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사물 인터넷(IoT) “결코 어렵지 않아요”1만원대 아두이노 보드로 직접 체험하고 이해하는 사물 인터넷
이준문 기자  |  jun@newstap.co.kr
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승인 2015.01.20  19:33:04
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최근 열린 CES 2015를 비롯해 올해 IT업계의 화두는 단연 사물인터넷(IoT, Internet of Things)이다. 사물인터넷은 우리 생활 속에서 사용되는 사물을 유무선 네트워크로 연결해 서로 정보를 주고받을 수 있도록 한 환경을 말한다. 쉽게 얘기하면 인간이 개입하지 않고 사물끼리 서로 통신하는 것을 일컫는다. 어두워지면 자동으로 조명이 켜지고, 일정 온도 이하게 되면 보일러가 가동되며, 더 나아가 냉장고 안에 특정 음식이 부족하게 되면 자동으로 주문하는 등 그 범위는 매우 포괄적이다.

2015년 한해 지겹도록 들을 것으로 예상되는 사물인터넷은 갑자기 생겨난 신기술 같지만 이미 우리 주변에 널리 사용되고 있다. 키를 가지고 자동차에 접근하면 저절로 잠금 장치가 해제되고, 키를 꽂지 않아도 시동이 걸리는 ‘스마트키’, 전기, 가스 등 사용량을 자동으로 집계, 청구하는 원격검침 기술, 환자의 심전도 검사 결과값을 중앙 서버에 실시간 기록해 분석해주는 심장박동 모니터링, 그리고 요즘 많이 쓰는 웨어러블 기기 등 우리도 모르는 사이 사물인터넷은 생활 속 깊숙하게 들어와 있다.

하지만 아직 사물인터넷은 접근하기 어려운 기술이며, 자신과는 상관없는 동떨어진 분야로 생각하는 이들이 많다. 첨단 기술처럼 포장되어 있으니 그렇게 생각하는 것도 당연하다. 그러나 눈을 돌려보면 사물인터넷이 그렇게 어려운 분야가 아님을 알 수 있다. 조금만 손재주를 부린다면 시중에 파는 근사한 제품처럼 내손으로 직접 사물인터넷을 구축할 수 있다.

한국마이크로소프트는 실질적으로 사물인터넷이 어떻게 구현되며, 직접 체험하고 이해할 수 있도록 지난 16일 IT분야 기자를 대상으로 ‘IoT & 코딩’ 미디어 아카데미를 열었다. 주변에서 가장 손쉽게 구할 수 있는 ‘Arduino’를 이용해 코딩을 직접 해보며 간단하게 C언어와 전자회로 구성법을 익히고, 센서를 활용, 주변의 정보를 수집하고 모아진 정보를 클라우드 서비스를 보내는 방법을 배우게 되면서 최근 화두인 IoT 가 실질적으로 어떻게 구현되는지를 확인해 볼 수 있는 자리였다.

명함만한 작은 보드로 IoT를...
내손으로 직접 사물인터넷을 구축한다 하니 뭔가 대단한 것이 필요할 것 같다. 하지만 이번 강좌시간 동안 내 손에 쥐어진 것은 명함 크기만한 아두이노(Arduino)라는 작은 보드이다. 세상에서 가장 작은 컴퓨터라고도 부르는, 마이크로 컨트롤러를 내장한 작은 기판으로, 여기에 다양한 센서나 부품 등의 장치를 연결하고, 간단한 코딩으로 이를 제어해 원하는 일을 마음껏 할 수 있다.

   
▲ 매우 작은 크기의 아두이노

아두이노 보드는 용도나 목적에 따라 다양한 제품이 있다. ‘IoT & 코딩’ 미디어 아카데미 시간에 사용된 아두이노 보드는 그 중 가장 많이 사용되고, 또 가장 기본적인 ‘아두이노 우노’ 제품이다. 크기는 매우 작지만 이것으로 사물인터넷까지 할 수 있다 생각하니 뭔가 대단해보인다. 하지만 당장 포탈 사이트에서 가격 검색을 해보면 최저가 1만1~2천원 대로 매우 저렴하다. 사물인터넷이라고 해서 거창한 것이 아닌, 저렴한 부품만으로 충분히 사물인터넷을 흉내 낼 수 있는 것이다.

다만 가격이 저렴한 탓에 처리 속도(16MHz)가 매우 낮고, WiFi, 블루투스 등 무선 모듈은 따로 달아야 한다. 카메라를 연결할 경우에는 성능이 받쳐 주지 못해 문제도 생긴다. 그렇지만 가정에서 부담 없이 사물인터넷을 경험할 수 있기 때문에 입문자들이 가장 많이 사용하는 보드이기도 하다. 보다 높은 성능을 바란다면 이와 비슷한 Raspberry PI(약 4만6000원), Galileo GEN 2(12만1000원), Netduino(8만원) 등을 쓰면 된다.

사용법은 매우 간단하다. 아두이노 보드를 USB로 PC와 연결한다. 그리고 PC에 아두이노의 통합개발환경(IDE)을 인터넷(http://arduino.cc)으로 내려 받아 설치하면 모든 준비는 끝이다. 아두이노 보드의 소켓에 각종 센서나 모터, 스피커 등을 연결하고, 통합개발환경에서 C 언어로 프로그램을 짠 뒤 아두이노 보드에 보내 실행만 하면 된다. 참고로 아두이노에서는 코딩하는 것을 ‘스케치’한다고 표현한다. 마치 도화지에 스케치하듯 그려내어 상상을 현실로 만들어내는 과정을 비유한 듯.

   
▲ USB로 연결하기만 하면 된다. PC에 설치된 통합개발환경(IDE)을 통해 C언어로 명령어를 작성하면 된다. 정상적으로 작성된 프로그램은 컴파일 및 업로드 과정을 거쳐 아두이노에 저장되며, 이후에는 PC가 없어도 홀로 동작할 수 있다.

   
▲ USB케이블로 아두이노를 PC에 연결하면 장치관리자에서 보는 것처럼 시리얼 포트를 통해 인식된다.

약 한 시간에 걸친 아두이노와 C언어에 대한 대략적인 강의를 마치고 바로 실습에 들어간 것은 아두이노 보드에 LED를 연결하고, 불을 켰다 끄기를 반복하는 것. C언어로 짠 몇 줄 안되는 간단한 문장만으로 아두이노 보드에 연결된 LED는 깜박깜박 불을 밝히고 있었다.

   
▲ LED를 켜고 끄는 소스. HIGH 값에 의해 LED를 켜고, LOW로 LED가 꺼지며, delay값에 의해 약 1초간 상태가 지속된다. 또한 loop로 인해 무한 반복된다.

   
▲ LED가 반복되며 깜박인다.

다음 실습은 스위치를 눌러 LED를 밝히는 것. 물론 LED에 바로 스위치를 달아 직접 불이 들어오게 할 수 있지만 스위치를 통해 아두이노 보드로 입력된 신호를 스캔하고, 스위치 입력값에 따라 LED를 밝히는 것이 이번 실습의 목적이다.

   
▲ 스위치를 누르면 입력 값을 읽어 LED에 불이 들어오는 실습 과정

이어서 스피커를 연결, tone이라는 명령어로 원하는 소리가 나도록 실습이 이어졌으며, 작은 조도 센서를 달아 주위의 광량에 따라 실시간 값이 변화되는 것을 직접 확인했다.

   
▲ 스피커를 연결하면 tone 명령어에 의해 원하는 소리를 만들어낼 수 있다.

   
▲ 조도센서(포토셀)을 연결하면 광량을 측정할 수 있다.

이렇게 C언어로 코딩된 내용은 PC에서 컴파일을 거쳐 아두이노 보드에 업로드 되기 때문에 이후에는 PC를 연결하지 않아도 전원만 공급되면 홀로 동작한다.

간단한 C언어만으로 원하는 기능 구현
아무래도 C언어로 직접 코딩을 해야 하기 때문에 컴퓨터공학과 관련 전공자가 아니면 쉽게 따라하기 어려운 것이 현실이다. 하지만 이날 행사에 참석한 20여명의 기자 중 절반은 여성이며, 또한 20명 대다수는 컴퓨터 비전공자이었음에도 진행에 큰 무리는 없었다. 오히려 실습 중반으로 가니 처음에 제시된 코드를 변형, 예를 들어 조도센서로 측정된 빛의 양에 따라 스피커로 다른 음이 나도록 응용한 참가자도 나왔다. 또한 C언어는 기초적인 영단어로 되어 있으며, 구조 자체도 단순하기 때문에 습득, 적용하는데 큰 문제는 없었다.

한편 전자회로를 구성하는데 반드시 뒤따르는 납땜질에 대한 두려움도 없다. 아래 사진과 같이 브레드보드를 이용하면 부품을 꽂는 것만으로 쉽게 회로를 구성할 수 있기 때문에 전자공학 전공자가 아니더라도 쉽게 도전해볼 수 있다.

   
▲ 납땜질을 할 줄 몰라도 브레드보드를 이용해 쉽게 회로를 구성할 수 있다.

1만2천원의 화려한 변신
사물인터넷을 구현하는데 필요한 핵심 부품인 센서도 큰 부담 없이 쓸 수 있는 것도 장점이다. 원가절감과 대량생산으로 가격은 크게 낮아져 개당 몇십원에 불과한 것도 많다. 첨단 센서라고 해봐야 1만원 미만인 것이 대부분이다. 요즘은 신뢰성 높으며 가격이 싼 중국산도 많아 사물인터넷을 개인이 직접 구축하는데도 부담이 없다.

마지막으로 실습한 것은 초음파 센서를 이용한 거리 측정기. 이 또한 국내 포털 사이트에서 검색하면 5000원도 되지 않아 저렴한 비용으로 거리측정기를 만들 수 있다. 화면출력장치를 달지 않아 초음파 센서로 측정된 거리는 PC화면으로 확인해야 했지만 1만원도 안되는 디스플레이 모듈을 아두이노에 부착하면 측정된 거리를 바로 확인할 수 있다.

   
▲ 초음파 센서를 통해 거리를 계산하고, 계산된 거리가 화면에 표시된다. 동시에 tone 명령어를 통해 스피커로 거리에 따라 소리가 변화되도록 응용했다.

   
▲ 초음파센서에 의해 거리를 측정할 수 있다. 측정된 거리에 따라 다양한 소리가 나도록 스피커도 연결했다. 오른쪽 두 개의 원통형으로 생긴 것이 초음파 센서이다.

한정된 시간으로 인해 아두이노를 활용한 실습은 제한적이었지만, 인터넷 관련 커뮤니티를 조금만 뒤져 보면 아두이노를 활용한 다양한 작품을 직접 확인해 볼 수 있다. 아두이노에 모터를 연결하고 블루투스 모듈을 얹어 스마트폰으로 조종할 수 있는 무선조종자동차를 만드는가 하면, 센서로 습도나 온도, 그리고 빛 등의 데이터를 수집해 자동으로 조명을 켜고 화분에 물을 주게끔 만든 사례를 볼 수 있다. 그리고 아두이노로 생활의 불편함을 직접 해결한 케이스도 있다. 급한 성격 때문에 매번 오구르트 만들기를 실패한 한 사람은 아두이노로 온도를 제어할 수 있는 자동조절장치가 달린 냄비를 직접 만들어 정확히 발효된 요구르트를 즐기는 경우도 있다. 그리고 이를 실생활 뿐만 아니라 예술에 접목시키는 사례도 있다.

또한 아두이노에 무선모듈을 넣어 각종 센서에 의해 수집된 데이터를 활용한 본격적인 사물간 통신이 가능하며, 수집된 데이터를 클라우드로 전송해 원격지의 스마트 기기에서 확인할 수 있기 때문에 활용 범위는 매우 넓다.


▲ 아두이노를 활용한 미디어 아티스트


▲ 콜라캔을 터치패드로 써 피아노로 구현한 아두이노 활용 예


▲ 노크패턴으로 문을 여는 스마트 도어

이렇게 아두이노를 이용해 만든 작품은 3D 프린터로 근사하게 케이스를 찍어내어 상용 제품 못지않은 품질로 만들어 낼 수 있다.

이날 행사를 진행한 한국마이크로소프트 김영욱 부장은 “전자공학, 컴퓨터공학 전문가가 아니더라도 조금만 관심을 기울이면 무엇을 생각했더라도 어렵지 않게 만들어낼 수 있으며, 실제 해외에서는 아두이노와 같은 마이크로컨트롤러가 내장된 보드를 이용해 아이디어를 직접 현실 속에서 만들어보고, 이를 바탕으로 소셜 펀딩으로 자금을 확보하고, 상품화까지 이어지는 킥스타터 벤처가 활성화되고 있다”며, “올해 다양한 사물인터넷 관련 상품이 등장할 것으로 예상되는 만큼 사물인터넷을 좀 더 이해함으로써 앞으로 펼쳐진 경이로운 미래를 꿈꿀 수 있는 시간을 만들기를 바란다”고 밝혔다.

   
▲ 행사 진행을 맡은 한국마이크로소프트 김영욱 부장

‘아두이노’를 활용한 다양한 정보는 포털 사이트에서 ‘아두이노’를 검색하기만 하면 나오며, 해당 부품도 인터넷을 통해 쉽게 주문하고 받아볼 수 있으니 여유가 된다면 아두이노를 이용한 사물인터넷 세상에 빠져보는 것도 좋을 것이다.

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