사물인터넷 프로그래밍의 모든 것!
사물인터넷의 중심에 라즈베리 파이 놓기!

사물인터넷은 물건을 나타내는 원자 세계와 인터넷을 통하여 정보를 나타내는 비트 세계의 만남이다. 라즈베리 파이는 아두이노와 더불어 사물인터넷을 위한 소프트웨어를 프로그래밍할 수 있는 대표적인 오픈소스 교육용 컴퓨터다. 그리고 이 책은 라즈베리 파이를 활용하여 사물인터넷 프로그래밍을 하려는 사람들을 위해 집필되었다.

[목 차]

CHAPTER 1 라즈베리 파이 소개 1
1.1 개요 3
1.2 시스템 구성 3
1.3 라즈비안 설치 9
1.4 라즈베리 파이 부팅 및 설정 12
1.5 라즈비안의 구성 14
1.6 기본 설정 19
1.7 라즈베리 파이 관련 사이트 25

CHAPTER 2 리눅스 환경 27
2.1 리눅스 접속 29
2.2 리눅스 파일 시스템 37
2.3 기본 명령어 39
2.4 일반 명령어 45
2.5 시스템 관리 명령 53
2.6 파일 편집 61
2.7 셸 환경 70

CHAPTER 3 파이썬 환경 81
3.1 파이썬 개요 83
3.2 파이썬 실행 83
3.3 변수와 자료형 85
3.4 구문과 프로그램 제어 91
3.5 함수형 프로그래밍 94
3.6 클래스와 객체 100
3.7 입출력과 예외 102
3.8 동시 실행 106
3.9 모듈 111
3.10 파이게임 모듈 112

CHAPTER 4 웹 서버 프로그래밍 123
4.1 웹 서버 개요 125
4.2 웹 서버 설치 127
4.3 파이썬 웹 프로그래밍 135
4.4 Flask 웹 응용 프레임워크 149
4.5 MariaDB 데이터베이스 설치 183
4.6 파이썬 MariaDB 프로그래밍 199
4.7 SQLite 데이터베이스 204
4.8 REST API 설계 216

CHAPTER 5 GUI 프로그래밍 223
5.1 그래픽 윈도우 시스템 개요 225
5.2 Tkinter 파이썬 GUI 프로그래밍 227
5.3 Qt/PySide2 프로그래밍 234
5.4 Qt Designer를 이용한 프로그래밍 261
5.5 Qt Quick을 이용한 프로그래밍 274

CHAPTER 6 하드웨어 제어 297
6.1 GPIO 개요 299
6.2 GPIO 디지털 입출력 제어 306
6.3 GPIO 직렬 전송 제어 319
6.4 적외선 센서 모듈 340
6.5 디스플레이 장치 실습 346

CHAPTER 7 카메라 장치 활용 359
7.1 카메라 연결 개요 361
7.2 USB 웹캠 연결 361
7.3 파이카메라 연결 364
7.4 motion 프로그램을 통한 원격 감시 시스템 369
7.5 mjpg.streamer 프로그램을 통한 원격 스트리밍 372
7.6 VLC 프로그램을 통한 원격 스트리밍 375
7.7 PIL 및 matplotlib 모듈을 활용한 이미지 처리 376
7.8 OpenCV를 활용한 영상 처리 378
7.9 휴대용 카메라 제작 386

CHAPTER 8 모터 연결 및 RC 카 제어 389
8.1 모터 개요 391
8.2 서보모터 제어 391
8.3 DC 모터 제어 395
8.4 RC 카 제어 397

CHAPTER 9 위치 및 방향 측정 장치 활용 407
9.1 GPS 수신기 개요 409
9.2 GPS 수신기 연결 409
9.3 지도 위에 현재 위치 나타내기 413
9.4 날씨 예보 장치 만들기 415
9.5 Navit 내비게이션 프로그램 구동 422
9.6 IMU 센서 활용하기 428

CHAPTER 10 아두이노 보드 연결 443
10.1 아두이노 소개 445
10.2 아두이노 프로그래밍 446
10.3 UART를 이용한 연결 449
10.4 Xbee 모듈을 이용한 통신 452
10.5 블루투스 및 BLE를 이용한 통신 458

CHAPTER 11 사물인터넷 보드 활용 501
11.1 사물인터넷 보드 개요 503
11.2 ESP8266 모듈을 이용한 아두이노 프로그래밍 503
11.3 아두이노 IDE를 활용한 ESP8266 펌웨어 프로그래밍 515
11.4 NodeMCU 보드 활용 527
11.5 PlatformIO/VSCode를 활용한 ESP8266 펌웨어 프로그래밍 548
11.6 ESP32 보드 활용 566
11.7 MQTT 프로토콜 581
11.8 LoRaWAN을 활용한 장치 제어 및 모니터링 592

CHAPTER 12 사물인터넷 서비스 활용 611
12.1 사물인터넷 개요 613
12.2 WebIOPi 웹 서버 연결 613
12.3 OpenHAB 621
12.4 Home Assistant 홈 서버 645
12.5 클라우드 데이터 저장 서비스 661
12.6 사물인터넷 연동 서비스 665

CHAPTER 13 음성 인식과 가상 비서 683
13.1 리눅스 사운드 시스템 및 음성 변환 테스트 685
13.2 음성 인식, 합성 및 가상 비서 시스템 개요 688
13.3 음성 인식 688
13.4 음성 합성 697
13.5 가상 비서 699


[본 문]

2012년에 처음 만들어진 라즈베리 파이 보드는 아두이노와 더불어 사물인터넷을 위한 소프트웨어를 프로그래밍할 수 있는 대표적인 오픈소스 교육용 컴퓨터다. 이 책은 사물인터넷을 구현하는 데 관심을 가진 대학생을 포함한 일반인들을 대상으로 라즈베리 파이 보드를 활용하여 다양한 장치를 제어할 수 있도록 프로그래밍하는 방법에 관해 다룬다. 기본적인 IT 지식만 있으면 전체적인 내용을 이해할 수 있도록 구성하였지만, 센서를 비롯한 하드웨어와 운영체제를 포함한 컴퓨터 소프트웨어에 관해 어느 정도 알고 있다면 훨씬 이해하기가 쉬울 것이다. _xiii쪽

리눅스의 파일 시스템은 이러한 파일과 디렉터리들이 계층적으로 구성된 구조를 가진다. 이런 계층 구조는 MS-DOS나 NTFS 파일 시스템 등과 유사하지만, 하나의 루트(root) 디렉터리만을 가지는 단일한 파일 시스템이라는 점에서 다르다. 따라서 여러 하드 디스크의 파티션을 활용하기 위해서는 MS-DOS처럼 드라이브 개념을 사용하기보다는 단일 계층 구조 내의 특정 지점에 마운트(mount)되어 붙도록 허용해야 한다. 37쪽

대표적인 예로 LAMP를 들 수 있는데, 이것은 Linux + Apache + MySQL DB + PHP로 구성된 시스템을 나타낸다. 이 시스템은 안정적인 동작과 다양한 기능을 가진 표준 시스템이지만, 전체적으로 시스템 자원을 많이 사용하고 웹 프로그래밍을 하기 어렵다는 단점이 있다. 여기서는 Apache 웹 서버 외에도 lighttpd, node.js, Flask 웹 서버를 다룰 것이다. 또한, 데이터베이스로는 MySQL 말고도 SQlite를 사용할 수 있고, PHP 대신 파이썬을 사용할 수도 있으므로 이런 방법에 대해서도 다룬다. _126쪽

X 윈도우는 소스가 공개된 오픈소스 그래픽 라이브러리 및 사용자 환경이며, X 프로토콜이라는 네트워크 프로토콜을 사용하여 서버-클라이언트 구조로 설계함으로써 네트워크 투명성과 장치 독립성을 제공한다. 아울러 서버-클라이언트의 독립적인 구조 덕분에 모듈성과 확장성도 뛰어나다. 게다가 Xlib와 고유 툴킷인 Xt Athena 위젯들은 기본적인 기능만을 제공하고, 세부적인 많은 윈도우 자원들은 정해지지 않았으므로 다양한 기능을 추가한 사용자 인터페이스를 적용할 수 있다. 또한, 21세기에 들어와서도 이미지 합성, 폰트 설정 지원, OpenGL의 3D 가속 기능을 활용하는 등 계속 발전이 이루어지고 있다. _227쪽

라즈베리 파이에 카메라를 연결할 때는 주로 두 가지 방법을 많이 사용한다. 하나는 USB 포트를 통해 일반 USB 웹캠을 연결하는 방법이고, 다른 하나는 라즈베리 파이 전용 카메라를 CSI 포트에 연결하는 방법이다. 여기서는 먼저, 일반 USB 웹캠을 사용하여 카메라 영상을 보는 방법을 설명하고, 이후 라즈베리 파이 카메라를 사용하는 방법을 다룰 것이다. _361쪽

사물인터넷 프로그래밍의 모든 것!
사물인터넷의 중심에 라즈베리 파이 놓기!

사물인터넷은 물건을 나타내는 원자 세계와 인터넷을 통하여 정보를 나타내는 비트 세계의 만남이다. 라즈베리 파이는 아두이노와 더불어 사물인터넷을 위한 소프트웨어를 프로그래밍할 수 있는 대표적인 오픈소스 교육용 컴퓨터다. 그리고 이 책은 라즈베리 파이를 활용하여 사물인터넷 프로그래밍을 하려는 사람들을 위해 집필되었다.

리눅스 환경에서 파이썬으로 웹 서버를 구축하고, 센서 등의 입출력 장치를 제어하며, 다른 컴퓨터 및 클라우드 서버와 네트워크를 통해 연동하는 다양한 방법을 다룬다. 라즈베리 파이를 사용하여 사물인터넷 장치를 만들고 구현하려는 사람들에게 이 책에서 다루는 다양한 기술과 예제가 실질적인 도움을 줄 것이다.

이 책의 주요 내용

● 라즈베리 파이의 리눅스 사용 환경
● 파이썬 웹 서버 구축 및 데이터베이스 활용
● 파이썬 GUI 프로그래밍
● 입출력 포트를 이용한 하드웨어 제어
● 카메라/모터를 통한 영상 처리 및 RC 카 제어
● GPS/가속도/자이로/지자기 센서 활용
● 아두이노와 ESP32를 포함한 사물인터넷 보드 연동
● 홈 자동화 서버 및 클라우드 데이터/연동 서비스 활용
● 음성 인식 및 구글 어시스턴트를 활용한 AI 가상 비서

김성우
한국과학기술원(KAIST)에서 전기 및 전자공학 학사를 거쳐 석사 및 박사 학위를 취득하였다. 이후 한국전자통신연구원(ETRI)에서 선임연구원으로 근무하였으며, 현재는 동의대학교 컴퓨터소프트웨어공학과 교수로 재직 중이다. 저서로는 《임베디드 리눅스 프로그래밍 및 응용》(2011), 《리눅스 프로그래밍 입문》(2010) 등이 있다.