
• ADC.WIDTH_11BIT: 11 bit data
• ADC.WIDTH_12BIT: 12 bit data(Default configuration)
• ADC class 사용 예

from machine import ADC

adc = ADC(Pin(32))   # create ADC object on ADC pin

adc.atten(ADC.ATTN_11DB)    #voltage range roughly 0.0v - 3.6v

adc.width(ADC.WIDTH_9BIT)  # set 9 bit return values (returned range 0-511)

adc.read()    # read value using the newly configured attenuation and width

• Analog 전압을 출력하는 센서 모듈 예

아래 사진은 자주 자용하는 Analog 전압을 출력하는 센서 모듈의 예 이다. 아래 예 센서는 입력 신호의 크기에 따라 출력 전압이 변동하기 때문에 센서 모듈의 출력 전압을 디지털 값으로 변환하는 A/D 변환기를 사용하여야 한다.

수위 센서(Water Sensor)

포토 센서(GL5516)

온도 센서(LM35DZ)



• Analog voltage를 출력하는 센서 모듈을 사용하는 구성도

• Analog voltage를 출력하는 센서 모듈을 사용하는 프로그램 예

윗 예의 센서 모듈은 모두 Analog voltage 신호를 출력하기 때문에 ADC를 사용하여야 한다.

• ESP32를 사용하여 Analog voltage를 주기적으로 측정하여 출력하는 프로그램 예: sensor_analog_voltage_esp32.py
# ESP32를 사용하여 센서에 의하여 발생하는 전압을 측정하는 프로그램 예 # GPIO36을 Analog 전압 input pin으로 사용한다. from machine import Pin, Timer, ADC # 측정 주기 설정하기 위한 Timer timer = Timer(0) # ADC object를 생성(GPIO36 사용)한다. adc = ADC(Pin(36)) # 입력 신호의 최대값(전압)에 따라 적당한 감쇄(Attenuation ratio)비를 설정한다. adc.atten(ADC.ATTN_11DB) # 측정 결과값의 해상도(Bits 수)를 설정한다. adc.width(ADC.WIDTH_10BIT) # Timer event 처리 함수. 이 예에서는 2초에 한번 측정한다. def readSensorSignal(timer): # 이 곳에 Event 가 발생한 경우 처리하여야 하는 프로그램을 작성한다. # Analog 신호(전압)값을 ADC를 사용하여 디지털 값으로 읽는다. signalValue = adc.read() print('Signal value:', signalValue) # timer.init() Method를 사용하여 측정 주기를 2000mSec(2Sec)로 설정한다. timer.init(period=2000, mode=Timer.PERIODIC, callback=readSensorSignal)

윗 프로그램을 복사하여 File name "sensor_analog_voltage_esp32.py"로 저장 한다.

• ESP8266를 사용하여 Analog voltage를 주기적으로 측정하여 출력하는 프로그램 예: sensor_analog_voltage_esp8266.py
# ESP8266를 사용하여 센서에 의하여 발생하는 전압을 측정하는 프로그램 예 # ADC0을 Analog 전압 input pin으로 사용한다. from machine import Pin, Timer, ADC # 측정 주기 설정하기 위한 Timer timer = Timer(0) # ADC object를 생성(ADC0 사용)한다. adc = ADC(0) # Timer event 처리 함수. 이 예에서는 2초에 한번 측정한다. def readSensorSignal(timer): # 이 곳에 Event 가 발생한 경우 처리하여야 하는 프로그램을 작성한다. # Analog 신호(전압)값을 ADC를 사용하여 디지털 값으로 읽는다. signalValue = adc.read() print('Signal value:', signalValue) # timer.init() Method를 사용하여 측정 주기를 2000mSec(2Sec)로 설정한다. timer.init(period=2000, mode=Timer.PERIODIC, callback=readSensorSignal)

윗 프로그램을 복사하여 File name "sensor_analog_voltage_esp8266.py"로 저장 한다.

• 실험을 위한 준비
• 개발보드와 센서 모듈 연결
• 신호선: ESP32인 경우 개발보드 ADC input pin(GPIO36) <-> 센서의 Output pin
• ESP32인 경우: 개발보드 ADC input pin(GPIO36) <-> 센서의 Output pin
• ESP8266인 경우: 개발보드 ADC input pin(ADC0) <-> 센서의 Output pin

포토 센서(GL5516)를 사용하는 경우: 전원(Vdd) <-> 10K 저항 <-> GL5516 <-> GND를 연결한다. 여기서 10K 저항과 GL5516를 연결한 점이 신호 출력(센서의 Output pin에 해당)이다.

• 전원: 개발보드 VDD(3.3V) <-> 센서 Vdd pin.
• GND: 개발보드 GND <-> 센서 GND
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 프로그램 파일(sensor_analog_voltage_esp32.py or sensor_analog_voltage_esp8266.py)을 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램이 실행되면 센서 출력 전압을 디지털 값으로 변환한 결과가 출력된다.

펄스폭(Pulse width) 출력 모듈

• 초음파 거리 센서(HC-SR04)

초음파 거리 센서(HC-SR04) 모듈을 사용하는 구성도 예


• 초음파 거리 센서(HC-SR04) 모듈을 제어하는 프로그램 예

초음파 거리 센서(HC-SR04) 모듈은 초음파를 반사하는 물체까지의 거리에 비례한 Pulse 폭을 출력한다.

• 초음파 거리 센서(HC-SR04) 모듈을 제어하는 프로그램 예:
# ESP32를 사용하여 센서에 의하여 발생하는 Pulse width을 측정하는 프로그램 예 # 초음파 거리 센서 HC-SR04를 사용하여 실험 하였다. # GPIO4을 Pulse width input pin으로 사용한다. # GPIO5을 Triger output pin으로 사용한다. from machine import Pin, Timer, time_pulse_us from time import sleep_us # 측정 주기 설정하기 위한 Timer timer = Timer(0) # HC-SR04 Echo pulse(Pulse width) 입력 Pin pulseWidthIn = Pin(4, Pin.IN) # HC-SR04 Trigger pulse output pin trig = Pin(5, Pin.OUT) # Trigger pulse를 0로 초기화 trig.value(0) # Echo pulse width(uSec) 값을 저장하는 변수 pulseWidthUsec = 0 # Timer event 처리 함수. 이 예에서는 2초에 한번 측정한다. def readPulseWidth(timer): # 이 곳에 Event 가 발생한 경우 처리하여야 하는 프로그램을 작성한다. # Triger 신호를 출력한다. global pulseWidthUsec trig.value(1) sleep_us(10) trig.value(0) # Echo pulse의 pulse width(High 상태)을 측정한다. pulseWidthUsec = time_pulse_us(pulseWidthIn, 1, 30000) # Echo 응답이 없는 경우 Error 메세지 출력 if pulseWidthUsec == -1 or pulseWidthUsec == -2: print('Object not found: ', pulseWidthUsec) else: # Echo pulse 값(uSec)을 거리(cm)로 환산한다. distance = pulseWidthUsec * 17 /1000 print('Pulse width uSec: ', pulseWidthUsec, 'Distance: ', distance) # timer.init() Method를 사용하여 측정 주기를 2000mSec(2Sec)로 설정한다. timer.init(period=2000, mode=Timer.PERIODIC, callback=readPulseWidth)
• 윗 프로그램을 File name "sensor_pulse_width_HC_SR04.py"로 저장 한다.
• 실험을 위한 준비
• ESP32 개발보드와 센서 모듈 연결
• ESP32 개발보드 Pulse input pin(GPIO4) <-> 센서의 echo pin
• ESP32 개발보드 Trigger output pin(GPIO5) <-> 센서의 Trig pin
• ESP32 개발보드 VDD(3.3V) <-> 센서 Vdd pin(센서에 따라 5V 전원을 사용하는 것도 있음)
• ESP32 개발보드 GND <-> 센서 GND
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 프로그램 파일 "sensor_pulse_width_HC_SR04.py"를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램이 실행되면 2초 간격으로 초음파 거리 센서와 물체와의 거리가 출력된다. 센서 앞 물체의 거리를 변동시키며 출력 값과 비교한다.

Single-Wire 통신을 사용하는 센서

• 온도/습도 센서(DHT11/DHT22) 모듈

DHT11/DHT22 센서 모듈을 사용하는 구성도 예


• 온도/습도 센서(DHT11/DHT22) 모듈을 제어하는 프로그램 예

온도/습도 센서(DHT11/DHT22) 모듈은 측정한 온도/습도 값을 디지털 데이터로 변환하여 Single-Wire 통신 프로토콜로 출력한다.

• 온도/습도 센서(DHT11/DHT22) 모듈을 제어하는 프로그램 예:
# 온/습도 센서(DHT11)를 사용(Single wire 통신)하여 온도와 습도를 측정하는 프로그램 예 # MicroPython의 dht sensor Library를 사용한다. # GPIO14을 Single wire 통신에 사용한다. from machine import Pin, Timer import dht # GPIO14를 Single wire 통신에 사용한다. sensor = dht.DHT11(Pin(14)) # 측정 주기 설정하기 위한 Timer timer = Timer(0) # Timer event 처리 함수. 이 예에서는 2초에 한번 측정한다. def readPulseWidth(timer): # 이 곳에 Event 가 발생한 경우 처리하여야 하는 프로그램을 작성한다. try: # 센서에서 측정한 값을 Single wire 통신을 이용하여 읽어는다. sensor.measure() # 온도를 temp에 저장한다. temp = sensor.temperature() # 습도를 temp에 저장한다. hum = sensor.humidity() print('Temperature: %3.1f C' %temp) print('Humidity: %3.1f %%' %hum) except OSError as e: print('Failed to read sensor.') # timer.init() Method를 사용하여 측정 주기를 2000mSec(2Sec)로 설정한다. timer.init(period=2000, mode=Timer.PERIODIC, callback=readPulseWidth)
• 윗 프로그램을 File name "sensor_single_wire_comm_DHT11.py"로 저장 한다.
• 실험을 위한 준비
• ESP32 개발보드와 센서 모듈 연결
• ESP32 개발보드 Data input pin(GPIO14) <-> 센서의 data pin
• Data input line Pull up 저항(1K - 10K): DHT11/DHT22 모듈에 Pull up 저항이 내장된 경우 생략하여도됨.
• ESP32 개발보드 VDD(3.3V) <-> 센서 Vcc pin
• ESP32 개발보드 GND <-> 센서 GND
• 실험 방법
• Thonny IDE를 실행하고 Thonny IDE의 사용 환경(Thonny 실행에 사용할 장치와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
• Thonny IDE의 Python shell 창에 prompt( >>> )가 출력되었는 확인한다.
• Thonny IDE의 "파일 -> 열기"를 실행하여 프로그램 파일 "sensor_single_wire_comm_DHT11.py"를 Open 한다.
• 실험
• "실행 -> 현재 스크립트 실행"을 실행하거나 Toolbar의 "실행" Icon을 클릭하면 스크립트가 개발보드에 전송되고 프로그램이 실행된다.
• 프로그램이 실행되면 2초 간격으로 측정된 온도와 습도 값이 출력된다. 센서에 손가락을 대고 있으면 습도가 변동한다. 유사한 방법으로 온도를 변동 시키며 측정 결과와 비교한다.

I2C 통신을 사용하는 모듈

• 디지털 출력 온도 센서(DS1621)

I2C 통신을 이용한 측정 과 제어 시스템 구성도



주: I2C Pull-Up 저항은 ESP 모듈에 내장되어 있기 때문에 이 구성도에는 생략되었음.

• 디지털 출력 온도 센서(DS1621)를 제어하는 프로그램 예

디지털 출력 온도 센서(DS1621)를 사용하는 시스템 구성과 프로그램 예는 "ESP32 I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신"에서 설명하였으니 참고하기 바람.



• ESP8266/ESP32 센서와 제어모듈 관련 페이지 보기
• ESP8266/32 Module의 이해와 개발 환경
• MicroPython의 이해와 개발 환경
• ESP32 I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신