하이스쿨 아두이노

아두이노를 활용한 고등학교 과학실험

SADA 저자(글) · 박종화 , 채규선 외 7명 감수

제이펍 · 2015년 10월 30일

책 소개

수상내역/미디어추천

• 전문기관 추천도서 > 우수과학도서 > 2016년 선정

『하이스쿨 아두이노』는 고등학교 교과과정에 포함된 주요 이론을 증명하는 실험을 설계하고, 복잡하고 반복적인 실험 과정에 아두이노를 적용함으로써 좀 더 체계적이고 편리한 실험 환경을 만드는 방법을 다룹니다.또한 이 책에 포함된 아두이노 프로그래밍은 쉽고 기초적인 내용들로 구성되어 있으므로 누구나 따라 할 수 있습니다. 이를 통해 아두이노 프로그래밍 기초를 학습하고, 더불어 아두이노를 활용하는 더 나은 프로젝트 실현에 디딤돌이 되어줄 것입니다.

작가정보

저자(글) SADA

저자 SADA는 임베디드 플랫폼을 기반으로 세상과 소통할 수 있는 피지컬 컴퓨팅을 구현하는 경기북과학고등학교의 과학동아리입니다. SADA는 다양한 프로그래밍 언어를 이용하여 창의적인 생각을 실체화할 수 있는 시도를 하며, 궁극적으로 소프트웨어와 하드웨어의 진정한 융합을 꿈꿉니다. 이 책을 시작으로 SADA에서 얻은 폭넓은 경험을 많은 사람들과 함께 나누고 싶습니다.

필진: 강민지 김경만 박상빈 이승주 정진우 권혁원 김상연 신준범 이주빈 정찬우 김건우 김주은 오진영 전호진 황교석

감수 박종화

감수 채규선 외 7명

목차

• CHAPTER 0 들어가며 1
  CHAPTER 1 중력가속도 측정하기 5
  CHAPTER 2 접촉 면적과 마찰력의 관계 19
  CHAPTER 3 보일-샤를의 법칙 33
  CHAPTER 4 산-염기 적정 그래프 그리기 43
  CHAPTER 5 위도에 따른 태양 복사에너지의 입사량 측정하기 61
  CHAPTER 6 역학적에너지 보존 법칙 77
  CHAPTER 7 소리의 속력 측정하기 91
  CHAPTER 8 굴절률 측정하기 109
  CHAPTER 9 끓는점 오름 측정하기 123
  CHAPTER 10 빛의 세기에 따른 증산작용 비교하기 137
  CHAPTER 11 기상관측과 일기예보 147
  CHAPTER 12 솔레노이드의 내부 자기장 측정하기 165
  CHAPTER 13 빛의 세기에 따른 광합성 속도의 변화 179
  CHAPTER 14 구름 생성과 단열변화 195
  APPENDIX A 여러 가지 필수 지식 205
  찾아보기 226

책 속으로

아두이노가 제공하는 시리얼 통신은 시리얼 포트를 통해 서로 연결된 프로그램이 데이터를 주고받을 수 있도록 해줍니다. 이 실험에서 아두이노가 측정한 중력가속도 값을 PC에 전송하여 엑셀 파일에서 처리할 수 있도록 csv 파일을 만들고, csv 파일을 사용해 엑셀에서 실험 데이터를 분석할 수 있습니다. 이 과정을 좀 더 쉽게 하기 위해서는 프로세싱이라는 언어를 사용하면 됩니다. 프로세싱은 아두이노와 마찬가지로 오픈 소스 기반의 프로그래밍 언어이며, 다양한 그래픽을 보다 손쉽게 작성할 수 있으며, 아두이노와의 호환성이 뛰어납니다. 또한, 시리얼 통신을 처리하기 위한 코드와 파일 처리를 위한 코드 역시 간단하게 작성이 가능합니다. 여기서는 프로세싱을 사용하여 엑셀 파일로 데이터를 출력해보도록 합시다.
_16쪽

1번 줄에는 서보모터를 다루기 위한 헤더 파일을 사용하였고, 11번 줄을 보면 9번 핀에 서보모터를 설정하였음을 알 수 있습니다. 이 코드에서 가장 기본이 되는 부분은 15번 줄입니다. for 구문을 사용하여 각도를 0.5도씩 증가시켰는데, 이는 8장(굴절률)에서도 사용할 방법입니다. 기본이 되는 부분이 15번 줄이라면 이 코드의 핵심은 19번 줄이라고 할 수 있습니다. 각도를 증가시키며 매 각도에서 압력 센서의 값을 확인합니다. 만약 값이 40을 넘는 충격이 가해지면 나무토막이 미끄러져 내려온 것으로 판단하고, 그때의 서보모터 값을 읽습니다. 또한 그 각도에 대한 탄젠트 값인 정지마찰계수를 계산합니다. 21~25번 줄은 시리얼 모니터에 마찰계수 값을 출력하는 코드이며, 나무토막이 미끄러졌다면 27번 줄과 같이 프로그램 실행을 정지하여 더 이상 작동하지 않게 합니다.
_29쪽

먼저 방울 수를 측정하는 장치를 만들어봅시다. 아두이노로 어떻게 새로운 방울이 떨어지는 것을 알 수 있을까요? 아두이노에 눈이 달린 것도 아닌데 말이죠? 대신 우리는 다양한 센서들을 통해 아두이노에게 눈을 만들어줄 수 있습니다. (중략) 포토 인터럽터를 활용하면 됩니다. 포토 인터럽터 사이로 용액 방울이 떨어지면서 발광 다이오드의 빛을 가리면 포토 트랜지스터가 빛을 받지 못하게 되어 용액 방울이 떨어지는 것을 아두이노가 인식할 수 있는 것이지요.
_50쪽

아두이노를 사용한 실험의 가장 큰 장점은 연속적인 데이터를 얻을 수 있다는 것에 있습니다. (중략) 아두이노를 사용하면 연속적인 데이터를 얻을 수 있습니다. 이 실험에서 중요한 것은 입사하는 광선과 태양전지가 이루는 각을 바꾸는 것이기 때문에 연속적으로 태양전지를 회전시킬 수 있는 실험 장치를 만들어야 합니다.
_69쪽

이번 장에서는 기상을 관측하는 기구를 실제로 만들어봅시다. 기상관측기구에는 바람의 방향을 알려주는 풍향계, 바람의 속도를 측정하는 풍속계, 비가 오거나 눈이 온 정도를 알려주는 강수계가 있습니다. 또한 이 실험에서는 온습도 센서와 방사능 센서까지 더해 풍향, 풍속, 강수뿐만 아니라 온도, 습도 데이터와 현재 지역의 방사능 데이터까지 측정할 것입니다. 이 실험에서 사용할 방사선 센서는 방사선 α, β, γ의 양을 측정할 수 있는 가이거 계수기입니다. 이 계수기에는 센서 자체에 디스플레이가 달려있어 그 값을 바로 확인할 수 있으며, 시리얼 통신을 사용해 아두이노에 데이터를 보낼 수도 있습니다.
_151쪽

출판사 서평

물화생지 주요 이론 14가지를 다루는 실험 설계!
간단한 아두이노 프로그래밍을 통한 실험 과정의 최적화!

이 책은 흔히 물리, 화학, 생명과학, 지구과학을 일컫는 ‘물화생지’ 실험 책이라고 볼 수 있습니다. 다만, 보통의 실험 책과 다른 점이 있다면 각 과목의 주요 이론을 증명하는 실험에 아두이노를 접목한다는 점입니다. 각 단원을 아두이노의 쓰임에 유의하면서 학습하다 보면 기본적인 아두이노 프로그램을 익히고, 그를 확장하여 활용하는 방법을 알 수 있을 것입니다.

출판사 서평
고등학교 과학 실험에 아두이노 프로그래밍을 접목해보자!

이 책에서는 고등학교 교과과정에 포함된 주요 이론을 증명하는 실험을 설계하고, 복잡하고 반복적인 실험 과정에 아두이노를 적용함으로써 좀 더 체계적이고 편리한 실험 환경을 만드는 방법을 다룹니다.

또한, 이 책에 포함된 아두이노 프로그래밍은 쉽고 기초적인 내용들로 구성되어 있으므로 누구나 따라 할 수 있습니다. 이를 통해 아두이노 프로그래밍 기초를 학습하고, 더불어 아두이노를 활용하는 더 나은 프로젝트 실현에 디딤돌이 되어줄 것입니다.

이 책에서 다루는 실험들은 다음과 같습니다.
■ 중력가속도 측정하기(물리)
■ 접촉면적과 마찰력의 관계(물리)
■ 역학적에너지 보존 법칙(물리)
■ 소리의 속력 측정하기(물리)
■ 굴절률 측정하기(물리)
■ 솔레노이드 내부 자기장 측정하기(물리)
■ 빛의 세기에 따른 증산 작용 비교하기(생명과학)
■ 빛의 세기에 따른 광합성 속도의 변화(생명과학)
■ 보일-샤를의 법칙(화학)
■ 산-염기 적정 그래프 그리기(화학)
■ 끓는점 오름 측정하기(화학)
■ 위도에 따른 태양복사에너지의 입사량 측정하기(지구과학)
■ 기상관측과 일기예보(지구과학)
■ 구름 생성과 단열변화(지구과학)

기본정보

ISBN	9791185890340 ( 1185890343 )
발행(출시)일자	2015년 10월 30일
쪽수	240쪽
크기	188 * 245 * 14 mm / 608 g
총권수	1권