Micropython 101 IoT基础知识-DEV365 开发者社区

Micropython是Python 3编程语言的精益实现，其中包括Python标准库的一小部分。它经过优化，可以在微控制器上运行，该微控制器是单个集成电路上的小型低功率计算机。

这是一些关键特征：

交互式提示： Micropython在连接和动力时运行交互提示（repl）。

广泛的库：这些包含特定于硬件的模块，例如机器，网络等，使您可以控制GPIO引脚，连接到WiFi等等。

python语法：它使用python语法，使学习和使用易于学习。

效率： Micropython设计为在记忆使用和速度方面都有效率。

安装：

要开始，您需要在微控制器上安装Micropython固件。此过程因设备而异，但通常涉及下载固件，然后使用工具将其刷到板上。

与Micropython的Hello World：

让我们看一个闪烁LED的基本示例（“ Hello，World！”等效于硬件世界）。

from machine import Pin
from time import sleep

led = Pin(2, Pin.OUT)

while True:
    led.on()
    sleep(0.5)
    led.off()
    sleep(0.5)

此脚本执行以下操作：

它从machine模块中导入Pin类，并从time模块中导入sleep函数。
它将led定义为第2销并将其设置为输出。
在无限的循环中，它打开LED，等待半秒，关闭LED，然后再等半秒。

与REPL互动：

将Micropython刷到板上后，您可以连接到它以开始编程。通常，您可以通过USB上的串行连接来执行此操作。连接后，您将看到Python提示>>>，您可以在其中键入命令并立即查看其输出。

使用数字输入

Micropython允许您阅读按钮，开关或任何数字输入的状态。例如，如果您将按钮开关连接到引脚5，则可以按以下方式读取其状态：

from machine import Pin

button = Pin(5, Pin.IN)

while True:
    print(button.value())

此脚本连续打印按钮的状态。

使用模拟输入

微控制器通常具有可以读取模拟值的引脚，例如不同的电压。您可以使用Micropython的ADC（模数转换器）类：

from machine import Pin, ADC
from time import sleep

adc = ADC(Pin(32))  # assuming an analog sensor is connected to pin 32

while True:
    print(adc.read())
    sleep(1)

此脚本每秒都会读取并打印模拟值。

与微顿群岛联网

Micropython的最大优势之一（尤其是在具有网络能力的硬件（例如ESP8266或ESP32）上）是其网络功能。这是连接到Wi-Fi网络的一个简单示例：

导入网络

station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect("<your ssid>", "<your password>")

# Wait for the module to connect to the wifi
while station.isconnected() == False:
    pass

print('Connection successful')
print(station.ifconfig())

此脚本尝试使用提供的密码连接到给定的SSID，然后等待直到建立连接。连接后，它将打印包含分配的IP地址的网络配置。

脉冲宽度调制（PWM）：

PWM是一种以数字方式获得模拟结果的技术。它通常用于控制需要不同功率的伺服器，LED和其他设备。这是使用PWM控制LED的亮度的一个示例：

from machine import Pin, PWM
from time import sleep

pwm = PWM(Pin(5))  # create PWM object from a pin
pwm.freq(500)      # set frequency
pwm.duty(512)      # set duty cycle

while True:
    for duty in range(0, 1024, 10):
        pwm.duty(duty)
        sleep(0.005)

这将导致LED逐渐消失。

计时器和中断：

Micropython还可以处理硬件中断和计时器。这些可用于时间敏感的操作或需要定期进行的任务：

from machine import Pin, Timer

led = Pin(5, Pin.OUT)
timer = Timer()

def toggle_led(timer):
    led.value(not led.value())

timer.init(period=500, mode=Timer.PERIODIC, callback=toggle_led)

此脚本将每500毫秒切换LED的状态。

处理文件：

Micropython还提供了一个PYB模块，其中包含用于文件I/O操作的功能。这是您可以写入文件的方式：

with open('myfile.txt', 'w') as f:
    f.write('Hello, MicroPython!')

这是您可以从文件中读取的方法：

with open('myfile.txt', 'r') as f:
    print(f.read())

网络服务器：

Micropython甚至允许您创建一个简单的Web服务器来通过Internet控制或监视您的设备：

import socket
from machine import Pin

led = Pin(2, Pin.OUT)

def web_page():
    if led.value():
        gpio_state="ON"
    else:
        gpio_state="OFF"

    html = """
    <html>
    <body>
    <p>GPIO state: <strong>""" + gpio_state + """</strong></p>
    </body>
    </html>
    """
    return html

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('', 80))
s.listen(5)

while True:
    conn, addr = s.accept()
    request = conn.recv(1024)
    response = web_page()
    conn.send('HTTP/1.1 200 OK\n')
    conn.send('Content-Type: text/html\n')
    conn.send('Connection: close\n\n')
    conn.sendall(response)
    conn.close()

此服务器使用一个简单的网页响应，显示LED的当前状态。

内置库

micropython包括一系列Python标准库，以及一些用于硬件访问的微拷贝特异性模块：

machine模块：此模块包含与硬件和外围设备有关的功能，例如引脚，ADC，PWM，I2C，SPI等。

network模块：如先前的示例所示，此模块允许您连接微部设备。

ujson模块：类似于Python的JSON模块，它允许您使用JSON数据。

usocket模块：提供用于网络的Python套接字模块的子集。

utime模块：此模块提供时间访问和转换的功能。

uos模块：提供文件和目录访问的功能，类似于Python的OS模块。

一些有用的Micropython工具

MU编辑器：与Micropython一起使用的简单Python编辑器。它可以直接连接到微控制器板并提供内置的替补。

Upycraft：专门为微py的专用IDE。它支持闪烁的固件到设备上，具有一个内置文件管理器，用于管理微控制器上的文件系统，并提供一个内置的替补。

rshell： Micropython的远程外壳允许在微控制器上传输和运行脚本。

mpfshell：一个简单的基于Shell的文件资源管理器。

示例项目：物联网温度计

让我们考虑一个简单的物联网项目，我们使用温度传感器（DS18B20）测量温度，然后通过MQTT发送此数据：

from machine import Pin
from time import sleep
import ds18x20
import onewire
import network
import umqtt.simple

# Connect to Wi-Fi
station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect("<your ssid>", "<your password>")
while station.isconnected() == False:
    pass

# Connect to the MQTT broker
client = umqtt.simple.MQTTClient("umqtt_client", "<broker_url>")
client.connect()

# DS18B20 data line connected to pin P10
ow = onewire.OneWire(Pin(10))
ds = ds18x20.DS18X20(ow)
roms = ds.scan()

while True:
    ds.convert_temp()
    sleep_ms(750)
    for rom in roms:
        temp = ds.read_temp(rom)
        client.publish("temperature", str(temp))
    sleep(60)

在此脚本中，我们首先连接到Wi-Fi，然后连接到MQTT代理。然后，我们每分钟读取传感器的温度，并将其发布到MQTT经纪人的“温度”主题。

。

深度睡眠和节能：

使用微控制器使用Micropython的一个主要优点是能够将设备深度入睡，这对于电池供电的项目至关重要。当设备处于深度睡眠状态时，它会消耗大得多的功率。它可以通过计时器或外部中断唤醒。

from machine import Pin, deepsleep

# Put the device into deep sleep for 10 seconds
deepsleep(10000)

该设备将从深度睡眠中醒来，就好像已经重置了一样，它将从一开始就执行脚本。

显示数据：

Micropython支持几种类型的显示器。一种常见的类型是OLED显示，可用于显示传感器的文本，图形或数据。这是一个例子：

from machine import Pin, I2C
import ssd1306

i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
display = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

display.text('Hello, MicroPython!', 0, 0)
display.show()

此脚本初始化了OLED显示屏，并显示文本“ Hello，micropython！”在上面。

与Web API互动：

Micropython可以提出HTTP请求并与Web API进行交互。例如，它可以将数据发送到API，也可以从API检索和处理数据。

这是如何向API提出请求：

import urequests

response = urequests.get('https://api.example.com/data')
data = response.json()

print(data)

此脚本将get请求发送到“ https://api.example.com/data”，检索响应，并将其解析为JSON。

使用外部库：

除了内置的库外，Micropython还有一个外部库的生态系统，可以添加到您的项目中。其中包括用于特定传感器，显示器和其他硬件的库，以及用于云服务，协议和其他实用程序的库。

通常可以使用Ampy，rshell或通过REPL。

中断：

中断是Micropython中的一个强大功能，它允许程序立即响应某些事件。例如，在按下按钮时，您可以使用中断来触发函数调用：

from machine import Pin

def button_pressed(pin):
    print("Button pressed!")

button = Pin(14, Pin.IN)
button.irq(trigger=Pin.IRQ_RISING, handler=button_pressed)

在此示例中，每当按下按钮时，button_pressed函数将立即调用。

线程：

micropython用_thread模块支持基本的多线程，使您可以同时运行多个功能。请注意，线程可以使程序更加复杂，更难调试：

import _thread
import time

def task(name, delay):
    while True:
        print("Task", name)
        time.sleep(delay)

_thread.start_new_thread(task, ("A", 1))
_thread.start_new_thread(task, ("B", 2))

此程序并行运行两个任务，该任务每1或2秒打印一次名称。

带有物联网平台的Micropython：

Micropython可以与AWS IoT，Google Cloud IoT等物联网平台集成。这些平台可以收集，处理，分析和可视化IoT数据，并且还提供了其他功能，例如设备管理，安全性等。<<<<<<<<。 /p>

这是向AWS IoT发布数据的示例：

from umqtt.simple import MQTTClient
import network
import machine

# Connect to WiFi
station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect("<your ssid>", "<your password>")
while station.isconnected() == False:
    pass

# Create MQTT client and connect to AWS IoT
client = MQTTClient(machine.unique_id(), "<aws-endpoint>", port=8883, keepalive=4000)
client.connect()

# Publish data
while True:
    temperature = read_temperature()  # Your function to read temperature
    client.publish("sensors/temperature", str(temperature))
    time.sleep(10)

在此示例中，设备连续读取温度并发布。

错误处理：

像Python一样，Micropython支持异常和错误处理。使用try/除了块，您可以预期并响应代码中的错误。这是一个例子：

try:
    # Code that may raise an exception
    x = 1 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero!")

Micropython的Uasyncio库：

Micropython使用uasyncio库支持异步I/O，这是Python的Asyncio库的最小实现。异步I/O对于管理可以阻止程序执行的任务，例如从传感器读取或等待网络数据。

这是如何使用uasyncio眨眼LED而不使用time.sleep()的示例：

import uasyncio as asyncio
from machine import Pin

led = Pin(2, Pin.OUT)

async def blink(led):
    while True:
        led.on()
        await asyncio.sleep(1)
        led.off()
        await asyncio.sleep(1)

# Run the blink coroutine
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(blink(led))

微食的最佳实践：

评论您的代码：在使用硬件可以以非明显方式与物理元素交互的硬件时，这一点尤其重要。

处理异常：微控制器在现实世界中工作，事情可能会出错。异常处理有助于诊断和从错误中恢复。

保持简单： Micropython的环境的资源有限，因此为您的代码提供简单性和效率而努力。

重复使用并共享代码：在可能的情况下重复使用您自己的代码并利用社区库。如果您写了一个有用的库，请考虑与社区共享。

对低功率进行优化：许多微型应用程序都是电池供电的。使用节省动力的技术，例如深度睡眠，关闭不必要的外围设备等

资源：

官方的Micropython文档：官方文档是一种综合资源，可提供有关微部，其功能和模块的详细信息。对于任何想学习Micropython的人来说，这都是一个很好的起点。

链接：MicroPython Documentation

Charles Bell的《物联网》的Micropython：这是一本综合书籍，对于那些喜欢结构化学习的人来说。它可以通过设置和编程硬件来使用Micropython。

链接：MicroPython for the Internet of Things: A Beginner’s Guide to Programming with Python on Microcontrollers

Adafruit的Micropython教程： Adafruit是DIY电子产品的流行平台，具有一系列关于微py的教程，易于遵循。他们还出售与Micropython兼容的硬件。

链接：Adafruit MicroPython Tutorials

在线课程平台： Udemy，Coursera和LinkedIn等网站经常在Micropython上开设课程。

YouTube频道：有几个YouTube频道，这些YouTube频道在Micropython教程和项目指南上，例如Tim，Andreas Spiess等技术指南等。

论坛和社区群体：在线社区，例如官方的Micropython论坛，Stack Overflow和Reddit通常都有专门用于Micropython的线程。他们可能是提出问题并从他人那里学习的好地方。

github： github上的各种项目和库使用Micropython，提供了如何使用它的现实示例。

记住，最好的学习方法是做。一旦对Micropython有了基本的了解，就可以开始一个项目并学习。 Micropython为Python程序员提供了一个进入硬件和IoT设备领域的可能性。享受与Micropython的探索和建造！