GPIO 개요 - 2. GPIO의 주요 역할 및 활용 사례

GPIO의 주요 역할 및 활용 사례

GPIO(General Purpose Input/Output)는 다양한 전자 장치와의 신호 송수신을 통해 하드웨어를 제어하는 중요한 역할을 한다.
이제 GPIO의 주요 기능과 실생활에서의 활용 예시를 구체적으로 살펴보자.

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1. GPIO의 주요 역할

GPIO 핀은 디지털 입력, 디지털 출력, PWM(펄스 폭 변조), 인터럽트 처리 등의 기능을 수행하며, 이를 통해 다양한 전자 기기를 제어할 수 있다.

① 디지털 입력 (Digital Input)

센서, 버튼, 스위치 등에서 신호를 읽어오는 역할을 한다.
GPIO를 입력(Input) 모드로 설정하면 외부의 디지털 신호(0 또는 1)를 감지할 수 있다.

💡 사용 예시

• 버튼 입력 감지 → 버튼을 눌렀을 때 특정 동작 실행
• 적외선 센서 → 장애물을 감지하여 로봇이 회피하는 기능
• 자석 센서 → 문이 열리거나 닫힐 때 감지

pinMode(2, INPUT);  // GPIO 2번 핀을 입력 모드로 설정
int buttonState = digitalRead(2);  // 버튼의 상태를 읽음 (HIGH 또는 LOW)

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② 디지털 출력 (Digital Output)

LED, 모터, 릴레이 등의 전자 장치를 켜거나 끄는 역할을 한다.
GPIO를 출력(Output) 모드로 설정하면 특정 장치에 신호를 보낼 수 있다.

💡 사용 예시

• LED 점멸 → GPIO를 이용해 LED를 ON/OFF
• 모터 ON/OFF → GPIO로 모터 드라이버를 제어
• 릴레이 제어 → 전자기기(예: 가전제품) ON/OFF

pinMode(3, OUTPUT);  // GPIO 3번 핀을 출력 모드로 설정
digitalWrite(3, HIGH);  // LED ON
delay(1000);
digitalWrite(3, LOW);  // LED OFF

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③ PWM (Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)

PWM은 디지털 신호를 아날로그처럼 제어하는 방식으로, LED 밝기 조절, 모터 속도 제어 등에 활용된다.
GPIO 핀에서 일정한 주기로 HIGH(1)와 LOW(0)를 반복하여, 출력 전압을 조절하는 방식이다.

💡 사용 예시

• LED 밝기 조절 → LED의 밝기를 부드럽게 변화
• 서보 모터 제어 → PWM 신호로 특정 각도 조절
• DC 모터 속도 제어 → PWM 값으로 속도 조절

#include <softPwm.h>

softPwmCreate(4, 0, 100); // GPIO 4번 핀을 PWM으로 설정 (0~100)

softPwmWrite(4, 50); // 50% 듀티사이클 (LED 밝기 조절)
delay(1000);
softPwmWrite(4, 100); // 최대 밝기

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④ 인터럽트 처리 (Interrupt Handling)

인터럽트는 특정 이벤트가 발생했을 때 즉시 반응하도록 하는 기능으로, 반복적으로 상태를 확인하는 polling 방식보다 효율적이다.
GPIO 입력이 특정 조건(변화 감지 등)에 도달했을 때 자동으로 실행된다.

💡 사용 예시

• 버튼 클릭 감지 → 버튼이 눌리는 순간만 이벤트 처리
• 센서 신호 변화 감지 → 도어 센서가 열리면 경보 울리기
• 모션 센서 감지 → 움직임이 감지되면 자동 조명 켜기

void buttonInterrupt() {
    printf("Button Pressed!\n");
}

int main() {
    wiringPiSetup();
    pinMode(5, INPUT);
    pullUpDnControl(5, PUD_UP); // 풀업 저항 설정
    
    wiringPiISR(5, INT_EDGE_FALLING, &buttonInterrupt); // 버튼이 눌릴 때 인터럽트 발생

    while (1) {
        delay(1000);
    }
    return 0;
}

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2. GPIO의 활용 사례

GPIO는 스마트홈, 로봇, 보안 시스템, IoT 기기 등 다양한 곳에서 활용된다.

① 스마트 홈 자동화

• 집안 조명을 버튼 또는 스마트폰으로 제어
• 스마트 콘센트 → 원격으로 전자기기 ON/OFF
• 가스 감지 센서 → 이상 감지 시 경고

② 로봇 제어

• 초음파 센서를 활용한 장애물 회피 로봇
• 모터 속도를 조절하여 로봇 이동 방향 제어
• 로봇 팔 움직임을 PWM을 통해 부드럽게 조정

③ 보안 시스템

• 움직임 감지 센서(PIR) → 사람 접근 감지 후 경고음 발생
• 문 열림/닫힘 감지 센서 → 알람 시스템과 연동
• CCTV와 GPIO를 연동하여 녹화 시스템 구축

④ IoT 기기 (환경 모니터링 등)

• 온도/습도 센서를 이용한 실내 환경 모니터링
• 공기질 센서를 활용한 미세먼지 측정기
• 토양 습도 센서를 이용한 스마트 농업 시스템

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3. 결론

GPIO는 단순한 입출력 기능을 넘어서 다양한 하드웨어와 연동하여 스마트한 시스템을 구축하는 데 필수적인 요소이다.
이를 활용하면 스마트홈, 로봇, 보안, IoT 기기 등 다양한 응용 프로젝트를 만들 수 있으며,
C/C++을 이용하여 GPIO를 직접 제어하면 보다 세밀한 제어와 고성능 응용이 가능하다. 🚀