用AVR微电脑与Python开始做IoT装置的设计与实装 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　◎时下最火热的程式语言Python入门
　　◎AVR微电脑+Python开放原始码程式馆+IoT装置
　　◎利用AVR微电脑与开放原始码程式馆来实装Internet of Things

　　本书的特徴为以下3点：
　　●只要能学会本书的内容，灵活运用AVR微电脑（Arduino）、Raspberry Pi2嵌入系统（Linux）、各种感测器、开放原始码软体，就算不懂回路设计知识、感测器特性、通讯协定等困难的内容，只要学会了灵活运用开放原始码的方法，就算没有基础知识的初学者也可以在短时间内学会IoT装置的设计与实装．

　　●利用Python开放原始码程式馆的scikit-learn与OpenCV等封包，就算不懂内容的初学者，也可以把最近蔚为话题的大数据、人工智慧、机器学习、影像处理功能等嵌入系统，并做出想要的系统．请将本书中所介绍的Python程式馆作为构筑系统的部品来灵活运用．

　　●本书的目的是让各位读者练就分辨使用开放原始码的眼光。
　　安装前为了以防万一，重要档案一定要备份，这是铁则。为了练就分辨使用开放原始码的眼光，请尽量挑战．

本书特色

　　◎时下最火热的程式语言Python入门
　　◎AVR微电脑+Python开放原始码程式馆+IoT装置
　　◎利用AVR微电脑与开放原始码程式馆来实装Internet of Things

 

书籍简介：迈向物联网的深度探索 本书面向对微控制器编程、嵌入式系统开发以及物联网（IoT）应用有浓厚兴趣的读者。 本书旨在提供一个扎实的基础，让读者能够从零开始构建功能强大的物联网项目。全书内容侧重于理论与实践的紧密结合，涵盖了从硬件选型、基础编程到高级网络通信和数据处理的完整流程。我们聚焦于当前工业界和创客领域中应用最广泛的几种平台，通过大量的实例代码和项目案例，引导读者掌握构建智能、互联设备的核心技能。 第一部分：嵌入式系统基础与开发环境搭建 在本书的开篇，我们将深入探讨嵌入式系统的基本架构和工作原理。这部分内容将帮助读者理解微控制器（MCU）的工作模式，包括寄存器级操作、中断处理和定时器应用。我们不会仅仅停留在概念层面，而是会详细介绍如何选择合适的开发板，并搭建一个高效、稳定的开发环境。 硬件选型与原理：详细分析当前主流的微控制器系列（如ESP32、STM32系列等）的架构差异、性能特点及适用场景。我们将剖析核心组件，如CPU、存储器（RAM/Flash）和外设接口（GPIO, ADC, DAC等）的工作机制。 固件开发基础：重点介绍嵌入式C语言的高级特性及其在资源受限环境下的优化技巧。内容包括指针、结构体在嵌入式编程中的应用，以及如何有效利用编译器优化选项。 实时操作系统（RTOS）入门：为构建复杂应用打下基础，我们将引入FreeRTOS等轻量级RTOS的概念。学习任务管理、信号量、消息队列等关键概念，理解多任务并发编程的逻辑。 第二部分：通信协议与传感器集成 物联网的核心在于“连接”。本部分将系统性地介绍设备之间、设备与云端之间进行可靠通信所需的关键技术。 本地通信技术：深入讲解如UART、SPI、I2C等片内通信协议的底层实现和应用范例。读者将学会如何驱动和校准常见的传感器和执行器，例如温湿度传感器、光照传感器、步进电机和舵机等。特别地，我们会提供针对特定传感器的数据预处理和噪声抑制技巧。 无线连接技术：全面覆盖Wi-Fi和低功耗蓝牙（BLE）。对于Wi-Fi，我们将探讨TCP/IP协议栈的简化实现，以及如何构建稳健的客户端连接。对于BLE，本书将详述 GATT 结构、服务（Service）与特征（Characteristic）的定义，以及如何设计高效的低功耗数据交换方案。 低功耗广域网络（LPWAN）概述：简要介绍LoRa/NB-IoT等技术的应用场景和基本接入方法，帮助读者理解在不同应用场景下选择合适通信技术的决策依据。 第三部分：云端集成与数据可视化 设备收集到的数据必须被有效传输、存储和分析，才能体现其价值。本部分是本书的重点之一，专注于如何将嵌入式设备无缝连接到云服务平台。 MQTT 协议精讲：作为物联网通信的主流协议，我们将详细拆解MQTT的QoS等级、主题（Topic）设计哲学和会话保持机制。读者将实践使用不同的MQTT Broker进行数据发布与订阅。 主流云平台对接实践：本书将选取业界领先的云服务平台作为案例，演示如何使用其提供的SDK或标准API完成设备认证、数据上报和远程控制指令的接收。我们将侧重于安全认证机制（如TLS/SSL握手）的配置与实现。 数据存储与流处理：探讨将时序数据有效存储到数据库的策略，并介绍如何利用简单的流处理工具对实时数据进行初步分析和状态判断。 第四部分：边缘计算与设备管理 随着设备复杂度的增加，仅仅依靠云端处理已无法满足实时性要求。本部分将引入边缘计算的概念，并讨论如何实现设备的远程管理和空中下载（OTA）更新。 本地数据处理与决策：讲解如何在资源受限的微控制器上实现基础的事件驱动算法和过滤逻辑，减少不必要的数据上传，提高响应速度。 设备生命周期管理：探讨设备注册、身份验证、固件版本管理和远程诊断的必要性。我们将详细介绍OTA机制的原理，包括如何安全地推送和验证新的固件映像，确保设备在无人值守环境下的可靠运行。 能效优化策略：针对电池供电设备，本书将提供一套系统的低功耗设计方法论，涵盖睡眠模式的配置、外设的动态管理以及唤醒事件的精确控制，以最大限度延长设备续航时间。 结论与展望 本书旨在提供一套完整的“从芯片到云端”的解决方案框架。通过掌握这些技能，读者将能够独立设计、开发和部署具备实际应用价值的物联网终端设备，为未来更复杂的智能系统开发奠定坚实的技术基石。全书的每一个章节都配有详尽的配置指南和可运行的源代码示例，确保读者能够高效地完成从理论学习到实际操作的过渡。

作者简介

武藤佳恭

　　庆应义塾大学工学部电气工学系毕业（1978），同样于该系取得硕士、工学博士（1983）学位。

　　曾任南佛罗里达大学电脑系助教授（1983-1985）、南卡罗来纳大学电脑科学系助教授（1985-1988）、凯斯西储大学电气工学系准教授（1988-1996）、庆应义塾大学环境资讯学系助教授（1992-1997）及教授（1997-现在）。

　　研究领域：人工智慧，机器学习，安全性，IoT。

　　曾荣获：NSFRIA赏（1989）、IEEETrans.NN功劳赏（1992）、IPSJ论文赏（1980）、TEPCO赏（1993）、KAST赏（1993）、高柳赏（1995）、KDD赏（1997）、NTT-educationcourseware赏（1999）、US-AFOSR赏（2003）、第一回JICA理事长赏（2004）、社团法人食物服务协会（Japan Foodservice Association）35週年纪念会长赏（2009）、NEEL2015优胜、W-NUT 2015优胜、义塾赏（2016）。

　　〈主要着作〉（暂译）
　　《谁都看得懂的数位电路 增定4版》（Ohmsha, Ltd.）
　　《神经网络计算Neural computing》（CORONA PUBLISHING CO.,LTD）
　　《超低成本网路及「Gadget小工具」设计USB・μIP・microSD协定堆叠的运用》（Ohmsha, Ltd.）
　　《有趣的挑战！网路实用「Gadget小工具」入门》（近代科学社）
　　《发明的真意：如何把灵感化为现实》（近代科学社）

译者简介

程永佳

　　日本国立横滨大学国际社会科学研究所硕士毕。在中日口笔译者之路上，持续努力中。

前言
Chapter1 IoT装置设计所需的开发环境
Chapter2 IoT装置的硬体与介面
Chapter3 构成IoT的开放原始码软体
Chapter4 Python的设定与机器学习
Chapter5 使用Python做影像处理（OpenCV）
Chapter6 使用Python来灵活运用云端
Chapter7 使用Python来灵活运用智慧型手机（SL4A）
Chapter8 3种语音辨识（Windows，Android，Raspberry Pi2）
附录
 

前言　

　　近年来，IoT（Internet of Things）正受到众人的瞩目．顾名思义，所谓IoT装置就是机器之间可以经由网路互相沟通的电子仪器（装置或是设备）．人与人之间的沟通可以经由电话、社交软体、电子邮件等达成，而我们也即将进入IoT装置之间可以不假人手自行沟通的时代。网路上可以找到各种IoT的相关杂志报导，但是制作IoT装置的解说类书籍却并不多．本书作为IoT装置设计的实务类入门书籍，是以设计IoT装置的企业工程师及电子工作者为主要读者．本书将以实际案例为中心，以浅显易懂的方式解说IoT装置的设计与实装。硬体上採用了被用于Arduino的高汎用性AVR微电脑，应用程式语言则採用了在初学者间有相当好评的Python，而Python中有着来自全球的许多开放原始码的程式馆（Library）与封包．

　　举例来说就有以下三种：
　　实际使用于自动驾驶等技术的开放原始码影像处理封包「OpenCV」、
　　应用了人工智慧技术的开放原始码机器学习封包「scikit-learn」、
　　被使用于大数据统计分析的「statsmodels」。

　　其他还有嵌入了模仿人类大脑功能的深度学习（深度神经网路）等困难算法的开放原始码封包．
　　
　　本书重视的是程式馆的使用方法，就算读者们不能理解开放原始码封包内所使用的困难算法及内容，也可以做到IoT装置的设计与实装．

　　比较麻烦的一点，在于IoT装置所不可或缺的云端存取需要复杂的OAuth 2.0认证．然而，只要使用开放原始码程式馆（pydrive）就可以简单地得到OAuth 2.0认证．

　　网路上有许多AVR微电脑的相关资讯，但是对初学者而言，有几个地方较容易卡关。本书会一边指出初学者较易卡关的重点，一边浅显易懂地说明解决方式．另外，不只是AVR微电脑，我们还会说明使用32位元ARM 微电脑（Raspberry Pi2）借由3G或LTE通讯来进行IoT装置设计与实装。
 
　　设计与实装IoT装置应用程式需要依以下4个步骤进行：
　　1.整理出希望用 IoT装置解决什么样的问题（找出问题）
　　2.考虑各种开放原始码程式馆，大致上将IoT装置与应用程式分类（大致上的解决问题）
　　3.以开放原始码程式馆为基础，选择感测器与驱动器，完成IoT装置设计（这样就解决了IoT装置的设计）
　　4.利用开放原始码程式馆Python，完成IoT装置的应用程式（这样就解决了应用程式的设计）．

　　当卡住的时候，会不断重复以上4个步骤，但是一但习惯之后，就会练出分辨使用开放原始码的眼力，遇到问题也就能比较简单地解决了．

　　简单来说，本书的特徴为以下3点．
　　●只要能学会本书的内容，灵活运用AVR微电脑（Arduino）、Raspberry Pi2嵌入系统（Linux）、各种感测器、开放原始码软体，就算不懂回路设计知识、感测器特性、通讯协定等困难的内容，只要学会了灵活运用开放原始码的方法，就算没有基础知识的初学者也可以在短时间内学会IoT装置的设计与实装．

　　●利用Python开放原始码程式馆的scikit-learn与OpenCV等封包，就算不懂内容的初学者，也可以把最近蔚为话题的大数据、人工智慧、机器学习、影像处理功能等嵌入系统，并做出想要的系统．请将本书中所介绍的Python程式馆作为构筑系统的部品来灵活运用．

　　●本书的目的是让各位读者练就分辨使用开放原始码的眼光。
　
　　安装前为了以防万一，重要档案一定要备份，这是铁则。为了练就分辨使用开放原始码的眼光，请尽量挑战．

　　※本书中的资讯为2015年8月当时的资讯．

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是：终于有人把IoT这么复杂的东西，讲得这么“人话”了！我之前尝试过看一些关于嵌入式开发和物联网的书籍，但总是因为各种专业术语和晦涩难懂的原理而感到头疼。这本书的语言风格非常亲切，作者的叙述方式就像在跟朋友聊天一样，把原本枯燥的技术知识变得生动有趣。 我特别欣赏作者对于“学习路径”的设计。它不是一股脑地把所有知识都抛给你，而是非常有条理地，从最基础的概念讲起，然后逐步深入。就像搭积木一样，每一块都稳固了，才能往上盖更高更复杂的结构。这对于我这种容易“消化不良”的读者来说，真的太友好了。 而且，书中的许多例子的设计都非常贴合实际生活，也很有创意。我甚至能想象到，我把书中学到的东西应用到我家里，去实现一些智能化的小功能。这种“学以致用”的感觉，让我学习的动力倍增。我不再是被动地接受知识，而是主动地去探索和尝试。 这本书还有一个让我觉得很贴心的地方，就是它并没有回避可能遇到的困难。作者在书里也提到了在学习过程中可能会遇到的各种问题，并且给出了相应的解决思路和方法。这让我觉得，这本书不仅仅是在教我“怎么做”，更是在教我“如何学习”，如何成为一个能够独立解决问题的开发者。 总的来说，这本书是一本非常优秀的IoT入门读物。它不仅内容翔实，而且讲解生动，实践性强。如果你想轻松愉快地开启你的IoT之旅，这本书绝对不会让你失望。我强烈推荐给所有对IoT感兴趣的朋友！

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，简直是为我这种“动手派”量身定做的！我一直觉得，光看书上的理论，然后自己去琢磨怎么实现，实在是太困难了。这本书的好处在于，它提供了非常具体、非常落地的实践案例。从基础的硬件连接，到用Python控制这些硬件，每一步都像是跟着老师做实验一样，非常容易上手。 作者在讲解过程中，对代码的逻辑和硬件的配合讲解得非常透彻。很多时候，我看到网上的一些教程，只是给出一堆代码，然后告诉我“这样做就行了”，但我完全不知道为什么。这本书就不一样了，它会告诉你，为什么我们要这样写代码，为什么这个传感器要这样连接，为什么这个指令会产生这样的效果。这种由浅入深的讲解方式，让我觉得学习过程非常扎实，很有成就感。 而且，这本书非常注重“实装”。它不是那种只停留在理论层面的书，而是会指导你如何将设计变成现实。我尤其喜欢书中关于项目搭建的部分，它会告诉你需要准备哪些材料，如何一步步地组装起来，以及如何进行测试。这让我感觉自己真的在创造一个可以工作的IoT装置，而不是在纸上谈兵。 这本书也给我提供了很多创新的灵感。在学习的过程中，我发现了一些我之前从未想过的功能组合和应用方式。作者在书中也鼓励读者进行二次开发和个性化定制，这让我觉得这本书不仅仅是一个学习工具，更是一个激发创意、拓展思维的平台。 总的来说，这是一本非常棒的IoT入门实践书籍。它内容丰富、讲解清晰、案例实用，而且非常注重动手实践。如果你想快速掌握AVR微电脑和Python在IoT领域的应用，并且希望能够亲手做出一些有趣的装置，那么这本书绝对是你的不二之选。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，对于我这样一个“小白”来说，简直是量身定做的“通关秘籍”。我一直对智能家居和物联网很感兴趣，但又不知道从何下手。市面上关于这个主题的书籍很多，但要么门槛太高，要么内容过于零散。这本书的出现，就像及时雨一样，让我找到了一个清晰的学习方向。 我最喜欢的是书中对于AVR微电脑和Python的结合讲解。很多时候，我们学习嵌入式开发，会觉得硬件和软件是两个割裂的世界。但是这本书，非常巧妙地把它们联系起来，让你能够理解，如何用软件去驱动和控制硬件，如何让冷冰冰的芯片变得“活”起来。 作者在讲解代码的时候，非常细致，每一个函数、每一个参数的含义都会解释清楚。而且，还提供了大量的代码示例，并且会告诉你如何运行和调试这些代码。这对于我这种初学者来说，简直是太宝贵了。我再也不用担心自己写出来的代码，为什么跑不通了。 另外，书中关于传感器和模块的介绍也相当全面。从最基础的温湿度传感器，到更复杂的通信模块，作者都给出了详细的介绍和实际应用示例。这让我能够快速了解各种器件的功能，并且知道如何将它们集成到我的项目中。 这本书的另一个亮点是，它不仅仅是教你照搬照抄，而是鼓励你去理解和创新。它会告诉你，在这个基础上，你还可以做些什么，如何去扩展功能，如何去设计出更个性化的IoT装置。这让我觉得，我不仅仅是在学习一个技术，更是在学习一种解决问题的思路和创造能力。 总而言之，如果你也想进入IoT的世界，并且希望有一个清晰、易懂、且充满实践性的学习指南，那么这本书绝对是你的首选。它会让你从零开始，一步步地掌握IoT装置的设计与实装，并在这个过程中，发现无限的可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，让我仿佛看到了一个清晰的IoT“蓝图”。我一直对物联网技术感到好奇，但又觉得它离我非常遥远，不知道从何学起。这本书的出现，彻底改变了我的想法。它用一种非常接地气的方式，让我理解了IoT的核心概念，并且掌握了实现它的关键技术。 我特别欣赏作者在讲解过程中，对于“为什么”的解释。很多书只告诉你“怎么做”，而这本书则会深入浅出地解释“为什么这么做”。比如，在讲解通信协议的时候，它不会直接丢给你一堆协议名称，而是会告诉你，为什么需要有通信协议，以及不同的协议分别适用于什么场景。这种深入的理解，让我对IoT的本质有了更深的认识。 而且，这本书的案例设计非常棒，每一个项目都非常有代表性，而且都能够引申出更广泛的应用。我通过学习这些案例，不仅学会了如何实现特定的功能，更重要的是，我学会了如何将所学的知识，迁移到其他项目中去。这种“举一反三”的学习能力，对于我未来的发展至关重要。 这本书在代码讲解方面，也做得非常到位。它不仅提供了完整的代码，还会对代码中的关键部分进行详细的解释。而且，作者还分享了一些非常有用的调试技巧，这对于我们这些初学者来说，简直是福音。我曾经因为一个小小的bug而卡住好几个小时，读完这本书，我才意识到，原来自己可以这么高效地解决问题。 总的来说，这是一本非常优秀的IoT技术书籍。它内容全面，讲解清晰，案例实用，而且非常注重读者的学习体验。它不仅能够帮助你入门IoT，更能够让你在这个过程中，建立起扎实的技术基础和解决问题的能力。我非常推荐给所有想要深入了解IoT的朋友！

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我的天菜！作为一个对电子世界充满好奇，但又对深奥的程式码望而却步的“跨界”爱好者，我一直梦想着能亲手做出一些酷炫的IoT装置。市面上有很多书，要么是纯硬件，要么是纯软件，能像这本书一样，把AVR微电脑的实体感和Python的灵活度完美结合的，我真的找了好久。 我最喜欢的是作者的切入点。他没有一开始就抛出一堆复杂的指令和原理，而是从一个非常生活化、非常“IoT”的场景出发，比如智能灯泡、环境监测器等等。这让我感觉自己不是在学习枯燥的教科书，而是在解决一个实际问题，在创造一个有用的东西。而且，他的讲解方式非常耐心，每一步都拆解得很细致，即使是像我这样对电路图和代码感到生疏的读者，也能跟着一步步来，并且建立起信心。 最让我惊喜的是，这本书并不是那种“知其然，不知其所以然”的教材。它在介绍如何实现功能的同时，也会适时地解释背后的原理。比如，在讲解如何读取传感器数据时，它会顺带说明传感器的工作机制；在讲到如何用Python与AVR通信时，它也会解释数据传输的协议。这种“知其所以然”的讲解，让我感觉我学到的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”，这对于我未来能够独立设计和解决更复杂的问题至关重要。 从排版和图示上来说，这本书也做得相当到位。清晰的电路图、代码高亮、还有一些实物操作的照片，都让整个学习过程更加直观和顺畅。我再也不用对着一堆黑白的线条和文字干瞪眼了。而且，作者也很有心地给出了一些调试的小技巧和常见问题的解决方案，这对于我们这些新手来说，简直是救命稻草。我曾经因为一个小小的连接错误而卡住好几个小时，读完这本书，我才发现原来自己当时犯了多么低级的错误。 总而言之，如果你也像我一样，渴望在IoT领域迈出第一步，又不想被复杂的理论吓倒，那么这本书绝对是你的最佳选择。它就像一位经验丰富的引路人，带你从入门到实战，一步步解锁IoT的魅力。我迫不及待地想用书里的知识，去实现我脑海中那些奇思妙想了！