IoT 시대, 쉽고 재밌게 따라 하며 배우는 라즈베리파이 피코. 라즈베리파이 피코의 장점은 저렴한 가격과 높은 하드웨어 성능이다. 접근성이 뛰어나며, 직접 다뤄보기 좋은 마이크로컨트롤러다. 또 하나의 장점은 프로그래밍 언어로 파이썬(마이크로파이썬)을 지원하는 것이다. 상대적으로 배우기 쉬운 프로그래밍 언어인 마이크로파이썬을 이용하면 하드웨어를 손쉽게 제어할 수 있다.
이 책에서는 데이터의 입출력 방법부터 센서, 모터, 통신 모듈 등 다양한 장치를 활용하고 제어하는 방법까지 설명한다. 프로젝트마다 작동 원리를 설명하고 마이크로파이썬으로 구현한 코드를 제공하므로 처음 접하는 사람도 어려움 없이 따라 할 수 있다. 사물인터넷이 일상이 된 지금, 접근하기 쉬운 라즈베리파이 피코를 통해 IoT 시스템에 입문해보자.
실습으로 재미있게 임베디드 시스템과 파이썬 문법을 배우자
영국의 라즈베리파이 재단은 교육 프로젝트의 일환으로 초소형, 초저가의 컴퓨터를 개발 보급한다. 이 책에서 다루는 라즈베리파이 피코는 재단에서 출시한 단일 칩 컴퓨터, 즉 마이크로컨트롤러다. 마이크로컨트롤러는 다양한 곳에서 활용되는데 온도계에서 온도 센서의 신호를 측정하고, LED를 통해 기기의 상태를 표시하며, 모터를 제어하여 회전 방향이나 속도를 변환하고, RTC 모듈을 통해 날짜와 시간을 관리하기도 한다. 오늘날 다양한 전자기기에서 빠질 수 없는 마이크로컨트롤러에 대한 실습으로서 저렴한 가격과 높은 성능의 라즈베리파이 피코를 활용하여 살펴본다.
이 책에서는 라즈베리파이 피코를 제어하는 언어로 마이크로파이썬을 사용한다. 마이크로파이썬은 마이크로컨트롤러에서 사용할 수 있도록 구성된 파이썬 기반의 프로그래밍 언어다. 책의 앞부분에서 파이썬 언어의 기본 문법을 자세히 설명하므로 파이썬을 처음 접하는 사람도 필요한 내용을 배워서 실습해볼 수 있다. 또한 따라 할 수 있는 예제 코드를 모든 장에서 제공하는 것도 이 책의 장점이다.
전자기기의 발달과 IoT 기술이 상용화되면서 마이크로컨트롤러는 다양한 분야에 활용되고 있다. 책에서는 라즈베리파이 피코를 이용하여 온습도 센서, 정전식 터치 키패드, 초음파 거리 센서, 모터, 블루투스 모듈 등 다양한 하드웨어를 연결하고 제어하는 프로젝트를 다룬다. 여러 분야에서 활용되는 마이크로컨트롤러 프로그래밍을 라즈베리파이 피코와 마이크로파이썬으로 직접 실습하며 재미있게 익혀보자.
주요 내용
■ 파이썬 기초 문법 이해
■ 아날로그 및 디지털 데이터의 입출력 방법
■ 타이머와 실시간 시계를 이용한 날짜와 시간 관리
■ 정전식 터치 센서와 키패드를 이용한 입력장치 사용법
■ 센서를 이용한 온도, 습도, 거리 측정법
■ 모터를 사용하여 움직이는 장치 만들기
■ 블루투스, 와이파이, 시리얼 통신 등 네트워크 장치를 이용한 통신 구현 방법
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베타리더 후기 xii
머리말 xiv
장별 주요 내용 xvi
CHAPTER 1 라즈베리파이 피코 시작하기 1
1.1 라즈베리파이 2
1.2 라즈베리파이와 라즈베리파이 피코 3
1.3 아두이노와 라즈베리파이 피코 6
1.4 라즈베리파이 피코 9
1.5 라즈베리파이 피코 프로그래밍 11
1.6 맺는말 23
CHAPTER 2 RP2040과 라즈베리파이 피코 25
2.1 RP2040 마이크로컨트롤러 26
2.2 라즈베리파이 피코 28
2.3 맺는말 32
CHAPTER 3 마이크로파이썬 33
3.1 파이썬의 역사 34
3.2 파이썬 언어의 특징 35
3.3 파이썬 프로그램 설치 38
3.4 마이크로파이썬 44
3.5 맺는말 80
CHAPTER 4 디지털 데이터 출력 83
4.1 디지털 데이터 출력 84
4.2 machine 모듈과 Pin 클래스 84
4.3 LED 제어 89
4.4 범용 입출력 핀의 전류 출력 95
4.5 맺는말 99
CHAPTER 5 디지털 데이터 입력 101
5.1 디지털 데이터 입력 102
5.2 machine 모듈과 Pin 클래스 103
5.3 풀업 저항과 풀다운 저항 105
5.4 푸시 버튼 상태 읽기 107
5.5 맺는말 112
CHAPTER 6 아날로그 데이터 입력 113
6.1 아날로그 데이터 114
6.2 machine 모듈과 ADC 클래스 115
6.3 아날로그값 읽기 117
6.4 맺는말 121
CHAPTER 7 아...날로그 데이터 출력 123
7.1 펄스폭 변조 신호 124
7.2 machine 모듈과 PWM 클래스 128
7.3 LED 밝기 제어 130
7.4 맺는말 132
CHAPTER 8 타이머와 소프트웨어 RTC 135
8.1 타이머 136
8.2 machine 모듈과 Timer 클래스 136
8.3 RTC - utime 모듈 138
8.4 machine 모듈과 RTC 클래스 142
8.5 맺는말 143
CHAPTER 9 UART 시리얼 통신 145
9.1 시리얼 통신 146
9.2 UART 시리얼 통신 148
9.3 컴퓨터와 라즈베리파이 피코 연결 151
9.4 machine 모듈과 UART 클래스 160
9.5 맺는말 165
CHAPTER 10 I2C 통신 167
10.1 I2C 통신 168
10.2 텍스트 LCD 172
10.3 machine 모듈과 I2C 클래스 175
10.4 맺는말 183
CHAPTER 11 SPI 통신 185
11.1 SPI 통신 186
11.2 OLED 디스플레이 189
11.3 machine 모듈과 SPI 클래스 191
11.4 I2C 방식 OLED 디스플레이 제어 198
11.5 맺는말 200
CHAPTER 12 1-와이어 통신 203
12.1 1-와이어 통신 204
12.2 DS18B20 온도 센서 207
12.3 맺는말 213
CHAPTER 13 파일 시스템 215
13.1 라즈베리파이 피코의 파일 시스템 216
13.2 파일 읽기와 쓰기 222
13.3 맺는말 227
CHAPTER 14 디지털 온습도 센서 229
14.1 DHT 센서 230
14.2 DHT11 센서 사용 231
14.3 DHT22 센서 사용 235
14.4 맺는말 238
CHAPTER 15 SD 카드 239
15.1 SD 카드 및 SD 카드 모듈 240
15.2 SD 카드 모듈 사용 241
15.3 온도 데이터 로깅 245
15.4 맺는말 248
CHAPTER 16 네오픽셀 249
16.1 LED 스트립과 네오픽셀 250
16.2 네오픽셀 링 252
16.3 맺는말 258
CHAPTER 17 정전식 터치 키패드 261
17.1 정전식 터치 센서와 터치식 키패드 262
17.2 터치식 키패드 사용 - 폴링 방식 264
17.3 터치식 키패드 사용 - 인터럽트 방식 267
17.4 맺는말 271
CHAPTER 18 초음파 거리 센서 273
18.1 초음파 거리 센서 274
18.2 초음파 거리 센서 사용 276
18.3 맺는말 282
CHAPTER 19 모터 283
19.1 모터 284
19.2 DC 모터 284
19.3 서보 모터 295
19.4 스테핑 모터 301
19.5 맺는말 308
CHAPTER 20 RTC 모듈 309
20.1 RTC 모듈 310
20.2 DS3231 RTC 모듈 사용 311
20.3 맺는말 317
CHAPTER 21 블루투스 319
21.1 블루투스 320
21.2 HC-06 블루투스 모듈 321
21.3 스마트폰과 블루투스 통신 325
21.4 맺는말 334
CHAPTER 22 ESP-01 모듈과 와이파이 통신 335
22.1 ESP8266 336
22.2 ESP-01 모듈 337
22.3 와이파이 통신 341
22.4 맺는말 348
CHAPTER 23 오픈 API 활용 351
23.1 인터넷 352
23.2 HTTP 353
23.3 오픈 API와 오늘의 날씨 357
23.4 공공데이터포털 363
23.5 맺는말 370
CHAPTER 24 서킷파이썬 371
24.1 서킷파이썬 372
24.2 서킷파이썬 라이브러리 376
24.3 맺는말 379
CHAPTER 25 아두이노 환경에서의 라즈베리파이 피코 381
25.1 아두이노 382
25.2 라즈베리파이 피코를 위한 아두이노 환경 설정 384
25.3 컴퓨터와의 시리얼 통신 389
25.4 맺는말 391
찾아보기 393
마이크로컨트롤러는 특별한 용도로 사용할 수 있는 컴퓨터를 하나의 칩으로 구현한 것이다. 마이크로프로세서와의 차이는 컴퓨터를 하나의 칩으로 구현했다는 것이다. 마이크로컨트롤러 칩은 ‘CPU + 메인 메모리 + 보조기억장치’를 모두 포함하고 있다. 즉, 마이크로컨트롤러는 프로그램을 실행하는 데 꼭 필요한 것을 모두 갖추고 있다는 소리다. (4쪽)
파이썬으로 작성한 코드를 다른 프로그래밍 언어로 작성한 코드와 비교해보면 코드 길이가 짧고 이해하기 쉽다는 점이 가장 큰 장점 중 하나다. 파이썬으로 작성한 코드가 이해하기 쉬운 이유는 언어가 단순하기 때문이다. 여기서 단순하다는 것은 다른 프로그래밍 언어에서 혼돈의 여지가 있는 부분을 제거하여 가능한 짧은 코드로 의도한 바를 명확하게 표현할 수 있도록 해준다는 의미다. (35쪽)
마이크로컨트롤러는 디지털 데이터 처리를 바탕으로 하고 있으며, 그중에서도 범용 입출력 핀을 통해 입출력할 수 있는 비트 단위의 디지털 데이터가 기본이 된다. 비트 단위의 데이터로 할 수 있는 일이란 LED를 켜고 끄거나 푸시 버튼의 눌림 여부를 알아내는 일이 전부지만 이를 확장하면 다양한 작업이 가능하다. 먼저 라즈베리파이 피코의 디지털 데이터 출력을 사용하여 LED를 제어하는 방법을 알아보자. (84쪽)
DHT 센서는 온도와 습도를 측정할 수 있는 센서다. 온도와 습도를 측정할 수 있는 센서의 종류는 다양하다. 그중 DHT 센서는 5V는 물론 3.3V에서도 사용할 수 있고 온도와 습도를 한 번에 측정할 수 있을 뿐만 아니라 하나의 연결선만을 사용하여 연결은 물론 사용하는 것도 간편하다. 이러한 장점 덕분에 온도와 습도 측정이 필요한 경우 유용하게 사용할 수 있다. (230쪽)
모터는 전기장의 변화에 따라 자기장의 변화가 발생하고 자기장의 인력과 척력에 의해 움직임을 만들어내는 장치로 주변에서 다양한 종류의 모터를 사용하는 경우를 쉽게 찾아볼 수 있다. 마이크로컨트롤러에서는 DC 모터, 서보 모터, 스테핑 모터 등을 흔히 사용한다. (284쪽)
허경용 [저]
연세대학교 전자공학과 학사와 동(同)대학원 석사를 취득하였다. 이후 플로리다대학교(University of Florida)에서 컴퓨터공학 박사를 취득하였으며, 현재 동의대학교 전자공학과 교수로 재직 중이다. 저서로는 《따라 하면서 배우는 아두이노》(2016), 《사물인터넷을 품은 아두이노》(2016), 《아트멜 스튜디오와 아두이노로 배우는 ATmega328 프로그래밍》(2015), 《핵심 예제로 배우는 아두이노 프로그래밍》(2015), 《아두이노 상상을 스케치하다》(2014)가 있다.
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