Node.js와 Raspberry Pi로 LED와 버튼 제어하기: GPIO 핀 가이드

Raspberry Pi는 GPIO(General Purpose Input/Output) 핀을 사용해 다양한 하드웨어를 제어할 수 있습니다. 이번 글에서는 Node.js를 이용해 Raspberry Pi의 GPIO 핀을 통해 LED와 푸시 버튼을 제어하는 방법을 설명합니다. 버튼을 눌러 LED를 켜고, 버튼을 떼면 LED가 꺼지는 간단한 프로젝트를 진행해 보겠습니다.

준비물

이 프로젝트를 위해 필요한 준비물은 다음과 같습니다:

Raspberry Pi (모델에 상관없이 가능)
LED 1개
푸시 버튼 1개
저항 (330Ω, 10kΩ)
브레드보드와 점퍼 케이블

회로 구성

먼저 Raspberry Pi의 GPIO 핀에 LED와 버튼을 연결합니다. 아래 설명대로 회로를 구성합니다:

LED의 긴 다리(양극)를 330Ω 저항을 통해 GPIO 17번 핀에 연결합니다.
LED의 짧은 다리(음극)를 Raspberry Pi의 GND(Ground) 핀에 연결합니다.
푸시 버튼의 한쪽을 10kΩ 저항을 통해 GND 핀에 연결합니다.
푸시 버튼의 다른 쪽을 GPIO 18번 핀에 연결합니다.

이제 버튼을 눌렀을 때 GPIO 18번 핀을 통해 신호를 읽고, GPIO 17번 핀을 통해 LED를 제어할 수 있게 되었습니다.

Node.js와 onoff 패키지 설치

Raspberry Pi의 GPIO 핀을 제어하기 위해 onoff 패키지를 사용합니다. 먼저 Node.js와 onoff 패키지를 설치합니다.

1. Node.js 설치

$ curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_16.x | sudo -E bash -
$ sudo apt install -y nodejs

2. onoff 패키지 설치

$ npm install onoff

이제 Node.js와 GPIO 제어를 위한 onoff 패키지가 준비되었습니다.

Node.js 코드 작성: LED와 버튼 제어

아래 코드는 푸시 버튼을 눌렀을 때 GPIO 17번 핀에 연결된 LED를 켜고, 버튼을 떼면 LED를 끄는 예제입니다.

// led_button_control.js

const Gpio = require('onoff').Gpio;  // onoff 패키지 임포트
const led = new Gpio(17, 'out');     // GPIO 17번 핀을 출력 모드로 설정 (LED 제어)
const button = new Gpio(18, 'in', 'both'); // GPIO 18번 핀을 입력 모드로 설정 (버튼 입력)

// 버튼을 눌렀을 때의 이벤트 처리
button.watch((err, value) => {
    if (err) {
        console.error('GPIO 입력 중 오류 발생:', err);
        return;
    }
    led.writeSync(value);  // 버튼이 눌리면 LED 켜기 (1), 떼면 LED 끄기 (0)
    console.log(value === 1 ? 'LED ON' : 'LED OFF');
});

// 프로그램 종료 시 GPIO 리소스 해제
process.on('SIGINT', () => {
    led.writeSync(0);  // 프로그램 종료 시 LED 끄기
    led.unexport();    // GPIO 리소스 해제
    button.unexport();
    console.log('프로그램 종료, GPIO 리소스 해제 완료');
});

이 코드는 푸시 버튼에서 발생하는 입력 신호를 감지하고, 그 신호에 따라 LED를 제어합니다. watch() 함수는 버튼을 눌렀을 때(1)와 뗐을 때(0)의 이벤트를 감지합니다.

코드 실행하기

GPIO 핀을 제어하려면 루트 권한이 필요하므로, 다음과 같이 sudo 명령어를 사용해 코드를 실행합니다.

$ sudo node led_button_control.js

프로그램을 실행한 후, 버튼을 누르면 LED가 켜지고, 버튼을 떼면 LED가 꺼지는 것을 확인할 수 있습니다. Ctrl + C로 프로그램을 종료하면 GPIO 리소스가 안전하게 해제됩니다.

코드 설명

위 코드에서는 몇 가지 중요한 부분이 있습니다:

Gpio 클래스: onoff 패키지의 Gpio 클래스를 사용해 GPIO 핀을 제어합니다. 17번 핀은 출력 모드로, 18번 핀은 입력 모드로 설정됩니다.
watch() 메서드: 버튼의 상태 변화를 감지하는 이벤트 리스너입니다. 버튼이 눌리거나 떼어질 때마다 호출됩니다.
writeSync() 메서드: GPIO 핀에 값을 동기적으로 쓰는 메서드로, 1은 LED를 켜고, 0은 끕니다.
SIGINT 이벤트 처리: 프로그램이 종료될 때(예: Ctrl + C 입력 시), GPIO 리소스를 해제하여 안전하게 종료합니다.

GPIO 확장 가능성

이 프로젝트는 GPIO 핀을 제어하는 기본 예제이지만, Node.js와 Raspberry Pi를 사용하여 더 복잡한 프로젝트를 확장할 수 있습니다. 예를 들어, 다음과 같은 프로젝트를 시도해볼 수 있습니다:

멀티 버튼 제어: 여러 버튼을 추가하여 각 버튼마다 다른 LED를 켜고 끄는 시스템을 구축할 수 있습니다.
센서와의 연동: 온도, 습도, 거리 센서 등 다양한 센서와 연동하여 데이터를 수집하고, 그에 맞춰 GPIO 핀을 제어할 수 있습니다.
스마트 홈 시스템: 버튼을 사용하여 조명을 제어하거나, 원격으로 Raspberry Pi와 통신해 다양한 가전기기를 제어하는 스마트 홈 시스템을 구현할 수 있습니다.

결론

이번 글에서는 Raspberry Pi와 Node.js를 사용하여 GPIO 핀을 제어하고, 푸시 버튼과 LED를 연동하는 방법을 알아보았습니다. 이 예제는 하드웨어 제어의 기본으로, 이를 바탕으로 다양한 IoT 및 스마트 홈 프로젝트를 확장할 수 있습니다. Node.js와 Raspberry Pi를 활용해 더 많은 프로젝트를 시도해 보세요!

준비물