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【 Leonardo #3】 Visualize Temperature& Brightness Data on your PC with Leonardo

 Using the Arduino Leonardo board, you can store data from a temperature sensor and a light sensor (CDS) in real time on a PC. This data can be visualized through the Processing IDE.
Let's have fun!   

▶ Pre-learning :
      1. 【 Leonardo #1】 Let's collect Temperature & Brightness data to PC! ☜ (Click)

▶ The Goal  : 

1. Screen size (width x height pixels): 500 x 500)You can connect and operate the temperature sensor (Tmp36) and the light sensor (cds) circuit on the Leonardo board.

2. Background color and lines: background (180), stroke (0), strokeWeight (5), fill (255, 20)You can send data from the temperature sensor and the light sensor to the notepad.

3. Circle drawing uses ellipse (x, y, diam, diam) functionTransmitted data can be visualized with processing IDE coding.

▶ 실습 목표 :  
 1. [ 레오나르도 보드에 온도센서(Tmp36)와 광센서(cds) 회로를 연결하고 동작시킬 수 있다.] 
 2. [ 온도센서와 광센서로 부터의 데이터 값을 PC메모장을 통해 전송 시킬 수 있다.]
 3. [ 전송된 데이터를 엑셀 등을 이용해서 활용해 볼 수 있다 ] 

 4. [ 전송된 데이터를 프로세싱 IDE 코딩을 통해 보기 좋게 비주얼화 시킬 수 있다. ] 

▶ Connection diagram :
  ( Click image to enlarge )

▶ 실행 결과 이미지 :

▶ 【Arduino Coding】  : 
/* Leonardo board Transfer temperature & brightness data to PC with Leonardo board */

#include <Keyboard.h>   
const int TEMP = 0;    // A0 port
const int CDS = 1;    // A1 port  
const int LED = 12; 
const int BUTTON = 11; 
boolean lastBtn = LOW; 
boolean currentBtn = LOW; 
boolean running = false; 
int counter = 1;

void setup ( ) {  
  pinMode(LED, OUTPUT);
  Keyboard.begin();
  Serial.begin();
}

void loop ( )  {
  currentBtn = debounce (lastBtn); 
  if (lastBtn == LOW && currentBtn == HIGH) //Click the button
  { 
     running = !running;   // Change state values backwards 
   } 
  lastBtn = currentBtn; // Update button state values
  if (running) // Writing data 
  { 
     digitalWrite(LED, HIGH); 
     // The millis () function returns the data in ms.
     // So this function is used when the delay () function is not available
   if (millis()%1000 == 0) // Execute if statement every second
   { 
      int temperature = analogRead(TEMP); 
      int  brightness = analogRead(CDS);
      float mVoltage = temperature*5000.0/1024.0; //Converted to Celsius temperature 
      float TempDotC = (mVoltage - 500) / 10.0;   //Converted to Celsius temperature
      Keyboard.print(counter);  // Data numbering before each line 
      Keyboard.print(",");
      Keyboard.print(TempDotC);  // Temperature data
      Keyboard.print(",");
      Keyboard.print(brightness);   // Brightness data
      Keyboard.print("\n");
      counter++;
    }     
  } 
  else 
  { 
    digitalWrite(LED, LOW); 
  } 
}

// Generate subfunctions to prevent button bouncing
boolean debounce (boolean last) 
{ 
  boolean current = digitalRead (BUTTON); 
  if(last != current) 
  { 
    delay(5); 
    current = digitalRead(BUTTON); 
  } 
  return current;     
}

▶ Arduino Code download : 
( The code is zip compressed.)

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▶ 【Processing Coding】  : 
/* Visualizing Temperature & Brightness Data on a PC */

PImage imgCDS;
PImage imgTemp;
PFont font;
import processing.serial.*;
Serial port;
String temp ="";
String br ="";
String data="";
int index=0;

void setup () {
  size(800, 600);
  background(255);
  port =new Serial(this, "COM21", 9600);
  port.bufferUntil('.');
  font=loadFont("Arial-Black-50.vlw"); 
  textFont(font, 200);  
}
void draw() {
  background(255,255,255);
  imgTemp = loadImage("Temp1.png");
  imgCDS = loadImage("cds1.png");
  image(imgTemp, 0, 0);
  image(imgCDS, 450, 10, 250,250);    

  fill(150, 150, 10);
//  textSize(80);
  text(temp, 70, 500);
  fill(50, 0, 200);
  text(br, 450, 500);
}
void serialEvent(Serial port) {
  data=port.readStringUntil('.');
  data=data.substring(0, data.length()-1);
  index=data.indexOf(",");
  temp=data.substring(0, index);
  br=data.substring(index+1,data.length());
}

▶ Download Processing code :
( The code is zip compressed.)

▶ Making Processing Font
(In order to use the window font on the processing output screen, it is necessary to convert the bitmap font into a usable bitmap font in the following process)

[Tools menu  》 "Create font"  》 Select font (size)  》 "Click OK"  》 Copy file name  》 "Paste into processing code]

▶ Video lecture :  
(Look in full screen view)

(youTube)

https://youtu.be/1E1DgOqXY2o

▶ Troubleshooting :  
【 If you get the following error when running a sketch in the Arduino IDE: 】

If the above error appears, you need to confirm that you have selected the board as a Leonardo board from the board menu under Tools menu in the Arduino sketch. If the board selection is not selected by Leonardo, it will not be able to run even if it is compiled, and this will cause a 'Keyboard' error.

 【 아두이노 센서#5】 TMP36 온도센서 #3 with LCD 

 지난 시간 TMP36 온도센서를 가지고 온도값을 시리얼 모니터로 확인하는 실습을 진행하였다. (바로가기 ☞ TMP36 온도센서 시리얼모니터 편)

이번 시간에는 지난시간에 이어서 센싱되는 온도값을 LCD 디스플레이 화면으로 출력해보는 실습을 진행 하려고 한다. 

▶ 실험에 사용되는 온도센서 자료 ( TMP36 ) 

아래는 온도 값과 출력전압과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

예를 들어 TMP36센서는 주변 온도가 50도씨 일때 출력단자로 1.0V의 전압값을 출력한다는 뜻이다.

 그래프특성을 살펴보고 자신이 사용하고자 하는 환경에 맞는 센서를 사용하면 되며,  통상적으로 활용 온도 범위가 넓은 TMP36센서를 많이 사용한다. 

[ 실습에 사용될 RGB LED(3색LED) 구조 및 사양 ]

RGB LED 는 그림에서 보듯 3가지 색 LED가 한 몸체에 구성되어 있다고 이해하면 쉽다.

다만, 단자하나는 공통단자로 연결되어 있고, LED의 마이너스(-) 극이 공통단자로 되면 Common 케소드(음극),    플러스(+)극이 공통단자로 되면 Common 애노드(양극)이 된다. (통상적으로 부품의 다리 길이가 제일 긴 단자가 공통단자다)

따라서 부품을 사용하기전에 자신의 부품이 컴온 캐소드 타입인지? , 컴온 애노드 타입인지?  반드시 확인해야 하며, 단자의 색상 위치도 그림과 순서가 다를 수 있으니 멀티테스터기 혹은? 3V 정도의 낮은 전원을 가하여 색의 위치를 사전에 확인하면 좋을 것이다. 

▶ 실습 목표 :  

1. 온도 범위에 따라 LED의 색을 다르게 표시하라. 

[예, 수치 값이 165 이하는 블루색, 165~175는 그린색,  그 이상은 레드색]

2. 온도(섭씨) 값을 LCD 화면으로 출력하라.

▶ 실습 회로도면 :

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

※ LCD 부분 연결은 위 회로도를 보며 연결하도록 한다.

▶ 프로그램 코드 및 설명 : 

#include <LiquidCrystal.h>            // LCD를 사용하기 위한 헤더파일

LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);    // LCD 핀 설정

const int RLED=9;    // 빨간색 LED 상수형변수에 아두이노 9번 핀 할당

const int GLED=10; // 녹색 LED 상수형변수에 아두이노 10번 핀 할당

const int BLED=11; //파란색 LED 상수형변수에 아두이노 11번 핀 할당

const int TEMP=0;     // 아날로그 입력 0번(A0) 핀 선언

const int LOWER_BOUND=162;      // 온도 하한 값을 정의 함

const int UPPER_BOUND=168;       // 온도 상한 값을 정의 함

int val=0;                      // 온도 센서의 현재 값을 저장하는 변수 선언

byte SpecialChar1[8] = { B00010,  B00101,  B00101, B00010,

 B00000,  B00000,  B00000,  B00000   };

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  pinMode(RLED, OUTPUT);        // RLED를 출력으로 지정

  pinMode(GLED, OUTPUT);        // GLED를 출력으로 지정

  pinMode(BLED, OUTPUT);        // BLED를 출력으로 지정

  Serial.begin(9600);

  pinMode(RLED, OUTPUT);        // RLED를 출력으로 지정

  pinMode(GLED, OUTPUT);        // GLED를 출력으로 지정

  pinMode(BLED, OUTPUT);        // BLED를 출력으로 지정

  lcd.begin(16,2);

  lcd.clear();

  lcd.createChar(1,SpecialChar1);     

}

void loop()    {

  val=analogRead(TEMP); 

  Serial.println(val);

  float mVoltage = val*5000.0/1024.0;

  float TempDotC = (mVoltage - 500) / 10.0;

  Serial.print(TempDotC);     Serial.println("℃\n");

  lcd.setCursor(0,0); 

  lcd.print("Tmp36 Sensor !");

  lcd.setCursor(0,1);

  lcd.print("Temp:");

  lcd.print(TempDotC);

  lcd.write(1);      

  lcd.print("C"); 

  delay(500);

  if(val < LOWER_BOUND) {       // 경계 값 비교     

    digitalWrite(RLED,HIGH);

    digitalWrite(GLED,HIGH);

    digitalWrite(BLED, HIGH);   } //  켜려고 하는 LED에 HIGH 값 지정

  else if (val>UPPER_BOUND) {//상위 경계선값 이상이면 Red LED ON

    digitalWrite(RLED,HIGH);

    digitalWrite(GLED, LOW); 

    digitalWrite(BLED, LOW);    }

else {  // 경계선 사이 값이라면 Green LED On

    digitalWrite(RLED, LOW);

    digitalWrite(GLED, HIGH);  

    digitalWrite(BLED, LOW);    }    

}   

※위의 섭씨온도식에서 

▶ 실행 결과 :

 (영상은 고화질로 설정하고 전체화면으로 보세요)

 【 아두이노 센서#4】 TMP36 온도센서 #2

▶ 실험에 사용되는 온도센서 자료 ( TMP36 ) 

아래는 온도 값과 출력전압과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

예를 들어 TMP36센서는 주변 온도가 50도씨 일때 출력단자로 1.0V의 전압값을 출력한다는 뜻이다.

 그래프특성을 살펴보고 자신이 사용하고자 하는 환경에 맞는 센서를 사용하면 되며,  통상적으로 활용 온도 범위가 넓은 TMP36센서를 많이 사용한다. 

[ 실습에 사용될 RGB LED(3색LED) 구조 및 사양 ]

RGB LED 는 그림에서 보듯 3가지 색 LED가 한 몸체에 구성되어 있다고 이해하면 쉽다.

다만, 단자하나는 공통단자로 연결되어 있고, LED의 마이너스(-) 극이 공통단자로 되면 Common 케소드(음극),    플러스(+)극이 공통단자로 되면 Common 애노드(양극)이 된다. (통상적으로 부품의 다리 길이가 제일 긴 단자가 공통단자다)

따라서 부품을 사용하기전에 자신의 부품이 컴온 캐소드 타입인지? , 컴온 애노드 타입인지?  반드시 확인해야 하며, 단자의 색상 위치도 그림과 순서가 다를 수 있으니 멀티테스터기 혹은? 3V 정도의 낮은 전원을 가하여 색의 위치를 사전에 확인하면 좋을 것이다. 

▶ 실습 목표 :  

 온도 범위에 따라 LED의 색을 다르게 표시하라. 

[예, 수치 값이 165 이하는 블루색, 165~175는 그린색,  그 이상은 레드색]

▶ 실습 회로도면 :

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

▶ 프로그램 코드 및 설명 : 

const int RLED=9;            //9번 핀을 사용하는 빨간색 BLED 상수정의

const int GLED=10;         //10번 핀을 사용하는 초록색 GLED 상수정의

const int BLED=11;         //11번 핀을 사용하는 파란색 RLED 상수 정의

const int TEMP=0;                        //아날로그 입력 0번 핀을 상수 정의

const int LOWER_BOUND=165;      // 온도 하한 값을 정의 함

const int UPPER_BOUND=175;       // 온도 상한 값을 정의 함

int val=0;                          // 온도 센서의 현재 값을 저장하는 val 변수 선언

void setup() {

  pinMode(RLED, OUTPUT);       // RLED를 출력으로 지정

  pinMode(GLED, OUTPUT);       // GLED를 출력으로 지정

  pinMode(BLED, OUTPUT);      // BLED를 출력으로 지정

}

void loop() {                        // 공통단자가 '-'인 RGB LED 부품 사용

  val=analogRead(TEMP); 

  Serial.println(val);

  float mVoltage = val*5000.0/1024.0;     // 센서의 출력값을 전압값으로 변환

  float TempDotC = (mVoltage - 500) / 10.0;  // 전압값을 Tmp36식에 의해 섭씨온도로변환

  Serial.print(TempDotC);

  Serial.println("℃\n");

  delay(500);

  if(val < LOWER_BOUND)   {         // 아래쪽 경계 값 보다 작다면…

    digitalWrite(RLED,HIGH);

    digitalWrite(GLED,HIGH);      val=analogRead(TEMP);     // 하위 경계선 값 이하이면 Blue LED ON

  if(val < LOWER_BOUND)   {

    digitalWrite(RLED, LOW);

    digitalWrite(GLED, LOW);

    digitalWrite(BLED, HIGH);      //  켜려고 하는 LED에 HIGH 값 지정

  }

  else if (val>UPPER_BOUND) {//상위 경계선값 이상이면 Red LED ON

    digitalWrite(RLED,HIGH);

    digitalWrite(GLED, LOW); 

    digitalWrite(BLED, LOW);    

  }

  else {                                               // 경계선 사이 값이라면 Green LED On

    digitalWrite(RLED, LOW);

    digitalWrite(GLED, HIGH);  

    digitalWrite(BLED, LOW);    

  }

}   

※위의 섭씨온도식에서 

▶ 실행 결과 :

 (영상은 고화질로 설정하고 전체화면으로 보세요)

 【 아두이노 센서#3】 TMP36 온도센서 #1

▶ 실험에 사용되는 온도센서 자료 ( TMP36 ) 

아래는 온도 값과 출력전압과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

예를 들어 TMP36센서는 주변 온도가 50도씨 일때 출력단자로 1.0V의 전압값을 출력한다는 뜻이다.

 그래프특성을 살펴보고 자신이 사용하고자 하는 환경에 맞는 센서를 사용하면 되며,  통상적으로 활용 온도 범위가 넓은 TMP36센서를 많이 사용한다. 

[ 실습에 사용될 RGB LED(3색LED) 구조 및 사양 ]

RGB LED 는 그림에서 보듯 3가지 색 LED가 한 몸체에 구성되어 있다고 이해하면 쉽다.

다만, 단자하나는 공통단자로 연결되어 있고, LED의 마이너스(-) 극이 공통단자로 되면 Common 케소드(음극),    플러스(+)극이 공통단자로 되면 Common 애노드(양극)이 된다. (통상적으로 부품의 다리 길이가 제일 긴 단자가 공통단자다)

따라서 부품을 사용하기전에 자신의 부품이 컴온 캐소드 타입인지? , 컴온 애노드 타입인지?  반드시 확인해야 하며, 단자의 색상 위치도 그림과 순서가 다를 수 있으니 멀티테스터기 혹은? 3V 정도의 낮은 전원을 가하여 색의 위치를 사전에 확인하면 좋을 것이다. 

▶ 실습 목표 :  

 온도 범위에 따라 LED의 색을 다르게 표시하라. 

[예, 수치 값이 165 이하는 블루색, 165~175는 그린색,  그 이상은 레드색]

▶ 실습 회로도면 :

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

▶ 프로그램 코드 및 설명 : 

const int RLED=9;            //9번 핀을 사용하는 빨간색 BLED 상수정의

const int GLED=10;         //10번 핀을 사용하는 초록색 GLED 상수정의

const int BLED=11;         //11번 핀을 사용하는 파란색 RLED 상수 정의

const int TEMP=0;                        //아날로그 입력 0번 핀을 상수 정의

const int LOWER_BOUND=165;      // 온도 하한 값을 정의 함

const int UPPER_BOUND=175;       // 온도 상한 값을 정의 함

int val=0;                          // 온도 센서의 현재 값을 저장하는 val 변수 선언

void setup() {

  pinMode(RLED, OUTPUT);       // RLED를 출력으로 지정

  pinMode(GLED, OUTPUT);       // GLED를 출력으로 지정

  pinMode(BLED, OUTPUT);      // BLED를 출력으로 지정

}

void loop() {                        // 공통단자가 '-'인 RGB LED 부품 사용

  val=analogRead(TEMP);     // 하위 경계선 값 이하이면 Blue LED ON

  if(val < LOWER_BOUND)   {

    digitalWrite(RLED, LOW);

    digitalWrite(GLED, LOW);

    digitalWrite(BLED, HIGH);      //  켜려고 하는 LED에 HIGH 값 지정

  }

  else if (val>UPPER_BOUND) {//상위 경계선값 이상이면 Red LED ON

    digitalWrite(RLED,HIGH);

    digitalWrite(GLED, LOW); 

    digitalWrite(BLED, LOW);    

  }

  else {                                               // 경계선 사이 값이라면 Green LED On

    digitalWrite(RLED, LOW);

    digitalWrite(GLED, HIGH);  

    digitalWrite(BLED, LOW);    

  }

}   

▶ 실행 영상 :

 (영상은 고화질로 설정하고 전체화면으로 보세요)

 【 아두이노 센서#2 】 적외선(근접)센서 TCRT5000 #2

▶ 실험에 사용되는 적외선 센서 자료 ( TCRT5000) 

 TCRT 5000은 적외선 방식이어서 적외선 센서로 불리지만, 가깝고 짧은 거리에 사용되기 때문에 근접센서라고 불리우기도 한다.

[ TCRT5000 모듈의 내부 회로도 참고 ]

▶ 근접센서 동작 원리 

 주로 라인트레이서 등에 활용하기 좋은 TCRT 센서 이기 때문에 센서의 방향이 위의 이미지에서 처럼 아래로 향하게 된다. 

 적외선 신호는 색이 밝을 수록(흰색) 반사되는 성질이 있으며, 

 색이 어두울 수록(흑색) 반사되지 않는(흡수) 성질이 있다.

 사람은 가시광선의 신호만 눈으로 확인 가능하기 때문에, 가시광선 영역밖인, 

 적외선 신호 등은 사람의 눈으로 확인이 불가하다.  하지만, 카메라 렌즈는 이를 식별하기 때문에 휴대폰 카메라도 동작이 될 때 카메라 렌즈를 통해서 보면 붉으스름한 빛이 나는 것을 확인 할 수 있다.   다만, 최근의 휴대폰들은 사진 찍을 때 나타나는 적목현상(사진속 눈에 붉은점이 나타나는 현상) 제거를 위해 적외선 신호 제거 기능이 있어서 확인이 되지 않는다.

▶ 실습 목표 :  

 적외선 신호가 감지(반사)되면  AO 단자의 아날로그 출력 값을 시리얼 모니터 창을 통해 확인해 볼 수 있다. 

▶ 실습 회로도면 :

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

▶ 실행 영상 :

 (영상은 고화질로 설정하고 전체화면으로 보세요)

 【 아두이노 센서#1】  아두이노 센서 활용편

  이제 아두이노 기초부분은 지난번 아두이노 기초 격인, 37개의 강좌를 통해서 학습이 되었을 것이다. (혹시 아두이노 기초부문 학습이 필요하다면 여기 아두이노 기초강좌 부분을 먼저 살펴보면 좋을 것이다.  [ ☞ 아두이노 기초 강좌편 ] )

 이번 시간 부터는 본격적으로 센서를 가지고 아두이노를 활용해보려고 한다. 센세를 다룰 수 있게 되면 실생활에 바로 응용 가능한 작품들을 만들 수 있기 때문에  한 층 더 재미있게 학습할 수 있을 것이다. 

 앞으로 다룰 주요 센서 목록중에서 첫 시간으로 1. 적외선 센서를 다루어 보고자 한다.

 #1 적외선 센서( TCRT5000 ) 

▶ 실험에 사용되는 적외선 센서 자료 ( TCRT5000) 

 TCRT 5000은 적외선 방식이어서 적외선 센서로 불리지만, 가깝고 짧은 거리에 사용되기 때문에 근접센서라고 불리우기도 한다.

[ TCRT5000 모듈의 내부 회로도 참고 ]

▶ 근접센서 동작 원리 

 주로 라인트레이서 등에 활용하기 좋은 TCRT 센서 이기 때문에 센서의 방향이 위의 이미지에서 처럼 아래로 향하게 된다. 

 적외선 신호는 색이 밝을 수록(흰색) 반사되는 성질이 있으며, 

 색이 어두울 수록(흑색) 반사되지 않는(흡수) 성질이 있다.

 사람은 가시광선의 신호만 눈으로 확인 가능하기 때문에, 가시광선 영역밖인, 

 적외선 신호 등은 사람의 눈으로 확인이 불가하다.  하지만, 카메라 렌즈는 이를 식별하기 때문에 휴대폰 카메라도 동작이 될 때 카메라 렌즈를 통해서 보면 붉으스름한 빛이 나는 것을 확인 할 수 있다.   다만, 최근의 휴대폰들은 사진 찍을 때 나타나는 적목현상(사진속 눈에 붉은점이 나타나는 현상) 제거를 위해 적외선 신호 제거 기능이 있어서 확인이 되지 않는다.

▶ 실습 목표 :  

 적외선 신호가 감지(반사)되면(DO 핀이 VCC(5V) → GND로 변화됨) 

LED를 켜는 실험을 해보자. 

▶ 실습 회로도면 :

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

▶ 실행 영상 :