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이 책은 아두이노를 사용하여 하드웨어를 만들고 파이썬을 이용하여 PC에서 프로그램을 만든 후 서로 통신 및 융합하여 52가지 다양한 작품 만들기를 통해 재미와 학습 두 가지를 모두 할 수 있게 구성하였습니다!

아두이노는 오픈소스라는 막강한 무기로 하드웨어를 제어하여 작품을 만드는 곳에서 많이 사용하고 있습니다. 하지만 인공지능이나 통신, 카메라 인식 등을 사용하기 위해서는 연산능력이 부족합니다. 부족한 부분을 파이썬을 이용하여 PC에서 처리하고 처리된 결과를 통신을 통해 아두이노를 제어합니다. 즉 아두이노와 파이썬은 서로 부족한 부분을 체워줄 수 있습니다.

아두이노를 이용하여 하드웨어를 만들고 제어하는 재미를 느끼고 파이썬을 이용하여 PC에서 프로그램을 만드는 재미를 느끼면서 자연스럽게 아두이노와 파이썬을 배울 수 있도록 구성하였습니다. 아두이노와 파이썬에 익숙해지면 파이썬의 강력한 기능을 통해 인공지능을 만들어보면서 파이썬의 강력한 다양한 기능을 활용할 수 있는 작품을 직접 만들어 볼수 있도록 하였습니다.

어떻게 하면 인공지능을 배우려는 출발점을 가볍게 할 수 있을지 또한 인공지능을 활용하여 나만의 아이디어 작품을 만들게 하자의 결과물이 이 책입니다.

인공지능 플랫폼을 사용하기 위해 파이썬 언어를 학습해야 합니다. 인공지능 프로그램의 대부분이 파이썬 언어로 이루어져 있기 때문입니다. 이 책에서는 파이썬 기본 문법을 학습하고 다양한 응용프로그램을 만들어 봅니다.

나만의 인공지능 작품을 만들기 위한 하드웨어로 아두이노를 배우고 동작시켜봅니다. 파이썬 프로그램으로 아두이노를 동작 시키기 위해 나만의 통신규칙을 만들어 봅니다. 통신 규칙을 만들어 보며 인공지능 로봇에게 가르칠 명령어들을 생각해보아도 좋습니다.

인공지능 플랫폼으로는 티쳐블 머신을 사용했습니다. 티쳐블 머신을 통하여 인공지능 학습 단계들을 배울 수 있습니다. 이 책의 아두이노, 파이썬, 티쳐블 머신 각각의 사용법들을 익히고 통신하는 학습을 끝내고 나면 여러분만의 인공지능을 활용한 작품이 만들 수 있도록 구성하였습니다.

이 책의 처음은 아두이노를 제어하며 가볍게, 중간은 파이썬으로 다양하게, 마지막은 인공지능을 활용한 작품을 선물로 받게 됩니다. 또한, 책을 따라가며 학습을 마치고 나면 인공지능을 배우려는 동기가 생기게 될 것입니다.

다음 분들에게 이 책을 추천합니다.
- 아두이노와 파이썬을 연결해서 아이디어 작품을 만들고자 하는 분
- 인공지능 교육을 처음 시작하는 선생님
학생들은 만드는 것을 좋아합니다. 만들면서 배우면 스스로 익히게 됩니다.
- 인공지능 티쳐블 머신 활용법이 궁금한 분
- 캡스톤 디자인을 위한 교육 또는 작품 구상 중인 대학생
- 이 책을 믿고 끝까지 학습할 학생

이 책의 예제 소스 코드, 저자에게 질문하는 방법은 “4~5쪽”을 참고한다.

CHAPTER 01 아두이노 시작하기
01_ 1 아두이노란 무엇인가?
아두이노란 무엇인가?
우리는 아두이노를 어떻게 동작 시키는가?
아두이노로 무엇을 만들 수 있나?
왜 세계 여러 나라에서 아두이노를 사용하는가?
인공지능과 아두이노의 만남
아두이노 보드 종류

01_ 2 아두이노 개발환경 구축하기
아두이노 IDE 설치하기
아두이노 실행과 IDE 구조 살펴보기

01_ 3 아두이노 및 프로그래밍 기초
아두이노 스케치 프로그램 구조 살펴보기
아두이노에 내장된 LED 제어하기 1
아두이노에 내장된 LED 제어하기 2
아두이노에 내장된 LED 제어하기 3


CHAPTER 02 아두이노 기본 기능 익히기
02_ 1 3색 LED 제어하기
3색 LED 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
3색 LED의 빨간색 LED 깜빡이기
3색 LED의 빨간색 LED 더 빨리 깜빡이기
3색 LED의 빨간색, 녹색, 파란색 LED 번갈아 켜보기
#define 전처리문을 사용하여 코드의 가독성 높이기

02_ 2 3색 LED PWM으로 밝기 조절
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
아날로그 출력(PWM)으로 LED 밝기 조절하기
아날로그 출력(PWM)으로 LED 색상 조합하기
아날로그 출력(PWM)으로 무지개색상 출력하기

02_ 3 피에조부저 출력하기
피에조부저 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
tone 함수 사용하여 피에조부저 출력하기
피에조부저로 학교종이 땡땡땡 출력하기
for문을 사용하여 코드 간략화하여 “학교종이 땡땡땡”출력하기

02_ 4 시리얼통신
시리얼통신 이해하기
시리얼통신으로 hello 전송하기
시리얼통신으로 hello 줄바꿈하여 전송하기
시리얼통신 통신속도 변경하여 통신하기
시리얼통신으로 PC에서 데이터 받아서 되돌려주기
시리얼통신으로 PC에서 명령어 받아서 LED 제어하기

02_ 5 버튼 입력받기
버튼 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
버튼 값 읽어서 시리얼통신으로 전송하기
버튼을 누를 때 한 번 동작으로 코드 만들기 1
버튼을 누를 때 한 번 동작으로 코드 만들기 2
함수를 사용하여 버튼을 누를 때 한 번 동작하는 코드 만들기

02_ 6 가변 저항 값 입력받기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
가변 저항 값 입력받아서 시리얼통신으로 전송하기
가변 저항 값 map 함수 사용하여 0~100%로 변경 후 시리얼통신으로 전송하기

02_ 7 CDS 조도센서 입력받기
CDS 조도센서 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
CDS 조도센서 값 읽어 시리얼통신으로 전송하기
CDS 조도센서 값 읽어 if 조건문으로 값 비교하기

02_ 8 서보모터 제어하기
서보모터 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
서보모터 각도 변경해보기
가변저항으로 서보모터 제어해보기

02_ 9 DHT11 온습도 센서
DHT11 온습도 센서 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
DHT11 라이브러리 설치하고 센서 값 읽기
DHT11 센서의 온도 습도 값으로 불쾌지수 구하기

02_ 10 4-digit FND 출력하기(TM1637)
4-digit FND 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
TM1637 라이브러리 설치하고 4-digit FND에 숫자 출력하기
4-digit FND에 영어 출력하기

02_ 11 비접촉 온도센서(MLX90614)로 체온 측정하기
비접촉 온도센서(MLX90614) 이해하기
인공지능 쉴드 이용하는 방법
부품 이용하여 연결하는 방법
MLX90614 라이브러리 설치하고 비접촉 온도 읽기
비접촉센서로 온도 읽어서 특정 온도 이상이면 시리얼통신으로 데이터 보내기

02_ 12 millis() 사용하여 아두이노를 일정시간마다 동작 시키기
delay 함수로 시리얼통신에 1초마다 hello 출력하기
delay 함수로 시리얼통신에 1초마다 hello 출력하고 0.5초마다 빨간색 LED 깜빡이기
millis 함수로 시리얼통신에 1초마다 hello 출력하기
millis 함수로 시리얼통신에 1초마다 hello 출력하고 0.5초마다 빨간색 LED 깜박이기
함수를 사용하여 코드의 가독성 높이기


CHAPTER 03 아두이노 프로젝트 만들기
03_ 1 어두워지면 자동으로 켜지는 전등 만들기
CDS 조도센서의 값을 시리얼통신으로 전송하기
어두워지면 자동으로 켜지는 전등 만들기
어두워지면 3초후 켜지는 전등 만들기

03_ 2 가변 저항으로 제어하는 LED 스탠드 만들기
가변 저항 값 읽어 시리얼통신으로 값 전송하기
가변 저항 값으로 LED의 밝기 조절하기
가변 저항 값으로 LED의 밝기 단계로 조절하기

03_ 3 버튼으로 제어하는 LED 스탠드 만들기
버튼을 눌러 값을 시리얼통신으로 전송하기
버튼을 눌러 LED의 밝기를 조절하기

03_ 4 온도습도 불쾌지수 표시기 만들기
온도습도 값을 읽어 불쾌지수를 계산하여 시리얼통신으로 전송하기
온도습도 값을 읽어 불쾌지수를 계산하여 4-digit FND에 표시하기

03_ 5 체온 측정기 만들기
비접촉온도센서로 체온 측정하여 시리얼통신으로 값 전송하기
비접촉온도센서로 체온 측정하여 4-digit FND에 표시하기
비접촉온도센서로 체온 측정하여 38도가 넘으면 부저 울리기


CHAPTER 04 시리얼통신으로 아두이노 제어하기
04_ 1 String 문자열
클래스에서 사용한 함수와 연산자 확인하기
String 문자열 더하기
String 문자열 공백 넣어 더하기
String 문자열 공백 계속 더하기
String 문자열 equals() 함수 사용하여 문자열 비교하기
String 문자열 length() 함수 사용하여 문자열 길이 구하기
String 문자열 indexOf() 함수 사용하여 문자열 찾기
String 문자열 indexOf() 함수 인자 넣어서 특정 위치부터 찾기
String 문자열 indexOf() 함수 if 조건문과 함께 사용하기
String 문자열 lastIndexOf() 함수 사용하여 문자열의 끝에서부터 찾기
String 문자열 substring() 함수 사용하여 문자열 자르기
String 문자열 toInt() 함수 사용하여 문자열을 숫자형으로 변환하기
String 문자열 toFloat() 함수 사용하여 문자열을 소수점형으로 변환하기
String 문자열 trim() 함수 사용하여 문자열의 좌우 공백 제어하기

04_ 2 RGB LED 제어하기
시리얼통신으로 하나의 문자를 받아 RGB LED 제어하기
시리얼통신으로 \n 종료문자까지 문자열을 입력받기
시리얼통신으로 RGB=255,50,0 값 입력받아 255,50,0의 값 찾아 분리하기
시리얼통신으로 RGB=빨간색, 녹색, 파란색의 숫자값 입력받아 RGB LED 제어하기

04_ 3 서보모터 제어하기
시리얼통신으로 서보모터 명령어 입력받아 시리얼통신으로 값 전송하기
시리얼통신으로 서보모터 명령어 입력받아서 서보모터 제어하기

04_ 4 피에조부저 제어하기
시리얼통신으로 부저 주파수 입력받아서 소수점형으로 변환하기
시리얼통신으로 부저 주파수 입력받아서 피에조부저에 주파수 출력하기

04_ 5 FND에 숫자 출력하기
시리얼통신으로 FND 명령어 입력받아 소수점형으로 변환하기
시리얼통신으로 FND 명령어 입력받아 FND에 표시하기

04_ 6 버튼이 눌리면 값 전송하기
버튼이 눌리면 시리얼통신으로 버튼 값 전송하기

04_ 7 가변 저항, 조도센서 값 요청받고 응답하기
가변 저항과 조도센서의 값을 요청받으면 응답하기
가변 저항과 조도센서의 값을 요청받으면 실제 값 측정하여 응답하기

04_ 8 온도, 습도센서 값 요청받고 응답하기
온도센서와 습도센서의 값을 요청받으면 응답하기
온도센서와 습도센서의 값을 요청받으면 실제 값 측정하여 응답하기

04_ 9 비접촉 온도센서 값 요청받고 응답하기
비접촉온도센서와 주변 온도의 값을 요청받으면 응답하기
비접촉온도센서와 주변 온도의 값을 요청받으면 실제 값 측정하여 응답하기

04_ 10 통신 기능 모두 추가하기
3색 LED, 서보모터, 피에조부저, FND 통신기능 추가하기
버튼 통신기능 추가하기
가변저항, 조도센서, 온도센서, 습도센서, 비접촉온도센서 통신기능 추가하여 모든 통신규칙 만들기


CHAPTER 05 파이썬 시작하기
05_ 1 파이썬이란?

05_ 2 파이썬 개발환경구성
아나콘다를 통한 파이썬 설치
VS CODE 설치 및 파이썬 개발환경 구성 + 아나콘다 연동
VS CODE의 유용한 기능 추가 설치하기

05_ 3 파이썬의 기본 문법 익히기
출력 print
입력 input
변수 - 숫자형, 문자형, 소수점형, BOOL형
자료형 - 리스트, 튜플, 딕셔너리, set
연산 - 사칙연산, 논리연산, 비교연산
조건문
반복문 - while, for 반복문
오류 및 예외처리
함수
클래스
주석
import


CHAPTER 06 파이썬으로 간단한 프로그램 만들기
06_ 1 숫자 맞추기 게임 만들기
임의의 숫자 생성 코드 만들기
숫자 맞추는 게임 코드 만들기
try: except: 문으로 예외처리하기

06_ 2 로또번호 생성기 만들기
range 함수를 사용하여 1부터 45까지 값 생성하기
랜덤함수 사용하여 1부터 45까지 값 중에 6개의 값 무작위로 선택하기
994회차 로또번호와 비교하여 당첨 시뮬레이션 해보기

06_ 3 텍스트를 음성으로 변환
텍스트를 음성으로 변환하기
음성으로 변환된 파일 재생하기
파일에서 문자를 읽어 음성으로 출력해보기

06_ 4 엑셀파일 읽고 쓰기
리스트의 항목을 엑셀에 쓰기
리스트의 항목에 나이를 추가하여 엑셀로 쓰기
엑셀에 쓰는 다양한 방법 알아보기
엑셀에서 값 읽기
엑셀에서 마지막 길이만큼 읽어 리스트에 저장하기


CHAPTER 07 파이썬으로 아두이노와 통신하기
07_ 1 파이썬으로 아두이노 RGB LED 제어하기
시리얼통신으로 아두이노와 통신하여 아두이노 RGB LED 제어하기
아두이노와 연결된 시리얼포트 자동으로 찾아 연결하기
시리얼통신으로 아두이노와 통신하여 아두이노 RGB LED 제어하고 응답받기
시리얼통신으로 수신부를 쓰레드로 분리하여 성능 높이기
RGB LED제어하는 코드를 함수로 만들어 코드의 가독성 높이기
main() 함수를 생성하여 프로그램을 직관적으로 만들기

07_ 2 파이썬으로 아두이노 서보모터, 피에조부저, FND 제어하기
시리얼통신의 기본 코드 만들기
서보모터, 피에조부저, FND를 제어하는 함수르 만들고 명령어를 전송하여 제어해보기

07_ 3 파이썬으로 아두이노 스위치 값 수신받기
아두이노에서 버튼이 눌리면 PC의 파이썬에서 확인하는 프로그램 만들기
시리얼통신 수신 쓰레드에서 값을 받아 main() 함수에서 확인하기

07_ 4 파이썬으로 아두이노 가변 저항, 조도센서 값을 요청하여 받기
가변 저항, 조도센서의 요청 응답의 통신 규칙 살펴보기
시리얼통신으로 아두이노에게 가변 저항, 조도센서 값을 요청하여 받기
1초마다 실행하는 부분을 조금 더 파이썬 답게 변경하기
가변 저항과 밝기값에서 원하는 값 분리하기

07_ 5 파이썬으로 아두이노 온습도센서, 비접촉 온도센서 값을 요청하여 받기
시리얼통신으로 아두이노에게 온도센서, 습도센서, 비접촉온도센서, 비접촉 온도 주변 온도 값을 요청하여 받기


CHAPTER 08 파이썬과 아두이노로 작품 만들기
08_ 1 파이썬으로 실시간 환율 정보 읽어와 아두이노 FND에 표시하기
지원되는 통화목록을 출력하기
1달러당 원화 출력하기
실시간 환율정보 크롤링하는 코드 만들기
1달러에 원화비를 아두이노의 FND에 표시하기

08_ 2 파이썬으로 기상청 날씨 받아와 아두이노 FND에 표시하기
기상청에서 날씨정보 데이터 받기
파이썬에서 기상청 주소 접속하여 데이터 출력하기
정규식으로 사용하여 온도와 습도 데이터를 가져오기
온도 데이터를 아두이노의 FND에 표시하기

08_ 3 아두이노에서 버튼을 누르면 파이썬으로 이메일 보내기
네이버 이메일 설정하기
파이썬으로 네이버 이메일을 통해 이메일 보내기
아두이노에서 버튼을 누르면 파이썬으로 네이버 이메일을 통해 이메일 보내기

08_ 4 파이썬으로 미세먼지 농도 가져와 아두이노 LED, FND에 표시하기
공공데이터 포탈 가입 및 API 신청하기
파이썬 프로그램을 이용하여 웹페이지에 접속 후 미세먼지와 측정소를 출력하기
강남구의 미세먼지 데이터 출력하기
PM25의 미세먼지 농도를 FND와 LED에 표시하기

08_ 5 파이썬으로 코로나 19 현황 가져와 아두이노 FND표시하기
공공데이터 포탈 가입 및 API 신청하기
파이썬 프로그램을 이용하여 웹페이지에 접속 후 코로나 현황을 받아오기
전국의 코로나 확진자수 출력하기
오늘 날짜를 자동으로 입력하여 전국의 코로나 확진자수 출력하기
코로나 확진자수를 아두이노 FND에 표시하기

08_ 6 파이썬으로 색상 검출하여 아두이노 LED에 표시하기
OpenCV를 이용하여 색상 추출하기
OpenCV를 이용하여 색상 값 수치화하기
색상별 임계점 정하고 색상 판별하기

08_ 7 파이썬으로 가변 저항 값을 요청하여 실시간 그래프 그리기
matplotlib를 활용하여 그래프 그려보기
실시간 그래프 그리기
시리얼통신으로 가변 저항 값 요청받아 실시간 그래프 그리기

08_ 8 파이썬으로 밝기값을 요청하여 어두워지면 스마트폰으로 알림보내기
워크스페이스 생성하기
봇(로봇) 만들기
slack으로 메시지 전송하기
봇이 메시지를 잘 보냈는지 확인하기
아두이노의 밝기값이 어두워지면 slack으로 메시지 전송하기

08_ 9 파이썬으로 온도습도센서 값을 요청하여 엑셀에 기록하기
아두이노의 온도 습도 데이터 요청하여 받기
온도습도 값 수신 확인하기
온도습도 값 엑셀에 기록하기

08_ 10 파이썬으로 비접촉 온도센서 값을 요청하여 GUI로 표시하기
GUI 프로그램 만들기
GUI 프로그램의 글자크기 키우기
랜덤숫자 GUI에 표시하기
아두이노의 비접촉 온도센서 값 GUI에 표시하기
비접촉 온도센서의 값이 37.5도 이상이며 GUI의 색상 변경하기

08_ 11파이썬으로 GUI 만들어 서보모터 제어하기
GUI에 슬라이드바 생성하기
GUI에 슬라이드바를 조절하여 아두이노의 서보모터 제어하기


CHAPTER 09 파이썬 인공지능과 아두이노로 작품 만들기
09_ 0 가상환경으로 파이썬 3.8.8 버전 설치 후 진행하기
가상환경 생성하기

09_ 1 음성인식하여 아두이노 제어하기
음성 녹음하고 재생하기
음성을 텍스트로 변환하기
음성을 텍스트로 변환 후 특정 키워드 비교하기
음성으로 LED 제어하기

09_ 2 눈을 인식하여 졸음방지 알리미 만들기
OpenCV에서 카메라 영상 보여주기
OpenCV에서 얼굴과 눈을 찾기
눈을 계속 감고 있으면 OpenCV에서 아두이노로 알람보내기

09_ 3 인공지능 마스크검출 시스템 만들기
티처블머신에서 모델생성하기
티처블머신에서 생성된 모델 가져와 파이썬에서 마스크 착용 유무 판별하기
label 파일에서 예측값 매칭하기
마스크 미착용 시 아두이노의 알람 울리기

09_ 4 인공지능 동물원 만들기
티처블머신에서 모델생성하기
티처블머신에서 생성된 모델 가져와 기린, 코끼리, 상어, 배경화면 분류하기
기린이 보이면 아두이노의 서보모터 제어하여 문열어주기