IoT 실습으로 배우는 센서공학 (직접 다룰 수 잇는 센서 모듈의 한 권에 수록)

IoT 실습으로 배우는 센서공학 (직접 다룰 수 잇는 센서 모듈의 한 권에 수록)

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Description
오늘날 센서에 대한 전반적인 지식이나 활용은 공학 분야에 관심을 가진 모든 사람에게 기본적인 소양이나 다름없다. 공학 분야에 연관된 경우가 아니더라도 일상생활에서 흔하게 사용하는 스마트폰, 가전제품, 자동차 등에 설치된 센서의 동작은 우리가 인지하지 못하고 있을뿐 마치 공기처럼 우리의 삶에 필수적인 요소로 자리 잡았다.
센서에 사용되는 기술을 살펴보면 기본 동작 원리를 응용하여 여러 분야에 적용되는 것이 많다. 따라서 기본 동작 원리를 이해하기 위해서 물리학, 수학, 화학, 전자 등의 다양한 지식이 필요한데 그동안은 복잡한 수학과 물리학에 기반을 두고 센서를 익히는 과정을 당연한 순리처럼 접근하는 것이 일반적이었다. 어쩌면 너무나 당연한 말이지만, 모든 사람이 센서 전문가가 될 필요는 없으며, 과거와 달리 지금은 천재적이고 특별한 한 사람의 능력으로 센서를 만들 수 있는 것도 아니다. 미디어를 통해서 간혹 볼 수 있는 것처럼 특정 영역의 학위를 가지고 있거나 천재적인 사람이 아니더라도 무언가를 좋아하게 되고 그 분야에 관심을 가지다가 자연스럽게 좀 더 구체적인 것을 스스로 탐구하여 훌륭한 결과물을 만들어내는 사람들이 있다. 센서공학이라는 영역도 그렇게 접근하면 더 괜찮지 않겠냐는 생각을 했다.
공학이라는 틀에 갖혀서 물리학이나 수학 등의 기반 지식으로 센서공학을 배우다 보니 어렵다고 포기하는 사례를 수없이 봐왔다. 센서공학에 흥미와 관심을 갖기 위해서는 먼저 각 분야에서 쉽게 구할 수 있는 대표적인 센서 모듈들을 제어해보는 것이 중요하다. 이후 응용 동작을 만들어보면서 센서를 어떻게 현장에 적용하고 개선해야 할지 고민하다 보면 자연스럽게 해당 센서는 어떤 소재와 원리로 동작하는 것인가를 스스로 탐구하고 접근하게 될 것이다.
사실 아두이노 플랫폼이 없었다면 이런 방식의 접근은 어려웠을 것이다. 마이크로컨트롤러를 배우는 것 자체가 또 다른 어려운 과정이기 때문이다. 이러한 측면에서 보면 아두이노 플랫폼은 처음부터 테크놀로지(technology) 기반 없이도 마이크로컨트롤러를 쉽게 사용할 수 있도록 만들어졌으므로 매우 훌륭한 도구가 되어 센서공학을 배우고자 하는 여러분을 도와줄 수 있다. 그리고 센서에 아두이노와 같은 마이크로컨트롤러 기술을 접목하여 데이터를 처리하고 자가 진단, 의사 결정, 통신 기능 등을 갖춘 지능화된 스마트 센서 기술을 이해하기 위해서라도 아두이노를 기반으로 다양한 센서를 직접 다뤄보는 것은 매우 바람직한 활동이다.
우리가 공학을 배우는 이유는 기발하고 혁신적인 사고를 통해 수많은 종류의 문제를 능동적으로 대처할 수 있는 기술과 자신감을 배양하고, 나아가 세상을 좀 더 좋은 방향으로 개선하기 위함일 것이다. 전자기파를 설명하는 것은 과학이지만, 라디오나 TV를 만드는 것은 공학이다. 센서의 원리를 설명할 수 있는 근본적인 물리학과 수학 등의 지식이 선행되면 좋겠지만, 그 과정에서 배우기를 포기하지 않고 다양한 센서를 활용하여 세상에 이로운 시스템을 만들 수 있는 사람을 배출하는 것도 필요하다.
저자

정보권

에이치에스글로벌㈜대표이사
서울과학기술대학교공학박사

-개발·교육경력
마이크로컨트롤러ATmega128기반실습보드개발
IoT스마트툴카운터개발
LG전자:C언어를이용한MCU제어,H/W개발자를위한S/W의이해
현대자동차:아두이노를활용한제어
삼성전자:C활용H/W제어,H/W개발자를위한S/W의이해
한국전자통신연구원:오픈플랫폼을활용한프로토타이핑

-저서
《사물인터넷세대를위한아두이노프로그래밍》
《(새로운세대를위한코딩)엔트리와아두이노》
《ATmega128마이크로컨트롤러정복하기》
《마이크로컨트롤러ATmega128(시뮬레이터로쉽게배우고아두이노로정리하기)》

목차

CHAPTER01센서의개요
1.1센서의정의와종류
1.2센서의특성
1.2.1전달함수
1.2.2스팬
1.2.3정확도
1.2.4교정
1.2.5히스테리시스
1.2.6비선형성
1.2.7분해능
1.2.8포화
1.2.9반복성
1.2.10불감대
1.2.11신뢰성
1.2.12출력특성
1.2.13임피던스
1.2.14여기
1.2.15동적특성
1.2.16정밀도
1.2.17환경요인
1.2.18불확실성
1.3아날로그디지털변환기
1.4센서모듈실습준비
1.4.1아두이노IDE
1.4.2라이브러리

CHAPTER02레벨센서
2.1레벨센서개요
2.2정전용량식레벨센서
2.3광학식레벨센서
2.4도전율식레벨센서
2.5진동식레벨센서
2.6플로트스위치
2.7압력식레벨센서
2.8초음파레벨센서
2.9레이더레벨센서
2.10레이저레벨센서
2.11방사선레벨센서
2.12레벨센서실습
2.12.1비접촉식레벨센서모듈(XKC-Y25-PNP)
2.12.2도전율식레벨센서모듈
2.12.3플로트스위치

CHAPTER03유량센서
3.1유량센서개요
3.2차압유량계
3.3용적유량계
3.4전자유량계
3.5초음파유량계
3.6와류유량계
3.7터빈유량계
3.8질량유량계
3.9가변면적유량계
3.10유량센서실습
3.10.1유량센서모듈(YF-S201)
3.10.2유량센서모듈응용

CHAPTER04광센서
4.1광센서개요
4.2광도전형
4.2.1광도전효과
4.2.2포토레지스터
4.3광기전력형
4.3.1광기전력효과
4.3.2포토다이오드
4.3.3포토트랜지스터
4.4광전자방출형
4.4.1광전자방출효과
4.4.2광전관
4.4.3광전자증배관
4.5복합형
4.5.1포토커플러
4.5.2포토인터럽터
4.6광센서실습
4.6.1불꽃감지센서모듈(KY-026)
4.6.2포토레지스터모듈(KY-018)
4.6.3포토인터럽터모듈
4.6.4자외선센서모듈(ML8511)
4.6.5적외선라인트래킹센서모듈(KY-033)
4.6.6장애물감지센서모듈(KY-032)
4.6.7컬러센서모듈(TCS3200)
4.6.8미세먼지센서모듈(PPD42NJ/PPD42NS)
4.6.9미세먼지센서모듈(GP2Y1010AU0F)
4.6.10미세먼지센서모듈(PM-D4)
4.6.11혈중산소포화도및심박수측정센서모듈(MAX30102)
4.6.12제스처센서모듈(APDS-9960)

CHAPTER05온·습도센서
5.1온도센서
5.1.1온도센서개요
5.1.2열전대
5.1.3RTD
5.1.4서미스터
5.1.5서모파일
5.1.6광학고온계
5.2습도센서
5.2.1습도센서개요
5.2.2정전용량식습도센서
5.2.3저항식습도센서
5.3온·습도센서실습
5.3.1온도센서(TMP36)
5.3.2온·습도센서(DHT11)
5.3.3적외선동작감지센서모듈(HC-SR501)
5.3.4비접촉적외선온도센서모듈(GY-906)
5.3.5NTC서미스터모듈(KY-013)
5.3.6방수DS18B20디지털온도센서모듈
5.3.7K형열전대모듈(MAX6675)

CHAPTER06거리센서
6.1거리센서개요
6.2초음파센서
6.2.1음파
6.2.2초음파
6.2.3압전효과와유니모르프압전초음파변환기
6.3적외선센서
6.4레이더센서
6.4.1레이더
6.4.2펄스레이더
6.4.3연속파레이더
6.4.4주파수변조연속파레이더
6.5라이다
6.5.1레이저
6.5.2펄스라이다
6.6거리센서실습
6.6.1적외선거리감지센서모듈(E18-D80NK)
6.6.2초음파센서모듈(HC-SR04)
6.6.3마이크로파레이더모션감지모듈(RCWL-0516)
6.6.4ToF거리센서모듈(VL6180X)
6.6.5ToF거리센서모듈(TOF10120)
6.6.6초음파센서모듈(GY-US42V2)
6.6.7적외선거리센서모듈(GP2Y0A21YK0F)
6.6.8라이다센서모듈(TFminiPlus)

CHAPTER07압력센서
7.1압력센서개요
7.2스트레인게이지
7.3정전용량식압력센서
7.4압전식압력센서
7.5전위차계압력센서
7.6유도식압력센서
7.7가변자기저항압력센서
7.8진공센서
7.9무게센서
7.10압력센서실습
7.10.1FSR압력센서모듈(GY19782)
7.10.2로드셀과HX711모듈

CHAPTER08다이나믹센서
8.1가속도센서개요
8.1.1압전식가속도센서
8.1.2정전용량식가속도센서
8.1.3압저항식가속도센서
8.1.4터널링가속도센서
8.2자이로스코프
8.2.1자이로스코프개요
8.2.2기계식자이로스코프
8.2.3광학식자이로스코프
8.3다이나믹센서실습
8.3.1노크센서모듈(KY-031)
8.3.2충격센서모듈(KY-002)
8.3.36축자이로가속도센서모듈(GY-521)

CHAPTER09전자기센서
9.1전기센서개요
9.1.1전류센서
9.1.2전압센서
9.2자기센서개요
9.2.1홀센서
9.2.2자기저항센서
9.2.3거대자기임피던스센서
9.2.4자속게이트센서
9.2.5초전도양자간섭계
9.3전자기센서실습
9.3.1자기리드스위치모듈(KY-025)
9.3.2자기홀센서모듈(KY-024)
9.3.3전압센서모듈
9.3.4전류센서모듈(ACS712)
9.3.5지자기센서모듈(GY-271)

CHAPTER10화학센서
10.1화학센서개요
10.2가스센서
10.2.1반도체가스센서
10.2.2전기화학가스센서
10.2.3접촉연소가스센서
10.2.4광화학가스센서
10.3바이오센서
10.3.1효소센서
10.3.2면역센서
10.3.3핵산센서
10.4화학센서실습
10.4.1MQ-x가스센서와측정방법
10.4.2MQ-4가스센서
10.4.3MQ-3가스센서
10.4.4MQ-5가스센서
10.4.5MQ-6가스센서
10.4.6MQ-7가스센서
10.4.7MQ-8가스센서
10.4.8MQ-9가스센서
10.4.9MQ-135가스센서
10.4.10비분산적외선이산화탄소센서모듈(MH-Z19x)

CHAPTER11기타센서실습
11.1적외선수신센서모듈(KY-022)과적외선송신리모컨
11.2토양수분센서
11.3기울기스위치센서모듈(KY-020)
11.4진동센서모듈(SW-420)
11.5수은기울기스위치모듈(KY-017)
11.6마이크센서모듈(KY-037)
11.7금속터치센서모듈(KY-036)
11.8정전식터치센서모듈(TTP223B)
11.94×4정전식터치키패드모듈(TTP229)

CHAPTER12IoT온·습도모니터링시스템프로젝트
12.1프로젝트개요
12.1.1온·습도데이터수집및전송
12.1.2데이터관리서버
12.1.3온·습도모니터링및관리
12.2ESP32개발보드
12.2.1데이터관리서버로사용한ESP32개발보드
12.2.2ESP32보드개발환경구축
12.2.3ESP32개발보드와아두이노보드간시리얼통신
12.3IoT시스템구현을위한기초
12.3.1ESP32보드웹서버구현
12.3.2SPIFFS를이용한소스코드분리
12.3.3아두이노보드의EEPROM에데이터저장하기
12.3.4NTP서버로부터시간데이터읽기
12.3.5SQLite를이용한파일기반데이터베이스구성
12.3.6Firebase데이터베이스구성
12.4IoT온·습도모니터링시스템
12.4.1아두이노우노로구현한온·습도데이터수집및전송
12.4.2ESP32WebServer+SQLite로구현한데이터관리서버
12.4.3ESP32WebServer+Firebase로구현한데이터관리서버
12.4.4웹을통한온·습도모니터링및관리
12.4.5원격지에서ESP32데이터관리서버에접속

부록
실습에사용한센서

출판사 서평

이책의구성과특징

이책은센서의기본적인원리와특징을이해한뒤에실제활용가능한센서를제어하는데초점을두고실제센서가어떤식으로동작하고어떤특성을가졌는지동작하는결과를보고이해하도록한부분이다른센서공학책들과의차이점이라할수있으며,일상생활이나산업현장에적용할가능성을보고어떻게활용할지스스로탐구할수있는생각을가지게하는데목적을두고있다.
이론적인부분은잘알려진분류기준으로장을구분했고,일부센서들은임의로묶어설명한부분이있다.대부분센서는설명해야하는내용이너무방대하여오히려그내용을줄이는데어려움이있었다.국내·외센서제조사의웹페이지또는논문등을참고하여꼭필요하다고생각되는부분으로개념을전달하고자했다.각장마지막부분의센서모듈을이용한실습부분은아두이노를이용하여비교적쉽게구할수있는센서를가장기초적인코딩으로제어했을때어떤동작이출력되는지를실습하는데초점을두었다.욕심을내어본서에실제산업현장에서사용되고있는센서모듈과각종제어모듈을소개하고이를다양하게응용하는내용등을포함한다면센서공학학습을시작하는데또다른장애요인이될수있어서실습에사용되는모듈은기본적으로디스플레이소자중가장기본적인C-LCD모듈을제외하고는부담없는가격으로쉽게구할수있는센서만사용하려고했으며,누구나쉽게이해할수있는프로그램코드로설명하고자했다.
만약프로그래밍언어를한번도배우지않아어렵다고느껴진다면코드를읽고왜그렇게코딩해야하는지정도만이해하면된다.센서모듈의하드웨어적인부분과코드내용에대해좀더상세한정보가필요하다면인터넷에서관련된정보를찾는방식으로부족한부분을채워나가는것도필요한과정이다.그리고마지막프로젝트에서는온·습도센서를이용하여사물인터넷시스템을구현해보는과정이포함되어있으며,이과정을통해하나의프로젝트를처음부터최종동작까지만들어보면스스로뭔가만들수있다는자신감이생길것이다.마지막에제시된프로젝트를이해한뒤에본인이적용해보고싶은다른센서를이용하여더나은응용프로젝트로발전시켜나갈수있으면된다.
국내에서출간된센서공학도서중에특정분야에국한된센서나마이크로컨트롤러실습보드를함께엮는사례가일부있었지만,범용적인실습도구를이용하여제어중심으로센서공학을설명하고자한책은국내에서본서가처음이며,독자가직접다뤄볼수있는센서모듈을이렇게많이소개한책으로도처음이다.따라서목적으로한부분이센서공학이론이아닐때는아두이노를이용하여장마다소개된센서모듈이나유사한센서모듈을이용하여실습해보는것도좋고,제시된마지막프로젝트를좀더발전시켜보는것도의미가있다.