아두이노 - 안드로이드를 이용한 무선 원격제어 그리고 시리얼 통신 - 2편

2. 안드로이드 앱과 블루투스 모듈 HC-06 및 블루투스 4.0 BLE를 이용한 아두이노 원격제어

 

시리얼 통신을 이용한 아두이노 원격제어는 어떤 통신 모듈을 사용하든 아두이노에서의 코딩 방법은 비슷하다. 블루투스 프로토콜 자체가 시리얼 통신과 비슷하다고 볼 수 있다. 블루투스2.0 모듈 HC-06을 연결하고 예제를 작성하고 있으나 블루투스 4.0 BLE도 아두이노와의 연결은 시리얼로 연결하기 때문에 코딩 방법은 똑같다. wifi 통신모듈의 경우 브라우저 주소값을 이용하여 아두이노 제어용 코드를 짜게 되는데 wifi 모듈이 수신하는 데이터는 브라우저에 특화된 데이터를 수신하게 되어 블루투스와는 약간 다르게 코딩 하여야 한다. 중요한 점은 아두이노와 통신모듈간에는 시리얼 통신으로 이루어지고 이전편에서 다루었던 시리얼 통신을 통해 전송되는 데이터는 1Byte 단위를 최소단위를 하여 들어온다는 것을 상기하고 들어온 데이터를 어떻게 활용할 것인지 방향만을 정한다면 시리얼 통신을 이용한 코딩의 큰 그림은 완성 되는 것이다. 

 

블루투스 4.0 BLE를 사용한다면 아두이노와 블루투스 4.0 BLE 모듈의 연결은 HC-06과 같이 해주면 되고 블루투스 앱에서 블루투스 연결 옵션을 블루투스 4.0 BLE로 선택하고 연결해주면 된다.  

 

arduino bluetooth controller PWM - 아두이노 원격제어 안드로이드 앱 버전 3.5 다운로드

arduino bluetooth controller PWM 매뉴얼

(*** 상기앱의 블루투스 연결은 안드로이드10 이하 버전에서만 작동합니다 ***)

 

  

앞서 살펴 보았던 변수 선언을 통해 들어온 데이터를 특성을 정하는 예제를 다시 살펴보겠다.

 

  if (btSerial.available()) {

    char c = btSerial.read();

    Serial.print(c);

  }

 

위 코드 상에서 변수 c는 블루투스를 통해 들어온 1Byte 데이터를 char(문자)로 저정하게 된다. 이는 전편에서 언급한 대로(01001110 -> 78 -> 'N') ASCII CODE의 문자로 저장되게 된다. 만약 아두아노 시리얼 모니터를 이용해 아두이노를 제어하고자 한다면, 아두이노 시리얼 모니터의 입력창을 통해 제어를 하게 된다. 입력창에서 우리가 사용할 수 있는 문자는 ASCII CODE에서 통신용 문자인 십진수 코드 0 ~ 31을 제외한 32 ~ 127까지의 문자가 된다. 그렇기에 변수 c에 들어올 문자는 ASCII 십진수 코드상 32 ~ 127 사이의 문자가 될 것이라는 것을 생각해 볼 수 있다.

 

사용할 수 있는 문자중에 숫자를 사용하여 LED를 켜고 꺼보기로 하자. 우선, ASCII CODE에서 사용할 수 있는 문자형 숫자는  ASCII 십진수 코드 48 ~57까지인 0 ~ 9 이다. 이는 전송되는 1Byte 데이터가 48 (이진수: 00110000) ~ 57 (이진수: 00111001)이 될 것임을 알 수 있다.

 

시리얼통신 기본 코드에 아래 코드를 추가 하여 LED 출력용 핀 번호를 정의해주고 제어용 문자로는 1을 LED 켜기 2를 LED 끄기로 사용하기로 하자.

 

#define ledPin 13 // 아두이노 우노의 보드상 장치된 기본 LED의 핀 번호

pinMode(ledPin, OUTPUT); // 입력, 출력 핀모드 정의 

 

 

 

그룹으로 연결된 조건문 사용: 조건중 하나만 맞으면 조건문을 빠져 나간다. 

if(c == '1') { digitalWrite(ledPin, HIGH); } // 만약 변수 c가 문자 '1'과 같으면 13번 핀을 켜라 else if(c == '2') { digitalWrite(ledPin, LOW); } // 그렇지 않고 만약 변수 c가 문자 '2'과 같으면 13번 핀을 꺼라 else { btSerial.print(c); } // 위의 두 조건이 둘다 아니면 블루투스 시리얼로 전송해라

 

Serial_text_num_char.ino

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#include <SoftwareSerial.h> 

#define rxPin 3 

#define txPin 2 

SoftwareSerial btSerial(txPin, rxPin); // SoftwareSerial NAME(TX, RX);

#define ledPin 13

 

void setup() {

  Serial.begin(9600);   //시리얼모니터

  btSerial.begin(9600); //블루투스 시리얼

  pinMode(ledPin, OUTPUT);

}

 

void loop() {

  if(Serial.available()) {         

    char c = Serial.read();  

    if(c == '1') {

      digitalWrite(ledPin, HIGH);

    } else if(c == '2') {  

      digitalWrite(ledPin, LOW); 

    } else {

      btSerial.print(c); 

    }

  }

}

 

위와 같이 스케치를 작성하고 업로드 해주고 휴대폰의 블루투스 앱과 블루투스 모듈간에 연결을 해준다. 이 상태에서 시리얼 모니터 입력창에서 "1ab"를 입력해보자. 이 때, 시리얼 창의 전송옵션은 어떤것을 선택해도 무방하다. 만약, 새줄의 전송옵션을 선택하여 전송한다고 해도 상기 코드상 통신문자(새줄) 처리에 대한 내용이 없으므로 그대로 블루투스 시리얼을 통해 휴대폰으로 전송 될 것이다.  

 

 

"1ab"를 입력하고 엔터를 치면 변수 c에는 1부터 a, b 순으로 1byte 값이 순서대로 들어오게 되는데 char 변수 c는 1byte만 저장을 할 수 있어서 두번째 들어오는 데이터는 첫번째 들어와 있는 데이터를 지우고 저장되게 된다(덮어 씌운다).  첫번째 문자값 '1'이 들어왔을 때는 if 조건에 부합하여 LED에 불을 켜고 if에서 else까지 연결된 조건문을 빠져나간다. 두번째 문자값 'a'가 들어왔을때는 if와 else if문의 조건에 부합하지 않아 세번째 조건인 블루투스 시리얼에 쓰는 작업이 실행되게 된다. 세번째 문자값도 마찬가지로 블루투스 시리얼에 쓰여지게 되므로 휴대폰 블루투스 앱에 "ab"가 표시 되게 된다. 즉 문자 '1'은 LED를 켜고 나머지 문자 'a'와 'b'는 휴대폰으로 전송되게 된다. 

 

"2cd"를 입력하고 엔터를 치면 LED의 불을 끄고 휴대폰 앱에 "cd"가 표시되는 것을 볼 수 있다.

 

이제 휴대폰의 블루투스 앱을 통해 제어를 해보도록 하자. 

연결된 조건문 if(Serial.available()) { if { 실행코드 } else if { 실행코드 } else { 실행코드 } }문을 복사하여 아래와 같이 추가로 붙여넣기를 하고 if(Serial.available())를 if(btSerial.available())로 변경하고 char c = Serial.read();를 char c = btSerial.read();로 변경하여 블루투스 시리얼의 데이터를 받고 else { btSerial.print(c); }를 else { Serial.print(c); }로 변경하여 시리얼 모니터상에 출력하도록 해준다.

Serial_text_num_char_bt.ino

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void loop() {

  if(btSerial.available()) {         

    char c = btSerial.read();  

    if(c == '1'){

      digitalWrite(ledPin, HIGH);

    } else if(c == '2'){  

      digitalWrite(ledPin, LOW); 

    } else {

      Serial.print(c); 

    }

  }

  if(Serial.available()) {         

    char c = Serial.read();  

    if(c == '1'){

      digitalWrite(ledPin, HIGH);

    } else if(c == '2'){  

      digitalWrite(ledPin, LOW);  

    } else {

      btSerial.print(c); 

    }

  }

 

}

 

아두이노에 위의 스케치를 업로드하고 휴대폰 블루투스 앱에서 앞서와 같이 "1ab"와 "2cd"를 입력하여 전송해보면 아두이노의 LED가 켜고 꺼지고 시리얼 모니터에는 "ab" "cd"가 표시되는것을 확인 할 수 있다. 

 

이제 시리얼 모니터와 휴대폰을 통한 아두이노의 양방향 제어가 가능하게 되었다. 하지만, 1과 2는 LED 제어에 할당되어 다른 용도로 사용이 불가하다. 만약, 코드가 추가되어 아날로그 제어를 위해 120이라는 숫자값을 입력해야 된다고 할 때, 120이 입력되는 순간 의도치 않게 LED는 켜지게 되고 120이라는 데이터도 제대로 전달되지 않을 가능성이 있다. 또한 0 ~ 9까지의 숫자로만 제어 하자면 5개 이상을 제어 할 수 없게 된다.    

 

제어를 위한 코딩의 유연성을 부가하기 위해 문자열 "on" "off"를 이용하여 제어를 해보도록 하자.

문자열을 사용한 제어에서는 문자열의 종료를 확인 할 수 있는 방법을 지정해주는게 중요한데, 앞서 언급한대로 시리얼 통신은 1byte 단위로 데이터를 전송한다. 시리얼 모니터에서 문자열(연속된 문자)를 입력하고 전송하는 의미는 연속된 문자가 하나의 덩어리가 되어 의미있는 갖는다는 뜻이기도 하다. 하지만 아두이노상의 코드에서는 전송되어 오는 1byte마다 그 의미가 있는 것이고 전송자의 의도대로 덩어리가 되어야 의미가 있다는 것을 알 수가 없다. 따라서 아두이노 코드상에 코드가 종료를 인지할 수 있도록 종료문자를 지정하고 연속된 문자의 마지막에 추가를 해서 전송해야만 아두이노상의 코드가 정해진 코드를 실행할 수 있다.

 

문자열의 종료를 확인할 수 있도록 아두이노 시리얼 전송옵션에 있는 "새줄"을 사용하기로 하자.

 

우선, 문자열을 받기위한 변수 String s;를 선언해 준다. 시리얼 통신을 통해 들어와 변수 c에 저장된 문자를 연속된 문자로 저장하기 위해 사용할 것이다.

if(c != '\n') { s += c; }  // 만약, c에 들어온 값이 새줄('\n')이 아니면, 변수 c에 있는값을 스트링 변수 s에 추가해서 더해주어라. else { 실행코드 } // 그렇지 않고 c에 들어온 값이 새줄('\n')이면, 실행코드를 실행해라. 실행코드 if(s == "on") { digitalWrite(ledPin, HIGH); s = ""; } // 만약 종료문자 새줄이 들어온 상태에서 s가 문자열"on"과 같으면 LED를 켜고 난뒤 s의 값을 지워라. else if(s == "off") { digitalWrite(ledPin, LOW); s = ""; } // 그러지 않고, "off"이면 LED를 끄고 s의 값을 지워라. else { btSerial.println(s); s = ""; } // 둘다 아니면, 블루투스 시리얼에 쓰고 s의 값을 지워라.

 

Serial_text_on_off_char.ino

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String s;

 

void loop() {

  if(Serial.available()) {         

    char c = Serial.read();  

    if(c != '\n') {

      s += c;

    } else {

      if(s == "on"){

        digitalWrite(ledPin, HIGH);

        s = "";  

      }

      else if(s == "off"){  

        digitalWrite(ledPin, LOW); 

        s = "";

      }

      else {

        btSerial.println(s); 

        s = "";

      }

    }

  }

 

}

 

스케치를 업로드 하고 시리얼 창의 전송옵션을 "새줄"로 변경해준다. 

 

시리얼 입력창에 "on"을 입력하고 엔터를 치면 "on\n" 이 시리얼 통신으로 전송되게 된다. '\n'과 같은 통신 문자에 대해 부가 설명하자면, 통신문자는 키보드를 이용하여 입력 할 수가 없다. 물론 "\n"이라고 비슷하게 표시는 할 수 있으나 이는 문자열로서 \와 n이 연결된 두 문자이고 통신문자는 '\n' 이 한 문자로서 ASCII 십진수 코드값은 10이고 이진수로는 00001010이 된다. 이는 사용자가 키보드로 어떠한 문자를 보내더라도 새줄이라는 종료 문자(이글에서만 종료의 의미로 사용)는 중복되지 않게 된다는 의미이다. 아두이노 프로그램 상에서는 작은 따옴표를 사용해 '\n'을 묶어준다면 아두이노에 내장된 컴파일러(MCU가 인식할 수 있는 0과 1로 이루어진 언어로 변환하는 프로그램)는 한문자로 인식하고 통신문자인 새줄로 처리하게 된다. 

 

시리얼 모니터에서 "on"과 "off"를 입력하면 LED가 켜지고 꺼지는 것을 확인 할 수 있다. 그렇다면 "hello on"을 입력하면 어떻게 될까? 앞서 숫자로 제어할 때에는 1이 포함된 문자열을 보낼경우 LED가 켜지는 것을 볼 수 있었다. 하지만 종료문자를 사용하는 경우에는 종료문자가 들어온 상태일때 저장된 변수 s의 문자열을 비교하게 되어 "hello on"과 "on"은 같지 않는걸로 판단하고 블루투스 시리얼로 전송하게 되어 휴대폰상 앱에 "hello on"이라고 표시된다. 이제 on이 포함된 문자열을 보내더라도 의도치 않게 LED가 켜지는 일이 없어졌으므로 코딩의 유연성이 증가 되었다고 볼 수 있다. 

 

이제 블루투스 모듈을 통해 제어하도록 코딩을 해보자.

위의 시리얼 모니터에서 제어할 때에는 종료문자로 새줄을 사용하도록 코드를 작성하였다. 하지만 블루투스 앱에 따라서는 전송옵션이 있을수도 있고 없을수도 있다. 만약 없다면 어떻게 해야할까? 그럴때는 종료문자를 새로 지정해 주면된다. 필자는 키보드(또는 입력기)로 입력할 수 있는 문자중에 사용 빈도가 낮고 마지막에 사용되지 않는 문자로서 '&'를 선택하였다. '&'는 일반적으로 사용되지 않을 뿐만 아니라 "and"의 의미가 있어 문장의 마직막에는 사용하지 않는 문자이다. 물론, '%'와 같은 다른 문자를 선택하여도 무방하다.

 

'&' 문자가 마직막에 사용될 가능성은 작으나 안전성을 더하기 위해 "&&"가 들어 왔을때 종료로 인식하도록 하겠다.

앞선 코드에 아래의 코드를 추가해 준다.

char temp; // '&' 문자를 임시로 저장해 두었다가 문장의 끝에 '&' 문자가 한개만 있을 경우 다시 s의 마지막에 추가해주는 용도로 사용한다. 

uint8_t count = 0; // '&' 문자의 들어온 횟수를 카운트 한다.  if(c != '&') { // 만약, c에 들어온 값이 문자 '&'이 아니상태에서   if (count == 1) { count = 0; s += temp; } // count값이 1이면('&' 문자가 한번 들어온 상태) 그다음 문자가                                                             '&' 아니면 변수 c에 저장된 값이 s에 저장하기 전에 먼저 temp에 저장된                                                            '&'를 s에 추가해 주고 count를 0으로 초기화 하여 연속된 "&&"를 받을수                                                             있도록 준비하라.   s += c; // 변수 c에 있는값을 스트링 변수 s에 추가해서 더해주어라.  } else { 실행코드 } // 그렇지 않고 c에 들어온 값이 '&'이면, 실행코드를 실행해라. 실행코드  if (count == 0) { temp = c; count++; } // 만약, count값이 0이면('&' 문자가 처음 들어온 거라면) c값 '&'를 temp에 저장하라. else if(count == 1) { 실행코드 } // 그렇지않고 count값이 1이면('&' 문자가 들어온 뒤에 연속해서 들어온 거라면)  실행코드  count = 0; // 종료문자를 받았으므로 카운트 값을 0으로 변경하여 다시 받을 수 있도록 초기하 시켜라. if(s == "on"){ digitalWrite(ledPin, HIGH); s = ""; } // 만약, s가 문자열"on"과 같으면 LED를 켜고 난뒤 s의 값을 지워라. else if(s == "off"){ digitalWrite(ledPin, LOW); s = ""; } // 그러지 않고, "off"이면 LED를 끄고 s의 값을 지워라. else { Serial.println(s); s = ""; } // 둘다 아니면, 시리얼에 쓰고 s의 값을 지워라.

 

Serial_text_on_off_char_bt.ino

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  char temp;

  uint8_t count = 0;

 

  if(btSerial.available()) {       

    char c = btSerial.read(); 

    if(c != '&') {

      if (count == 1) {

        count = 0;

        s += temp;

      } 

      s += c;

    } else {

      if (count == 0) {

        temp = c;

        count++;

      }

      else if(count == 1) {

        count = 0;

        if(s == "on"){

          digitalWrite(ledPin, HIGH);

          s = "";  

        }

        else if(s == "off"){  

          digitalWrite(ledPin, LOW);  

          s = "";

        }

        else {

          Serial.println(s); 

          s = "";

        }

      }

    }

  }

 

스케치를 업로드하고 휴대폰 블루투스 "on&&"와 "off&&"를 입력하면 아두이노의 LED가 켜지고 꺼지는 것을 확인 할 수 있다. 그렇다면 종료문자의 조건에 부족한 "hello&"보내면 어떻게 될까? 종료문자 인식이 안되어 변수 s에 "hello&"가 그대로 저장되어 있다. 여기에 '&' 문자를 추가로 보내주면 종료문자 조건이 완성되어 시리얼 모니터에 "hello"를 출력한다.

 

"hello&"를 시리얼 모니터에 출력하고 싶다면 "hello& "처럼 '&'뒤에 스페이스나 다른 문자를 추가하여 보내주는 것 말고는 다른방법이 없다. 또한 "hello&&&"를 보내게 되면 두번째 '&'문자에서 종료가 인식되어 "hello"가 출력되고 세번째 '&' 문자는 변수 s에 저장된 상태로 남아있게 된다. 

 

"hello & world&&"를 입력해보면 "hello & world"라고 출력되는 것을 볼 수 있다.

 

 

만약, 블루투스 앱에서 전송옵션을 지원한다면 아두이노 시리얼 모니터를 이용한 것과 같이 코드를 작성하고 btSerial 관련 코드를 변경해주면 되고 종료문자를 활용하기 위한 두 변수(char temp, uint8_t count)도 필요 없게 된다. 

 

Serial_text_on_off_char_bt_option.ino

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  if(btSerial.available()) {         

    char c = btSerial.read();  

    if(c != '\n') {

      s += c;

    } else {

      if(s == "on"){

        digitalWrite(ledPin, HIGH);

        s = "";  

      }

      else if(s == "off"){  

        digitalWrite(ledPin, LOW);  

        s = "";

      }

      else {

        Serial.println(s); 

        s = "";

      }

    }

 

  }

 

휴대폰 블루투스 앱에서 전송옵션을 NO에서 NL로 변경해주고 "on" 또는 "off" 입력한다.

 

NO : line ending 없음

NL : 새줄

CR : 캐리지 리턴

BOTH : BOTH NL & CR 

 

다른 앱의 경우 해당 앱의 전송옵션 설정 방법을 따른다. 

 

숫자를 이용한 LED제어 함수를 이용하여 여러개의 핀을 제어해 보겠다. 앞서 언급한대로 숫자(0 ~ 9)로는 5개 디지털 핀의 on 및 off를 제어 할 수 있다.

if(c == '0') { digitalWrite(ledPin, HIGH); } else if(c == '1') { digitalWrite(ledPin, LOW); }  else if(c == '2') { btSerial.println(" ledPin2 : on") }  else if(c == '3') { btSerial.println(" ledPin2 : off") }  ...... else if(c == '9') { btSerial.println(" ledPin5 : off") }  else { btSerial.print(c); }

 

하지만 위의 조건문에서 '9'를 입력하게 되면 1부터 8까지 모든 조건을 검색한 후 '9'에서 코드를 실행하게 된다. 0 ~ 9까지 모든 조건을 확인하는데 찰나의 순간이 걸린다고 하더라도 비 효율적인 방식일 수 있다.  

 

switch(조건) 함수를 사용하면 조건에 맞는 case로 바로 점프하여 코드를 실행하므로 더욱 효율적인 방법으로 코딩을 할 수 있게 된다. 

switch(조건){  // 조건은 반드시 변수의 값만 사용 가능하고 문자열은 사용 불가하다(비교 조건 >, <, = 등도 사용할 수 없다)   case 변수값1:  실행코드 A  break; // 조건에 맞는 case 마다 berak;문을 넣어줘야 해당 코드를 실행하고 바로 함수를 빠져 나간다.    case 변수값2:  실행코드 B  break;   default:          실행코드 C  break; // default: case에 해당하는 값이 없을 경우 실행하는 코드(사용하지 않아도 무방하다.) }

 

switch() 함수에 대해 간단하게 살펴보았으므로 코드를 작성해 보자.

앞선 코드에서 if ~ else 문을 제거하고 switch() 함수로 대체를 한다.

switch (c) { // case에 해당하는 값이 없을 경우 아무것도 실행하지 않고 빠져나간다.   case '0': digitalWrite(ledPin, true); c = '\0'; break; // 변수 c에 '0'문자가 들어오면 LED를 켜고 c에 null문자(00000000)를 입력한다.    case '1': digitalWrite(ledPin, false); c = '\0'; break;   case '2': btSerial.println("ledPin2 : on"); c = '\0'; break; // 실제 핀을 지정하지 않고 시리얼로 출력하는 것으로 대체한다.   ........   case '9': btSerial.println("ledPin9 : off"); c = '\0'; break; } if (c != '\0') { btSerial.print(c); c = '\0'; } // 변수 c의 값이 null문자가 아니면 블루투스 시리얼로 쓰고 c에 null문자 입력

* null문자: ASCII 십진수 코드값 0, 이진수: 00000000, 문자표현: '\0' 

 

시리얼 모니터에서 '0'을 입력하면 '0' -> 48 -> 00110000 으로 전송하고 아두이노에서 수신하여 00110000 -> 48 -> '0' 으로 변환 후 변수 c에 저장하고 스위치 함수에서 case '0'의 실행코드를 실행하게 된다. 그리고 LED를 켜기 위한 목적을 달성한 '0'은 필요없으므로 삭제함과 동시에 변수 c에 통신문자인 null 문자를 입력하여 switch (c) 함수 아래에서 실행될 코드인 블루투스 시리얼에 쓰는 코드를 실행시키지 않도록 방지한다. 

Serial_text_num_char_switch.ino

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앞서 코딩했던 패턴과 같이 블루투스 앱에서 컨트롤 하기 위해서는 기존 코드에서 Serial -> btSerial로 btSerial -> Serial로 변경해주면 된다. 

Serial_text_num_char_switch_bt.ino

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최신 업데이트 유료앱(모든 안드로이드 버전 블루투스 연결 지원)

https://postpop.tistory.com/175

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