라즈베리 파이 프로젝트에 가능성을 추가하는 8가지 확장 보드

라즈베리 파이는 이미 독창적이고 다재다능한 초소형 컴퓨터다. 그러나 라즈베리 파이에 바로 꽂아 연결하는 확장형 하드웨어를 더한다면 가능성은 한층 배가된다. 라즈베리 파이와 함께 사용할 수 있는 우수한 확장형 하드웨어를 소개한다. 

확장 보드(HAT, Hardware Attached on Top)의 개념을 적용하면 라즈베리 파이에 다양한 기능이 추가된다. 단순히 보드의 GPIO 핀에 꽂으면 되는 형태다. 확장 키트에는 보통 메인보드와 확장 보드가 너무 가까워지지 않도록 회로 간섭을 방지하는 플라스틱 칸막이가 들어 있다. 최근 이러한 확장 보드가 다양하게 출시되고 있다. 공식 HAT 외에도 프리모로니(Primoroni)라는 업체의 확장 보드가 특히 주목받고 있다. 
 

이 기사에서는 흥미로운 HAT 보드를 소개한다. 주로 라즈베리 파이 모델 4에서 지원하는 확장 보드지만 구형 모델이나 신제품 파이 5까지 지원하는 제품도 있다. 그러므로 구입하기 전에 꼭 지원 여부를 확인해야 한다. 


DAC로 풍부한 소리를 

상자에서 꺼내자마자 바로 연결해 보드의 음질적 특징을 개선하는 확장 보드로는 DAC가 있다. 라즈베리 재단도 다양한 DAC 모델을 내놓고 있다. 

사용자에게 적합한 보드는 환경에 따라 달라진다. 더디지(TheDigi)의 AMP+는 컴퓨터와 항상 연결된 스피커가 필요할 경우 올바른 선택이다. AMP+ 보드는 일반적인 클램프 타입의 케이블 연결과 최대 채널당 35W 출력을 지원한다. 거실용으로도 충분한 출력이다. 

라즈베리 파이 DAC나 플러스 버전은 반면, 액티브 스피커용으로 설계됐다. 전통적인 바나나 플러그를 사용한다. 그런 시스템에서 통합 애플리파이어와 스피커는 시그널 소스에 연결된다. HAT는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해 큰 스피커나 스테레오 시스템(AUX 입력)에 직접 라즈베리 파이를 연결할 수 있다. 적절한 소프트웨어와 함께 사용하면 라즈베리 파이를 WLAN용 스트리밍 박스로 만들 수도 있고, 저장 미디어 안의 음원을 재생하게 할 수도 있다. 
 

모든 레고 마니아를 위해 

라즈베리 파이 빌드 HAT 확장 보드는 마인드스톰(Mindstorm)의 코스모스 등 최대 4개의 모터와 센서를 제어한다. 레고의 조립 방법을 좋아하는 레고 애호가에게 특히 인기가 높을 것이다. 몇몇 상점에서는 레고로 만든 완성품에 직접 달 수 있는 레고 보드를 판매하기도 한다. LPF2 연결을 사용하는 대부분의 부품을 연결할 수 있다.  

그러나 주의해야 할 점이 있다. 통합된 파워 용량이 보드의 모터를 제어하기에는 충분하지 않다. 

HAT 보드의 보충 요소로 외장 파워 유닛을 쓸 수 있지만, 지원되는 HAT 보드만 가능하다. 예를 들어 파워 유닛을 파이 400에 함께 사용할 수는 없다. 거리, 움직임, 색상 센서를 제어하는 파이썬 프로젝트를 위한 확장 라이브러리도 있다. 

이 확장 보드는 30달러 미만에 판매되고 있다. 함께 사용할 수 있는 파워 부품의 가격도 20달러가 채 안 된다. 
 

스마트홈 자동화를 위한 라즈비 II  

중앙에서 라즈베리 파이로 스마트홈을 운영하는 방법을 찾고 있는가? 그렇다면 라즈비 II 보드를 살펴봐야 한다. 이름대로 지그비 표준을 사용하는 기기와의 연결을 담당하는 확장 보드다. 심지어 작은 배터리 슬롯도 있어서 실시간으로(RTC) 기기를 제어하게 된다. 

기본 개념은 여러 제조업체의 서로 다른 게이트웨이를 사용하는 일을 방지하는 것이다. 제조업체의 소프트웨어가 인식하는 부품이라면 모두 작동이 가능하다. 그러므로 구입을 결정하기 전에 문서를 잘 살펴볼 가치가 충분하다. 결국 지그비는 통신 프로토콜일 뿐이다. 제어 시스템의 마법적인 면은 소프트웨어가 수행한다.  
 

게임 HAT : 라즈베리가 게임기로 변신? 

오래 전 레트로 파이 프로젝트를 진행한 적이 있다. 목표는 이 작은 보드를 게임 콘솔로 바꾸는 것이었다. 여기에 딱 맞는 동반자가 바로 웨이브쉐어(Waveshare)의 게임 HAT(Game HAT)이다. 그러나 대기 기간이 길고 판매 국가가 적은 단점이 있다. 

상단에 결합된다는 뜻의 HAT이라는 단어가 꼭 들어맞지는 않지만, 이 시나리오에서 라즈베리 파이는 게임패드 하드웨어와 연결된다. 게임 HAT에는 480×320 픽셀과 60fps 해상도의 3.5인치 화면이 부착되어 있어서 고전 게임에 적합하다.

작은 스피커 2개와 헤드폰 연결 잭이 통합되어 있다. 다른 게임패드에서 자주 보였던 버튼도 그대로 배열되어 있다. 하우징 상단에는 트리거도 2개 있다. 그러나 매우 섬세한 제품이라서 최대한 오래 게임을 즐기려면 절대로 거칠게 다뤄서는 안 된다. 

설정은 매우 쉽다. 전체 시스템은 배터리로 구동하므로 언제 어디서든 플레이할 수 있다. 제품 설명서와 프로젝트 위키 문서에 외장 파워를 구입할 때 고려할 사양이 기술돼 있다. 

제조업체는 최대 2시간 동안 배터리로 플레이할 수 있다고 주장한다. 그러나 이것은 매우 낙관적인 수치다. 실제로는 활발하게 게임할 경우 플레이 시간은 1시간 남짓인 경우가 많다. 그러나 이 확장 보드로 얻을 수 있는 즐거움은 여전히 크다. 가격은 45달러 내외다. 
 

파이로 머신러닝을 

브레인크래프트 HAT(Braincraft HAT)로 가능한 매력적인 프로젝트가 많다. 그러나 우선은 복잡한 주제에 익숙해지도록 노력하는 것이 좋다. 이런 확장 프로젝트는 주말 안에 끝나는 짧은 프로젝트가 아니기 때문이다. 

이 확장 보드의 기본 개념은 전문가에게 다양한 위치에서 머신러닝을 위한 ‘두뇌’를 만드는 방법을 안내하는 것이다. 같은 맥락에서 엣지 컴퓨팅을 이야기하기도 한다. 

HAT과 회로 보드의 조합에 ‘시각’ 같은 다른 감각이 추가될 필요가 있다. 그러나 다양한 연결 옵션 덕분에 그다지 어렵지 않다. 브레인크래프트 HAT은 240×240 TFT IPS 화면에서 시스템의 피드백을 출력하고, 이미지 처리 프로젝트를 위한 카메라 연결 케이블 슬롯과 5웨이 조이스틱, 양쪽 마이크, 스테레오 헤드폰 출력, 스테레오 1W 스피커 출력, 3 RGB 도트스타 LED가 있다. 스테마 QT(Stemma QT) 연결로 열 센서를 제어할 수 있다. 선택적으로 아래쪽에 팬을 설치하면 연산 집약적 프로젝트를 할 때도 보드 온도가 조절된 . 

40달러라는 좋은 가격으로 프로젝트에 탄탄한 기반을 얻을 수 있다. 브레인크래프트는 상품 상세 페이지에서 영상을 통해 여러 가지 가능성을 보여준다. 
 

터치와 디스플레이 

화면에 직접 콘텐츠를 입력하는 것도 문제없다. 웨이브쉐어(Waveshare)의 저항막 방식의 3.5인치 디스플레이는 GPIO 바에 쉽게 부착할 수 있는 진짜 HAT 보드다. 배포 범위에는 세트인 스타일러스 펜도 포함된다. 드라이버로 우분투 메이트(Ubuntu Mate)나 레트로파이(Retropie)에서의 제어도 문제가 없다. 40달러를 들이면 간단한 입력 옵션인 이 HAT를 라즈베리에 추가할 수 있다.  

웨이브쉐어의 800×480 해상도의 터치 플레이도 호환된다. 확실히 5인치로 더 크고 정전식이다(압력이 없이 만지기만 해도 반응한다). 이 디스플레이를 연결하면 파이가 작은 태블릿으로 변신한다. 드라이버는 아주 잘 작동한다. 다른 태블릿에서도 데스크톱에서 직접 화면의 밝기를 제어할 수 있다. 

그러나 이 디스플레이는 직접적인 HAT가 아니다. 대신 카메라 바와 케이블로 보드를 연결한다. 화면이 보드보다 크기 때문에 그 반대는 의미가 없었다. 이 설계의 장점은 GPIO 핀을 사용할 수 있고 액세스가 가능하다는 것이다. 

3D 프린터로 외부 하우징을 직접 설계할 수도 있지만, 전자제품 매장에서 다양한 하우징을 구입할 수 있다. 일종의 키오스크 시스템을 구축할 수 있는 스탠드도 구입 가능하다. 

더 큰 디스플레이의 가격은 약 50달러다. 
 

취미애호가를 위한 에센셜 HAT 

실외 프로젝트의 어려움은 컴퓨터에 전원을 공급하는 것이다. 사용 장소 근처에 항상 전원 소켓이 있는 것은 아니기 때문이다. 온라인 쇼핑몰에서 UPS라는 단어를 검색해 라스파이(Raspi)에 독립적으로 전원을 공급하는 회로 보드를 여럿 찾을 수 있다. 충전식 배터리만 삽입하면 되는 배터리 팩인 경우도 있다. 예를 들어 웨이브쉐어는 UPS HAT를 제공한다. 

파이 주스(PiJuice)는 더 비싸다. 50달러 이상의 가격으로 1,820mAh 용량의 배터리를 구입할 수 있다. 성능에는 가격이 따른다. 배송 시간이 더 오래 걸릴 수도 있다. 회로 보드에는 실시간 시계가 들어 있어 시간을 조절할 수 있고 타임 스탬프를 정확하게 유지할 수 있다. 

유선 케이블로 연결된 기기에 전원을 공급할 수 있는 네트워크 스위치가 있다면, PoE+ HAT은 케이블로 전원을 공급하는 좋은 방법이다. 보드는 37V부터 57V까지 입력 전압을 처리할 수 있고 이후에도 보드에 일정하게 5V를 공급한다. 기본 탑재된 팬을 사용하면 인터페이스의 온도도 낮출 수 있다. 그러나 구입하기 전에 네트워크 스위치가 공급하는 전력과 전압을 확인해야 한다. 사양이 적합하면 20달러라면 여러 가지 상황에 잘 맞을 합리적 투자다. 
 

 

로봇 공학 시작하기 

인정하자. 피모로니(Pimoroni)의 트릴로봇(Trilobot)은 단돈 60달러에 구입할 수 있는 순수한 입문자 키트다. 그럼에도 로봇 공학이라는 매혹적인 세계로 진입하는 기반을 만들어 준다. 흔히 그렇듯 제조업체가 광범위한 소프트웨어 라이브러리를 잘 문서화해 두었다. 

그 외에 어떤 것이 필요할까? 물론 SD 카드가 기본 탑재된 라즈베리 파이가 필요하다. 이것은 이동형 로봇의 기본이므로 위치와 관계없는 전원 공급 장치도 필요하다. 설명서도 자세해서 배터리 팩을 탈착하는 방법도 알 수 있다. 추가 부품을 구입하기 전에 꼭 이런 점을 고려해야 한다. 라즈베리 파이 v2 카메라를 쇼핑 목록에 추가하면 로봇에 시각적 능력을 더할 수 있다. 

그리고 무엇을 얻을 수 있는가? 이 경우에도 HAT은 다소 오해의 소지가 있다. 왜냐하면 라즈베리 파이 4를 설치해서 바퀴로 움직이고 2개의 전기 모터가 있는 월면차 느낌의 회로 보드를 설계할 수 있기 때문이다. 충돌을 방지하는 초음파 거리 센서도 있다. 그리고 RGB LED를 달면 로봇이 더 멋지게 보인다. 또한 교육 기관에서 직원이 로봇 공학 기초를 가르치기에도 적합하다. 
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