라즈베리파이로 만드는 인공지능과 사물인터넷

이 책은 라즈베리파이를 중심으로 사물인터넷과 인공지능을 함께 학습하면서 실제로 동작하는 프로젝트를 완성할 수 있도록 체계적으로 안내하는 실습형 교재입니다. 단순히 이론을 설명하는 데 그치지 않고, 하드웨어 준비부터 운영체제 설치, 개발 환경 구성, 입출력 장치 제어, 통신 기능 구현, 대시보드 구성, 인공지능 및 영상 처리까지 자연스럽게 확장되도록 구성되어 있어 기초부터 응용 단계까지 단계적으로 성장할 수 있도록 돕습니다.
블루투스와 MQTT를 활용한 장치 간 통신, Node-RED를 이용한 시각화 환경 구성, 실제 생활과 연결되는 이메일·날씨 등 IoT 서비스 구현 등 다양한 실습을 통해 사물인터넷 시스템이 어떻게 설계되고 동작하는지를 현실적으로 이해할 수 있습니다. 또한 OpenAI API를 활용한 대화형 음성 시스템, OpenCV 영상 처리, YOLO 기반 객체 인식까지 포함하고 있어 인공지능과 컴퓨터 비전을 결합한 확장형 IoT 시스템 개발 경험을 제공한다는 점도 큰 장점입니다.
라즈베리파이와 사물인터넷, 그리고 인공지능을 함께 경험할 수 있는 이 책은 학생, 교사, 개발을 처음 시작하는 입문자, 실습 프로젝트 중심 학습을 원하는 메이커까지 폭넓은 독자를 위한 실전형 가이드로서 충분한 가치와 완성도를 갖추고 있습니다.

챕터1. 사물인터넷 개요 및 라즈베리파이 개발환경 구성하기
1.1 사물인터넷 개요 및 라즈베리파이 15
1) 사물인터넷(IoT)의 개념 15
2) 사물인터넷 시스템 구성 요소 15
3) 인공지능(AI)의 개념 16
4) IoT와 인공지능의 융합 16
5) 라즈베리파이란 무엇인가 17
6) 라즈베리파이의 주요 구성 요소 18
7) 왜 라즈베리파이로 사물인터넷과 인공지능을 함께 배워야 할까? 18
8) 이 교재에서 배우게 될 라즈베리파이 기반 IoT·AI 실습 18

1.2 사물인터넷 하드웨어 준비하기 20
부품형 부품준비 20
사물인터넷 독 부품준비 21
사물인터넷 독 조립 22

1.3 라즈베리파이 OS 설치 및 초기 설정 26
라즈베리파이 이미지 설치하기 26
원격으로 접속하여 사용하기 35
1-4.파이썬 가상환경 구성 및 필수 라이브러리 설치 55


챕터2. 라즈베리파이 입출력 활용
2.1 디지털 출력으로 LED 제어하기 64
LED 1개 깜빡이기 64
안전하게 프로그램 종료하기 67
LED 여러 개 깜빡이기 68
값을 직접 입력하여 LED 켜고 끄기 69
GPIO를 제어하는 코드로 LED 켜고 끄기 70

2.2 디지털 입력으로 버튼 입력받기 71
회로연결 71
스위치값 입력받기 72
스위치를 누를 때만 출력하기 74
스위치를 누르면 한 번만 출력하기 75
이벤트 방식으로 여러 개의 버튼 입력받기 78

2.3 PWM으로 RGB LED 제어하기 80
빨간색 LED의 밝기 조절하기 81
RGB 모두 켜서 밝기 조절하기 82
RGB 조절하여 무지개 색상 표현하기 84
PWMOutputDevice 사용하기 86

2.4 피에조 부저 출력하기 87
도레미파솔라시도 음 출력하기 88
노래 출력하기 90

2.5 아날로그 입력으로 센서값 입력받기 92
라즈베리파이 설정 93
MPC3208 칩을 이용해서 아날로그 입력받기 94
전압으로 환산하여 입력받기 95


챕터3. 시리얼통신을 활용한 블루투스 통신
3.1 블루투스 시리얼통신으로 데이터 주고받기 97
설정하기 98
데이터 전송하기 99
데이터 수신받기 102
데이터 줄별로 수신받기 104
데이터 줄별로 수신받아 공백 없애기 105

3.2 명령어 수신받아 LED 제어하기 106
회로연결 106
명령어 수신받기 107
명령어가 포함되면 동작하기 109
LED1 제어하기 110
LED 모두 제어하기 112

3.3 버튼을 누르면 데이터 전송하기 114
버튼값 확인하기 115
버튼이 눌리면 데이터 전송하기 117


챕터4. 자주 사용하는 사물인터넷 서비스
4.1 이메일 전송하기 119
회로연결 119
구글 이메일 설정하기 120
이메일 보내기 124
초음파센서값 받아서 거리에 따른 조건 설정하기 126
택배가 오면 이메일 보내기 127

4.2 GUI 만들어 날씨 표시하기 130
날씨 정보 확인하기 130
GUI만들기 131

4.3 IP 기반 정보 표시하기 139
IP기반 정보 터미널에 출력하기 139
GUI로 정보 출력하기 141


챕터5. MQTT통신으로 아두이노와 통신하기
5.1 라즈베리파이에 Mosquitto 브로커 설치 및 사용하기 145
라즈베리파이 핫스팟 연결 145
모스키토 MQTT 설치 147
파이썬 라이브러리 설치 148
MQTT로 메시지 전송 148
PC에서 라즈베리파이로 메시지 전송 152
라즈베리파이에서 아두이노에 구독 및 발행하기 154

5.2 아두이노 설치 ESP8266 설치 및 드라이버 다운로드 156
아두이노 설치하기 156
ESP8266 사용을 위한 보드 설치하기 160
USB드라이버 설치 163
보드 선택 및 업로드 166

5.3 아두이노로 MQTT 통신하기 168
device1 장치로 MQTT통신하기 168

5.4 MQTT통신으로 스마트홈 만들기-아두이노 코드 만들기 176
device1에서 LED 제어하는 코드 만들고 테스트하기 176
device2에서 온습도 센서값 받아 확인하는 코드 만들고 테스트하기 182
온습도 센서 값 읽어 출력하기 183
MQTT로 온도 습도 값 전송하기 184

5.5 MQTT통신으로 스마트홈 만들기-GUI 완성하기 189
LED를 제어하기 189
온도 습도 값 읽어와 값만 분리하기 191
GUI 만들어 LED 제어하고 온습도 값 표시하기 193


챕터6. Node-RED로 사물인터넷 대시보드 구성하기
6.1 Node-RED 설치 및 기본 흐름 구성하기 197

6.2 대시보드 구성 및 센서값 시각화 200



챕터7. ChatGPT API와 연동한 음성 대화 시스템 만들기
7.1 OpenAI API 사용 준비 221
라이브러리 설치 221
스피커 연결하기 221
한글 폰트 설치하기 224
한글 입력기 설치하기 226
OpenAI API 가입하기 231
OpenAI API로 간단한 챗봇 만들기 237

7.2 음성 녹음하고 출력하기 239
회로 연결하기 239
버튼의 조건에 따라 동작하기 241
버튼을 누를 때 파일로 음성 녹음하기 242
버튼을 이용해서 음성 녹음하고 재생하기 245

7.3 STT (음성-〉텍스트) 및 TTS(텍스트-〉음성)사용하기 248
STT (음성-〉 텍스트) 동작시켜보기 248
TTS (텍스트 -〉 음성) 동작시켜보기 251

7.4 ChatGPT API와 연동한 음성 대화 시스템 만들기 253
음성으로 질문하고 답변받기 253
음성으로 질문하고 음성으로 답변받기 256


챕터8. OpenCV활용 영상처리
8.1 카메라 영상처리 기초 (OpenCV) 261
라이브러리 설치 261
카메라 영상 받기 261
영상 뒤집기 262
영상 자르기 263
색상변환 264

8.2 바코드 및 QR코드 인식하기 266
회로 연결 266
라이브러리 설치하기 267
바코드 및 QR코드 만들기 267
바코드 및 QR코드 인식하기 269
인식한 조건으로 LED 제어하기 271

8.3 얼굴 인식하기 273
회로 연결 273
얼굴 인식하기 274
얼굴을 인식하면 부저 울리기 276

8.4 움직임 감지 278
움직임을 감지하여 화면에 표시하기 278
움직임이 감지되면 이미지 저장하기 280


챕터9. Yolo를 활용한 인공지능 객체인식
9.1 YOLOv8으로 객체 검출하기 285
회로 연결 285
라이브러리 설치 286
라이브러리 확인 286
기본 예제로 객체 검출하기 287
검출된 객체로 조건 설정하여 부저 울리기 291

9-2.사용자 모델 만들기 294
라즈베리파이에서 버튼을 눌러 사진 찍어 저장하기 294
압축하기 296

9.2 사용자 학습 모델 만들기 299
데이터 라벨링 299
나만의 모델 만들기 (ultralytics hub) 311

9.3 사용자 학습 모델 적용하여 객체 검출하기 320
회로 연결 320
모델 파일 라즈베리파이로 이동 321
내가 만든 모델로 객체 인식하기 322
객체가 검출되면 LED 깜빡이기 324

장문철 현) 미랩 대표
전) 부천대학교 정보통신과 겸임교수 역임

[저서]
· 마이크로 파이썬으로 만드는 스마트 자동차 (2025.02 먼슬리북스)
· 초중고/대학생 모두를 위한 아두이노 (2024.10 앤써북)
· 만들면서 배우는 파이썬과 40개의 작품들 (2022.02 앤써북)
· 만들면서 배우는 라즈베리파이 5와 40개의 작품들 (2024.03월 앤써북)
· 업무와 일상을 업시키는 16가지 생성형 AI 활용 (2024.01월 앤써북)
· 한 권으로 끝내는 아두이노와 파이썬으로 52개 작품 만들기(2023.07월 앤써북)
· 라즈베리파이 5로 배우는 AI 인공지능 자율주행 자동차 만들기 + 데이터 수집 · 학습 + 딥러닝 (2024.06월 앤써북 )
· 마이크로 파이썬을 활용해 사물인터넷(IoT) 프로젝트 만들기 with ESP32 (2024.02월 앤써북)
· 만들면서 배우는 아두이노 IoT 사물인터넷과 40개의 작품들 (2024.04월 앤써북)