로보밥

이번엔 기상측정기구와 이더넷 쉴드가 장착된 아두이노(Arduino)로 기상관측 자료를 트위터(Twitter)에 자동으로 올려주는 기특한 녀석을 소개시켜 드리겠습니다. 제법 시스템이라 불릴 만한 구성입니다.  바람의 방향과 속도 및 강수량을 측정할 수 있는 기상관측 기구로 부터 측정된 값을 모니터링하고 이를 곧바로 인터넷을 통해 트위터(twitter)에 올리는 것입니다.  기상 데이타 측정용으로 사용된

가상 관측기기에 대해선 관련글 링크

를 참고하시기 바랍니다.

본 글을 이해하기위해 필요한 사전지식:  기본적인 아두이노 스케치 개발환경 사용법, 라이브러리 설치법, 이더넷쉴드 사용경험, 트위터의 기본적인 이해, 기상관측 기구 센싱방법 등


트위터?
트위터(Twitter)가 뭔지는 저보다 여러분이 더 잘 알고 계실것 같습니다.  제경우 트위터 사용법도 잘 모릅니다만 순서가 뒤바껴서 트위터 포스팅해주는 로봇을 먼저 만들게 되었습니다;;;   이글을 이해하시려면 일단 트위터에 가입하셔서 트위(Tweet) 하나를 올려보시면 됩니다.

아두이노 + 이더넷 쉴드
썰렁한 아두이노(Arduino) 보드에 이더넷 쉴드를 얹으면 인터넷을 통해 전세계와 의사소통이 가능합니다. 더불어 천재적이면서 친절하기까지 하신 분들이 아두이노로 트위터에 메시지를 보내는 예제와 라이브러리를 공개해 주셨으므로 저와 여러분들은 손쉽게 엄청난?;; 시스템 구현을 할 수 있는 상황입니다.  이더넷 쉴드 사용 경험이 없으신 분들은 우선 공개된 정보와 아두이노 스케치IDE에 포한된 기본 예제를 참고하시기 바랍니다.


아두이노 + 이더넷 쉴드의 한계
이더넷 쉴드를 장착하면 아두이노 보드로 정보서비스를 제공해주는 서버 역활을 할 수 있습니다.  외부 접속이 가능한 IP주소를 사용한다면 전세계의 인터넷 접속가능 기기를 통해 정보를 제공받을 수 있습니다.  하지만 동시 접속수 제한이나 퍼포먼스 문제로 원할한 서비스 제공에는 한계가 있습니다. 이때문에 아두이노를 데이타 센싱이 용이한 현장에 설치 후 취합한 데이타를 웹서비스를 담당하는 PC급 서버로 전달하여 제대로된 웹서비스 환경에 응용하는 것이 더 안정적인 방법일 수 있습니다.

이때 손쉽게 사용가능한 서비스가 HTTP Client입니다. 즉, 아두이노는 웹클라이언트로써 웹서버에 필요할 때만 접속하여 데이타를 송/수신 하는 방식입니다.    이더넷 라이브러리와 함께 제공되는 기본예제(WebClient)를 조금만 수정하면 활용이 가능합니다.  IP주소로 접속이 가능한 웹서버가 있는경우 추천할만한 방법입니다.  다만 문제는 기본 이더넷 쉴드 라이브러리를 이용한 Web Client 로는 domain name ( http://robobob.co.kr 같은) 을 통한 서버 접속이 안되고  123.123.123.123  같은 숫자형식의 ip를 이용한 접속만 가능하다는 점입니다.  예전에는 ip주로를 통한 접속 주소를 지원하는 웹호스팅 서비스가 있었지만 요즘엔 이를 지원하지 않는곳이 대부분인것 같습니다. 때문에 특정 웹호스팅 서비스나 단독 호스팅서비스를 사용하지 않으면 Web Client 사용한 접속이 불가한 상황입니다.  (일반적인 URL 주소를 통한 아두이노의 HTTP Client 접속 방법을 아시는 분은 안내 부탁드립니다.)

트위터 활용
HTTP Client 활용에 문제가 있으나 오히려 더 효과적일 수 있는 데이타 공유 방법이 있으니 바로 트위터입니다. 짧은 단문을 포스팅하면 수많은 팔로워에게 전달되는 효과적인 데이타 공유시스템을 활용하는 것입니다. 게다가 요즘 대세인 스마트폰에서도 손쉽게 접근이 가능한 최신병기입니다. 그런데 방법이 어렵냐고요???  제가 해보니 생각보다 매우 간단했습니다.   트위터 엡 개발을 위해 API니 뭐니 습득하고 복잡한 절차가 필요한지 알았는데요, 그게 아니고 그냥 사용만 하면 되네요...


트위터 포스팅 방법
방법은 요 사이트에 잘 요약되어있습니다.

http://arduino-tweet.appspot.com/

별 설명이 필요없습니다만, 정리하자면 아래와 같습니다.
1. 트위터 앱(O Auth)에 접속하여 승인을 해주면 복잡한 문자열로 된 토큰 정보가 생성됩니다. 이 값을 복사하여 잘 보관합니다.
2. 관련 라이브러리들을 설치해줍니다. 두군데 정도 접속하여 파일을 받아서 아두이노 library 폴더에 적절한 이름으로 복사합니다.
3. 예제소스를 실행해봅니다.
   위 라이브러리를 제대로 설치하면 스케치 IDE  Examples 리스트에 Twitter가 생깁니다.
   File menu > Examples > Twitter > SimplePost 예제를 선택해줍니다.

이더넷 쉴드 사용시 수정해주는  ip주소와 네트웍정보 몇개만 수정해주시고 추가로  "YOUR-TOKEN-HERE" 부분을  위에서 발급받은 토큰값으로 대체해 주면 준비 끝~ 입니다.
이젠 잘 전송되는지 확인을 위해 시리얼 모니터링 창을 열고 속도(9600)를 맞쳐줍니다.

SimplePost 예제 소스 내용보기

#if defined(ARDUINO) && ARDUINO > 18   // Arduino 0019 or later
#include <SPI.h>
#endif
#include <Ethernet.h>
#include <EthernetDNS.h>
#include <Twitter.h>

// Ethernet Shield Settings
// 쉴드 밑면에 있는 mac 정보를 적어줍니다. 쉴드가 하나인경우 안바꿔도 무방
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; 


// substitute an address on your own network here
byte ip[] = { 192, 168, 2, 250 };   //공유기에서 사용되지않는 IP값을 지정

// Your Token to Tweet (get it from http://arduino-tweet.appspot.com/)
Twitter twitter("YOUR-TOKEN-HERE");   // 발급받은 토큰값을 이곳에 붙여넣으세요

// Message to post
char msg[] = "Hello, World! I'm Arduino!";   // 한글 전송도 가능합니다!

void setup()
{
  delay(1000);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  Serial.begin(9600);
 
  Serial.println("connecting ...");
//부팅시 1회 포스팅 시도합니다.
  if (twitter.post(msg)) {
    // Specify &Serial to output received response to Serial.
    // If no output is required, you can just omit the argument, e.g.
    // int status = twitter.wait();
    int status = twitter.wait(&Serial);
    if (status == 200) {
      Serial.println("OK.");
    } else {
      Serial.print("failed : code ");
      Serial.println(status);
    }
  } else {
    Serial.println("connection failed.");
  }
}

void loop()
{ //아무것도 안합니다. 
}

SimplePost 예제 소개
예제로 사용된 소스에는 아두이노가 부팅할때마다 1회 포스팅을 하고, 포스팅 될때마다 결과 상태를 시리얼 통신으로 전달해 줍니다. (참고로 시리얼 창 새로 열거나 통신속도를 변경하여도 아두이노가 재부팅이되어 새로 포스팅을 시도합니다.)
결과가 Okay로 뜬다면 잠시 후 여러분의 트위터 페이지에 새 트윗이 올라온것이 보일 겁니다.
Okay 외의 오류 메시지를 잘 살펴보시면 디버깅에 도움이 됩니다.

포스팅 시도후 오류메시지가 뜨는 경우가 종종 있는데요  제가 발견한 주요 오류 내용은 아래와 같습니다.
1. 동일한 내용을 중복하여 전송한 경우: 이경우 중복 전송된 값은 무시됩니다.
2. 트윗 작성 한계치 초과 :  시스템 보호를 위해 일정 시간당 한정된 개수의 트윗만 허용됩니다.   이 수량을 초과시 일정기간 동안 트위 작성이 불가하며 일정 시간이 지난뒤에 다시 작성이 가능해집니다.   가령  수십초에 한번씩 계속 트윗을 하신다면 얼마지나지 않아 트윗 등록이 거부될 겁니다.   아래의 예제에서는 1시간에 1회 트윗을 발신하게됩니다.




드디어 트위터 기상로봇

이제 포스팅될 정보를 여러분의 용도에 맞게 잘 구성해주시면 여러분만의 활용도 만빵인 트위터 포스팅 봇이 완성됩니다.
제 경우 이미 소개드렸었던 기상측정기기를 활용하여 1시간마다 기상데이타를 측정하여 전송해주는 예제를 만들어봤습니다.
실제 포스팅된 내용들을 아래의 페이지에서 확인 가능합니다.

로보밥 기상측정 로봇 트위터 메시지 보러가기 :  

http://twitter.com/artrobot_bot1

한동안 실내 테스트만 하다가 2012년 1월 29일 현재,  옥외 설치하여 운영중입니다.  위 링크에 가보시면 실제 기상자료를 참고하실 수 있습니다. (경기도 수원시 오목천동)

위에서 트윗된 메시지의 포스팅 시간을 보시면 (오차가 1분도 안되네요^^.)1시간 간격으로 전송이 된것을 보실 수 있습니다. 하지만 가끔씩  몇 시간에 한번만 트윗된 것도 보이실 겁니다. 이때는 테스트를 위해 실내에서 측정된 풍량/풍속/강수량 수치의 변화가 없어서 동일한 내용을 반복 포스팅한것으로 인지되어 무시된 경우입니다.  (계속 변화하는 시간값이나 랜덤숫자를 함께 전송하시면 이문제가 해결됩니다.)

사진. 기상측정 기구

+

사진. 아두이노로 만든 트위터 포스팅해주는 로봇

사용된 예제 소스 소개
값의 정밀도나 완성도를 무시하고 필요하신 분들에게 참고가 될 수 있도록 예제소스를 공개합니다.  풍향, 풍속, 강수량의 측정치 산정의 기준은 기상측정기기 제조사에서 제공한 데이타 시트를 참고하여 계산된 값입니다. 센서 연결 방법 및 기본 사용법 소개는 관련글 링크에 있는 글을 참고하시기 바랍니다.


/*
* 풍향, 풍속, 강수량을 Twitter에 포스팅하는 예제
  수정일시:  (2011.09.08a)  디버깅 및 기능개선을 위해 수시로 변경될 수 있습니다.

 풍향: 포스팅시 1회 계산 (16방위 중 하나로 측정)
 풍속: 20ms 주기로 10초간 모니터링 후 풍속계산
 강수량: 20ms 주기로 모니터링하여 1시간동안 누적(1시간에 1회 공식 데이타로 사용)
 
 핀연결
 풍향계: A0   풍향센서 전선 2개 중 하나는 GND에 나머지선은 A0에 연결 및 10k저항 거쳐 5V에 연결
 풍속계: D2   풍속센서 전선 2개 중 하나는 D2에 나머지는 GND
 강수계: D3   강수센서 전선 2개 중 하나는 D3에 나머지는 GND

 기타 핀 연결 (없어도 무방)
 D7: 풍속계 상태 LED
 D8: 강수량계 상태 LED
 D9: 버튼 ( 버튼을 누르면 10초내로 즉시 포스팅)

* http://ArtRobot.co.kr
* http://RoboBob.co.kr
*/

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
#include <EthernetDNS.h>
#include <Twitter.h>
#include <stdio.h>

#define WIND_N    0
#define WIND_NNE  22.5
#define WIND_NE    45
#define WIND_ENE  67.5
#define WIND_E    90
#define WIND_ESE  112.5
#define WIND_SE    135
#define WIND_SSE  157.5
#define WIND_S    180
#define WIND_SSW  202.5
#define WIND_SW   225
#define WIND_WSW  247.5
#define WIND_W    270
#define WIND_WNW  292.5
#define WIND_NW   315
#define WIND_NNW  337.5

// Ethernet Shield Settings
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; //바꿔주세요

// substitute an address on your own network here
byte ip[] = { 192, 168, 100, 55 }; //바꿔주세요

// Your Token to Tweet (get it from http://arduino-tweet.appspot.com/)
Twitter twitter("발급받으신 토큰값을 적어주세요");  //바꿔주세요

// Message to post
char msg[100] = "";

const int windVanePin = A0;  // 풍량계 센서 입력핀
int windVaneValue = 0;        //
float windSpeed = 0;
float rainGauge = 0;
float windDirection = 0;
char windName[4];  // N (North)  S South,   NS(north south)   NNS(north north south) etc

  unsigned long windSpeedTimer;
  int windSpeedState = true;
  int windSpeedPin = 2;
  int windSpeedCounter = 0;
  unsigned long rainGaugeTimer;
  int rainGaugeState = true;
  int rainGaugePin = 3;
  int rainGaugeCounter = 0;
  int buttonState = true;
  int buttonPin = 9;
  int postTrigger = false;
  int postingCounter = 0;

void setup()
{
  delay(1000);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  Serial.begin(9600);
 
  //wind speed sensor
  pinMode(windSpeedPin, INPUT);
  digitalWrite( windSpeedPin, HIGH);
 
  //rain gauge sensor
  pinMode(rainGaugePin, INPUT);
  digitalWrite( rainGaugePin, HIGH);

  //button for postMessge
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  digitalWrite(buttonPin, HIGH);
 
  //wind speed sensor status LED
  pinMode(7, OUTPUT);
  digitalWrite(8,HIGH);
 
  //rain gauge status LED
  pinMode(8, OUTPUT);
  digitalWrite(8,HIGH);
 
}

// 문자배열변수값을 시리얼로 확인할경우만 사용
void printChars(char *msg, int len){
  if(len == 0) return;
  for(int i=0; i<len ; i++)
    Serial.print( msg[i]);
  Serial.println();
}

// sprintf함수에서 float형 print문제 대체용 함수 , float의 정수부인쇄
int f2h( float num){
  return int(num);
}

// sprintf함수에서 float형 print문제 대체용 함수 , float의 소수부인쇄
int f2p( float num){
  return (num - int(num)) * 100;
}


void loop()
{
  // 10초마다 샘플링 반복
  windSpeedTimer = millis() + 10000;
  windSpeedCounter = 0;
  while( millis() < windSpeedTimer ){
    delay(20); // 20ms 주기로 버튼이나 센서 스위칭 감시
    //wind speed
    if( (windSpeedState == true ) && !digitalRead( windSpeedPin) ){
        windSpeedCounter++;
        windSpeedState = false;
    }else if( (windSpeedState == false) && digitalRead(windSpeedPin) ){
        windSpeedState = true;
    }   
    //rain gauge
    if( (rainGaugeState == true ) && !digitalRead( rainGaugePin) ){
        rainGaugeCounter++;
        rainGaugeState = false;
    }else if( (rainGaugeState == false) && digitalRead(rainGaugePin) ){
        rainGaugeState = true;
    }       
   
    //button
    if( (buttonState == true ) && !digitalRead( buttonPin) ){
        postTrigger = true;
        buttonState = false;
    }else if( (buttonState == false) && digitalRead(buttonPin) ){
        buttonState = true;
    }      
    digitalWrite(7, windSpeedState);  
    digitalWrite(8, rainGaugeState);      
  }

  windSpeed = windSpeedCounter * 0.24;   // 1초당 1회 스위칭시 2.4km/h
  //Serial.print( "winSpeed: ");
  //Serial.println( windSpeed);

  rainGaugeTimer++;
  if( rainGaugeTimer > 360){  //1시간( 10 * 360 sec) 마다 postTrigger On
    rainGauge = rainGaugeCounter * 0.2794;
    rainGaugeCounter = 0;

관련글 링크

• 기상측정 기구 + 아두이노로 기상대 만들어요 (Arduino + Weather Sensor Assembly )
• 트위터(Twitter)에 자동 포스팅하는 기상관측 로봇 (현재글)
• 기상측정 트위터 로봇 - 실외 설치편
• 이더넷쉴드 관련   링크1   링크2

추가사항 (2011.11.29)
아두이노와 이더넷 쉴드를 하나로 결합한 Ethernet Pro 보드로 기상측정 트위터 기능을 구현할 수도 있습니다. 특히 PoE 케이블을 이용하시면 전원과 이더넷케이블을 하나로 줄일 수 있어 더욱편리합니다. 가령 위의 시스템을 아래의 이미지와 같이 간소화 시킬 수 있습니다.