레이저 거리 센서 VL53L0X, XSHUT 핀으로 다중연결 (2/2)

작성자

micro2iot

똑같은 VL53L0X 센서를 2개, 3개, 혹은 그 이상 연결하고 싶을 때 가장 저렴하고 스마트한 방법을 소개합니다. 핵심은 **”잠든 센서를 하나씩 깨워서 새 이름을 지어주는 것”**입니다.

1. 하드웨어 연결의 핵심: XSHUT 핀

VL53L0X에는 XSHUT이라는 핀이 있습니다. 이 핀은 센서를 Standby(대기) 상태로 만드는 핀입니다.

XSHUT에 0(GND)을 주면: 센서가 꺼집니다 (I2C 통신 안 함).
XSHUT에 1(VCC)을 주면: 센서가 켜집니다 (기본 주소 0x29로 응답 시작).

연결 방법:

VCC, GND, SCL, SDA는 모든 센서가 공유하도록 병렬로 연결합니다.
XSHUT 핀만은 공유하지 않고, MCU(ESP32, Arduino 등)의 개별 디지털 핀에 각각 하나씩 연결합니다.

2. 소프트웨어 전략: “순차적 깨우기와 이름표 달기”

전원이 들어오는 순간 모든 센서는 주소가 0x29로 같습니다. 이 상태에서 통신하면 충돌이 나겠죠? 그래서 다음과 같은 순차적 초기화 로직을 사용합니다.

전원 OFF: 모든 센서의 XSHUT 핀을 LOW로 내려서 전부 잠재웁니다.
첫 번째 센서 깨우기: 1번 센서의 XSHUT만 HIGH로 올립니다. 이제 1번 센서만 0x29 주소로 응답합니다.
주소 변경: MCU가 0x29 주소로 명령을 보내 “너의 주소를 0x30으로 바꿔!”라고 지시합니다.
두 번째 센서 깨우기: 2번 센서의 XSHUT을 HIGH로 올립니다. 2번 센서는 방금 깬 것이므로 기본 주소인 0x29로 응답합니다. (1번은 이미 0x30이 되었으므로 충돌하지 않습니다.)
반복: 위 과정을 센서 개수만큼 반복하여 모든 센서에 고유 주소(0x30, 0x31, 0x32…)를 할당합니다.

3. MicroPython 예제 코드 (ESP32-C3 기준)

이 로직을 코드로 구현하면 다음과 같습니다.

Python

from machine import Pin, I2C
import time
import vl53l0x

i2c = I2C(0, sda=Pin(0), scl=Pin(1))

# XSHUT 핀 설정
xshut = [Pin(2, Pin.OUT), Pin(3, Pin.OUT), Pin(4, Pin.OUT)]

# 1. 모든 센서 종료
for p in xshut: p.value(0)
time.sleep(0.1)

sensors = []
addresses = [0x30, 0x31, 0x32]

# 2. 순차적으로 깨워서 주소 변경
for i in range(3):
    xshut[i].value(1) # 하나씩 깨우기
    time.sleep(0.1)
    
    # 깨어난 센서(기본 0x29)를 찾아서 새 주소 할당
    s = vl53l0x.VL53L0X(i2c)
    s.set_address(addresses[i]) 
    s.init()
    sensors.append(s)

print("모든 센서 주소 할당 완료!")

4. 이 방식의 장단점

장점:

비용 제로: 추가 부품 없이 MCU 핀만 더 사용하면 됩니다.
유연성: 소프트웨어적으로 주소를 마음대로 정할 수 있습니다.

단점:

핀 소모: 센서 개수만큼 MCU의 GPIO 핀이 필요합니다. (핀이 부족하면 TCA9548A 같은 멀티플렉서 칩을 써야 합니다.)
휘발성: 전원이 꺼지면 주소 설정이 날아갑니다. 부팅 시마다 초기화 코드를 실행해야 합니다.

마무리하며

VL53L0X를 여러 개 써서 자율주행 로봇이나 레이더를 만들고 싶다면, 이 XSHUT 제어 방식이 가장 빠르고 효율적인 정답입니다. 핵심은 **”모두 끄고, 하나씩 켜서, 이름을 바꿔준다”**는 것만 기억하세요!

Tip: I2C 라인에 풀업 저항이 적절히 달려있는지 확인하세요. 센서가 많아질수록 통신 속도를 조금 낮추는 것이 안정적입니다.

※ VL53L0X처럼 소프트웨어로 I2C 주소를 동적으로 변경하는 방식은 임베디드 설계에서 꽤나 영리하고 효율적인 트릭입니다. 보통은 납땜을 하거나 스위치를 조절해야 하는데, 이 방식은 핀 하나(XSHUT)만 더 써서 수십 개의 동일 센서를 제어할 수 있게 해주니까요.

이런 방식을 지원하거나, I2C 주소 충돌을 해결하기 위해 사용하는 다른 부품과 방법들을 소개해 드릴게요.

1. VL53L0X와 같은 방식을 쓰는 부품들

이 방식은 주로 “Daisy Chain” 초기화가 필요한 정밀 센서들에서 종종 발견됩니다.

VL53L1X / VL53L3CX (STMicroelectronics): VL53L0X의 형제 모델들입니다. 작동 방식이 완전히 같아서 똑같이 XSHUT 핀을 이용해 주소를 할당합니다.
PCA9685 (PWM 드라이버): 기본적으로는 점퍼 납땜형이지만, 소프트웨어 레지스터 설정을 통해 “All Call” 주소나 개별 주소 응답 여부를 제어할 수 있는 기능이 있습니다.
일부 스마트 배터리 관리 IC (BMS): 여러 개의 배터리 셀을 감시할 때, 초기 부팅 시 순차적으로 주소를 부여받는 방식을 사용하기도 합니다.

2. 하드웨어 주소 핀이 있는 부품 (가장 일반적)

대부분의 I2C 부품(OLED, 센서 등)은 주소 변경을 위해 ADR, ADDR, A0, A1 등의 핀을 가지고 있습니다.

동작 원리: 이 핀에 GND를 연결하느냐, VCC를 연결하느냐에 따라 주소가 0x3C 또는 0x3D로 결정됩니다.
한계: 보통 선택권이 2개(0 또는 1)뿐이라, 같은 센서를 3개 이상 쓰려면 이 방법만으로는 부족합니다.

3. 주소 충돌을 해결하는 ‘진짜’ 해결사: I2C Multiplexer

사용자님이 이번에 구현하신 XSHUT 제어 방식이 소프트웨어적인 트릭이라면, 하드웨어적으로 가장 깔끔한 해결책은 TCA9548A 같은 I2C 멀티플렉서를 쓰는 것입니다.

작동 방식: 입구는 하나인데 출구가 8개인 “I2C 스위치”라고 보시면 됩니다.
특징:
1. 모든 센서의 주소가 0x29로 같아도 상관없습니다.
2. MCU가 “지금은 1번 통로만 열어줘”라고 명령하면 1번 센서와만 통신합니다.
3. VL53L0X를 8개, 16개씩 써야 하는 대형 프로젝트에서는 XSHUT 핀을 일일이 제어하는 것보다 이 칩 하나를 쓰는 게 핀 절약에 훨씬 유리합니다.

4. 왜 이런 방식을 쓸까요?

I2C는 원래 **”주소가 고정되어 있다”**는 전제로 만들어진 규격입니다. 하지만 현실에서는 똑같은 센서를 여러 방항(왼쪽, 오른쪽, 중앙)에 달아야 할 일이 많죠.

XSHUT 방식의 장점: 추가 비용(멀티플렉서 칩 값)이 들지 않고, MCU 핀만 넉넉하다면 무한정 확장 가능합니다.
XSHUT 방식의 단점: 전원이 꺼지면 주소 설정이 날아가기 때문에, boot.py나 초기화 루틴에서 항상 순차적으로 깨우는 코드가 반드시 들어가야 합니다.

Python vl53l0x.py

import time
from machine import I2C

class VL53L0X:
    def __init__(self, i2c, address=0x29):
        self.i2c = i2c
        self.address = address
        self.init()

    def _read_reg(self, reg, length=1):
        return self.i2c.readfrom_mem(self.address, reg, length)

    def _write_reg(self, reg, data):
        if isinstance(data, int):
            data = bytes([data])
        self.i2c.writeto_mem(self.address, reg, data)

    def init(self):
        # 기본 초기화 시퀀스 (단순화 버전)
        self._write_reg(0x88, 0x00)
        self._write_reg(0x80, 0x01)
        self._write_reg(0xFF, 0x01)
        self._write_reg(0x00, 0x00)
        self._write_reg(0x91, self._read_reg(0x91))
        self._write_reg(0x00, 0x01)
        self._write_reg(0xFF, 0x00)
        self._write_reg(0x80, 0x00)

    def start_continuous(self):
        self._write_reg(0x00, 0x02) # 계속 측정 모드 시작

    def read(self):
        # 거리 데이터 읽기 (High byte, Low byte 조합)
        data = self._read_reg(0x14, 12)
        dist = (data[10] << 8) | data[11]
        if dist == 20 or dist == 8190: # 측정 오류 또는 범위 초과 값 처리
            return 0
        return dist
    
    def set_address(self, new_address):
        self.i2c.writeto_mem(self.address, 0x8A, bytes([new_address & 0x7F]))
        self.address = new_address
        time.sleep(0.01)

Python multi.py

import time
from machine import Pin, I2C
import ssd1306
import vl53l0x

# 1. I2C 설정
i2c = I2C(0, sda=Pin(0), scl=Pin(1), freq=400000)

def print_i2c_scan(step_name):
    devices = i2c.scan()
    hex_devices = [hex(d) for d in devices]
    print(f"[{step_name}] I2C Scan: {hex_devices}")

# 2. XSHUT 핀 설정 (모두 OFF 상태로 시작)
xshut1 = Pin(2, Pin.OUT)
xshut2 = Pin(3, Pin.OUT)
xshut3 = Pin(4, Pin.OUT)

xshut1.value(0)
xshut2.value(0)
xshut3.value(0)
time.sleep(0.2)

print_i2c_scan("Initial (All OFF)")

# 3. 센서 초기화 및 주소 할당
sensors = []

def init_sensors():
    # --- Sensor 1 ---
    xshut1.value(1)
    time.sleep(0.1)
    s1 = vl53l0x.VL53L0X(i2c)
    s1.set_address(0x30)
    s1.init() 
    s1.start_continuous()
    sensors.append(s1)
    print("Sensor 1 (0x30) Started")

    # --- Sensor 2 ---
    xshut2.value(1)
    time.sleep(0.1)
    s2 = vl53l0x.VL53L0X(i2c)
    s2.set_address(0x31)
    s2.init()
    s2.start_continuous()
    sensors.append(s2)
    print("Sensor 2 (0x31) Started")

    # --- Sensor 3 ---
    xshut3.value(1)
    time.sleep(0.1)
    s3 = vl53l0x.VL53L0X(i2c)
    s3.set_address(0x32)
    s3.init()
    s3.start_continuous()
    sensors.append(s3)
    print("Sensor 3 (0x32) Started")

# 4. OLED 설정
try:
    display = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
    print("OLED Ready (0x3c)")
except:
    display = None
    print("OLED Not Found")

def update_display(dist1, dist2, dist3):
    if display:
        display.fill(0)
        display.text("--- DISTANCE ---", 0, 0)
        display.text(f"S1: {dist1:4d} mm", 0, 20)
        display.text(f"S2: {dist2:4d} mm", 0, 35)
        display.text(f"S3: {dist3:4d} mm", 0, 50)
        display.show()

# 메인 루프
try:
    init_sensors()
    print_i2c_scan("Final Configuration")
    
    # 플로터 범례 가독성을 위해 출력
    print("\n--- Plotter Mode: S1,S2,S3 ---")
    
    while True:
        # 기존에 잘되던 순차적 읽기 방식
        d1 = sensors[0].read()
        time.sleep(0.01)
        
        d2 = sensors[1].read()
        time.sleep(0.01)
        
        d3 = sensors[2].read()
        time.sleep(0.01)
        
        # 1. 시리얼 플로터 출력 (쉼표로 구분)
        # 0이 나오는 것도 그대로 그래프에 찍히게 두었습니다.
        print(f"{d1:5},{d2:5},{d3:5}")
        
        # 2. OLED 업데이트
        update_display(d1, d2, d3)
        
        # 전체 루프 주기
        time.sleep(0.02)

except Exception as e:
    print("Runtime Error:", e)

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