Python与物联网(IoT)：MicroPython在嵌入式设备上的应用
欢迎来到“MicroPython与IoT”的欢乐讲座！
大家好！欢迎来到今天的讲座。如果你是一个喜欢折腾硬件、又不想放弃Python优雅代码的开发者，那么你来对地方了！今天我们要聊的是如何用MicroPython让嵌入式设备变得“聪明”起来。别担心，我会尽量避免那些让你头晕的技术术语，咱们轻松一点。
第一部分：什么是MicroPython？
首先，让我们聊聊MicroPython。它可不是Python的小弟弟（虽然名字听起来像是这样）。MicroPython是Python 3的一个精简版实现，专门为资源受限的嵌入式设备设计。换句话说，它就像一个迷你超人，能在小小的芯片上跑起来。
MicroPython由Damien George在2014年创造，目标是让开发者可以用熟悉的Python语言控制微控制器。它的体积很小，但功能强大，支持许多常见的Python特性，比如函数、类、列表推导式等等。
举个例子，假设你有一块ESP32开发板，你想让它每隔5秒打印一次“Hello, IoT World!”，用C语言可能需要写几十行代码，而用MicroPython只需要几行：
import time
while True:
print("Hello, IoT World!")
time.sleep(5)是不是简单到让人怀疑人生？
第二部分：为什么选择MicroPython？
好吧，我知道你在想：“为什么要用MicroPython，而不是直接用C？” 这是一个很好的问题！让我给你几个理由：
- 易学易用：Python本身就是一门学习曲线平缓的语言，MicroPython继承了这一点。
- 快速原型开发：不需要编译，直接运行脚本，调试效率极高。
- 社区支持：MicroPython有一个活跃的开发者社区，文档和教程非常丰富。
- 跨平台性：同一个代码可以在不同的硬件平台上运行，减少了重复工作。
当然，MicroPython也有一些局限性，比如性能不如纯C语言，内存占用稍高。但对于大多数IoT项目来说，这些都不是问题。
第三部分：MicroPython的基本功能
接下来，我们来看看MicroPython的一些核心功能。为了方便理解，我用表格总结了一下：
| 功能 | 描述 |
|---|---|
| GPIO控制 | 可以轻松读取或设置GPIO引脚的状态。 |
| PWM | 支持脉宽调制，用于控制电机速度或LED亮度。 |
| I2C/SPI通信 | 支持与外部传感器或其他设备通信。 |
| Wi-Fi/蓝牙 | 在支持的硬件上可以实现无线通信。 |
| 文件系统 | 提供简单的文件操作接口，可以存储配置文件或日志。 |
下面是一些实际的例子：
1. 控制LED灯
假设你的ESP32开发板上有一个连接到GPIO2的LED灯，你可以这样控制它：
from machine import Pin
import time
led = Pin(2, Pin.OUT) # 配置GPIO2为输出模式
while True:
led.value(1) # 点亮LED
time.sleep(1)
led.value(0) # 熄灭LED
time.sleep(1)2. 使用I2C读取温度传感器
如果你有一个通过I2C连接的温度传感器（比如DS18B20），可以用以下代码读取温度：
from machine import I2C, Pin
import time
i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4)) # 配置I2C引脚
addr = i2c.scan()[0] # 找到传感器地址
def read_temperature():
i2c.writeto(addr, b'x44') # 发送测量命令
time.sleep(0.75) # 等待测量完成
data = i2c.readfrom(addr, 2) # 读取数据
temp = (data[0] << 8 | data[1]) >> 4
return temp / 16.0 # 转换为摄氏度
while True:
print("Temperature:", read_temperature(), "°C")
time.sleep(2)3. Wi-Fi连接
如果你想让设备接入Wi-Fi网络，MicroPython也提供了简单的API：
import network
wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # 创建WLAN对象
wlan.active(True) # 启用WLAN接口
if not wlan.isconnected(): # 如果未连接
print("Connecting to WiFi...")
wlan.connect("your-ssid", "your-password") # 连接WiFi
while not wlan.isconnected():
pass
print("Connected! IP address:", wlan.ifconfig()[0])第四部分：MicroPython的生态与工具
MicroPython的成功离不开其强大的生态系统。以下是一些常用的工具和库：
- WebREPL：这是一个基于浏览器的交互式终端，可以通过Wi-Fi远程控制设备。
- uPyCraft IDE：类似于Arduino IDE的开发环境，支持代码编辑、上传和调试。
- Micropython-lib：一个包含常用库的集合，比如
urequests（HTTP请求）、json等。
此外，MicroPython还支持许多流行的硬件平台，比如ESP32、ESP8266、STM32等。这意味着无论你用什么设备，都能找到适合的固件。
第五部分：动手实践——制作一个智能温控器
最后，让我们通过一个实际项目来巩固所学知识。我们将制作一个简单的智能温控器，它可以：
- 读取当前温度。
- 如果温度超过设定值，则打开风扇降温。
以下是完整的代码：
from machine import Pin, I2C
import time
# 初始化I2C和风扇
i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
fan = Pin(12, Pin.OUT)
# 温度传感器地址
addr = i2c.scan()[0]
# 读取温度
def read_temperature():
i2c.writeto(addr, b'x44')
time.sleep(0.75)
data = i2c.readfrom(addr, 2)
temp = (data[0] << 8 | data[1]) >> 4
return temp / 16.0
# 主循环
while True:
temp = read_temperature()
print("Current Temperature:", temp, "°C")
if temp > 30: # 如果温度超过30°C
fan.value(1) # 打开风扇
else:
fan.value(0) # 关闭风扇
time.sleep(5)结语
好了，今天的讲座就到这里啦！希望你能从中学到一些有用的知识。MicroPython虽然小，但功能却很强大，它为嵌入式开发带来了新的可能性。下次当你面对一堆复杂的硬件时，不妨试试用MicroPython简化你的生活吧！
如果还有任何疑问，请随时提问。记得，编程的乐趣就在于不断尝试和探索！再见啦，祝你好运！
