使用Raspberry Pi Pico W和MicroPython開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

當(dāng)我們提及物聯(lián)網(wǎng)（IoT, Internet of Things）開發(fā)，可能首先想到的是Arduino或是ESP8266這樣的微控制器開發(fā)板。然而，Raspberry Pi的微控制器開發(fā)板——Raspberry Pi Pico W，也是一個(gè)很好的選擇。

在本項(xiàng)目中，將會(huì)介紹如何使用Raspberry Pi Pico W和MicroPython，并用Thonny IDE的平臺(tái)來撰寫程序。

Raspberry Pi Pico W 簡介

Raspberry Pi Pico W是由RaspberryPi基金會(huì)出品的微控制器開發(fā)板。它配備了一個(gè)RP2040微控制器，有264KB的內(nèi)部RAM，并且支持MicroPython程序語言，這讓我們可以更方便地開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

使用上和Raspberry Pi Pico沒有多大差別，只是Raspberry Pi Pico W 還支持Wi-Fi 802.11n無線網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙，更多Raspberry Pi Pico相關(guān)介紹連結(jié)如下：

Raspberry Pi Pico family

Raspberry Pi Pico介紹(含使用ArduinoIDE和擴(kuò)充板)

MicroPython簡介

MicroPython是一種針對(duì)微控制器和受限環(huán)境設(shè)計(jì)的Python 3 程序語言編譯程序和執(zhí)行環(huán)境。這種程序語言實(shí)現(xiàn)了Python 3的大部分語法和特性，并對(duì)于開發(fā)板所需的低功耗和實(shí)時(shí)響應(yīng)有進(jìn)一步優(yōu)化。MicroPython提供了豐富的API，可以直接控制微控制器的GPIO、I2C、SPI等各種硬件資源。

Thonny IDE簡介

Thonny是一個(gè)專為Python初學(xué)者設(shè)計(jì)的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。它的介界面簡單，功能強(qiáng)大，對(duì)于學(xué)習(xí)Python語言非常有幫助。而且，Thonny IDE 也支持 MicroPython，我們可以直接在Thonny IDE中編寫MicroPython 程序，并上傳到Raspberry Pi Pico W上執(zhí)行。

請由 Thonny 官方網(wǎng)站下載 Thonny。

電路接線圖

本次項(xiàng)目分享如何透過Thonny IDE來撰寫MicroPython程序，并使用PMS5003粉塵傳感器取得數(shù)值和經(jīng)由Raspberry Pi Pico W的Wi-Fi功能取得目前臺(tái)灣時(shí)間，并顯示在OLED中。

以下介紹Raspberry Pi Pico W、Raspberry Pi Pico W擴(kuò)充板、OLED、PMS5003接線圖。

Raspberry Pi Pico與擴(kuò)充板接法（擴(kuò)充板可兼容于Raspberry Pi Pico W）

https://cavedu.gitbook.io/cavedu/raspberry_pi_pico_info/pico_breakout

Raspberry Pi Pico W擴(kuò)充板與OLED接線圖

Raspberry Pi Pico W擴(kuò)充板與PMS5003接線圖

接下來使用 Thonny IDE 來編寫程序，請先下載 Raspberry Pi Pico W 的 uf2 韌體檔，除非有更新版本的韌體，否則更新只要一次即可。

如何上傳Raspberry Pi Pico W的uf2檔

按住 Raspberry Pi Pico W 的 BOOTSET 按鈕時(shí)，插上USB連接到計(jì)算機(jī)。

Raspberry Pi Pico W 會(huì)被計(jì)算機(jī)辨識(shí)為一個(gè)磁盤，將 uf2 韌體檔拖放到其中就會(huì)自動(dòng)更新韌體。

Raspberry Pi Pico W連接Thonny IDE

●將Thonny IDE下載至計(jì)算機(jī)，并解壓縮后開啟，請選擇執(zhí)行>設(shè)定直譯器

●選Micro Python (RP2040)

●端口選擇USB序列裝置(COM X)

[注] COM號(hào)要記住，后續(xù)上傳程序需要正確指定 COM 號(hào)，概念如同 Aduino IDE

●確認(rèn)是否抓到 Raspberry Pi Pico W

檢查 Thonny IDE 下方的互動(dòng)環(huán)境(Shell)，如果沒有紅字錯(cuò)誤訊息即可上傳程序，這時(shí)候還沒寫，繼續(xù)看下去吧。

匯入OLED函式庫至 Raspberry Pi Pico W

本項(xiàng)目需要透過 OLED 顯示模塊來顯示數(shù)值，故需要先匯入OLED 函式庫

1. 下載 OLED 函式庫，檔名ssd1306.py到您的計(jì)算機(jī)

2. 在 Thonny IDE 中安裝套件

我們可由 Thonny IDE 呼叫系統(tǒng)命令行來安裝 python 套件，請由工具–> 開啟系統(tǒng)命令行

開啟系統(tǒng)命令行，如下圖

3. 安裝 adafruit-ampy 套件

為了順利執(zhí)行程序，我們需要安裝 adafruit-ampy 套件，用于透過串行端口與 CircuitPython 或 MicroPython 開發(fā)板互動(dòng)，

安裝方式就是一般的 pip 指令，相當(dāng)簡單：

4. 匯入OLED函式庫到RaspberryPi Pico W

cd module_library

ampy --port COMX put ssd1306.py

[注]請注意，并不是開啟下方的窗口，若出現(xiàn)下方窗口，則要再按一次開啟系統(tǒng)命令行。

5. 如何查看已匯入的函式庫

在 Thonny IDE 中，點(diǎn)選檢視 -> 檔案，可以查看Raspberry Pi Pico W中匯入的檔案

確認(rèn)已匯入先前所操作的檔案

執(zhí)行程序

本專題有兩個(gè)程序 (或下載原始碼，或由以下復(fù)制也可以)：

在 OLED 顯示時(shí)間(

OLED_wifitime.py

)

在 OLED 顯示 PMS5003 粉塵傳感器數(shù)值(

PMS5003_OLED.py

)

OLED_wifitime.py

import machine

import utime

import ssd1306

from time import sleep

import network

import ntptime

import urequests

i2c = machine.SoftI2C(scl=machine.Pin(15),sda=machine.Pin(4))

oled_width = 128

oled_height = 64

oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width,oled_height, i2c)

# 初始化 UART

uart = machine.UART(0, baudrate=9600,tx=machine.Pin(0), rx=machine.Pin(1), timeout=1000)

uart.init(9600, bits=8, parity=None,stop=1)

# 初始化WiFi

sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)

sta_if.active(True)

wifi_ssid = "XXXXX"

wifi_password = "XXXXXXX"

sta_if.connect(wifi_ssid, wifi_password)

# 顯示W(wǎng)iFi連接狀態(tài)

oled.fill(0)

oled.text('WiFi:', 0, 0)

if sta_if.isconnected():

oled.text('connected', 40, 0)

else:

oled.text('connceting', 40, 0)

oled.show()

#設(shè)定時(shí)區(qū)

TIME_ZONE = 8

# 取得NTP時(shí)間

#ntptime.settime()

for i in range(5):

try:

ntptime.settime()

break

except OSError:

print('Error connecting to NTP server, retrying...')

utime.sleep(5)

else:

print('Could not connect to NTP server after 5 retries.')

# 等待一段時(shí)間

utime.sleep(3)

while True:

t= utime.localtime(utime.time() + TIME_ZONE * 3600)

oled.fill(0)

oled.text(str("%d/%02d/%02d" % (t[0], t[1], t[2])), 0, 0)

oled.text(str("%02d:%02d:%02d" % (t[3], t[4], t[5])), 0, 16)

oled.show()

utime.sleep(1)

PMS5003_OLED.py

import machine

import utime

import ssd1306

from time import sleep

i2c = machine.SoftI2C(scl=machine.Pin(15),sda=machine.Pin(4))

oled_width = 128

oled_height = 64

oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width,oled_height, i2c)

# 初始化 UART

uart = machine.UART(0, baudrate=9600,tx=machine.Pin(0), rx=machine.Pin(1), timeout=1000)

uart.init(9600, bits=8, parity=None,stop=1)

while True:

#讀取 PMS5003 數(shù)據(jù)

data = bytearray(uart.read(32))

# 判斷是否為正確的PMS5003 資料

if data is not None and len(data) >= 10 and data[0] == 0x42 anddata[1] == 0x4d:

pm1_cf = int.from_bytes(data[4:6], 'big')

pm25_cf = int.from_bytes(data[6:8], 'big')

pm10_cf = int.from_bytes(data[8:10], 'big')

#清除 OLED

oled.fill(0)

# 顯示 PMS5003 數(shù)據(jù)

oled.text("PM1.0: %d ug/m3" % pm1_cf, 0, 22)

oled.text("PM2.5: %d ug/m3" % pm25_cf, 0, 38)

oled.text("PM10 : %d ug/m3" % pm10_cf, 0, 54)

# 更新 OLED

oled.show()

utime.sleep(1)

實(shí)際展示

執(zhí)行程序之后，可在 OLED 顯示模塊上看到相關(guān)信息，恭喜成功啰！

審核編輯：湯梓紅