[2장] 파이썬과 아두이노로 배우는 시리얼 통신 기초
파이썬과 아두이노 간의 시리얼 통신은 컴퓨터와 마이크로컨트롤러 사이의 데이터 교환을 가능하게 하는 방법입니다. 이 방식은 다양한 프로젝트에서 센서 데이터를 읽거나 아두이노를 제어하는 데 사용됩니다. 여기서는 시리얼 통신의 기본 개념과 파이썬과 아두이노를 이용한 기본 시리얼 통신 코드를 자세한 주석과 함께 제공하겠습니다.
소개글
파이썬과 아두이노를 활용한 시리얼 통신의 모든 것을 알아보세요. 이 블로그는 시리얼 통신의 정의부터 바우드 레이트, 통신 프로토콜까지 쉽게 설명하며, 실제 코드 예제로 적용 방법을 자세히 안내합니다. 하드웨어 프로그래밍의 첫걸음을 떼는 이들에게 최적의 가이드를 제공합니다.
본문
시리얼 통신은 컴퓨터와 외부 장치 간의 데이터 교환을 위한 일반적인 방법 중 하나입니다. 이 섹션에서는 시리얼 통신의 핵심 개념을 더 자세히 설명하겠습니다.
시리얼 통신의 정의
시리얼 통신은 데이터를 비트 시퀀스, 즉 한 번에 하나의 비트씩 순차적으로 전송하는 통신 방식입니다. 이는 데이터를 전송하는 데 있어 병렬 통신과 대조됩니다. 병렬 통신은 여러 비트를 동시에 전송하지만, 시리얼 통신은 단일 데이터 라인을 통해 순차적으로 데이터를 전송합니다. 이 방식은 케이블 길이가 긴 경우 또는 원격 통신이 필요한 경우에 효율적입니다.
마이크로컨트롤러와 컴퓨터 간의 시리얼 통신은 일반적으로 USB(범용 직렬 버스) 또는 RS-232 인터페이스를 사용합니다. 아두이노와 같은 마이크로컨트롤러는 이러한 인터페이스를 통해 컴퓨터와 데이터를 주고받을 수 있습니다.
통신 프로토콜
통신 프로토콜은 시리얼 통신에서 데이터가 어떻게 형성되고 전송되는지 정의하는 규칙의 집합입니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:
- 바우드 레이트 (Baud Rate): 바우드 레이트는 시리얼 통신에서 매우 중요한 개념으로, 초당 전송되는 비트의 수를 의미합니다. 예를 들어, 9600 바우드는 초당 9600비트를 전송한다는 의미이며, 통신 속도를 나타냅니다. 바우드 레이트가 높을수록 데이터 전송 속도는 빨라지지만, 오류의 가능성도 증가할 수 있습니다.
- 데이터 비트 (Data Bits): 데이터 비트는 실제로 정보를 담는 비트의 수를 나타냅니다. 일반적으로 7비트 또는 8비트가 사용됩니다. 8비트 데이터는 한 번에 1바이트의 정보를 전송할 수 있습니다.
- 패리티 비트 (Parity Bit): 데이터의 오류를 검출하기 위해 사용되는 추가적인 비트입니다. 패리티는 짝수 패리티, 홀수 패리티 등 여러 유형이 있으며, 데이터 전송 중 오류가 있는지 없는지를 확인하는 데 사용됩니다.
- 스탑 비트 (Stop Bits): 각 데이터 패킷의 끝을 나타내는 데 사용되는 비트입니다. 스탑 비트는 통신의 끝을 표시하고 다음 전송을 위해 시리얼 라인을 초기화하는 역할을 합니다.
파이썬과 아두이노 간 통신
파이썬은 그 유연성과 사용의 용이성으로 인해 아두이노와 같은 하드웨어와의 통신에 자주 사용됩니다. 파이썬에서는 pySerial
라이브러리를 사용하여 시리얼 포트를 통해 아두이노와 통신할 수 있습니다.
- pySerial 라이브러리: pySerial은 파이썬을 위한 시리얼 통신 라이브러리로, 시리얼 포트를 통해 데이터를 송수신할 수 있는 기능을 제공합니다. 이 라이브러리를 사용하여 파이썬 애플리케이션에서 아두이노 보드로 데이터를 보내거나 받을 수 있습니다.
- 통신 설정: pySerial을 사용하여 통신을 시작하기 전에, 통신할 시리얼 포트와 바우드 레이트를 설정해야 합니다. 이 설정은 아두이노와 일치해야 통신이 원활하게 이루어집니다.
- 데이터 송수신: pySerial을 사용하면 문자열, 숫자 또는 바이트 형식의 데이터를 아두이노로 보내고, 아두이노에서 전송된 데이터를 읽을 수 있습니다.
이러한 방식으로 파이썬과 아두이노 간의 시리얼 통신은 다양한 유형의 데이터를 주고받을 수 있게 하며, 센서 데이터 수집, 원격 제어 등 다양한 애플리케이션을 구현할 수 있는 기반을 제공합니다.
파이썬과 아두이노 시리얼 통신 코드
아두이노에서는 Serial
객체를 사용하여 시리얼 통신을 설정합니다.
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void setup() { // 시리얼 통신 시작. 9600은 바우드 레이트입니다. Serial.begin(9600); } void loop() { // 시리얼 포트로부터 데이터가 도착했는지 확인 if (Serial.available() > 0) { // 데이터 읽기 String data = Serial.readString(); // 읽은 데이터를 시리얼 포트로 다시 전송 (에코) Serial.println(data); } } |
파이썬 코드
파이썬에서는 pySerial
라이브러리를 사용하여 아두이노와 통신합니다. 먼저 pySerial
을 설치해야 합니다.
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pip install pyserial |
다음은 파이썬 코드 예제입니다.
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import serial import time # 아두이노와의 시리얼 연결 설정 ser = serial.Serial('COM3', 9600) # Windows의 경우 COM 포트, Linux/Mac의 경우 /dev/ttyUSB0 등을 사용 time.sleep(2) # 아두이노 재시작 후 통신이 안정될 때까지 기다림 try: while True: # 아두이노로 데이터 보내기 ser.write(b'Hello Arduino\n') # 아두이노로부터 데이터 받기 if ser.in_waiting > 0: incoming_data = ser.readline().decode('utf-8').rstrip() print("Arduino:", incoming_data) time.sleep(1) # 1초 대기 except KeyboardInterrupt: ser.close() # 프로그램 종료 시 시리얼 연결 닫기 |
이 코드는 파이썬에서 아두이노로 “Hello Arduino”라는 메시지를 보내고, 아두이노로부터 받은 데이터를 출력합니다. 데이터를 보낼 때와 받을 때에는 데이터를 바이트로 변환하거나 디코딩하는 과정이 필요합니다. try-except
구문은 사용자가 키보드 인터럽트(예: Ctrl+C)를 사용하여 프로그램을 종료할 때 시리얼 연결을 안전하게 닫도록 합니다.
맺음말
파이썬과 아두이노를 사용한 시리얼 통신은 하드웨어와 소프트웨어의 교차점에서 중요한 역할을 합니다. 이 블로그를 통해, 여러분은 시리얼 통신의 기본 원리와 필수 프로토콜을 이해하게 될 것입니다. 또한, 실제 코드 예제를 통해 이론을 실습으로 연결하는 방법을 배울 수 있습니다. 이 지식은 센서 데이터 수집, 원격 제어 등 다양한 프로젝트에 응용할 수 있으며, 여러분의 프로그래밍 능력을 한 단계 끌어올릴 것입니다. 하드웨어 프로그래밍에 관심이 있는 모든 이들에게 이 블로그는 꼭 필요한 자원이 될 것입니다. 이제 파이썬과 아두이노를 통해 새로운 창조의 세계로 발을 내디뎌 보세요.