超簡單Python/MicroPython物聯網應用:堆積木寫程式輕鬆學習軟硬體整合(第二版)

超簡單Python/MicroPython物聯網應用:堆積木寫程式輕鬆學習軟硬體整合(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

陳會安
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  • Python
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具体描述

簡單上手 MicroPython 與 ESP8266 開發板,

物聯網專案開發的核心能力Get!

  「Arduino 宣布開發板實作語言的下一步就是 MicroPython,你還有不學會它的理由嗎?」

  什麼是 MicroPython?
  MicroPython 是由 Damien George 開發的精簡版 Python 3 語言,其強大優點在於:只需要撰寫簡易的程式即可實作簡單的 IoT 專案。MicroPython 目前也已支援 ESP8266、ESP32 等多種開發板。

  為何本書使用 Witty Cloud 機智雲開發板?
  本書使用 ESP8266 的 Witty Cloud 機智雲開發板,兼具了平價與實用性特色,並且本身就是 IoT 裝置,不需要麵包板,不用硬體接線,可以減少除錯方面的難度,讓你輕鬆學習軟硬體整合的 MicroPython 程式設計。

  本書將帶你實作以下專案
  雲端資料儲存 × WiFi上網 × 手機遠端監控 × 物聯網雲端平台 × LINE訊息通知,以及更多動手做專案!

  ➤ 使用初學者專屬的 Thonny 整合開發環境:讓你輕鬆入門 MicroPython 語言。

  ➤ 提供獨家 ESP8266Toolkit 工具箱:支援 Blockly for MicroPython 積木程式,可以讓你使用積木來拼出你的 MicroPython 程式。

  ➤ 輕鬆駕馭物聯網平台:提供 ThingSpeak、Adafruit.IO 物聯網平台操作教學,讓你打造專屬的視覺化儀表板,進行即時遠端監控。

  ➤ 使用ESP8266的機智雲開發板:不需要麵包板、硬體接線,減少除錯方面的難度,讓你輕鬆學習軟硬體整合的 MicroPython 程式設計。

  【你將學會這些實作】
  ✔ 空手彈奏的電子琴 ✔ WS2812B LED 燈條特效 ✔ 使用計時器建立跑馬燈 ✔ 實作手機 App 遠端監控 ✔ 超音波測距調整 LED 亮度 ✔ 使用 Line Notify 發送天氣訊息 ✔ 使用Web介面操作 ESP-WiFi 遙控車 ✔ 將 DHT11 溫溼度感測器資料連結網頁

  適用讀者
  ✎ 初學者─已經有其他程式語言基礎,或對運算思維有興趣。
  ✎ 自學者─適合用於自學 Python 程式語言。
  ✎ 自造者─適合想體驗自造精神或軟硬體結合。
  ✎ 教育者─可以作為 Python 程式設計課程的教學教材。

本書特色

  全書以「圖解+實作+原理」架構,讓你第一次使用物聯網裝置就上手!本書內容專注於程式設計與 Web 整合應用,並且大幅降低 IoT 裝置的硬體複雜度。書中使用的 Witty Cloud 機智雲開發板,不只讓初學者能快速入門 MicroPython 語言,更可以輕鬆進入軟硬整合,實作 Web 服務整合應用的 MicroPython 物聯網專案。

  本書第二版使用最新版本 Thonny Python IDE、MicroPython 韌體和模組,並且提供 Thonny 外掛程式安裝教學與 ESP8266 工具箱可攜式套件,讓你馬上就能學習 IoT 物聯網專案開發。
嵌入式系统与物联网应用开发实践指南(暂定名) 本书简介 本书聚焦于现代嵌入式系统开发与物联网(IoT)应用实践,旨在为读者提供一套系统化、项目驱动的学习路径。我们不再局限于单一的编程语言或硬件平台,而是将视角拓展到整个技术栈,从底层硬件交互到云端数据处理,全面覆盖当前主流的开发范式。 第一部分:嵌入式系统基础与硬件抽象 本部分深入探讨嵌入式系统构建的核心要素。我们将从微控制器(MCU)的架构和工作原理入手,详细解析寄存器级编程与硬件抽象层(HAL)的应用。读者将学习如何高效地初始化和配置常见的外部设备接口,例如通用异步收发传输器(UART)、串行外设接口(SPI)和集成电路(I2C)。 章节重点: 1. MCU 架构解析与启动过程: 探讨不同系列微控制器的内存映射、中断向量表与复位序列,理解程序执行的起点。 2. 低级驱动开发: 通过裸机编程实践,掌握直接操作寄存器以实现对GPIO、定时器/计数器(Timer/Counter)的精确控制,理解时序和同步的重要性。 3. 实时操作系统(RTOS)入门: 引入轻量级RTOS的概念,重点介绍任务调度、信号量、互斥锁和消息队列等基本机制。通过实例演示如何利用RTOS管理并发任务,提高系统的响应性和健壮性。 4. 电源管理与低功耗设计: 探讨嵌入式设备在实际部署中面临的功耗挑战。学习如何利用MCU的睡眠模式、时钟门控技术以及外设的电源域控制来实现延长电池寿命的策略。 第二部分:连接性、网络协议栈与边缘计算 现代物联网应用的核心在于数据传输与边缘智能。本部分将构建坚实的网络通信基础,并探讨如何在资源受限的设备上实现高效的数据处理。 章节重点: 1. 无线通信技术选型与实现: 详细介绍Wi-Fi、蓝牙低功耗(BLE)和LoRa等主流短距离/远距离无线技术的物理层特性、协议栈结构及其在嵌入式系统中的驱动与配置方法。 2. TCP/IP 协议栈精讲: 深入理解IP寻址、TCP/UDP的可靠性机制。实践使用轻量级的嵌入式网络库(如LwIP或特定厂商提供的协议栈),学习如何构建可靠的网络连接。 3. 安全通信:TLS/DTLS 实践: 鉴于物联网安全的重要性,本章将重点介绍如何在嵌入式设备上集成和使用TLS/DTLS进行数据加密传输。涉及证书管理、握手过程以及资源消耗的权衡。 4. 边缘数据预处理: 探讨在设备端进行数据清洗、压缩和初步分析的必要性。学习使用有限的内存和计算资源,实现数据采样策略的优化和异常检测的初步算法部署。 第三部分:云端集成与数据生命周期管理 嵌入式设备需要与云端平台进行高效、可靠的数据交换。本部分将侧重于云服务集成和端到端的应用架构设计。 章节重点: 1. 消息队列遥测传输(MQTT)深度解析: 作为物联网通信的基石,本书将详细剖析MQTT协议的QoS等级、主题(Topic)设计、遗嘱消息(Last Will and Testament)等特性。实践使用Paho或原生MQTT客户端库。 2. RESTful API 与 HTTP 集成: 学习如何在嵌入式端安全地调用云服务提供的RESTful API进行配置管理和状态报告。处理认证机制(如OAuth 2.0 简化流程)和HTTP请求的超时重试策略。 3. 时序数据库与数据可视化: 介绍专门用于存储时间序列数据的数据库(如InfluxDB或TimescaleDB)的优势。学习如何将设备采集的数据高效地上报、存储,并利用图表工具(如Grafana)进行实时监控和历史分析。 4. 设备固件空中升级(OTA): 这是保证大规模部署设备生命周期的关键能力。本章将设计和实现一个健壮的OTA机制,包括固件下载、校验、原子性切换和故障回滚机制。 第四部分:高级应用:传感器融合与系统维护 本部分将这些技术整合,应用于更复杂的应用场景,并探讨系统长期运行所需的维护策略。 章节重点: 1. 多传感器数据融合: 以惯性测量单元(IMU)为例,介绍卡尔曼滤波(Kalman Filter)或互补滤波等基本算法,如何在嵌入式端融合来自不同传感器的异构数据,提高测量精度和鲁棒性。 2. 容器化概念在边缘的应用(K3s/MicroK8s 概述): 探讨在高性能边缘计算网关上部署应用容器的趋势。虽然不直接在资源受限的MCU上运行Docker,但会讲解边缘网关如何利用容器化技术管理复杂的后端服务。 3. 故障诊断与日志记录: 建立结构化的日志系统,区分错误级别。学习如何利用日志服务器(如ELK Stack的轻量级替代方案)远程收集和分析设备运行日志,实现主动式维护。 4. 系统级安全实践回顾: 综合前述内容,总结从启动代码到数据传输整个链条上的安全加固措施,包括代码签名验证、安全启动(Secure Boot)的基本概念介绍。 本书特点: 本书强调动手实践和工程思维的培养。所有理论知识均辅以详细的代码示例和实际的接线图。我们鼓励读者不仅要学会“如何做”,更要理解“为什么这样做”,为构建下一代、高可靠性的物联网解决方案打下坚实的基础。

著者信息

作者簡介

陳會安


  現職
  專職資訊圖書作者、大專資訊課程老師

  經歷
  企業講師、松崗電腦產品經理、美商PH出版經理、專業電腦書作者。
  資訊技術作家,出版超過 100 本電腦著作,包括:程式設計(C / C++、Java、C#、HTML5、PHP、ASP.NET、JSP等)、資料庫、系統分析、資料結構等各種不同主題。

  近年研究人工智慧、機器學習 / 深度學習、資料科學、網路爬蟲、大數據分析和物聯網相關課程與圖書寫作,也熱衷利用 Raspberry Pi、Arduino、ESP8266 / ESP32 和 Micro:bit 等開發板製作創客作品,投入創客領域的教學與寫作。

  fChart 程式設計教學工具官方網址:
  fchart.github.io/
 

图书目录

第一篇 Python 程式設計與 Thonny Python IDE「超」入門
Chapter 01 Thonny Python IDE 的安裝與使用
1-1 認識 Thonny Python IDE
1-2 下載與安裝 Thonny Python IDE
1-3 使用 Thonny 建立 Python 程式
1-4 Thonny 的基本使用

Chapter 02 Python 基本語法
2-1 認識 Python 語言
2-2 變數
2-3 指定敘述
2-4 資料型別
2-5 輸入與輸出
2-6 運算子與運算式

Chapter 03 流程控制
3-1 認識流程控制結構
3-2 關係與邏輯運算子
3-3 選擇結構
3-4 重複結構
3-5 在重複結構使用 else 程式區塊

Chapter 04 字串與容器型別
4-1 字串
4-2 串列
4-3 元組
4-4 字典
4-5 字串與容器型別的運算子

Chapter 05 函式、模組、檔案與例外處理
5-1 Python 函式
5-2 在 Python 程式使用模組
5-3 檔案操作和路徑處理
5-4 文字檔案讀寫
5-5 例外處理程式敘述

第二篇 ESP8266 + MicroPython 物聯網應用「超」簡單
Chapter 06 物聯網與開發板:ESP8266 開發板 + WiFi 無線基地台
6-1 認識物聯網
6-2 物聯網平台的基礎
6-3 ESP8266 開發板
6-4 WiFi 無線基地台與無線網路卡

Chapter 07 韌體與開發環境:建立 MicroPython 開發環境
7-1 認識 MicroPython
7-2 連接 ESP8266 開發板
7-3 下載和安裝 CH340 驅動程式
7-4 下載和燒錄 MicroPython 韌體
7-5 建立 MicroPython 開發環境
7-6 寫出你的第一個 MicroPython 程式

Chapter 08 GPIO 控制:按鍵開關 + 三色LED + 光敏電阻
8-1 ESP8266 開發板的 GPIO
8-2 數位輸出:內建 LED
8-3 數位輸入:按鍵開關
8-4 類比輸出:三色 LED
8-5 類比輸入:光敏電阻
8-6 整合應用:建立三色 LED 的跑馬燈效果
8-7 整合應用:實作 RGB 全彩 LED

Chapter 09 WiFi 上網:urequests 物件 + JSON 處理(Open Data)
9-1 連接 WiFi 基地台
9-2 認識 HTTP 請求
9-3 使用 urequests 送出 HTTP 請求
9-4 取得和剖析 JSON 資料
9-5 整合應用:Google 圖書查詢的 Web API
9-6 整合應用:OpenWeatherMap 天氣資訊指示燈

Chapter 10 訊息通知:IFTTT 寄送電郵 + LINE Notify
10-1 MicroPython 檔案系統
10-2 上傳和使用本書提供的工具箱模組
10-3 申請與使用 IFTTT 寄送電子郵件
10-4 申請與使用 LINE Notify
10-5 整合應用:使用 LINE Notify 送出天氣通知

Chapter 11 物聯網雲端平台:建立 ThingSpeak + Adafruit.IO 儀表板
11-1 使用 ThingSpeak 物聯網平台
11-2 安裝和使用 ThingView App
11-3 使用 Adafruit.IO 物聯網平台
11-4 整合應用:上傳 OpenWeatherMap 目前氣溫

Chapter 12 MQTT 通訊協定:實作手機 App 遠端監控
12-1 認識 MQTT 通訊協定
12-2 MQTT 代理人和客戶端
12-3 使用 Adafruit.IO 的 MQTT 代理人
12-4 使用 MQTT 遠端控制 LED
12-5 整合應用:使用 MQTT 上傳資料至物聯網平台

Chapter 13 雲端資料儲存:雲端試算表 + Firebase 即時資料庫
13-1 校正開發板的時間
13-2 將感測器資料存入雲端試算表
13-3 申請與使用 Firebase 即時資料庫
13-4 將感測器資料存入 Firebase 即時資料庫
13-5 使用 Timer 計時器
13-6 整合應用:使用 Timer 計時器建立跑馬燈
13-7 整合應用:使用 Timer 計時器定時存入感測器資料

Chapter 14 Socket 程式設計:建立 Web 伺服器
14-1 認識網路程式設計
14-2 建立 Telnet 工具程式
14-3 建立 Web 伺服器
14-4 連線 AP 模式的 WiFi 基地台
14-5 整合應用:使用 HTML 網頁遠端控制 LED

第三篇 ESP8266 + MicroPython 物聯網專案開發「超」實務
Chapter 15 WebREPL:更多感測器、執行器與中斷處理
15-1 ESP8266 開發板的中斷處理
15-2 使用 WebREPL 執行 MicroPython 程式
15-3 更多感測器和執行器的使用
15-4 整合應用:上傳 DHT11 溫溼度資料至雲端物聯網平台

Chapter 16 MicroPython 專案開發:ESP-WiFi 遙控車
16-1 MicroPython 專案開發的檔案管理
16-2 超音波感測器模組
16-3 馬達驅動模組與直流馬達
16-4 MicroPython 專案開發:ESP-WiFi 遙控車

附錄 A 本書各章電子零件的購買清單
附錄 B Thonny + ESP8266 工具箱套件使用說明

图书序言

  • ISBN:9786263333147
  • 規格:平裝 / 456頁 / 17 x 23 x 2.38 cm / 普通級 / 單色印刷 / 二版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

评分

我个人对那种过于学术化或者只停留在理论层面的技术书籍持有保留态度,它们往往脱离实际应用场景。《超简单Python/MicroPython物联网应用》则完美地平衡了基础知识的讲解和实际应用的落地。它让我意识到,学习编程不应该只是为了通过考试,而是为了解决现实世界中的问题。书中展示的那些应用案例,比如环境监测、智能家居控制的简化模型,都非常贴近生活,让我立刻就能找到学习这些知识的意义和价值。这种“学以致用”的理念贯穿始终,让我从一个单纯的“代码搬运工”,逐渐转变为一个能够思考如何用技术优化现有流程的“问题解决者”。对于希望系统性地将编程技能迁移到硬件和物联网领域的朋友来说,这本书提供的不仅仅是知识,更是一种思维方式的转变,是迈向真正软硬件整合专家的坚实第一步。

评分

这本新版的《超简单Python/MicroPython物联网应用:堆积木写程序轻松学习软硬件整合》简直是为我这种对编程和电子工程都感到头疼的“小白”量身定制的!我一直想接触物联网(IoT)领域,但市面上那些教材动辄就是复杂的电路图和晦涩难懂的底层代码,光是看目录就让人打退堂鼓。这本书的“堆积木”学习法简直是福音,它没有直接把我扔进C语言或者复杂的Linux内核里,而是从我相对熟悉的Python入手。这种循序渐进的教学方式,让我这个连基础语法都磕磕绊绊的人,也能快速上手,并且看到实际的成果。特别是对于那些想把想法快速变成现实的创客来说,这本书提供的平台和案例非常接地气。我最欣赏的是它没有把硬件和软件割裂开来,而是将两者紧密地结合在一起讲解,让你明白每一行代码背后对应着哪个元器件在做什么动作,这种整体性的认知构建,是很多纯软件或纯硬件书籍做不到的。看着自己搭建的小设备能够通过几行代码实现预设的功能,那种成就感是无与伦比的。

评分

我必须得说,这本书的视角非常新颖,它完全避开了传统教科书那种枯燥的理论灌输,而是完全以“项目驱动”的方式来展开教学。对于我们这种实践导向的学习者来说,这是最有效的学习路径。我特别喜欢它对开发环境搭建的细致指导,很多时候,配置环境比写代码本身还要折磨人,但作者把每一步都讲得清清楚楚,甚至连容易出错的地方都提前做了预警。这使得学习的阻力被大大降低了。更妙的是,它没有局限于某一个特定的微控制器平台,而是似乎涵盖了主流的几种选择,这意味着我可以根据自己手头现有的硬件资源来选择对应的章节进行学习,灵活性极高。它更像是一个带着你实际操作、手把手教你解决问题的资深工程师,而不是高高在上的理论家。这种实战性极强的体验,让原本抽象的“物联网”概念变得具体可感,我感觉自己正在真正构建未来的智能世界。

评分

作为一名对技术迭代速度感到焦虑的业余爱好者,我非常看重工具的时效性和前瞻性。《超简单Python/MicroPython物联网应用》的第二版,明显吸收了近几年物联网生态的最新变化。我之前尝试过一些老旧的教程,使用的库文件老早就被弃用了,光是环境兼容性问题就能耗费我大量时间。但这本书显然走在了前沿,它所选用的库和框架都是当前社区比较活跃且文档丰富的版本。这种与时俱进的内容组织,极大地提升了学习效率和项目的可维护性。它不仅仅是教你怎么把灯点亮,更重要的是让你理解当前行业最佳实践是什么。我尤其欣赏它在网络通信和云端对接部分的讲解,这些往往是初学者最容易感到困惑的地方,但作者用非常直观的方式将其拆解,让我明白了数据如何在设备和云端之间安全、高效地传输,这对于构建真正有用的物联网应用至关重要。

评分

这本书的排版和图文配合达到了一个非常高的水准。在学习技术文档时,视觉体验往往是决定阅读兴趣的关键因素之一。这本书在电路图的绘制上非常清晰,连线和元件标识都做得一丝不苟,这避免了我在对照实物操作时,因为看不清图纸而反复比对的烦恼。同时,代码块的格式化也非常规范,注释详尽,使得即使是较长的代码段,也能保持良好的可读性。它没有那种密密麻麻、一眼望不到头的文字堆砌,而是大量运用流程图、结构图和实物照片来辅助理解复杂的概念。可以说,它在“如何教”这件事上,下了大功夫。这种对细节的关注,体现了作者对初学者学习痛点的深刻理解,使得整个阅读过程流畅而愉快,很少出现“卡壳”的感觉。

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