라즈베리파이로 만드는 홈 IoT(개정판)

이 책은 라즈베리파이 보드 사용법에 대한 설명과 라즈베리파이를 다루기 위한 기본적인 리눅스 명령어, 센서 작동을 위해 필요한 파이썬 코딩에 대한 설명도 함께 수록하였습니다. 센서의 작동원리와 코딩방법을 다양한 예제를 통해서 익힐 수 있으며, 라즈베리파이를 처음 접하는 분들이 쉽게 코드를 따라올 수 있도록 설명을 넣었습니다. 코드클럽 한국위원회에서 다년간 코딩 재능 기부를 하면서, 라즈베리파이를 처음 접하는 분들이 알았으면 하는 팁들도 책의 내용에 녹여 넣었습니다. 따라서 현장에서 라즈베리파이를 실제 강의하는 선생님들께서는 강의교재로 활용해도 괜찮은 내용이 될 것입니다.

- 챕터별로 프로젝트를 완성하기 위한 단계별 설명
- 다양한 코드 수록(RPi.GPIO 코드와 gpiozero 코드)
- Home IoT 구현에 초점을 맞춘 내용과 실습으로 구성
- 프로젝트 동영상 수록

분명 필자의 어린 시절보다는 코딩을 배울 기회도 많고, 하고자 하는 열정만 있으면 누구나 충분히 무언가를 만들 수 있는 여건이 마련되어 있는 세상입니다. 언제 어디서나 인터넷으로 궁금한 점을 쉽게 검색할 수 있는 편리한 세상에 살고 있지만 이런 정보의 홍수 속에서도 정확한 목표를 정하지 못한다면 너무 많은 정보 속에서 허우적댈 것입니다. 본 책은 라즈베리파이 입문자들이 처음 시작할 때 누구나 막막해하고 목표를 정하지 못할 때, 어디서부터 가야 할지 그 방향을 알려 주는 나침반의 역할을 하고자 합니다. 마지막으로 라즈베리파이의 처음 발걸음을 잘 디디어, 궁금하거나 풀기 어려운 문제점이 나타났을 때, 이 책이 해결점의 힌트가 되었으면 하는 게 필자의 바람입니다.

- 머리글 중에서

추천사
머리글

Chapter00 라즈베리파이 보드란?

Chapter01 시작하기; 라즈베리파이 OS 설치 및 설정
1. 학습요약
2. 라즈베리파이 OS 설치
2.1 라즈베리파이 OS 다운로드
2.2 MicroSD 카드 포맷(Format)
2.3 라즈베리파이 OS(32비트) 설치
2.4 라즈베리파이 OS(64비트) 설치
3. 라즈베리파이 원격 접속하기
3.1 주변 장치 연결 없이 SSH 접속(wifi)을 위한 설정(난이도: 중급)
3.2 명령 프롬프트를 통한 SSH 접속
3.3 VNC를 통한 라즈베리파이 원격 접속
4. 라즈베리파이 OS 설정하기
4.1 라즈베리파이 OS 소프트웨어 소개(Full Version)
4.2 라즈베리파이 OS 환경설정
5. 라즈베리파이 OS 해상도 변경하기
6. 라즈베리파이 OS 한글 설정하기
6.1 라즈베리파이 OS 한글 설치 방법(한글 입력기: ibus)

Chapter02 리눅스 익히기
1. 학습요약
2. 리눅스 기본 명령어
2.1 리눅스 명령어 사용하기
2.2 기본 명령어
2.3 기타 명령어
3. 리눅스 디렉토리 구조
4. 문서 파일 편집하기
4.1 nano
4.2 vi (vim)(난이도: 중급)

Chapter03 파이썬 코드 편집기
1. 학습요약
2. Thonny Python IDE
2.1 Thonny Python IDE 열기
2.2 Thonny Python IDE 사용하기
2.3 VIM을 파이썬 IDE로 사용하기(난이도: 중급)
3. PC에서 라즈베리파이 OS로 파일 보내기

Chapter04 파이썬 기초문법
1. 학습요약
2. 파이썬 언어
2.1 파이썬 다운로드
2.2 파이썬 언어의 특징
3. 파이썬 자료형
3.1 숫자형 자료형
3.2 문자열 자료형
3.3 리스트 자료형(List)
3.4 튜플 자료형(Tuple)
3.5 딕셔너리 자료형(Dictionary)
3.6 변수(Variable)
4. 조건문
4.1 if 조건문 기본구조
4.2 조건문의 비교연산자
4.3 조건문의 논리연산자
4.4 두 개 이상의 조건문
4.5 중첩 조건문
5. 반복문
5.1 for문
5.2 while문
6. 입출력
6.1 사용자 입력(input)
6.2 데이터 출력(print)
7. 모듈, 패키지, 라이브러리
7.1 모듈(Module)
7.2 패키지(Package)
7.3 라이브러리(Library)
8. 로깅(logging)
8.1 로깅 레벨 변경, 파일 출력, 인코딩 설정
8.2 변수 사용하기
8.3 Formatting

Chapter05 라즈베리파이 기본 장치 사용하기
1. 학습요약
2. 라즈베리파이 5B 하드웨어
3. 라즈베리파이 4B+ 하드웨어
4. 라즈베리파이 3B+ 하드웨어
5. GPIO(다용도 입출력)
5.1 GPIO 파이썬 코드
6. 카메라
7. USB 마이크
8. 스피커/이어폰
9. Display / Monitor
10. 브레드보드(Breadboard)
11. 코블러(T-Cobbler)
12. 경고 아이콘
13. RTC(Real Time Clock)
14. 전원버튼

Chapter06 쿨링팬 속도 제어 모듈 만들기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 트랜지스터
3.2 다이오드
3.3 저항
3.4 팬(Fan)
4. 회로도
5. 원리 설명
6. 팬 속도 제어 실습
6.1 라즈베리파이 시스템 온도 확인하기
6.2 파이썬 코드로 제어하기
6.3 라즈베리파이 Configuration 설정으로 냉각팬 작동 제어

Chapter07 아침이 되면 자동으로 불을 끄는 스탠드
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 조도센서
3.2 LED
3.3 ADC
3.4 택트 버튼
4. 회로도
5. 원리 설명
6. 버튼 기본 사용법 실습
6.1 풀업(Pull-up) 저항과 풀다운(Pull-down) 저항의 차이
6.2 토글(Toggle) 스위치 구현
7. 밝아지면 LED 자동 Off 제어 실습
7.1 SPI 설정하기
7.2 MCP3008, MCP3208
7.3 조도센서 값으로 LED On/Off 하기

Chapter08 어두워지면 자동으로 밝기가 조절되는 무드등
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 조도센서
3.2 LED
3.3 ADC
4. 회로도
5. 원리 설명
6. PWM 기초 실습
6.1 버튼을 눌러 서서히 밝아지고 서서히 꺼지는 LED
7. 어두워지면 자동으로 밝기가 조절되는 무드등 실습
7.1 SPI 설정하기
7.2 조도센서 값으로 LED 밝기 조절하기

Chapter09 디지털 피아노
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 4×4 터치 키패드
3.2 부저
4. 회로도
5. 원리 설명
6. 4×4 키패드 기초 실습
7. 디지털 피아노 만들기 실습
7.1 부저로 음계 소리 내기
7.2 정전식 터치 키패드 사용하기
7.3 디지털 키보드 완성하기

Chapter10 더워지면 자동으로 켜지는 선풍기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 온습도 센서
3.2 DC모터
3.3 모터 드라이버
3.4 택트 버튼
4. 회로도 및 원리 설명
5. 더워지면 자동으로 켜지는 선풍기 실습
5.1 온습도 센서 사용하기
5.2 DC모터 사용하기
5.3 더워지면 자동으로 켜지는 선풍기 완성하기
6. 버튼 인터럽트(Interrupt)(난이도: 중급)
6.1 GPIO.PUD_UP과 GPIO.PUD_DOWN
6.2 인터럽트1: RPi.GPIO wait_for_edge()
6.3 인터럽트2: add_event_detect()와 콜백함수

Chapter11 스마트 콘센트
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 릴레이
4. 회로도 및 원리 설명
5. 스마트 콘센트 실습
5.1 Remote GPIO 활성하기
5.2 버튼으로 릴레이에 연결된 LED 작동하기
5.3 Remote GPIO를 활용하여 릴레이에 연결된 LED 작동하기
5.4 Remote GPIO를 활용하여 LED 작동하기(응용)

Chapter12 비접촉 체온계 만들기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 비접촉 온도센서(GY-906)
3.2 4 디지털 7 세그먼트(FND × 4)
4. 회로도 및 원리 설명
5. 7 세그먼트 기본 사용법 실습
5.1 한 자리 FND 실습
5.2 네 자리 FND 실습
6. 비접촉 체온계 만들기 실습
6.1 I2C 통신 활성하기
6.2 FND(TM1637) 값 출력하기
6.3 비접촉 체온계 값 읽어 오기
6.4 비접촉 체온계 완성하기

Chapter13 헬스케어 만보기 만들기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 기울기 센서(GY-521/MPU6050)
3.2 4 디지털 7 세그먼트(FND × 4)
4. 회로도 및 원리 설명
5. 기울기 센서를 활용한 만보기 실습
5.1 I2C 통신 활성하기
5.2 기울기 센서 실습
5.3 만보기 만들기 실습

Chapter14 스마트팜 만들기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 토양수분센서
3.2 온습도 센서(DHT11)
3.3 ADC
4. 회로도
5. 스마트팜 실습
5.1 ADC 사용을 위한 SPI 설정하기
5.2 온습도 센서 라이브러리 설치
5.3 스마트팜 실습 완성하기

Chapter15 오늘 우리 집 미세먼지는 맑음
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 미세먼지 센서
3.2 USB to TTL Serial 케이블
4. 회로도
5. 미세먼지 실습
5.1 UART 포트 찾기
5.2 미세먼지 센서 라이브러리 설치
5.3 오늘 우리 집은 미세먼지 맑음 실습 완성하기

Chapter16 스마트 쓰레기통
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 로드셀
3.2 초음파 센서
3.3 서보모터
3.4 Logic level Shifter(로직 레벨 컨버터)
3.5 LED, 저항
4. 회로도
5. 기본 센서 실습
5.1 로드셀 실습
5.2 초음파 센서 실습
5.3 서보모터 실습
6. 스마트 쓰레기통 실습

Chapter17 디지털 사이니지 만들기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 I2C LCD
4. 회로도 및 원리 설명
5. I2C LCD 기본 사용법 실습
5.1 I2C 통신 활성하기
5.2 LCD(1602 I2C LCD) 값 출력하기
6. 디지털 사이니지 만들기 실습
6.1 문자 캐릭터 만들기
6.2 문자 자동으로 스크롤 하기
6.3 디지털 사이니지 완성하기

Chapter18 꼼짝 마, 감시카메라 시스템
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 PIR 센서
3.2 카메라
4. 회로도
5. 기본 센서 실습
5.1 카메라 실습
5.2 USB 카메라 실습
5.3 PIR 모션센서 실습
5.4 파이썬으로 메일 보내기
6. 꼼짝 마, 감시카메라 시스템 실습

Chapter19 자동실행 등록하기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 LED 센서 및 저항
4. 회로도
5. 자동실행 등록하기
5.1 자동실행될 코드
5.2 방법 1: rc.local 파일에 자동실행 등록하기
5.3 방법 2: systemd 사용하여 자동실행하기
5.4 방법 3: .bashrc 파일에 자동실행 등록하기
5.5 방법 4: crontab 사용하여 자동실행하기

Chapter20 MQTT를 활용해서 센서 값 확인하기
1. 학습요약
2. 과제 설명
3. 준비물 및 주요 부품 설명
3.1 온습도 센서 및 버튼
3.2 LED 센서 및 저항
4. 회로도
5. MQTT를 활용해서 센서 값 확인하기 실습
5.1 라즈베리파이에 MQTT 설치하기
5.2 스마트폰에 Python 프로그램 및 MQTT 라이브러리 설치
5.3 MQTT를 활용해서 센서 값 확인하기 실습
5.4 스마트폰 앱을 활용하여 센서 값 모니터링하기
5.5 PC를 활용하여 센서 값 모니터링하기

부록 01. Home Assistant를 활용한 홈 IoT 시스템 만들기
부록 02. Magic Mirror를 활용한 홈 IoT 제어
부록 03. 사이니지 만들기
첨부 01. Chapter별 사용하는 라이브러리(Raspberry PI OS with desktop, python3 기준)
첨부 02. Chapter별 학습요약
첨부 03. 부품리스트

이우정 2017년부터 코딩강사로 4차 산업의 각 분야 및 초, 중, 고 및 성인강의에 이르기까지 다양한 강의처에서 활동하고 있습니다. 또한 코드클럽 라즈베리파이 분과장으로 교육 재능기부도 하고 있습니다. 다수의 헤커톤 수상경력을 가지고 있으며, 메이커페어 등의 많은 메이킹 활동에 참여하고 있습니다.
학교 및 기관에서 학생들에게 첫발부터 차근차근 피지컬 컴퓨팅과 라즈베리파이를 배울 수 있도록 하기 위해 이 책을 집필하게 되었습니다.