[貂蝉がプログラミングを学ぶ] MicroPython マニュアル WiPy ユニバーサル ボード コントロール

MicroPython は、組み込みシステムで Python 3 プログラミング言語を実行するために設計されたインタープリターの軽量バージョンです。通常の Python と比較して、MicroPython インタープリターは小さく (わずか約 100 KB)、バイナリの実行可能ファイルにコンパイルされて実行されるため、実行効率が高くなります。軽量のガベージ コレクション メカニズムを使用し、リソースに制約のあるマイクロコントローラーに対応するために Python 標準ライブラリの大部分を削除します。

MicroPython の主な機能は次のとおりです。
1. 構文と関数は標準の Python と互換性があるため、学習と使用が簡単です。Python のほとんどのコア構文をサポートします。
2. ハードウェアに直接アクセスして制御し、Arduino のように GPIO、I2C、SPI などを制御します。
3.ファイルシステム、ネットワーク、グラフィカルインターフェースおよびその他の機能を提供する強力なモジュールシステム。
4. クロスコンパイルをサポートし、インタプリタよりも 10 ～ 100 倍高速な効率的なネイティブ コードを生成します。
5. コード量が少なくメモリ使用量も少ないため、メモリの少ない MCU や開発ボードでの実行に適しています。
6. オープンソースライセンス、無料で使用できます。シェルの対話型環境は、開発とテストに便利です。
7. 内蔵 I/O ドライバーは、ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、コントロール ボード、PyBoard などの多数のマイクロコントローラー プラットフォームをサポートします。活発なコミュニティがあります。

MicroPython アプリケーション シナリオには次のものが含まれます。
1. 組み込み製品のプロトタイプとユーザー インタラクションを迅速に構築します。
2. 小さなプログラム可能なハードウェア プロジェクトをいくつか作成します。
3. 教育ツールとして、初心者が Python や IoT プログラミングを学ぶのに役立ちます。
4. スマート デバイスのファームウェアを構築して、高度な制御とクラウド接続を実現します。
5. モノのインターネット、組み込みインテリジェンス、ロボットなどのさまざまなマイクロコントローラー アプリケーション

MicroPython を使用する際の注意事項:
1. メモリとフラッシュのスペースには限りがあります。
2. 説明や実行効率はC言語に劣ります。
3. ライブラリ機能の一部が標準版と異なります。
4. プラットフォームに合わせて構文を最適化し、標準の Python との相違点を修正します。
5. メモリ リソースを合理的に使用し、大きなメモリ ブロックを頻繁に割り当てることを避けます。
6. ネイティブ コードを使用して、速度が重要な部分のパフォーマンスを向上させます。
7. 抽象化を適切に使用して、基礎となるハードウェア操作をカプセル化します。

一般に、MicroPython は Python をマイクロコントローラーの分野に導入します。これは、プログラミングの敷居を下げるだけでなく、優れたハードウェア制御機能も提供する重要な革新です。さまざまなタイプのモノのインターネットやインテリジェント ハードウェアの開発に非常に適しています。

WiPy は、モノのインターネット (IoT) デバイスの開発と展開を簡素化するように設計された完全なハードウェアおよびソフトウェア ソリューションを提供する、MicroPython ベースのワイヤレス マイクロコントローラー モジュールです。

1. マイコンモジュール：WiPy は、プロセッサ、メモリ、無線通信モジュールなどの必要なコンポーネントを統合したマイコンモジュールです。MicroPython などの高レベルのプログラミング言語を実行でき、インターネットやその他のデバイスに接続できる、コンパクトで低電力のハードウェア プラットフォームを提供するように設計されています。
2. MicroPython: MicroPython は、Python プログラミング言語の合理化されたバージョンで、組み込みシステムおよびマイクロコントローラー設計用に特別に開発されました。Python 言語のコア機能と構文を提供するため、開発者はハードウェア制御や IoT アプリケーション開発に使い慣れた Python 構文を使用できます。WiPy は MicroPython の動作環境として、MicroPython コードを直接解釈して実行できます。
3. モノのインターネット (IoT): モノのインターネットとは、さまざまな物理デバイス (センサー、アクチュエーター、組み込みシステムなど) をインターネット経由で接続し、インテリジェンスと相互接続を実現するネットワークを指します。ワイヤレス マイクロコントローラー モジュールとして、WiPy はワイヤレス通信機能を備えており、モノのインターネットの他のデバイスやクラウド プラットフォームに接続して、リモート制御やデータ交換を実現できます。
4. 無線通信モジュール: WiPy には、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa などの一般的な無線通信モジュールが 1 つ以上内蔵されています。これらの無線通信モジュールにより、WiPy は無線ネットワークを通じて他のデバイスと通信し、データ送信、リモート制御、クラウド接続、その他の機能を実現できます。開発者は、特定のニーズに基づいて適切な無線通信モジュールを選択できます。
5. 開発と展開: WiPy は一連の便利な開発ツールと開発環境を提供し、開発者がアプリケーションを迅速に開発、デバッグ、テストできるようにします。WiPy を開発したら、実際の IoT デバイスに直接展開して、他のデバイスと通信し対話することができます。WiPy はコンパクトな設計と低消費電力により、組み込みシステムや IoT デバイスへの導入に最適です。

MicroPython の WiPy ユニバーサル ボード コントロールとは、ハードウェア制御と IoT アプリケーション開発に WiPy ユニバーサル ボードを使用するプロセスを指します。

主な特徴：

強力なハードウェア制御機能: WiPy ユニバーサル ボードは、プロセッサ、メモリ、さまざまなインターフェイス (GPIO、UART、SPI、I2C など) を統合し、強力なハードウェア制御機能を備えています。外界と対話するためのさまざまな外部デバイス、センサー、アクチュエーターのプログラム制御をサポートします。

MicroPython のサポート: WiPy ユニバーサル ボードは、組み込みシステムおよびマイクロコントローラー設計向けに特別に開発された Python プログラミング言語の合理化されたバージョンである MicroPython に基づいて開発されています。制御に WiPy ユニバーサル ボードを使用する場合、豊富な Python ライブラリとシンタックス シュガーを使用してプログラミングに MicroPython 言語を直接使用でき、開発プロセスを簡素化できます。

豊富な通信インターフェース: WiPy ユニバーサルボードは、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa などのさまざまな通信インターフェースを提供します。これらのインターフェイスにより、WiPy ユニバーサル ボードは他のデバイスと無線で通信し、データ送信、リモート制御、および相互接続を実現できます。

クロスプラットフォームのサポート: WiPy ユニバーサル ボードはクロスプラットフォーム機能を備えており、さまざまなオペレーティング システム (Windows、Linux、Mac OS など) 上で開発およびプログラミングできます。これにより、開発者は好みやニーズに基づいて適切な開発環境を選択し、さまざまなプラットフォームでコーディング、デバッグ、デプロイを行うことができます。

アプリケーションシナリオ:

IoT アプリケーション開発: WiPy ユニバーサル ボード コントロールは、スマート ホーム、産業オートメーション、環境モニタリング、農業 IoT などのさまざまな IoT アプリケーション開発シナリオに適しています。WiPy ユニバーサル ボードのハードウェア制御機能と通信インターフェイスを通じて、センサー、アクチュエーター、インターネットを簡単に接続し、IoT デバイスのインテリジェンスと相互接続を実現できます。

組み込みシステム開発: WiPy ユニバーサル ボードは、組み込みシステムの制御コアとして使用して、さまざまな組み込みアプリケーションを開発できます。他のハードウェア モジュール (ディスプレイ、ボタン、センサーなど) と接続して、組み込みデバイスの制御と対話を実現できます。

教育と学習: WiPy Universal Board Control は、教育と学習の目的に最適です。プログラミング言語としてMicroPythonを使用しているため、学習と使用が簡単で、初心者が始めるのに適しています。WiPyユニバーサルボードを制御実験やプロジェクト開発に活用することで、組込みシステム、IoT技術、Pythonプログラミングについて深く理解できます。

注意すべき点:

ハードウェア接続: WiPy ユニバーサル ボードを制御に使用する場合は、外部デバイスとセンサーの正しい接続に注意する必要があります。間違ったハードウェア接続によって引き起こされる問題を避けるために、ピンと電源接続が正しく設定されていることを確認してください。

電源管理: WiPy ユニバーサル ボードの電源は安定しており、信頼性が高い必要があります。設計および使用のプロセスでは、機器の正常な動作と安定性を確保するために、電源の安定性と適応性に注意を払う必要があります。

例外処理とデバッグ: 開発プロセス中に、さまざまな問題や例外が発生する可能性があります。問題を時間内に検出して解決するには、デバッグ スキルと例外処理方法を習得する必要があります。

コードの最適化とリソース管理: WiPy ユニバーサル ボードの処理能力とメモリ容量には限界があります。開発プロセス中は、システムの安定性とパフォーマンスを確保するために、メモリとプロセッサのリソースを過剰に消費しないように、コードの最適化とリソース管理に注意を払う必要があります。

要約すると、MicroPython の WiPy ユニバーサル ボード コントロールは強力なハードウェア制御機能を備え、MicroPython プログラミング、豊富な通信インターフェイス、およびクロスプラットフォーム サポートをサポートしています。IoTアプリケーション開発、組み込みシステム開発、教育・学習に最適です。使用中は、コードの最適化とリソース管理だけでなく、ハードウェア接続、電源管理、例外処理とデバッグに注意を払う必要があります。WiPy ユニバーサル ボード コントロールの特性と適用シナリオを十分に理解し、関連事項に注意を払うことで、WiPy ユニバーサル ボード コントロールの開発と適用を効率的に実行できます。

MicroPython の WiPy ユニバーサル ボードを使用した実際のアプリケーション開発に関しては、さまざまなアプリケーション シナリオをカバーするいくつかのリファレンス コード例を次に示します。

ケース 1: 温度および湿度センサーのデータ収集とアップロード::

import machine
import time
import dht
import urequests

# 初始化温湿度传感器
sensor = dht.DHT11(machine.Pin(4))

# Wi-Fi网络连接
wifi_ssid = "your_wifi_ssid"
wifi_password = "your_wifi_password"
wifi = network.WLAN(network.STA_IF)
wifi.active(True)
wifi.connect(wifi_ssid, wifi_password)

while not wifi.isconnected():
    pass

# Wi-Fi连接成功，读取温湿度数据并上传
while True:
    try:
        sensor.measure()
        temperature = sensor.temperature()
        humidity = sensor.humidity()

        # 发送HTTP请求上传数据
        url = "http://api.example.com/data"
        headers = {
    
    "Content-Type": "application/json"}
        data = {
    
    "temperature": temperature, "humidity": humidity}
        response = urequests.post(url, json=data, headers=headers)
        print("数据上传成功")

    except Exception as e:
        print("数据采集和上传出现异常:", str(e))

    # 等待一段时间后再次采集和上传
    time.sleep(60)

このサンプル コードは、WiPy ユニバーサル ボードを使用して温度および湿度センサーからデータを読み取り、Wi-Fi ネットワーク経由で指定された API エンドポイントにデータをアップロードする方法を示します。

ケース 2: LED 点滅制御::

import machine
import time

# 设置LED引脚
led_pin = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)

# 控制LED闪烁
while True:
    led_pin.on()
    time.sleep(1)
    led_pin.off()
    time.sleep(1)

このサンプルコードは、WiPy Universal Board を使用して LED の点滅を制御する方法を示します。ピンの状態を制御することにより、LED ライトのスイッチングと点滅の効果が実現されます。

ケース 3: ブザー音楽の再生:

import machine
import time

# 设置蜂鸣器引脚
buzzer_pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)

# 定义音符频率
NOTE_C4 = 262
NOTE_D4 = 294
NOTE_E4 = 330
NOTE_F4 = 349
NOTE_G4 = 392
NOTE_A4 = 440
NOTE_B4 = 494

# 播放音乐
def play_music(notes, durations):
    for i in range(len(notes)):
        frequency = notes[i]
        duration = durations[i]
        buzzer_pin.on()
        time.sleep_ms(duration)
        buzzer_pin.off()
        time.sleep_ms(50)  # 音符间的间隔时间

# 定义音乐谱
twinkle_twinkle_notes = [NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4,
                         NOTE_F4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_C4]
twinkle_twinkle_durations = [400, 400, 400, 400, 400, 400, 800,
                             400, 400, 400, 400, 400, 400, 800]

# 播放"Twinkle Twinkle Little Star"
play_music(twinkle_twinkle_notes, twinkle_twinkle_durations)

このサンプルコードは、WiPy Universal Board を使用してブザーを制御して音楽を再生する方法を示します。ピンの状態を制御し、音の周波数と長さを設定することで、簡単な音楽を再生できます。

ケース 4: MicroPython を使用して LED ライトのオン/オフを制御する

from machine import Pin
import time

# 初始化引脚2为输出模式
led = Pin(2, Pin.OUT)

while True:
    led.value(1)  # 点亮LED
    time.sleep(1)  # 延时1秒
    led.value(0)  # 熄灭LED
    time.sleep(1)  # 延时1秒

ケース 5: MicroPython を使用して温度センサーと湿度センサーからデータを読み取る

from machine import I2C, Pin
import time

# 初始化I2C接口和DHT11传感器
i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
sensor = DHT11(i2c)

while True:
    # 读取温度和湿度数据
    temperature, humidity = sensor.read()
    print("Temperature: {0:.1f} C, Humidity: {1:.1f} %".format(temperature, humidity))
    time.sleep(5)  # 每5秒读取一次数据

ケース 6: MicroPython を使用してステアリング ギアの回転を制御する

from machine import Servo
import time

# 初始化舵机对象
servo = Servo(Pin(12), min_pulse=500, max_pulse=2500)

while True:
    # 设置舵机角度
    servo.write(0)  # 舵机转到0度
    time.sleep(2)  # 延时2秒
    servo.write(90)  # 舵机转到90度
    time.sleep(2)  # 延时2秒
    servo.write(180)  # 舵机转到180度
    time.sleep(2)  # 延时2秒

事例 7: WiPy とセンサーによる温度と湿度の監視

from machine import Pin  
import network  
import utime  
  
# 设置WiPy的引脚和模式  
pin1 = Pin(5, Pin.IN) # 温湿度传感器信号线  
wlan = network.WLAN(network.STA_模式) # STA模式  
wlan.active(True)  
  
# 打印欢迎信息  
print("欢迎使用WiPy温湿度监测器")  
  
# 循环监测温湿度并上传到云平台  
while True:  
    # 读取温湿度传感器数据  
    temperature = pin1.value() * 4250 / 1024  
    humidity = pin1.value() * 100 / 1024  
    print("温度：%.2f C，湿度：%.2f %%" % (temperature, humidity))  
      
    # 将数据上传到云平台  
    url = "http://example.com/data" # 替换为实际的云平台URL  
    data = "temperature=%.2f&humidity=%.2f" % (temperature, humidity)  
    import http.client  
    conn = http.client.HTTPConnection(url)  
    conn.request("POST", "/", data)  
    res = conn.getresponse()  
    print(res.status, res.reason)  
    conn.close()  
      
    # 等待一段时间后再次读取数据  
    utime.sleep(10)

事例 8: WiPy と LED ライトによるタイマー切り替えの実装

from machine import Pin  
import utime  
  
# 设置WiPy的引脚和模式  
pin = Pin(2, Pin.OUT) # LED灯控制引脚  
wlan = network.WLAN(network.STA_模式) # STA模式  
wlan.active(True)  
  
# 设定定时开关时间（这里为每天8点开关）  
while True:  
    # 获取当前时间并判断是否到达定时开关时间  
    now = utime.localtime()  
    current_time = utime.strftime("%H:%M:%S", now)  
    if current_time == "08:00:00": # 如果到达定时开关时间，就打开LED灯  
        pin.value(1)  
        print("LED灯已打开")  
        break  
    else: # 如果未到达定时开关时间，就继续等待  
        continue  
    utime.sleep(1) # 等待1秒钟后再次检测时间

ケース 9: WiPy とボタンを介して LED ライトを制御する

from machine import Pin  
import utime  
  
# 设置WiPy的引脚和模式  
pin_led = Pin(2, Pin.OUT) # LED灯控制引脚  
pin_button = Pin(5, Pin.IN) # 按钮控制引脚  
wlan = network.WLAN(network.STA_模式) # STA模式  
wlan.active(True)  
  
# 打印欢迎信息  
print("欢迎使用WiPy按钮控制LED灯")  
  
# 循环检测按钮状态并控制LED灯  
while True:  
    # 检测按钮状态  
    button_state = pin_button.value()  
    if button_state == 0: # 如果按钮未按下，就关闭LED灯  
        pin_led.value(0)  
        print("LED灯已关闭")  
    else: # 如果按钮已按下，就打开LED灯  
        pin_led.value(1)  
        print("LED灯已打开")  
    utime.sleep(0.1) # 等待0.1秒钟后再次检测按钮状态

これらの実用的なアプリケーションのリファレンス コード例は、センサー データの収集とアップロード、LED 制御、ブザー音楽再生など、WiPy ユニバーサル ボード制御の一般的な使用例をカバーしています。これらのサンプル コードを参照することで、特定のニーズに合わせてアプリケーションをさらに開発およびカスタマイズできます。

上記の事例はアイデアを拡張するためのものであり、誤りや適用不可能な点が含まれる可能性があることに注意してください。ハードウェア プラットフォーム、使用シナリオ、MicroPython のバージョンが異なると、使用方法も異なる場合があります。実際のプログラミングでは、ハードウェア構成や特定のニーズに応じて調整し、実際のテストを複数回実施する必要があります。ハードウェアが正しく接続されていることを確認し、使用されるセンサーとデバイスの仕様と特性を理解することが重要です。