智慧物聯網大冒險：4P程式指南 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 物聯網
• 4P模型
• 程式設計
• Arduino
• Raspberry Pi
• STEM教育
• 創客
• 智能硬件
• Python
• 項目實戰

本書主軸使用聯發科技齣品的LinkIt 7697開發闆，帶領著大傢設計六大結閤程式及動手做的物聯網專題。針對初入門物聯網的初學者與小朋友，本書由淺入深，序章介紹基本的物聯網概念及環境設定的方式；書中六大章節，以每章一個專題的方式，幫助大傢建立起物聯網概念，並能實際將其應用至生活中。讀者將可透過本書學習到如何使用LinkIt 7697開發闆，以及BlocklyDuino圖形化程式介麵，並透過動手做的電流急急棒和搶答器，學習STEAM教育，更結閤MCS服務來控製與監控開發闆狀態，打造齣生活化又有趣的物聯網專題，並經由專題（Project）、熱情（Passion）、同儕（Peers）及玩樂（Play）等4P，探索程式設計與創意學習。

　　4P的深入內涵究竟是什麼？其實，4P這項教育理念，是由MIT美國麻省理工學院「終身幼兒園」計畫主持人，同時也被程式設計及科技業界譽為「兒童程式之父」的密契爾・瑞斯尼剋（Mitchel Resnick）提齣，主要著眼點在於讓孩子們創意學習。而4P分彆代錶的意義如下：
　　•專題（Projects）：由專題展開學習
　　•熱情（Passion）：透過興趣，觸發學習熱情。
　　•同儕（Peers）：建立社群，使同儕分享、互助、閤作。
　　•玩樂（Play）：以玩樂方式，進一步探索創意學習。
　　本書正式以此4P為核心理念，設計6個簡單又好玩的物聯網專題，盼望讓初學者與小朋友體驗程式學習、創意學習的樂趣。

本書特色

　　本書除瞭介紹物聯網的基本概念，以及如何使用LinkIt 7697開發闆，更結閤樂高積木、圖形化程式設計、STEAM教育及MCS雲服務，幫助初學者與小朋友能更快瞭解如何使用LinkIt 7697，搭配BlocklyDuino圖形化程式介麵製作簡易物聯網係統。深切盼望讀者能在閱讀本書過程中，經由專題（Project）、熱情（Passion）、同儕（Peers）及玩樂（Play）等4P，探索程式設計與創意學習。

智慧物聯網大冒險：4P程式指南 圖書簡介 --- 深入剖析前沿技術，構建麵嚮未來的智能係統 在數字化浪潮席捲全球的今天，物聯網（IoT）已不再是遙遠的未來概念，而是深刻影響我們日常生活、工業生産乃至社會治理的核心驅動力。本書並非一本理論堆砌的教科書，而是一次麵嚮實踐的、深入骨髓的“大冒險”指南。我們聚焦於如何將抽象的物聯網概念轉化為可執行、可維護、可擴展的實際係統，並以此為基石，探索“智慧”落地的關鍵路徑。 本書的核心敘事結構圍繞“4P”展開——平颱（Platform）、協議（Protocol）、性能（Performance）與安全（Protection）。這四個維度構成瞭構建一個健壯、高效、智能的物聯網生態係統的四大支柱。我們相信，隻有理解並精通這四個環節，纔能真正駕馭物聯網的復雜性，實現從數據采集到智能決策的完整閉環。 第一篇：基石——平颱構建與架構演進 (Platform) 現代物聯網的復雜度，首先體現在其龐大的、異構的設備群落和數據流之上。本篇緻力於拆解構建一個穩定、可伸縮的物聯網中樞平颱所需的關鍵技術棧和設計哲學。 我們首先探討物聯網平颱的層次化架構。從邊緣側的設備接入與數據預處理，到霧計算（Fog Computing）在局部網絡的優化，再到雲端的數據存儲、分析和應用服務，每層承擔的職責和麵臨的挑戰截然不同。本書將詳細剖析當前主流的雲平颱（如AWS IoT、Azure IoT Hub、阿裏雲IoT）的設計範式，並深入分析自建私有雲平颱時需要重點考慮的模塊化設計，包括設備管理服務（Device Management）、數據流引擎（Data Stream Processing）以及應用開發框架（Application Development Framework）。 重點內容將包括： 設備身份認證與生命周期管理： 如何確保數十億設備的注冊、激活、狀態更新和退役過程的自動化與高可靠性。 數據湖與時序數據庫選型： 針對物聯網海量、高頻時間序列數據的特性，對比關係型數據庫、NoSQL（如MongoDB, Cassandra）以及專業時序數據庫（如InfluxDB, TimescaleDB）的優劣與最佳實踐。 微服務與容器化部署： 如何利用Docker、Kubernetes等技術，確保平颱服務的敏捷迭代和彈性伸縮能力。 第二篇：橋梁——高效通信與協議的深度博弈 (Protocol) 物聯網的本質是“連接”。然而，麵對電池供電的傳感器、資源受限的微控製器和需要高帶寬的視頻流等多樣化需求，單一的通信協議難以應對。本篇將帶領讀者穿越一係列關鍵的通信技術“叢林”。 我們不僅僅停留在對MQTT、CoAP、LwM2M等物聯網標準協議的介紹，而是深入探究它們的底層設計原理和實際部署中的調優策略。例如，在低功耗廣域網（LPWAN）領域，NB-IoT、LoRaWAN的幀結構、功耗優化技巧，以及如何在非授權頻段和授權頻段之間做齣取捨。 更重要的是，我們關注應用層協議的定製化。在特定行業（如工業互聯網IIoT）中，如何基於TCP/IP或UDP構建滿足特定實時性要求的可靠傳輸機製。對於邊緣計算場景，gRPC和Protocol Buffers如何加速服務間的通信，並減少數據載荷。 本書將提供詳盡的協議選型決策樹，幫助工程師根據場景的延遲要求、帶寬限製、設備能耗和網絡拓撲，快速鎖定最優的通信方案。 第三篇：引擎——係統性能的極限挖掘與優化 (Performance) 物聯網的“智慧”往往依賴於對延遲的極緻控製。從自動駕駛的傳感器融閤到遠程醫療的實時反饋，任何毫秒級的延遲都可能導緻災難性的後果。本篇專注於性能調優的係統化方法論。 我們首先從底層硬件開始，探討嵌入式係統級的性能瓶頸。包括實時操作係統（RTOS）的選擇與配置、中斷處理的優化、內存管理（特彆是堆棧溢齣與碎片化問題）以及能效管理。 在軟件層麵，我們詳細拆解數據管道（Data Pipeline）的性能瓶頸。如何設計高效的數據清洗、聚閤和特徵提取算法，以最小的計算代價在邊緣側完成有意義的分析。針對流處理框架（如Kafka Streams, Flink），我們將展示如何通過並行度設置、窗口函數優化和狀態後端管理，實現高吞吐量和低延遲的數據處理。 性能不僅僅是速度，更是係統的魯棒性。本書將引入壓力測試與容量規劃的方法論，模擬真實世界中的突發流量和設備故障，驗證係統在極限條件下的錶現，並提供基於數據驅動的性能改進循環（PDC）。 第四篇：盾牌——全生命周期的安全防禦體係 (Protection) 物聯網設備作為潛在的攻擊入口點，其安全防護被提升到瞭前所未有的高度。本書視安全為係統設計之初就必須嵌入的基因，而非事後的補丁。 我們構建一個多維度的安全防禦模型： 1. 設備側安全（Trust Anchor）： 聚焦於硬件信任根（RoT）、安全啓動（Secure Boot）、固件空中下載（OTA）的安全校驗機製，以及利用TEE（可信執行環境）隔離敏感操作。 2. 網絡側安全（Communication Integrity）： 深入解析TLS/DTLS握手優化、密鑰管理生命周期（如PKI體係的維護），以及如何防禦中間人攻擊和拒絕服務攻擊。 3. 平颱側安全（Access Control）： 實施基於角色的訪問控製（RBAC）和屬性訪問控製（ABAC），確保數據流的最小權限原則。同時，探討安全日誌審計和異常行為檢測機製。 本書提供瞭一套安全審計清單和滲透測試框架，指導讀者從供應鏈到最終部署的每一個環節，主動識彆和修復安全漏洞，真正構建一個“零信任”的智慧物聯網環境。 麵嚮讀者 本書是為具有一定編程基礎（C/C++, Python, Java等）的軟件工程師、係統架構師、嵌入式開發人員以及對物聯網領域有深入探索欲望的技術愛好者量身打造的。它要求讀者不僅要學會“做什麼”，更要理解“為什麼這樣做”，從而能夠駕馭復雜的物聯網係統，在大數據、人工智能與物理世界交匯的“大冒險”中，成為真正的領航者。 ---

作者簡介

許鈺莨

　　現職： CAVEDU教育團隊專任講師、國立海洋大學機電暨機械研究所控製組碩士
　　專長：IoT物聯網軟硬體整閤、LinkIt 7688 7697軟硬體整閤、Raspberry Pi、Arduino軟硬體整閤、App手機程式開發設計。

趙偉伶

　　CAVEDU教育團隊講師
　　專長：LinkIt 7697軟硬體整閤
 

序章    準備好，我們要展開物聯網大冒險瞭！
第一章    好涼快喔！自己動手做一個電風扇
第二章    碰！碰！碰！電流急急棒
第三章    叮咚！叮咚！自動升降的交通柵欄
第四章    看誰按得快！按鈕搶答器好好玩
第五章    衝啊！看我藍牙遙控車的厲害！
第六章    轉快！轉慢！進化版的智慧風扇

 

序章：準備好，我們要展開物聯網大冒險瞭！
 
寫過程式嗎？像是用Scratch來做製作自己的遊戲或是動畫，或是使用LEGO EV3或是mBot打造自己的機器人係統。其實，寫程式有非常多不同的功用，這本書的目的是協助大傢透過LinkIt 7697，搭配一些基本的電子元件跟感測器，再透過自己撰寫編輯的程式，賦予我們的創作品具有智慧，再讓它們連接上網路，成為廣大網際網路中一員，打造自己的雲端服務，聽起來超酷的吧！所以，就請跟著我們，一起透過這本書，來玩一場物聯網的大冒險！
 
什麼是物聯網？
 
您可能會想問？剛剛我們一直提到物聯網，到底物聯網是什麼啊？過去我們在網際網路上所瀏覽的內容，不論是文字、圖片、音樂、影片或是小遊戲…等，都是由其他的「人」所提供的。
 
我們希望未來的世界，環境中的各種裝置、物品，其智慧程度越來越高，讓「物」透過網路，依照我們所建立的規範與方式（其實就是寫程式啦¬），彼此相互溝通、做齣決定、予以實行，並適時地通知「人」。
 
就像哈利波特世界中的傢庭小精靈，能在不打擾主人的情況下，默默地讓我們的日常生活維持高品質的運作。
 
就先舉我們第六章「智慧電風扇」為例子，一般的電風扇我們要自己去啓動或關閉，並調整它的轉速等運作功能；但是連接上網路的智慧電風扇，我們可以透過雲端服務網站，在很遠、很遠的地方就可以控製它，也可以讓這颱電風扇自己去感覺房屋內的溫度，然後調整風速跟風嚮，是不是很厲害呢？
 
要怎麼開始展開我們的物聯網大冒險呢？
 
「有好多新的觀念、名詞，我不太懂耶！」沒有關係喔！這些我們在後續的章節都會一點一點、慢慢跟大傢解釋，所以大傢可以放心。在展開物聯網大冒險之前，我們要先在自己的電腦上，安裝好一個名叫「BlocklyDuino」的程式編輯器，這樣我們之後寫程式就會非常方便喔！但是要怎麼裝呢？
 
第一章 好涼快喔！自己動手做一個電風扇
 
讓直流馬達轉動
我們的第一個程式練習，是要讓直流馬達轉動。
 
請大傢到【類比I/O】分類中，找到第二個「類比寫入」積木。積木上的Pin選4，然後在數字的欄位寫上255，這會讓馬達全速運轉；再拿齣同樣一個「類比寫入」積木，Pin選5，然後在數字的欄位寫上0。

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《智慧物聯網大冒險：4P程式指南》這個名字，真的太有吸引力瞭！作為一名在颱灣生活、工作的普通民眾，我雖然對科技充滿興趣，但一遇到"物聯網"、"程式"這些字眼，常常會覺得門檻很高。然而，"大冒險"這三個字，卻巧妙地打破瞭這種距離感，仿佛在說，物聯網並非高不可攀，而是可以通過一場充滿樂趣的探索來掌握。我非常好奇，作者是如何將"智慧"與"大冒險"巧妙融閤的？是會通過一些生動的故事，講述物聯網在日常生活中的應用，讓我們這些技術小白也能理解？還是會提供一套獨特的"4P程式"，就像是探險傢必備的地圖和指南針，帶領我們一步步揭開物聯網的麵紗？我尤其期待書中能夠有一些實際的範例，能夠觸及到我們颱灣民眾的生活場景，例如如何利用物聯網讓我們的交通更便捷，或者讓我們的居傢環境更舒適安全。總之，這本書讓我感覺，它不是一本高高在上的理論書，而是一本能激發我們好奇心、引導我們行動的實用指南。

评分☆☆☆☆☆

這本《智慧物聯網大冒險：4P程式指南》，光是書名就讓我眼睛一亮！身在颱灣這個科技發展快速的地方，我們每天都能感受到物聯網帶來的便利，從智慧傢居到智慧城市，無處不在。但有時候，我們會覺得物聯網離我們很近，但又好像有點遙不可及，不知道背後的原理是什麼，更不用說自己動手去實踐瞭。這本書的"大冒險"三個字，讓我覺得它可能是一本能夠帶領我們深入探索物聯網世界的旅程，而不是一本冷冰冰的教科書。我很好奇，作者會用什麼樣的"4P程式"來指導我們進行這場冒險？是像尋寶一樣，一步一步解開物聯網的奧秘？還是像闖關遊戲一樣，通過解決一個個問題來掌握核心技術？我特彆期待這本書能提供一些實際操作的指導，甚至是一些小項目的設計思路，讓我們這些對物聯網充滿好奇的讀者，也能從"看熱鬧"變成"能上手"。畢竟，光是聽故事很有趣，但如果能親手創造，那就更有成就感瞭！

评分☆☆☆☆☆

《智慧物聯網大冒險：4P程式指南》這個書名，簡直就是為我這樣對科技充滿好奇但又不太懂程式的人量身定做的！在颱灣，我們確實能感受到物聯網帶來的各種便利，但很多時候，我們隻是"使用者"的角色，對於它背後的邏輯，像是"智慧"是如何實現的，"程式"又是扮演瞭什麼關鍵角色，都感到一知半解。這本書的"大冒險"三個字，瞬間就吸引瞭我，它讓物聯網聽起來不再是枯燥的技術術語，而是一場充滿探索樂趣的旅程。我猜想，作者一定是用一種非常有趣、生動的方式，把復雜的物聯網概念拆解開來，讓我們這些非專業人士也能輕鬆理解。我特彆期待能夠瞭解這個"4P程式"到底是什麼，它是不是一套能夠幫助我們解決實際問題的工具，或者是一種創新的思維模式？也許書中會有一些結閤颱灣在地特色的案例，讓我們能更直觀地感受到物聯網的魅力，例如如何利用物聯網讓我們的城市管理更高效，或者讓我們的農業生産更智能化。總之，這本書給我一種感覺，它不會讓你覺得高深莫測，而是會讓你躍躍欲試，想要親手去體驗和創造！

评分☆☆☆☆☆

收到《智慧物聯網大冒險：4P程式指南》這本書的消息，我腦海裏立刻浮現齣許多關於物聯網的奇思妙想。在颱灣，我們早就習慣瞭各種便利的智能設備，但深入瞭解其背後的原理，往往會覺得有些抽象。這本書的標題，"大冒險"三個字，就非常有畫麵感，讓人聯想到在未知領域探索的刺激與樂趣。我想，作者一定是用一種非常引人入勝的方式來講解物聯網的知識。我尤其好奇這個"4P程式"到底是什麼，它是否是解決物聯網開發中某個關鍵問題的核心方法？是某種理論框架，還是某種實踐步驟？如果是前者，它是否能幫助我們更好地理解物聯網的整體架構？如果是後者，它又是否能指導我們完成一些實際的項目？我非常希望這本書能提供一些不同於傳統技術書籍的視角，也許會包含一些在實際開發過程中遇到的挑戰以及剋服它們的經驗。我期待它能是一本既有深度又不失趣味的指南，能夠幫助我們這些對物聯網感興趣的讀者，更好地把握這個快速發展的領域。

评分☆☆☆☆☆

哇！看到《智慧物聯網大冒險：4P程式指南》這個書名，就覺得一股濃濃的科技感和探險氣息撲麵而來！我一直對物聯網這個東西挺有興趣的，但說實話，市麵上很多講物聯網的書都寫得太學術瞭，看得我頭暈眼花，感覺離我日常生活很遙遠。不過這個書名聽起來就不一樣，"大冒險"這三個字，瞬間勾起瞭我的好奇心，不知道裏麵會不會有很多有趣的案例，像是怎麼用物聯網解決生活中遇到的難題，或者是在某個意想不到的場景裏，物聯網發揮瞭什麼奇妙的作用？而且"4P程式指南"，"P"又是代錶什麼呢？是某種創新的方法論，還是解決問題的關鍵步驟？我猜想，這本書應該不隻是枯燥的技術講解，而是會用一種非常生動、接地氣的方式，把復雜的物聯網概念講透。颱灣的讀者嘛，我們都很喜歡這種能學到東西又不會太沉悶的書，最好是讀完還能馬上想到能怎麼運用在自己的工作或者生活上。我期待看到作者是如何把"智慧"和"大冒險"結閤起來，帶我們進入一個充滿無限可能的物聯網世界！