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ESP01 (ESP8266)을 이용한 HTTP 통신


조대협 (http://bcho.tistory.com)


하드웨어 시리얼과 소프트웨어 시리얼

앞의 글에서 ESP01을 연결해봤는데, ESP01 연결시에 포트를 2,3번 포트를 사용하고, 코드는 SoftSerial 라이브러리를 이용하였다. 아두이노 우노의 0,1 번포트는 시리얼 통신을 위한 RX,TX 포트이다. 이를 Hardware Serial 이라고 한다. 그러면 하드웨어 시리얼 포트를 사용하지 않고 2,3번 포트를 사용한 후에 소프트웨어 시리얼 처리를 한 이유는 무엇을까?


하드웨어 시리얼 포트는 PC와 연결되어 있을때 PC와 통신을 목적으로 사용된다. 그래서 하드웨어 시리얼을 사용하지 않은것인데, ESP8266 관련 라이브러리들을 살펴보니, 대부분 하드웨어 시리얼을 사용하는 것으로 보인다. 그러면 이 문제를 어떻게 해결할것일까?


아두이오 우노 기판을 보면 TX와 RX라고 써있는 LED 가 있는데, 하드웨어 시리얼 통신을 할때만 깜빡 거린다.




PC에 연결이 되어 있을 때, AT 명령을 실행할때는 이 LED가 빛나지 않고, 코드를 업로드 할때만 빛이 난다. 즉 코드 업로드 시에만 하드웨어 시리얼을 PC가 사용한다는 것이기 때문에, 코드를 업로드한후에 ESP01 보드를 TX,RX 단자에 연결하면 하드웨어 시리얼을 사용할 수 있다.

아두이노를 이용한 HTTP 통신

아두이노에 ESP01 모듈을 연결했으면, HTTP 통신을 해보도록 한다. ESP01 (ESP8266 계열)은 TCP/UDP 스택이 이미 들어가 있기 때문에, TCP 통신은 가능하다. HTTP 통신을 하려면 TCP 프로토콜을 이용하여 HTTP 메세지를 보내주면 되는데, AT 명령어를 사용하면 된다.

AT 명령어 레퍼런스는 https://www.electrodragon.com/w/ESP8266_AT-Command_firmware 를 참고하기 바란다. AT명령을 이용하여 WIFI 네트워크에 연결하는 방법은 http://bcho.tistory.com/1283 에 설명되어 있다. WIFI 네트워크에 연결되어 있다고 가정하고 AT명령을 이용해서 HTTP 명령을 보내는 방법을 보자


HTTP  서버 연결

HTTP 요청을 보내기 위해서 먼저 웹서버에 TCP 커넥션을 연결해야 한다. TCP 커넥션 연결 명령어는 AT+CIPSTART로 다음과 같다.


AT+CIPSTART={TCP 연결 번호},”TCP”,”웹서버IP”,{포트번호}


이 명령은 해당 웹서버 IP의 포트로 연결을 하고 연결 번호(이름)를  “0”으로 지정한것이다.

210.118.92.89 서버의 80 포트로 연결하려면 Serial 콘솔에서 AT+CIPSTART=0,”TCP”,”210.118.92.89”,80 명령어를 실행하면 된다. 이 연결의 연결 번호는 0 번이 된다.

명령어 전달

서버로 연결이 되었으면, HTTP 명령어를 보내야 하는데, 명령어 전달은 AT+CIPSEND 명령어를 사용하면 된다. 명령어의 형식은 다음과 같다.


AT+CPISEND={TCP 연결번호},{보내고자 하는 메세지 길이}


예를 들어 “GET /index.html” 명령을 0번 TCP 연결로 보내고자 하면, 메세지의 길이가 15자이기 때문에,

AT+CPISEND=0,15 로 실행하고, 그 다음에

> 가 나오면 GET /index.html 을 전송하면 된다.

예제

실제 개발에서는 콘솔에서 AT 명령을 직접 입력해서 사용하는 것이 아니기 때문에, 이를 코드화 해야 하는데, 아래는 코드화 한 예제이다. (실제 개발에서는 사용하지 않을것이기 때문에 테스트는 하지 않았다)

#include <SoftwareSerial.h>


SoftwareSerial esp(2,3); //TX,RX

String SSID="{Wifi SSID}";

String PASSWORD="{Wifi password}";


void connectWifi(){

 String cmd = "AT+CWMODE=1";

 esp.println(cmd);

 cmd ="AT+CWJAP=\""+SSID+"\",\""+PASSWORD+"\"";

 esp.println(cmd);

 delay(1000);

 if(esp.find("OK")){

   Serial.println("Wifi connected");

 }else{

   Serial.println("Cannot connect to Wifi"+esp);

 }

}


void httpGet(String server,String uri){

 String connect_server_cmd = "AI+CIPSTART=4,\"TCP\",\""+server+"\",80";

 esp.println(connect_server_cmd);

 String httpCmd = "GET "+uri;

 String cmd = "AT+CIPSEND=4,"+httpCmd.length();

 esp.println(cmd);

 esp.println(httpCmd);


}

void setup() {

 // put your setup code here, to run once:

 esp.begin(9600);

 Serial.begin(9600);

 connectWifi();

 httpGet("210.192.111.122","/index.html");

}


void loop() {

 // put your main code here, to run repeatedly:


}


위의 붉은 색으로 표시된 부분을 보면 번호 4번으로 TCP연결을 열고, 4번 채널에 AT+CIPSEND 명령을 이용하여 GET /index.html 을 실행하였다.

SDK의 활용

HTTP 통신의 기본 원리를 이해하였으면, 이제 실제로 HTTP 호출을 해보자. AT 명령을 이용해도 되지만,  HTTP 명령어 종류가 많고, 연결, 메세지 전송/받기등 다양한 명령을 AT 명령으로 직접 코딩하기에는 코딩양이 많고 복잡해진다. 그래서 이런 명령을 잘 추상화하여 단순화 해놓은 SDK를 사용하는 것이 좋은데, 아두이노가 오픈 소스인 만큼, 오픈소스 기반의 SDK가 많다. 장점이기도 하지만 반대로 단점도 되는데, 아두이노나 ESP8266 펌웨어의 버전이 낮으면 동작하지 않는 경우도 있고, 또한 많은 라이브러리들이 아두이노 WIFI 실드를 기준으로 개발되었거나 또는 아두이노 → ESP8266으로 통신하는 용도가 아닌 ESP8266 기반의 아두이노 보드를 기준으로 개발된 라이브러리가 많다.

아두이노 라이브러리 추가하기

우리가 사용할 라이브러리는 WiFiESP라는 라이브러리 (https://github.com/bportaluri/WiFiEsp) 로 소프트웨어 시리얼과 하드웨어 시리얼 통신 양쪽을 모두 지원하며, HTTP 형태로 라이브러리가 잘 패키징 되어 있다. 또한 예제가 비교적 잘 정리되어 있어서 사용하기 좋다.

이런 오픈소스 라이브러리를 사용하려면 라이브러리를 설치해야 하는데, 설치 방법은 다음과 같다.

github에 배포된 코드의 경우, 해당 코드를 아래 그림과 같이 download 버튼을 이용하여 zip 파일로 다운로드 받는다.




다음 Sketch에서 Sketch > Include Library > Add .Zip Library 를 선택해서 앞에서 다운 받은 ZIP 파일을 선택하면 라이브러리로 등록되어 사용이 가능하다.




SDK를 이용하여 HTTP 호출


아래코드는 라이브러리를 추가한후에, 예제에 나온 코드를 그대로 사용한 예이다. 아두이노 2,3번 핀을 ESP01의 TX,RX 핀에 연결해서 소프트웨어 시리얼로 통신하였다. 그래서 코드 부분을 보면 SoftwareSerial Serial1(2,3)으로 소프트웨어 시리얼로 선언되어 있는 것을 확인할 수 있다.


#include "WiFiEsp.h"


// Emulate Serial1 on pins 6/7 if not present

#ifndef HAVE_HWSERIAL1

#endif

#include "SoftwareSerial.h"

SoftwareSerial Serial1(2, 3); // RX, TX


char ssid[] = "{WIFI SSID}";            // your network SSID (name)

char pass[] = "{WIFI Password}";        // your network password

int status = WL_IDLE_STATUS;     // the Wifi radio's status


char server[] = "arduino.cc";


// Initialize the Ethernet client object

WiFiEspClient client;


void setup()

{

 // initialize serial for debugging

 Serial.begin(9600);

 // initialize serial for ESP module

 Serial1.begin(9600);

 // initialize ESP module

 WiFi.init(&Serial1);


 // check for the presence of the shield

 if (WiFi.status() == WL_NO_SHIELD) {

   Serial.println("WiFi shield not present");

   // don't continue

   while (true);

 }


 // attempt to connect to WiFi network

 while ( status != WL_CONNECTED) {

   Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");

   Serial.println(ssid);

   // Connect to WPA/WPA2 network

   status = WiFi.begin(ssid, pass);

 }


 // you're connected now, so print out the data

 Serial.println("You're connected to the network");

 

 printWifiStatus();


 Serial.println();

 Serial.println("Starting connection to server...");

 // if you get a connection, report back via serial

 if (client.connect(server, 80)) {

   Serial.println("Connected to server");

   // Make a HTTP request

   client.println("GET /asciilogo.txt HTTP/1.1");

   client.println("Host: arduino.cc");

   client.println("Connection: close");

   client.println();

 }

}


void loop()

{

 // if there are incoming bytes available

 // from the server, read them and print them

 while (client.available()) {

   char c = client.read();

   Serial.write(c);

 }


 // if the server's disconnected, stop the client

 if (!client.connected()) {

   Serial.println();

   Serial.println("Disconnecting from server...");

   client.stop();


   // do nothing forevermore

   while (true);

 }

}



void printWifiStatus()

{

 // print the SSID of the network you're attached to

 Serial.print("SSID: ");

 Serial.println(WiFi.SSID());


 // print your WiFi shield's IP address

 IPAddress ip = WiFi.localIP();

 Serial.print("IP Address: ");

 Serial.println(ip);


 // print the received signal strength

 long rssi = WiFi.RSSI();

 Serial.print("Signal strength (RSSI):");

 Serial.print(rssi);

 Serial.println(" dBm");

}


접속하고자하는 서버의 주소는

char server[] = "arduino.cc";

에 arduino.cc 로 정의되어 있고


   client.println("GET /asciilogo.txt HTTP/1.1");

   client.println("Host: arduino.cc");

   client.println("Connection: close");

   client.println();


명령어를 이용해서 arduino.cc/asciilogo.txt 파일을 HTTP GET으로 읽어오게 되어있다.

읽어온 응답값을

 while (client.available()) {

   char c = client.read();

   Serial.write(c);

 }


코드를 이용해서 client.read를 통해서 한글자씩 읽어온후 화면에 출력하기 위해서 Seirial.write(c)를 이용하여 한글자씩 콘솔에 출력하였다.

실행 결과는 다음과 같다.



결론

테스트를 하면서 가장 어려웠던 점이 아두이노 우노에서 ESP01 로 소프트웨어 시리얼 통신을 하는 경우 HTTP나 WIFI SDK를 찾기가 어려웠다. 대부분 ESP8266을 MCU로 하는 보드 (예를 들어 nodeMCU, ESP12,Wemo D1/D1 mini)를 베이스로 하는 경우가 많았는데, 그도 그럴것이 개발이나 테스트 용도가 아니라 실제 디바이스로 만들어서 사용하려면 우노 + ESP01 조합은 크기도 크고 연결도 복잡해서 효용성이 없다. 네트워크 통신을 하는 시나리오등은 IOT와 같이 센서 데이타를 얻어서 서버에 전송하는 케이스이기 때문에,  하나의 소형 디바이스로 처리가 가능하다면 하나의 디바이스를 사용하는 것이 훨씬 효율적이다. (가격이나 배터리 용량면등).

다음 글에서는 실제로 센서에서 데이타를 읽어서 HTTP를 이용해서 서버에 전송하는 부분을 고민해보도록 하겠다.

참고자료



ESP01 (ESP8266) 사용하기

프로그래밍/아두이노 | 2018.09.30 00:00 | Posted by 조대협

아두이노 ESP01 모듈 사용하기

조대협 (http://bcho.tistory.com)

아두이노 WIFI 모듈

아두이노 WIFI 모듈은 여러가지가 있는데, 아두이노용으로 나온 와이파이 실드의 경우에는 가격이 비싸다. (아두이노에서 WIFI 연결하는 방법은 http://bcho.tistory.com/1280 자료 참고) 그래서 가장 범용적으로 사용되는 칩셋은 ESP8266 칩셋인데, ESP8266 칩셋으로 나온 보드는 여러가지가 있다. ESP01~ESP14 모듈등이 있고, 조금더 사용이 편한 모듈로는 nodemcu와 같은 모듈이 있다.




ESP8266 모듈 시리즈 https://en.wikipedia.org/wiki/ESP8266

오늘 다루는 모듈은 이중에서 가장 저렴한 ESP01 모듈이다.

아두이노에서 이모듈을 사용하기에는 몇가지 넘어야할 산이 있다.

전원

ESP 01은 3V로 동작을 하는데, 전류 소모량이 많다. 그래서 아두이노 보드의 3.3V 단자에 연결하게 되면 전력양이 낮아서 오작동하는 경우가 많고 GND와 전원으로 들어가는 선이 많아서, 아래와 같이 배선이 복잡해진다.


<출처 : https://m.blog.naver.com/roboholic84/221261124179>

통신속도와 펌웨어 업그레이드

그리고 가장 난관중 하나가, 아두이노의 시리얼 통신의 경우 9600bps를 사용하는데, 불행하게도 ESP01의 기본 통신속도는 115200bps로 설정되어 있기 때문에 펌웨어 업그레이드를 통해서 디폴트 통신 속도를 9600 bps로 변경해줘야 한다. 이 과정에 여러 배선 설계를 해야 하고 별도의 펌웨어 업그레이드 프로그램을 설치해야하기 때문에 그 과정이 까다롭다.



<그림 USB to ESP01 연결 아답터>

그래서 아두이노 보드를 거치지 않고 바로 PC USB에서 ESP01로 연결을해서 쉽게 펌웨어를 업데이트할 수 있게 해주는 USB to ESP01 아답터가 있기는 하지만 여전히 펌웨어 업데이트가 필요하다.


ESP01 아답터

그래서 검색을 하다 찾은 아답터가 ESP01 아답터 이다.


이렇게 아답터 위에 ESP01 보드를 설치하면 되는 형태이다. (구매 링크)

https://m.blog.naver.com/roboholic84/221261124179 글에 상세한 소개와 설명이 잘 나와 있는데, 따라해보니 ESP01의 펌웨어 자체가 업그레이드 되어 있어서, 명령어가 동작하지 않는 부분이 있어서 몇가지 수정을 하였다. 포스팅 내용을 참고하여 몇가지 부분을 수정하였다.

배선 작업은 아래와 같다.


대략 빵판에 연결하면 다음과 같은 모습이된다.



레큘레이터가 내장되어 있기 때문에 아두이노 5V에 VCC를 연결하면 되고, RX와 TX를 각각 3번과 2번 포트에 연결한다.

다음에 아래와 같은 코드를 작성하여 실행한다.

#include <SoftwareSerial.h>


SoftwareSerial mySerial(2, 3); // RX, TX


void setup() {

 Serial.begin(9600);

 mySerial.begin(115200);

}


void loop() {

 if (mySerial.available()) {

   Serial.write(mySerial.read());

 }

 if (Serial.available()) {

   mySerial.write(Serial.read());

 }

}


위의 예제는 아두이노 콘솔에서 받은 명령을 ESP01 시리얼 포트로 전송하고 ESP01 에서 나온 결과값을 아두이노 콘솔에 출력하도록 하는 코드이다. ESP01의 디폴트 통신속도가 115200이기 때문에 mySerial.begin에서 통신 속도를 115200으로 설정하였다. (추후 바꿀것이다.)


를 실행해서 AT 명령을 실행해보자. 연결이 제대로 되었으면 아래와 그림과 같이 OK 응답이 오는 것을 볼 수 있다.



다음 ESP01 보드의 통신 속도를 변경해보자,원본 문서에는 AT+CIOBAUD=9600 명령으로 변경하도록 되어 있는데, 이 명령은 최신 펌웨어에서는 동작하지 않고 AT+IPR이라는 명령을 사용해야 하는데, 이 명령은 연결되어 있는 동안만 통신 속도를 변경하고 다시 ESP01 디바이스를 뺐다가 다시 끼면 원래 통신속도로 돌아간다.

ESP01의 통신속도를 영구적으로 바꿔줄 수 있는 명령이 있는데, AT_UART_DEF라는 명령을 사용하면 된다. (참고 : https://www.esp8266.com/viewtopic.php?f=13&t=718)

사용법 : AT+ UART_DEF=<baudrate>,<databits>,<stopbits>,<parity>,<flow control>


통신속도를 9600으로 영구적으로 변경하기 위해서는 아래 명령을 수행한다.

AT+UART_DEF=9600,8,1,0,0



통신 속도를 9600으로 변경하였기 때문에 코드상에서도 ESP01로 통신하는 속도를 9600으로 변경해줘야 한다.

 mySerial.begin(115200);

부분을

 mySerial.begin(9600);

으로 변경하여 실행하자


WIFI 연결 테스트

네트워크 모드

ESP8266은 네트워크 연결에 대해 3가지 모드를 제공한다.

  • 1 : Stand alone

  • 2 : AP

  • 3 : AP + Standalone

Stand alone 모드는 클라이언트로 작동하는 모드로 AP에 붙어서 네트워크 통신을 할 수 있다.

AP 모드는 ESP8266이 서버가 되는 모드로 다른 단말이 ESP8266에 Wifi로 연결될 수 있게 한다. 그리고 AP+Stand alone 모드는 서버와 클라이언트를 동시에 지원하는 모드이다. 여기서는 1번 AP+Standalone 모드를 사용하도록 하겠다.

모드 전환은 AT+CWMODE={모드 번호}로 가능하다


WIFI 연결하기

클라이언트 모드로 연결을 하였으면 WIFI에 연결해보자.

WIFI 목록을 찾는 명령은 AT+CWLAP 이다. 명령을 실행하면 아래 그림과 같이 연결 가능한 WIFI 목록이 출력된다.


다음 AT+CWJAP=”SSID”,”비밀번호" 명령을 이용하여 연결하고자 하는 WIFI 네트워크에 연결이 가능하다. 여기서는 U+NetC070 네트워크에 연결해보도록 하겠다

AT+CWJAP="U+NetC070","WIFI비밀번호"


명령을 실행하면 아래와 같이 WIFI에 연결이 된것을 확인할 수 있다.



연결이 완료 되었으면

AT+CIFSR

명령을 이용하면 연결된 IP 주소를 읽어낼 수 있다.


이렇게 연결이 된 상태에서는 아두이노의 전원을 껐다가 켜도 다시 같은 네트워크로 자동으로 붙기 때문에, 연결을 명시적으로 끊으려면

AT+CWQAP

명령을 이용하여 명시적으로 연결을 끊어줘야 한다.

다음글에서는 ESP01 모듈을 이용하여 서버와 HTTP 통신을 하는 방법에 대해서 알아보도록 한다.



아두이노 무선 통신 모듈

프로그래밍/아두이노 | 2018.09.21 00:41 | Posted by 조대협

아두이노 무선 통신 모듈


아두이노를 어느정도 테스트해보니, 서버에 붙여서 몬가를 해봐야겠다는 생각에 와이파이 지원 모듈을 찾다보니 꽤나 복잡해서 정리를 해본다.

아두이노의 무선 통신 모듈은 원래 아두이노 와이파이 실드라는 파츠로, 아두이노 우노 위에 붙여서 사용하는 형태 였는데, 사용방법은 편리하나 가격이 비싼 편이고, 아두이노 우노 시리즈에만 호환되는 단점을 가지고 있다.


<그림 아두이노 와이파이 실드 정품 >


그러다가 WIFI가 대중화된것이 ESP8266 이라는 칩셋인데, 아주 저렴한 가격에 (인터넷에서 2000원 수준) 이를 통해서 많이 대중화가 되었다.

<그림 AI Cloud사의 ESP8266 모듈>

가격은 저렴하지만 3.3V 전류를 사용하기 때문에, 별도의 저항등의 배선 설정이 필요하고, 특히 시리얼 라인 속도도 조정해야 하고, 펌웨어를 업그레이드해야 하는등 번거로운 작업이 필요하다. (특히 나같은 맥북 사용자에게는 쥐약인..)

ESP8266 모듈의 호한 모듈로는 AI Thinker사의 제품이 많은데 ESP-OO 식의 이름을 가지고 있는데, 인터넷 상에서 파는 제품은 ESP-12 시리즈가 많다. ESP-12등은 ESP8266 모듈 호환이라고 생각하면 된다. 


그래서 대체품을 찾은것이 nodemcu 라는 제품인데

<그림 ESP8266 기반의 nodemcu>


ESP 8266 모듈을 기판에 붙여 놓고 입출력 IO핀을 제공하면서도, USB 단자가 있어서 펌웨어 업그레이드를 상대적으로 편하게 할 수 있으며, Lua 스크립트로도 코딩이 가능하다.

즉 아두이노가 없이도 단독적으로 기능 수행이 가능하다는 이야기인데, 크기가 작고 와이파이 기능이 탑재되어 있어서 IOT 기기류로 많이 활용되는 듯하다. 특히 Lua 의 경우 HTTP나 MQTT와 같은 IOT 프로토콜을 손쉽게 호출할 수 있는 라이브러리가 있어서 어떤면에서는 아두이노보다 통신 프로그램에는 유리하지 않은가 싶다. 


ESP8266이 많이 사용되기는 했지만, 다음 버전으로 ESP32 라는 프로세서가 등장하는데, WIFI뿐 아니라 블루투스 통신을 함께 지원한다.

아무래도 후속 기중인 만큼 더 많은 GPIO 포트와, 더 빠른 WIFI통신을 지원하기는 하지만, 가격이 약간 더 비싸다는 단점이 있다. (6$~12$선)


<그림 ESP 32S 칩을 내장한 nodemcu 모듈 >


그외에, 아두이노 호환보드중에는 WIFI 기능을 내장한 보드들이 꽤 많다. 대표적인 보드로는 Wemos 사의 제품이 있는데, ESP8266 을 메인 CPU로 한후에, 우노에 맞는 사이즈와 핀 배열과 기능을 제공하면서 기본적으로 ESP8266 기반의 와이파이 통신을 지원한다. 


또는 아두이노 WIFI 실드 제품을 사용하는 것도 방법이 된다.






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