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스마트기기시스템

[실습] 웹에서 라즈베리파이 온습도 센서 모니터링

필기자
2025-05-18 19:22 1,119 0

본문

웹에서 라즈베리파이 온습도 센서 모니터링

목적
  • 파이썬 쓰레드에 대해 이해하고 이론을 정립한다.
  • 내 PC에서 웹 프라우져(크롬)으로 라즈베리파이 온습도 센서를 모니터링한다.

목차
1. 파이썬 쓰레드
2. 온습도 센서 모니터링 프론트엔드 및 서버프로그램 개발

1. 파이썬 쓰레드
  • 파이썬 쓰레드 개요
    • 하나의 프로그램 안에서 동시에 여러 작업을 수행할 수 있도록 해주는 실행 단위
    • 프로그램은 한 번에 하나의 작업만 수행하지만, 쓰레드 사용시 백그라운드에서 센서 값을 병렬로 읽으면서 웹 요청을 처리할 수 있음
    • threading 모듈을 사용하여 구현
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  • 파이썬에서 멀티 쓰레드
    • Processus: 하나의 프로세스(프로그램 실행 단위)를 의미함
    • 하나의 프로세스 안에 여러 Thread(쓰레드)가 존재
    • 쓰레드들은 공통된 전역 변수 공간(Variable globale)을 공유함
    • 각 쓰레드는 자신만의 지역 변수(Variable locale)와 코드(Code) 영역을 가짐
    • GIL(Global Interpreter Lock) 개념 : 병렬성 제한
    • 전역 변수 공유 방식으로 구조 단순화 이해가 쉬움
 
  • GIL
항목 내용
풀네임 Global Interpreter Lock
개념 파이썬 인터프리터가 한 번에 하나의 쓰레드만 실행하도록 강제하는 전역 락
이유 메모리 안정성 보장을 위해 참조 카운트 충돌 방지
실행 방식 진짜 병렬 실행이 아닌, 매우 빠른 시분할(Scheduling)로 쓰레드 전환
적용 대상 CPython (기본 파이썬 구현체)만 해당. Jython, IronPython 등은 GIL 없음
 
  • threading vs multiprocessing
항목 threading multiprocessing
실행 단위 하나의 프로세스 내부 쓰레드 별도의 독립된 프로세스
메모리 공유 메모리 공간 사용 프로세스마다 메모리 분리
GIL 영향 있음 (병렬 X) 없음 (CPU 병렬 O)
병렬성 시분할 유사 병렬 (I/O에 강함) 진짜 병렬 처리 (CPU 연산에 강함)
자원 공유 전역 변수, 큐 등으로 간단 Queue, Pipe, Manager 등 명시적 공유 필요
속도 경량, 빠른 전환 무겁고 프로세스 생성 비용 큼
안정성 하나가 죽으면 전체 영향 프로세스 분리로 안정성 높음
적합한 작업 센서, 네트워크, 이벤트 기반 등 I/O 중심 영상 처리, 연산, 대용량 데이터 병렬 연산 등 CPU 중심
 
  • threading vs multiprocessing : 데이터 공유 측면 비교
항목 threading multiprocessing
메모리 공간 공유됨 (전역 변수 참조 가능) 완전히 분리됨 (전역 변수 공유 안 됨)
공유 방식 전역 변수, 리스트, 딕셔너리 직접 사용 가능 multiprocessing.Queue, Manager, Pipe 등 별도 공유 방식 필요
동기화 Lock, Event등 간단 Manager().dict(), Value, Array 등에 Lock 지정 필요 
구현 난이도 상대적으로 단순 복잡하고 명시적 설계 필요
개발 속도 빠름
빠른 개발 + 센서 모니터링 + 웹 연동		 느림
고성능 병렬 계산 + CPU 연산 최적화
 
  • threading 모듈 주요 함수 및 메서드
함수/메서드 설명
threading.Thread() 새로운 쓰레드 객체를 생성 파라미터: target=함수, args=(인자,)
start() 쓰레드 실행 시작 (내부적으로 run()  호출)    
run()  쓰레드가 실행할 함수 내용 (직접 호출 X, 오버라이드용)   
join() 해당 쓰레드가 끝날 때까지 대기
is_alive()  쓰레드가 실행 중인지 여부 반환
daemon = True 데몬 쓰레드로 설정하면 메인 프로그램 종료 시 함께 종료됨
current_thread() 현재 실행 중인 쓰레드 객체 반환
active_count() 현재 실행 중인 쓰레드 수 반환
enumerate() 모든 활성 쓰레드 리스트 반환
Lock() 쓰레드 간 공유 자원 접근 시 동기화를 위한 락 객체 생성
  • threading.Thread()
    • 사용방식 : threading.Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs=None, *, daemon=None)
인자명 자료형 설명
group None 또는 ThreadGroup 현재는 사용되지 않으며 None으로 설정해야 함
target callable 스레드가 실행할 함수
name str 스레드 이름 (생략 시 자동 할당됨)
args tuple target 함수에 전달할 인자 튜플
kwargs dict target 함수에 전달할 키워드 인자 딕셔너리
daemon bool True일 경우 데몬 스레드로 실행되어 메인 스레드 종료 시 함께 종료됨
 
  • 파이썬 쓰레드 실습
    • threading_test.py 생성

import threading
import time
# 전역 변수와 락 생성
counter = 0
lock = threading.Lock()  # 쓰레드 간 자원 동기화를 위한 락
# 쓰레드에서 실행할 함수 정의
def worker(name):
    global counter
    for i in range(10):
        with lock:  # 락을 사용하여 공유 자원(counter) 접근 보호
            counter += 1
            print(f"[{threading.current_thread().name}] {name} 작업 중... (카운터={counter})")
        time.sleep(1)
# 쓰레드 객체 생성 (target은 함수, args는 인자 튜플)
t1 = threading.Thread(target=worker, args=("스레드1",), name="Thread-1")
t2 = threading.Thread(target=worker, args=("스레드2",), name="Thread-2")
# 데몬 설정 (True로 설정 시 메인 종료와 함께 쓰레드도 종료됨)
t1.daemon = False
t2.daemon = False
# 쓰레드 실행
t1.start()
t2.start()
# 현재 실행 중인 쓰레드 정보 출력
print(f"현재 실행 중인 쓰레드 수: {threading.active_count()}")
print(f"현재 실행 중인 쓰레드 목록: {threading.enumerate()}")
# is_alive()로 쓰레드 실행 여부 확인
print(f"{t1.name} 살아있나? {t1.is_alive()}")
print(f"{t2.name} 살아있나? {t2.is_alive()}")
# join()으로 쓰레드가 종료될 때까지 대기
t1.join()
t2.join()
print("메인 쓰레드 종료됨.")
print(f"최종 카운터 값: {counter}")



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2. 온습도 센서 모니터링 프론트엔드 및 서버프로그램 개발
  • apaceh2 home 폴더에 프론트프로그램 개발
    • /var/www/html 폴더안에 index.html 파일 수정

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>LED 제어 및 온습도 모니터링</title>
  <script src="https://code.jquery.com/jquery-3.6.0.min.js"></script>
  <script src="https://cdn.socket.io/4.0.0/socket.io.min.js"></script>
</head>
<body>
  <h3>LED 제어</h3>
  <label><input type="radio" name="led" value="on"> ON</label>
  <label><input type="radio" name="led" value="off"> OFF</label>
  <p id="status">LED 상태: 알 수 없음</p>
  <h3>온습도 모니터링</h3>
  <p id="th">온도: --℃ / 습도: --%</p>
  <script>
    const socket = io(location.protocol + '//' + location.hostname + ':5000');
    //const socket = io("http://192.168.137.196:5000"); // Flask-SocketIO 서버 주소
    // 접속 시 LED 상태 요청 및 온습도 요청
    socket.on("connect", function() {
      socket.emit("get_led_status");
      socket.emit("get_temperature_humidity");
    });
    // LED 상태 수신
    socket.on("led_status", function(data) {
      console.log("LED 상태:", data);
      $("#status").text("LED 상태: " + data.state);
      $("input[name='led'][value='" + data.state + "']").prop("checked", true);
    });
    // LED 상태 변경 요청
    $("input[name='led']").change(function() {
      const state = $(this).val();
      socket.emit("led_control", { state: state });
    });
    // 온습도 요청
    setInterval(function(){
       socket.emit("get_temperature_humidity_status");
    }, 2000);
   
    // 온습도 수신
    socket.on("temperature_humidity_status", function(data) {
      console.log("온습도 수신:", data);
      $("#th").text("온도: " + data.temp + "℃ / 습도: " + data.hum + "%");
    });
  </script>
</body>
</html>
  • 라즈베리파이에 온습도 센서 배선
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  • DHT22 또는 DHT11 라이브러리 설치(기존 설치 안된 경우)

#adafruit-circuitpython-dht 라이브러리 설치
pip install adafruit-circuitpython-dht
  • iot 가상환경에 socket.io서버 프로그램 수정
    • home/iot/iot_socket.py 파일 수정
    • 온습도 센서 측정(쓰레드) & 온습도 센서 전송 메소드 추가

import time
import threading
from flask import Flask, request
from flask_socketio import SocketIO
import RPi.GPIO as GPIO
import board
import adafruit_dht
# --- 글로벌 변수 ---
latest_temp = None
latest_hum = None
# --- GPIO 설정 ---
LED_PIN = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
# --- Flask-SocketIO 설정 ---
app = Flask(__name__)
socketio = SocketIO(app, cors_allowed_origins="*", async_mode="eventlet")
# --- DHT22 센서 설정 ---
dht_device = adafruit_dht.DHT22(board.D18)
# --- LED 상태 반환 함수 ---
def get_led_state():
    return "on" if GPIO.input(LED_PIN) else "off"
# --- LED 제어 처리 ---
@socketio.on("led_control")
def control_led(data):
    state = data.get("state")
    if state == "on":
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
    elif state == "off":
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)
    state = get_led_state()
    print(f"led 상태 : {state}")
    socketio.emit("led_status", {"state": state})

# --- LED 상태 요청 처리 ---
@socketio.on("get_led_status")
def handle_status_request():
    state = get_led_state()
    print(f"led 상태 : {state}")
    socketio.emit("led_status", {"state": state}, room=request.sid)

# --- 온습도 상태 요청 처리 (유니캐스트) ---
@socketio.on("get_temperature_humidity_status")
def send_temperature_humidity_status():
    if latest_temp is not None and latest_hum is not None:
        socketio.emit("temperature_humidity_status", {
            "temp": latest_temp,
            "hum": latest_hum
        }, room=request.sid)
    else:
        socketio.emit("temperature_humidity_status", {
            "temp": "N/A",
            "hum": "N/A"
        }, room=request.sid)

# --- 센서 측정 스레드 ---
def temperature_monitor_thread():
    global latest_temp, latest_hum
    while True:
        try:
            temp = dht_device.temperature
            hum = dht_device.humidity
            if hum is not None and temp is not None:
                latest_temp = round(temp, 1)
                latest_hum = round(hum, 1)
                print(f"센서 측정: {latest_temp}℃ / {latest_hum}%")
            else:
                print("센서 데이터 없음")
        except RuntimeError as e:
            print("센서 에러:", e.args[0])
        except Exception as e:
            dht_device.exit()
            raise e
        time.sleep(2)

# --- 센서 스레드 시작 ---
def start_sensor_thread():
    t = threading.Thread(target=temperature_monitor_thread)
    t.daemon = True
    t.start()

# --- 메인 ---
if __name__ == "__main__":
    print("서버 시작")
    start_sensor_thread()
    socketio.run(app, host="0.0.0.0", port=5000)
  • 클라이언트 실행 화면
20250520200841_0d64793cdef98df67ecfadb38bedba01_rmds.png
  • 서버 실행화면
20250520200926_0d64793cdef98df67ecfadb38bedba01_soax.png

[응용 문제: 온도 센서와 RGB LED 자동 제어 실습]
  • 온습도 센서로 온도를 측정한다.
  • 파랑(B): GPIO 17, 빨강(R): GPIO 24 핀에 연결된 RGB LED를 제어한다.
  • 웹에서 LED를 ON 해야 LED가 동작하도록 한다.
  • LED가 ON 상태일 때만 다음 조건에 따라 자동 제어된다
    • 온도가 27도 이상이면 빨간색 LED ON
    • 온도가 27도 미만이면 파란색 LED ON
  • 항상 주변 온도를 주기적으로 확인하여 이 동작을 반복한다.


import time
import threading
from flask import Flask, request
from flask_socketio import SocketIO
import RPi.GPIO as GPIO
import board
import adafruit_dht
# --- 글로벌 변수 ---
latest_temp = None
latest_hum = None
led_enabled = False  # 웹에서 LED ON 시에만 제어 활성
# --- GPIO 설정 ---
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
RED_PIN = 24
BLUE_PIN = 17
GPIO.setup(RED_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(BLUE_PIN, GPIO.OUT)
# --- Flask 및 SocketIO 설정 ---
app = Flask(__name__)
socketio = SocketIO(app, cors_allowed_origins="*", async_mode="eventlet")
# --- 온습도 센서 설정 ---
dht_device = adafruit_dht.DHT22(board.D18)
# --- RGB LED 제어 함수 ---
def set_rgb(red_on, blue_on):
    GPIO.output(RED_PIN, GPIO.HIGH if red_on else GPIO.LOW)
    GPIO.output(BLUE_PIN, GPIO.HIGH if blue_on else GPIO.LOW)
# --- 현재 온도 기준으로 RGB 상태 갱신 ---
def update_rgb_by_temperature():
    if not led_enabled:
        set_rgb(False, False)
        return
    if latest_temp is None:
        print("온도 정보 없음, RGB 유지")
        return
    if latest_temp >= 27:
        set_rgb(True, False)  # 빨강 ON
    else:
        set_rgb(False, True)  # 파랑 ON
# --- LED 제어 요청 처리 ---
@socketio.on("led_control")
def control_led(data):
    global led_enabled
    state = data.get("state")
    if state == "on":
        led_enabled = True
    elif state == "off":
        led_enabled = False
    print(f"LED 제어 상태: {state}")
    socketio.emit("led_status", {"state": state})
    update_rgb_by_temperature()  # 즉시 RGB 반영
# --- LED 상태 요청 처리 ---
@socketio.on("get_led_status")
def handle_status_request():
    state = "on" if led_enabled else "off"
    print(f"LED 상태 요청 응답: {state}")
    socketio.emit("led_status", {"state": state}, room=request.sid)
# --- 온습도 상태 요청 처리 (유니캐스트) ---
@socketio.on("get_temperature_humidity_status")
def send_temperature_humidity_status():
    if latest_temp is not None and latest_hum is not None:
        socketio.emit("temperature_humidity_status", {
            "temp": latest_temp,
            "hum": latest_hum
        }, room=request.sid)
    else:
        socketio.emit("temperature_humidity_status", {
            "temp": "N/A",
            "hum": "N/A"
        }, room=request.sid)
# --- 센서 측정 스레드 ---
def temperature_monitor_thread():
    global latest_temp, latest_hum
    while True:
        try:
            temp = dht_device.temperature
            hum = dht_device.humidity
            if temp is not None and hum is not None:
                latest_temp = round(temp, 1)
                latest_hum = round(hum, 1)
                print(f"센서 측정: {latest_temp}℃ / {latest_hum}%")
                update_rgb_by_temperature()
            else:
                print("센서 데이터 없음")
        except RuntimeError as e:
            print("센서 에러:", e.args[0])
        except Exception as e:
            dht_device.exit()
            raise e
        time.sleep(2)
# --- 센서 스레드 시작 ---
def start_sensor_thread():
    t = threading.Thread(target=temperature_monitor_thread)
    t.daemon = True
    t.start()
# --- 메인 ---
if __name__ == "__main__":
    print("서버 시작")
    start_sensor_thread()
    socketio.run(app, host="0.0.0.0", port=5000)
 

 

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