아두이노를 배우는 초기에 만들어본 담배연기센서. 담배연기 혹은 휘발성연기가 발생하면 경보를 울리게 된다. 당시, 아파트 담배연기에 대응하기 위해 만들었던 장치이다. 담배연기가 발생하면 빠르게 문을 닫거나 환풍기를 틀거나 할 생각이었다.
배우는 초기라 bulky 하게 만들었는데, 아래와 같이 box안에 넣었다. 그리고 코드를 수정하여 보다 정확하게 결과를 출력할 수 있도록 하였다.
Saturday, December 8, 2018
Upgrade Home CCTV
OV2640과 ESP8266을 사용하여 우리집 거실을 감시하는 나만의 CCTV를 만들었다.
화면은 mqtt 프로토콜을 사용하여 화면을 전송하고 몇가지 설정을 수행하도록 만들었다. 관련 post는 https://helloiot.wordpress.com/2017/09/20/ov2640-esp8266/ 에서 볼 수 있다.
당시에는 커버가 마땅히 없었기 때문에, 남는 CCTV를 분해하고 그 커버를 사용하여 나만의 CCTV를 완성하였다. 1년정도 사용하였는데, 아직 잘 작동하고 있고 지금도 유용하게 사용중이다.
3-Phase Motor Driving Test
하드디스크를 분해할 일이 생겨 모터만 빼내었다. 3상 모터인것을 확인하고, 인터넷에서 모터를 제어하는 회로를 찾아 만들어 보았다. 약 4000 rpm을 넘게 회전하는 것을 확인하였다.
HDD모터 외에 미니카세트에서 뽑아놓은 초박형 모터가 같은 구조이길래 확인차 테스트 해보았다. HDD의 모터에 비해 진동이 심했으며 작아서 그런지 열도 심했다. 아래 열화상화면 참고. (사실 모터의 스펙을 모르고 테스트를 위해 전류를 2A까지 끌어 올렸기 때문이다.)
확실히 HDD의 모터가 밸런스가 잘 잡혀있는지 고 rpm에서 진동을 느끼기 어려웠다.
자료를 찾다 보니 고속 rpm에서는 모터에서 회전시 발생하는 back-EMF(역기전력) 특성을 사용해 회전 위치를 파악하고 모터를 제어할 수 있다는 것을 알았다.
나는 역기전력에 대해 아직 잘 모르기 때문에 저주파에서 고주파로 단계별로 전환 하였으며, 해당 모터에 대한 datasheet가 없기 때문에 (타지 않는 범위에서) 전류를 높혀 강한 자기력으로 모터의 회전이 빠르게 해당 pwm에 동기화 될 수 있도록 하였다. 하지만, 그래도 회전중의 모터를 건드려서 충격을 주면 바로 stall로 빠질 수 있다. (잡고 움직이는 정도로 stall이 발생하지는 않았다.)
필시 hdd의 motor controller는 back-emf를 사용하여 모터를 제어하는 것이리라... 라고 예상해본다. (잘 모릅니다. ^^)
모터의 ground는 멀티미터를 사용하여 한곳을 기준으로 잡고 나머지 3곳에 대해 각기 저항값을 확인해보면 가장 적은 조합을 갖는 쪽으로 ground를 찾을 수 있다. 관련자료는 인터넷에 많으니 따로 소개하지는 않겠다.
Motor driver를 테스트하기 위한 코드는 다음과 같다: 모터 자체에는 encoder가 없었기 때문에 회전속도를 photoelectric sensor를 설치하여 측정해 보았고 이를 위해 작성한 코드는 아래와 같다:
How to use String in VHDL or Verilog.
Whenever you want to use VHDL (or Verilog) code to send text to the UART or LCD, you must write the text in hexadecimal format. I thought it was very annoying. So, I was looking for an answer that could save my patience. However, everything I have found is no different in any way.
I could not bear it. So I tried to convert the text of an ASCII string into a hexadecimal array automatically, like this :
Refer to line #123
I could not bear it. So I tried to convert the text of an ASCII string into a hexadecimal array automatically, like this :
Refer to line #123
Thursday, September 27, 2018
FPGA PLL Test (Lattice, Altera)
얼마전에 FPGA를 공부해볼 요량으로 Lattice iCEstick(iCE40HX1K)을 구매했다. 테스트 첫날 FPGA가 MCU와는 전혀 딴판이라는 것을 알았고 동시에 상당히 흥미가 생겼다.
간단히 내장 LED등 제어해보다가 clock을 multiplication할 수 있다는 것을 알고 인터넷의 간단한 예제를 찾아 실행해 봤으나 허사였다. 나중에 알고보니 예제들이 대부분 simulation을 위한 것이었고(시뮬레이션과 합성의 차이를 모르는 때) after 키워드가 시뮬레이션 용이라는 것을 몰랐다. (내가 본 시뮬레이션 예제들은 참조신호를 복사해 지연시키고 xor하여 논리합으로 구현하는 것이었다. 이것이 간단히 구현되는 바람에 상당히 매력을 느낀상태였다.) 어쩐지 아무리 after를 줘봐도 신호차이가 발생하지 않더라.
나중에 PLL(Phase Locked Loop)을 사용하여 신호 주기를 변경할 수 있고, 이는 칩 업체마다 PLL 모듈을 제공한다는 것을 알았다.
iCE40 family도 PLL을 제공하며, 이중 HX1K는 1개를 제공(TQ144 혹은 CB132 패키지만)한다. 내가 이쪽에 문외한이라 최대한 인터넷에서 간단한 예제를 찾아봤으나 쉽게 찾을 수는 없었는데, 그중 가장 간단한 예제를 결국 찾아 실행되는것을 확인하였고, 이를 'iCE40 sysCLOCK PLL Design and Usage Guide' 문서의 설명대로 파라메타
를 일부 조정하여 아래와 같은 결과(96.15Mhz)를 얻었다. 나와 같은 초보자들에게 참고가 되길 바란다.
아래 테스트한 verilog hdl 코드를 올린다.
이와 유사하게 50Mhz 클럭을 가진 Altera Cyclone IV의 PLL을 이용하여 500Mhz 클럭을 만들어 보았다. 이것은 1GHz 이상의 더 빠른 클럭 생성이 가능하다.
Sunday, June 10, 2018
Arduino Minimization [Part 1] Standalone MCU [Eng]
The development board, the Arduino series, is really an easy-to-access development kit that does not need a foundation in electronics to make real electronic circuitry. It's like programming in BASIC language.
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| Arduino Uno |
However, when using the development board such as Arduino Uno, there are some troubles. One is to purchase Arduino Uno whenever you develop to practice miscellaneous projects. The genuine price of Uno board is about 20,000 won(Korean), and the compatible product is about 5 ~ 6 thousand won, so purchasing several boards for simple experiment is a burden.
I've been testing a lot of trivial things because of curiosity.
That's why I bought many development kits like Uno, Mega, and Due.
In the end, I remember wandering to Ali Express and buying a compatible board as cheaply as possible.
It is a little unfortunate that you try to disassemble what you've already made on the breadboard each time to try something new. It's no different than buying an expensive Lego to destruct to make new one.
Another problem is the size of the development board itself. I try to implement a simple system, but even the simplest uno board is not small enough because it is the size of a palm.
And it's a little annoying that it contains things that seem to be not needed.
Of course, there are smaller versions like Arduino Pro Mini and Arduino Nano that have the same performance to Uno.
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| Arduino Nano |
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| Arduino Pro Mini |
Arduino Pro Mini is the smallest but requires a separate FTDI to upload sketches.
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| FTDI232 |
The Arduino Pro Mini still has some unnecessary elements inside, such as voltage regulators, indicator LEDs, and switches as the case may be.
If only the MCU is available, it can be integrated directly on the development test board, which will be most advantageous for miniaturization. So, can not we just use core chips (MCUs)?
Of course, it is possible, but there are some restrictions to use it. Let's talk about the easy-to-handle DIP type. (If you can handle SMD well, you can use SMD type.)
| ATmega328p DIP type |
ATmega328p (below 328) in the form of DIP can be used on a universal board.
From now on, let's just talk about the more important thing, not just appearance, for using the MCU in an independent form.
First, an external power supply is basically required for the MCU to operate.
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| ATmega328p Pinout |
The 328 has two VINs. The power must be applied within the drive voltage at pin numbers 7, 8 and 21, 22. The 328 may already be operational when the power is turned on. However, an external clock signal must be provided for normal operation. This part corresponds to pin numbers 9 and 10 written in XTAL.
| Crystal |
The 328 can be driven with an external clock with a set of power and crystal + capacitors. However, you can also remove it because the 328 contains its own oscillator already. So why use an external clock? It is because of the difference in precision performance that 328 can not use 16Mhz, which is the default speed in Uno, when using internal clock, and it operates at 8Mhz maximum.
You do not have to use 16Mhz, right? That's right. If you are dealing with sensors for IoT implementation, logic implementation is more important than the clock speed. Of course, even in the case of logic implementation, if the sensor needs the sophisticated timing and resolution, it is good to be unconditionally fast. And the timer is limited to half of 62.5Khz at 16Mhz because it runs at clock speed.
Please read the following article about timer:
But today, our value lies in miniaturization. Let's use the built-in oscillator and proceed to the next story.
With the built-in oscillator, there are no additional components to connect to the 328.
Now let's talk about how to get a program (sketch) upload. This part will be covered in [Part 2].
I think the convenience of the Arduino is probably due to the bootloader in many case. It obscures the complex settings for the MCU and eliminates the need for programming peripherals. Next, let's talk about it.
Coming soon: Using Arduino Minimization [Part 2] Bootloader
Saturday, June 9, 2018
아두이노 최소화로 사용하기 [1부] MCU의 독립
개발보드인 아두이노 시리즈는 정말 실전 전자회로 자작품을 만드는데 전자공학에 기초가 없는 초보자도 접근하기 쉬운 개발키트이다. 프로그램으로 따지자면, BASIC 같은 것이리라.
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| Arduino Uno |
그러나, 아두이노 우노 등 개발보드를 사용하다 보면 몇가지 고민거리가 생긴다. 하나는 잡다한 프로젝트를 연습삼아 개발해볼때 마다 아두이노 우노를 구매하기가 그렇다. 우노 보드의 정품가는 약 2만원대, 호환품은 약 5~6천원대이므로 간단한 여러가지 실험을 위해 여러개를 구매하는것은 좀 아깝고 부담도 된다. 필자는 지금도 그렇지만 초창기 여러가지 궁금한 것들을 테스트 하느라 벌려 놓은것이 많았고 그러한 이유로 Uno, Mega, Due 등 여러가지를 구매하여 사용하게 되었다. 이후로는 최대한 싸구려 호환보드를 구매하기 위해 알리익스프레스를 뒤적거리던 기억도 난다.
혹은, 매번 기존에 빵판에 만들어 놓은것을 해체하여 새로운 것을 시도하는것도 좀 무언가 아깝기도 하다. 기껏 시제품(?)을 만들어 놓고 해체하면 비싼 레고 구매해서 잘 만들어 놓고 다른 것 해보겠다고 뽀개는 것과 비슷하지 않은가.
또 하나의 문제점은 개발보드의 크기 자체에 있다. 간단한 시스템을 구현해 보려는데 가장 단순한 우노 보드만 봐도 손바닥 만한것이 소형화에 문제가 있고, 핵심 부품인 MCU(ATmega328p) 외에 나머지 별로 필요해 보이지 않는 것들까지 포함되는게 좀 거슬리기도 한다. 물론, 이런 경우를 위해 Arduino Pro Mini와 Arduino Nano와 같은 우노와 같은 성능의 소형 버전이 존재한다.
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| Arduino Nano |
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| Arduino Pro Mini |
Arduino Pro Mini의 경우 가장 소형이지만 스케치를 업로드 하기 위해서는 별도의 FTDI가 필요하다.
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| FTDI232 |
Arduino Pro Mini를 봐도 내부에 전압 레귤레이터, 인디케이터 LED, 스위치 등 사실 경우에 따라 불필요한 소자들이 여전히 존재한다. MCU만 사용할 수 있으면 개발 테스트 보드에 직접 통합이 가능하므로 소형화에 가장 유리할 것이다. 그렇다면, 그냥 핵심 칩(MCU)만 사용할 수는 없을까?
물론 가능하다, 다만 그렇게 사용하기에는 몇가지 제약이 따른다. 여기서는 다루기 쉬운 DIP 타입을 기준으로 이야기 해보자. (SMD를 잘 다룰 수 있다면 SMD 타입을 사용할 수도 있겠다.)
| ATmega328p DIP type |
우선 DIP 형태의 ATmega328p(이하 328)는 만능기판에 사용할 수 있으니 논하기가 적합한것 같다. 그럼, 외형적인 이야기는 이만하고, MCU를 독립적인 형태로 사용하기 위한 보다 중요한 문제를 이야기 해보도록 하자.
우선 MCU가 동작하기 위해서는 기본적으로 외부 전원이 필요하다.
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| ATmega328p Pinout |
328의 전원은 두곳이다. 핀번호 7, 8번과 22, 21번에서 328의 구동전압으로 전원을 인가한다. 전원을 넣는것 만으로도 328은 이미 동작을 시작할 수도 있다. 다만, 동작이 가능하려면 외부에서 클럭 신호가 주어져야 한다. 그 부분은 XTAL이라고 적혀있는 핀번호 9, 10번에 해당한다.
| Crystal |
전원과 crystal + capacitor 세트로 이루어진 외부 클럭이면 328은 자체적으로 구동될 수 있다. 하지만, 이마저도 제거할 수 있는데, 그것은 328은 자체 발진기를 내부에 포함하고 있기 때문이다. 그런데 왜 외부 클럭을 구지 사용할까? 그것은 성능(정교함)의 차이 때문이라고 할 수 있을 것 같은데, 내부 클럭을 사용 시에는 328이 우노에서 기본 설정속도인 16Mhz를 사용할 수 없고 최대 8Mhz로 동작하기 때문이다.
16Mhz를 사용하지 않으면 되잖아? 맞는 말이다. 보통 IoT 구현을 위한 센서류를 다루다 보면, MCU의 역할이 연산의 속도 보다는 로직 구현이 더 중요하기 때문에, 빠르면 좋겠지만 8Mhz의 속도가 충분한 경우가 많다. 물론 로직의 구현이라고 하더라도, 센서와의 연동 과정에서 클럭의 정교함이 필요한 경우에는 무조건 빠른게 좋다. 왜냐면 타이머는 클럭에 맞추어 돌아가기 때문이다.
타이머 분주에 관련하여 다음 글을 읽어보기를 바란다:
하지만 오늘 우리의 가치는 소형화에 있다. 내장 발진기를 사용하는것으로 하고 다음 이야기를 진행해보도록 하자.
내장 발진기를 사용하게 되면 더 이상 328에 추가적으로 연계할 부품은 없다.
이제 이 상태에서 어떻게 프로그램(스케치)을 올리게 되는지 이야기를 해보자. 이 부분은 [2부] 에서 다루도록 하겠다.
아두이노의 편리함은 MCU에 대한 복잡한 설정부분을 감추고 프로그래밍에 필요한 주변장치를 필요없게 해주는 부트로더 덕분이 아닐까 한다. 다음에 바로 그 이야기를 해보도록 하자.
예고: 아두이노 최소화로 사용하기 [2부] 부트로더
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