SENSORS/ACTUATORS

INTERNET OF THING (IoT)

ESP32 - 로터리 엔코더 | ESP32 - Rotary Encoder

이 가이드에서는 ESP32와 로터리 인코더를 사용하는 방법을 배우게 됩니다. 다음은 우리가 배울 내용입니다:

로터리 엔코더와 포텐쇼미터의 차이점은 무엇인가요?
로터리 엔코더는 어떻게 작동하나요?
로터리 엔코더를 ESP32에 어떻게 연결하나요?
인터럽트 없이 ESP32가 로터리 엔코더의 방향과 위치를 읽을 수 있도록 코드를 작성하는 방법은 무엇인가요?
인터럽트를 활용하여 ESP32가 로터리 엔코더의 방향과 위치를 읽을 수 있도록 코드를 작성하는 방법은 무엇인가요?

준비물

1	×	ESP-WROOM-32 Dev Module	쿠팡 \| Amazon
1	×	USB Cable Type-C	쿠팡 \| Amazon
1	×	Rotary Encoder	쿠팡 \| Amazon
1	×	Breadboard	쿠팡 \| Amazon
1	×	Jumper Wires	Amazon
1	×	(Recommended) Screw Terminal Expansion Board for ESP32	쿠팡 \| Amazon

공개: 이 섹션에서 제공된 링크 중 일부는 제휴 링크입니다. 이 링크를 통해 구매한 경우 추가 비용없이 수수료를 받을 수 있습니다. 지원해 주셔서 감사합니다.

로터리 엔코더 정보

라디오와 같은 회전 노브는 전기로 변환되는 신호를 보낼 수 있습니다. 이는 노브가 얼마나 돌았고 어디에 배치되었는지 알 수 있게 도와줍니다. 주로 두 가지 유형이 있습니다:

증분 엔코더: 이것은 빠른 신호를 사용하여 무언가가 위치를 얼마나 변경했는지를 측정합니다.
절대 엔코더: 이 유형은 각 위치마다 비밀 코드를 제공하여, 전력이 사라져도 무언가가 어디에 있는지 찾을 수 있게 도와줍니다.

이 수업은 주로 첫 번째 유형인 증분 엔코더에 관한 것입니다.

로터리 인코더 모듈 핀 배치

로터리 인코더 모듈에는 4개의 핀이 있습니다:

CLK 핀 (출력 A): 회전이 얼마나 발생했는지 알려주는 주요 펄스입니다. 노브를 어느 방향으로든 한 단계(클릭) 돌릴 때마다, CLK 핀은 전체 주기(LOW → HIGH → LOW)를 완료하는 신호를 출력합니다.
DT 핀 (출력 B): CLK 핀과 비슷하게 작동하지만 CLK 신호보다 90도 지연된 신호를 출력합니다. 이것은 회전의 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)을 파악하는 데 도움이 됩니다.
SW 핀: 인코더의 버튼에서 나옵니다. 보통 열려 있습니다. 이 핀에 풀업 저항을 추가하면 노브가 눌리지 않았을 때 SW 핀은 HIGH이고 눌렸을 때는 LOW입니다.
VCC 핀 (+): VCC(3.3과 5 볼트 사이)에 연결해야 합니다.
GND 핀: GND(0V)에 연결해야 합니다.

로터리 인코더 대 비교 가변저항기

회전 엔코더를 포텐쇼미터와 혼동할 수 있습니다. 하지만 그것들은 서로 다른 부품입니다. 다음은 그들 사이의 비교입니다:

로터리 엔코더는 현대 버전의 포텐쇼미터와 같지만, 더 많은 일을 할 수 있습니다.
로터리 엔코더는 멈추지 않고 완전한 원을 돌 수 있지만, 포텐쇼미터는 원의 약 3/4만 돌 수 있습니다.
로터리 엔코더는 펄스를 출력하는 반면, 포텐쇼미터는 아날로그 전압을 출력합니다.
로터리 엔코더는 노브가 얼마나 움직였는지만 파악할 때 유용합니다. 정확히 위치가 어디인지는 필요하지 않을 때입니다. 포텐쇼미터는 노브의 정확한 위치를 정말로 알아야 할 때 유용합니다.

로터리 인코더의 작동 원리

인코더 내부에는 C라고 불리는 핀에 연결된 슬롯이 있는 작은 디스크가 있으며, 이는 공유 그라운드처럼 작동합니다. A와 B라는 두 개의 핀이 더 있습니다.

노브를 돌리면 A 핀과 B 핀이 공유 접지 핀 C를 접촉하지만, 시계 방향이나 반시계 방향으로 돌리는지에 따라 접촉 순서가 달라집니다.
이 접촉들은 두 개의 신호를 생성합니다. 한 핀이 다른 핀보다 먼저 접지를 접촉하기 때문에 타이밍이 약간 다릅니다. 이러한 신호들은 90도로 동기화되지 않는데, 이를 쿼드러처 인코딩이라고 합니다.
노브를 시계 방향으로 돌리면 A 핀이 B 핀보다 먼저 접지에 닿습니다. 그러나 반시계 방향으로 돌리면 B 핀이 A 핀보다 먼저 접지에 닿습니다.
각 핀이 접지에 닿거나 떨어지는 시점을 확인함으로써 노브가 어느 방향으로 돌아가는지 알아낼 수 있습니다. 이는 A 핀이 변할 때 B 핀에 무슨 일이 일어나는지 확인함으로써 이루어집니다.

A가 LOW에서 HIGH로 상태가 바뀔 때:

B가 높으면, 노브는 반시계 방향으로 돌립니다.
B가 낮으면, 노브는 시계 방향으로 돌립니다.

※ NOTE THAT:

A핀과 B핀은 CLK 및 DT 핀에 연결됩니다. 그러나 제조업체에 따라 순서가 다를 수 있습니다. 아래에 제공된 코드는 DIYables에서 제공하는 로터리 인코더와 함께 테스트되었습니다.

로터리 엔코더를 위한 프로그래밍 방법

ESP32는 CLK 핀에서 신호를 읽습니다.
상태가 LOW에서 HIGH로 변경되면, ESP32는 DT 핀의 상태를 읽습니다.

DT 핀이 HIGH일 경우, 노브가 반시계 방향으로 돌아가면, ESP32는 카운터를 1 증가시킵니다.
DT 핀이 LOW일 경우, 노브가 시계 방향으로 돌아가면, ESP32는 카운터를 1 감소시킵니다.

선연결

이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

ESP32 및 다른 구성 요소에 전원을 공급하는 방법에 대해 잘 알지 못하는 경우, 다음 튜토리얼에서 안내를 찾을 수 있습니다: ESP32 전원 공급 방법.

ESP32 코드 - 로터리 엔코더

아래 ESP32 코드는 다음 작업을 수행합니다:

인코더의 회전 방향과 양을 감지합니다.

시계 방향으로 한 단계(클릭) 돌아간 것을 감지하면, 카운터를 1 증가시킵니다.
반시계 방향으로 한 단계(클릭) 돌아간 것을 감지하면, 카운터를 1 감소시킵니다.

버튼이 눌렸는지 감지합니다.

/* * 이 ESP32 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다 * 이 ESP32 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다. * 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요: * https://newbiely.kr/tutorials/esp32/esp32-rotary-encoder */ #include <ezButton.h> // SW 핀 사용을 위한 라이브러리 #define CLK_PIN 25 // ESP32 핀 GPIO25가 로터리 인코더의 CLK 핀에 연결됨 #define DT_PIN 26 // ESP32 핀 GPIO26가 로터리 인코더의 DT 핀에 연결됨 #define SW_PIN 27 // ESP32 핀 GPIO27가 로터리 인코더의 SW 핀에 연결됨 #define DIRECTION_CW 0 // 시계 방향 #define DIRECTION_CCW 1 // 반시계 방향 int counter = 0; int direction = DIRECTION_CW; int CLK_state; int prev_CLK_state; ezButton button(SW_PIN); // 핀 7에 연결된 ezButton 객체 생성; void setup() { Serial.begin(9600); // 인코더 핀을 입력으로 설정 pinMode(CLK_PIN, INPUT); pinMode(DT_PIN, INPUT); button.setDebounceTime(50); // 디바운스 시간을 50 밀리초로 설정 // 로터리 인코더의 CLK 핀의 초기 상태 읽기 prev_CLK_state = digitalRead(CLK_PIN); } void loop() { button.loop(); // 반드시 loop() 함수를 먼저 호출해야 함 // 로터리 인코더의 CLK 핀의 현재 상태 읽기 CLK_state = digitalRead(CLK_PIN); // CLK의 상태가 변경되면, 펄스 발생 // 이중 계수를 피하기 위해 상승 에지(LOW에서 HIGH로)에만 반응 if (CLK_state != prev_CLK_state && CLK_state == HIGH) { // DT 상태가 HIGH이면 // 인코더는 반시계 방향으로 회전 => 카운터 감소 if (digitalRead(DT_PIN) == HIGH) { counter--; direction = DIRECTION_CCW; } else { // 인코더는 시계 방향으로 회전 => 카운터 증가 counter++; direction = DIRECTION_CW; } Serial.print("Rotary Encoder:: direction: "); if (direction == DIRECTION_CW) Serial.print("Clockwise"); else Serial.print("Counter-clockwise"); Serial.print(" - count: "); Serial.println(counter); } // 마지막 CLK 상태 저장 prev_CLK_state = CLK_state; if (button.isPressed()) { Serial.println("The button is pressed"); } }

버튼 디바운싱 코드를 간단하게 하기 위해, ezButton 라이브러리가 사용됩니다.

사용 방법

이것이 처음으로 ESP32를 사용하는 경우라면, Arduino IDE에서 ESP32 환경 설정하는 방법을 참고하세요.

Arduino IDE에 ezButton 라이브러리를 설치하세요.
위의 코드를 복사하고 Arduino IDE로 엽니다.
Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 코드를 ESP32에 업로드하세요.
손잡이를 시계 방향으로, 그 다음에 반시계 방향으로 돌리세요.
손잡이를 누르세요.
시리얼 모니터에서 결과를 확인하세요.

COM6

Send

Rotary Encoder:: direction: CLOCKWISE - count: 1 Rotary Encoder:: direction: CLOCKWISE - count: 2 Rotary Encoder:: direction: CLOCKWISE - count: 3 Rotary Encoder:: direction: CLOCKWISE - count: 4 Rotary Encoder:: direction: CLOCKWISE - count: 5 Rotary Encoder:: direction: ANTICLOCKWISE - count: 4 Rotary Encoder:: direction: ANTICLOCKWISE - count: 3 Rotary Encoder:: direction: ANTICLOCKWISE - count: 2 Rotary Encoder:: direction: ANTICLOCKWISE - count: 1 Rotary Encoder:: direction: ANTICLOCKWISE - count: 0 The button is pressed

Autoscroll Show timestamp

Clear output

9600 baud

Newline

코드 설명

코드의 줄마다 달린 주석을 확인하세요.

ESP32 코드 - 인터럽트를 사용한 로터리 엔코더

이전 코드에서는 지속적으로 핀의 상태를 확인하기 위해 폴링(Polling)을 사용하는 것이 ESP32 리소스를 낭비할 수 있으며, 다른 코드 실행이 느린 경우 카운트 누락이 발생할 수 있습니다.

효과적인 해결책은 폴링이 필요 없게 만드는 인터럽트를 활용하는 것입니다. 이를 통해 ESP32가 카운트를 놓치지 않으면서 다른 작업을 수행할 수 있습니다. 아래는 로터리 인코더로부터 방향과 위치를 읽기 위해 인터럽트를 사용하는 ESP32 코드입니다.

/* * 이 ESP32 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다 * 이 ESP32 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다. * 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요: * https://newbiely.kr/tutorials/esp32/esp32-rotary-encoder */ #include <ezButton.h> // SW 핀 사용을 위한 라이브러리 #define CLK_PIN 25 // ESP32 핀 GPIO25가 로터리 엔코더의 CLK 핀에 연결됨 #define DT_PIN 26 // ESP32 핀 GPIO26가 로터리 엔코더의 DT 핀에 연결됨 #define SW_PIN 27 // ESP32 핀 GPIO27이 로터리 엔코더의 SW 핀에 연결됨 #define DIRECTION_CW 0 // 시계 방향 #define DIRECTION_CCW 1 // 반시계 방향 volatile int counter = 0; volatile int direction = DIRECTION_CW; volatile unsigned long last_time; // 디바운싱을 위함 int prev_counter; ezButton button(SW_PIN); // 핀 7에 연결된 ezButton 객체 생성; void IRAM_ATTR ISR_encoder() { if ((millis() - last_time) < 50) // 디바운스 시간은 50ms임 return; if (digitalRead(DT_PIN) == HIGH) { // 엔코더가 반시계 방향으로 회전 중 => 카운터 감소 counter--; direction = DIRECTION_CCW; } else { // 엔코더가 시계 방향으로 회전 중 => 카운터 증가 counter++; direction = DIRECTION_CW; } last_time = millis(); } void setup() { Serial.begin(9600); // 엔코더 핀을 입력으로 설정 pinMode(CLK_PIN, INPUT); pinMode(DT_PIN, INPUT); button.setDebounceTime(50); // 디바운스 시간을 50밀리초로 설정 // CLK 핀에 대한 인터럽트를 사용하기에 충분함 // CLK 핀이 LOW에서 HIGH로 변경될 때 ISR_encoder() 호출 attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(CLK_PIN), ISR_encoder, RISING); } void loop() { button.loop(); // 반드시 loop() 함수를 먼저 호출해야 함 if (prev_counter != counter) { Serial.print("Rotary Encoder:: direction: "); if (direction == DIRECTION_CW) Serial.print("CLOCKWISE"); else Serial.print("ANTICLOCKWISE"); Serial.print(" - count: "); Serial.println(counter); prev_counter = counter; } if (button.isPressed()) { Serial.println("The button is pressed"); } // 할 일: 여기서 다른 작업 수행 }

이제, 손잡이를 돌리면 직전 코드에서 보았던 것과 비슷한 방식으로 시리얼 모니터에 정보가 표시되는 것을 알 수 있습니다.