mPython with ESP32 / Thonny

社團介紹/總課綱/上課影片/範例程式/mPython讀書會

0-1、參考資料

• 硬體篇

1. 重要-中文-MicroPython on ESP8266 學習筆記索引(注意腳位後即可使用在ESP32上)
2. 重要-英文-RandomNerdTutorials-MicroPython
3. 重要-中文-1Z MicroPython ESP32入門課
4. MicroPython官方技術文件-EN
5. MicroPython翻譯技術文件-CN(星瞳科技)
6. Adafruit-MicroPython-LIVE
7. DFRobot-ESP32系列教程汇总
8. 進階-完整課程1Z實驗室
9. 進階-MicroPython 小車基本控制
10. 模組參考-micro:bit全攻略-高師大教室
11. 阿玉web:bit-MicroPython介紹
12. JIMI 陪你玩 ROBOT
13. DFRobot-秦皇岛岛主、gada888、沧海笑、KIKI、網頁PWM控制LED
14. 获取天气BLE、ble初体验、HTTP Webserver、HTML

• 軟體篇

1. 重要-Python 初學 1~4講
2. 朝陽大學-唐元亮Python入門
3. 重要-Python 3 教程-RUNOOB
4. 重要-Mixly GUI microPython編程環境
5. 重要-陳會安老師-Web Blockly for microPython/ESP8266
6. HTTP METHOD解釋
7. GitBook
8. 政大-數據分析Python課程

• 影音篇

1. 重要-中文-清大資工謝旻錚教授-Scratch and Python
2. 重要-英文-MICROPYTHON ON ESP32 WITH Thonny-install
3. 重要-英文-IOT with MicroPython by Using ESP32 & ESP8266 Step by Step
4. 德文-Micropython mit ESP32
5. 英文-Adafruit直播microPython使用教學
6. 重要-PyCamera
7. 重要-英文-MicroPython India
8. microPython Import介紹-名威科技

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1-1、材料包

品項	數量	備註
ESP32-DevKit(30Pins)	1	注意是30腳位DOIT開發板
MicroUSB	1
母對母杜邦線	10
RGB LED	1
蜂鳴器	1
超音波模組	1
WS2812模組	1

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1-2、ESP32認識

本次課程使用左下角DOIT ESP32

IO介紹

Ref.Github

• 委託設計NODEMCU-32S-非本上課用版本
  

IO腳位功能

– 雙核心 Tensilica 32 位元 LX6 微處理器
– 高達 240 MHz 時脈頻率
– 520 kB 內部 SRAM
– 28 個 GPIO
– 硬體加速加密（AES、SHA2、ECC、RSA-4096）
– 整合式 802.11 b/g/n Wi-Fi 收發器
– 整合式雙模藍牙v4.2 BR/EDR （傳統和 BLE）
– 支援 WiFi 802.11 b/g/n
– 支援 10 個電極電容式觸控
– 4 MB 快閃記憶體
-GPIO 34,35,36,39：Input only（不能作為輸出腳位）
-GPIO 0,6,7,8,9,10,11：系統用，勿使用(淺灰色標示)
-GPIO 18：重開機

• DHT11不可以用GPIO 5、26
• GPIO 12, 2燒錄時不可接任何裝置，請空接，燒錄完成後，再接回，否則會上傳失敗。
• WiFi啟動後，2,4,12,13,14,15,25,26,27僅能數位讀取，不可類比
  參考自:夜市小霸王

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開發板基本知識

五分鐘了解開發板應用(I/O觀念)

十五分鐘了解microPython與Arduino差異(編/解譯器)

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重要模組

參考資料1
參考資料2

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2-1、環境設置

• 詳細請參考文本/影片

1. micro-USB 連接 ESP32 與 USB port(NB、PC)-使用UART介面溝通

2. 安裝Thonny IDE、CP210x driver

3. Tools-Options開啟設定

4. 選擇開發板/COM port/韌體版本

5. mpython下載最新韌體

6. 官網點選下載

7. 選擇ESP32 module

8. 選擇最新穩定且有支援BLE LAN的韌體版本 並下載

9. Port:選擇電腦認到這片開發板的COM port(可以去Windows裝置管理員看)
   Firmwave:選擇剛下載好的最新版韌體
   並點選安裝

   
   

10. 第一次燒錄需要在燒錄過程出現___的時候按壓BOOT_button按鍵(約一秒)即可看到程式繼續燒錄

12. 自動會第二次跑出視窗
    

13. 並開始寫入韌體 會看到1%~100%的過程 需要約10sec
    

14. 燒錄完成後先按一次Stop
    

15. 等待開發板重新開機啟動到下方Shell區有顯示>>> 就算完成 可以開始寫microPython了

16. 為了方便記得開啟以下欄位，在View(檢視)-Files(檔案)、Variables(變數)

    

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2-2、電路原理

基本迴路

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開發板硬體三核心

開發板使用方法
S = signal = 訊號
V = Vin = 輸入電壓(USB供電時為5V)
3V3 = 3.3v
G = GND = 接地
口訣:人要腳踩實地(G)先吃飯(V)，才能接受指令做事(S)

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數位/類比訊號(Digital/Analog)

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3-1、mPython基本語法

• 查閱官方技術文件
  
  
• 點選ESP32相關MicroPython語法
  
  
• 入門-終端機:單行指令

help('modules')

• 進階-Script腳本檔:複雜多行指令
  
  
• 運算子-Mathematical operators
  
  

>>> 2+2*9-3
17
>>> 28594/2312
12.36765
>>> 214522236/7.5
2.860297e+07
>>> 23//2
11
>>> 25%3
1

• 關係運算子-Relational operators
  
  

>>> 2 == 3
False
>>> 4 == 4
True
>>> 3 > 2
True
>>> 489808234 != 2223
True
>>> 4.5 >= 4.5
True

• 資料結構-Data types
  
  

>>> a = 6
>>> b = 95.32
>>> c = 'Hello World!'
>>> d = True

• 印出-print() function

>>> print('LED is on')
LED is on

• 條件判斷-Conditional statements

if <expr1>:
  <statement1>
elif <expr2>:
  <statement2>
elif <expr3>:
  <statement3>
(...)
else:
  <statementn>

• Important: Python’s standard indentation is 4 spaces. In MicroPython indentation should be only 2 spaces to fit more code into the microcontroller memory.
• While and for loops

number = 1
while number <= 10:
  print(number)
  number = number + 1
print("over")

number = 1
for number in range(1, 11):
  print(number)
print("over")

• User defined functions

def my_function(<arg1>, <arg2>, ...):
  <statement>
  (...)
  return

def celsius_to_fahrenheit(temp_celsius): 
  temp_fahrenheit = temp_celsius * (9/5) + 32 
  return temp_fahrenheit

• Classes and objects
  
  

class MyClass:
  (...)

class Person:
  name = ""
  age = 0
  country = ""
  def description(self):
    print("%s is %d years old and he is from %s." %(self.name, self.age, self.country))

>>> person1 = Person()

>>> person1.name = "Rui"
>>> person1.age = 25
>>> person1.country = "Portugal"

>>> person1.description()

Rui is 25 years old and he is from Portugal.

• Modules

#import module_name
import machine
from machine import Pin

個人淺見:寫程式學技能就像寫一張國小國文考卷

• 
• 第一大題 字音字形(基本語法 定義 宣告)
• 第二大題 字詞解釋(了解Function參數)
• 第三大題 改錯字(Debug)
• 第四大題 克漏字(選擇適合的Function)
• 第五大題 照樣造句(參考網路資源修改)
• 第六大題 造句(目標開發)
• 第七大題 作文(自行開發)

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Level 1-變數與基本運算

終端機試打
1 + 1
print("OpenRobotClub")
print("OpenRobotClub" * 3)
print("OpenRobotClub" + "1+1")
Open = 100
print(Open)
Open = Open + 100
print(Open)
1 == 1 判斷是否等於 等於時回傳 True
2 == 1 判斷是否等於 不等於時回傳 False
可以嘗試!=
True False 屬於布林值

Open = "開"
print(Open)

Level 2-資料結構與轉換

數值型態：int, float, bool
字串型態：str, chr
容器型態：list, dict, tuple

• Casting 資料型態轉換()

intNum = int(floatNum)
print(floatNum)
print(intNum)
print(type(floatNum))
print(type(intNum))

• 字串轉整數

intNum = int(stringNum)
print(stringNum)
print(intNum)
print(type(stringNum))
print(type(intNum))

• 可以試試 str() 、 float() 、 chr() Function的轉換

Level 3-條件判斷

如果…就___

if condition:
    statement

注意:前方有四個空格(mPython兩格)為縮排使用，此為Python特色必須要精準無誤
C語言不同有: {}、;、宣告方式

範例:

score = int(input("請輸入成績"))
if score >= 60:
    print("成績及格!")
如果...就___否則___
if condition:
    statement1 for True condition
else:
    statement2 for False condition

巢狀if敘述(兩層迴圈)

ID = input()
year = int(ID[1:3])
if year < 4:
    print("Graduated")
elif year <= 7 and year >= 4:
    if year == 7:
        print("Freshman")
    elif year == 6:
        print("Sophomore")
    elif year == 5:
        print("Junior")
    elif year == 4:
        print("Senior")
else:
    print("Not Registered Yet")

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3-2、系統介紹

• View->Add Variables, Files
• 系統先跑boot.py一次後，會一直重複執行main.py
• 若要創作離開電腦主機，純用Power Bank或電池供電，可以把程式命名成main.py
• D2腳位內建有一個LED在板上
• EN/RESET可以讓ESP32斷電重開
  
  

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4-1、LED應用

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接線方法

RGB LED 介紹

共陰腳位

• 操作注意:
  請把R接D4 G接D2 B接D15 -接GND
  接腳金屬不能互相碰觸到會產生短路燒毀LED
  
  

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基本控制方法(Digital)

from machine import Pin

p0 = Pin(0, Pin.OUT)    # create output pin on GPIO0
p0.on()                 # set pin to "on" (high) level
p0.off()                # set pin to "off" (low) level
p0.value(1)             # set pin to on/high

p2 = Pin(2, Pin.IN)     # create input pin on GPIO2
print(p2.value())       # get value, 0 or 1

p4 = Pin(4, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # enable internal pull-up resistor
p5 = Pin(5, Pin.OUT, value=1) # set pin high on creation

進階控制方法(PWM)

from machine import Pin, PWM

pwm0 = PWM(Pin(0))      # create PWM object from a pin
pwm0.freq()             # get current frequency
pwm0.freq(1000)         # set frequency
pwm0.duty()             # get current duty cycle
pwm0.duty(200)          # set duty cycle
pwm0.deinit()           # turn off PWM on the pin

pwm2 = PWM(Pin(2), freq=20000, duty=512) # create and configure in one go

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運行測試

• 操作注意:

接法	Board	Device
Red	D4	R
GND	GND	-
Green	D2	G
Blue	D15	B

接腳金屬不能互相碰觸到會產生短路燒毀LED

1. 請嘗試點亮三種顏色 如範例:1_6
2. 請嘗試同時點亮兩(含以上)顆燈 如範例:1_7
3. 請嘗試試作紅綠燈，可包含長亮、閃爍、變燈

• Hint: 注意腳位宣告以及接線是否一致

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4-2、內建觸摸電容

控制方法

from machine import TouchPad, Pin

t = TouchPad(Pin(14))
t.read()              # Returns a smaller number when touched

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運行測試

範例程式:2_1

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4-3、內建溫度感測

控制方法

esp32.hall_sensor()     # read the internal hall sensor
esp32.raw_temperature() # read the internal temperature of the MCU, in Farenheit
esp32.ULP()             # access to the Ultra-Low-Power Co-processor

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運行測試

範例程式:2_2

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4-4、蜂鳴器

接線方法

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控制方法

from machine import Pin, PWM
pwm2=PWM(Pin(2)) #建立 GPIO 2 的 PWM 物件
pwm2.freq(300) #設定 PWM 物件之頻率
pwm2.duty(512) #設定 PWM 物件之工作週期

PWM 方法 說明

freq([Hz]) 傳入 0~1000 設定方波頻率 (決定音高) , 否則為讀取
duty([cycle]) 傳入 0~1023 設定 Duty cycle (512 為 50%) (決定音量) , 否則為讀取
deinit() 關閉 PWM 功能

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運行測試

範例程式:3_1 1KHz
範例程式:3_2 Alarm
範例程式:3_3 119

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4-5、超音波

接線方法

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控制方法

匯入hcsr04.py到ESP32 microPython Device內

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運行測試

範例程式:4_1

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4-6、蜂鳴器x超音波綜合應用

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接線方法

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控制方法

移動手掌於兩個眼睛前方

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運行測試

範例程式:4_2

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4-7、WS2812 RGB LED

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接線方法

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控制方法

from machine import Pin
from neopixel import NeoPixel

pin = Pin(0, Pin.OUT)   # set GPIO0 to output to drive NeoPixels
np = NeoPixel(pin, 8)   # create NeoPixel driver on GPIO0 for 8 pixels
np[0] = (255, 255, 255) # set the first pixel to white
np.write()              # write data to all pixels
r, g, b = np[0]         # get first pixel colour

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運行測試

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4-8、Wifi連線

運行測試

範例程式:6_1_0

4-9、IFTTT設定

• Google搜尋IFTTT
  
  
• 自訂帳號或串接google gmail帳戶登入
  
  
• 確認帳號登入後 點選上方導覽列的Create
  
  
• 點選Add
  
  
• 輸入webhooks
  
  
• 點選接收要求
  
  
• 輸入觸發事件名稱 這裡用Touch做舉例
  
  
• 設定觸發條件完成 接下來設定觸發後的行為
  
  
• 選擇LINE
  
  
• 選擇傳送訊息
  
  
• 會使用官方帳號Line Notify傳訊息
  
  
• 使用內網會被擋住 無法進入line網站確認 此時請使用測試網路或外網(手機分享之網路)
  
  
• 輸入Line 帳號 密碼 (帳號需用手機App綁定 教學在上方Line連結綁定Email)
  
  
• 輸入用戶確認碼到手機LINE App
  
  

• 設定資料欄或者是否同時傳送圖片(梗圖)
  
  
• 自行決定是否要放入梗圖(須提供.png .jpg等副檔名之URL)
  
  

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*

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4-10、IFTTT-Line Webhooks with Ultrasonic

Webhooks介紹

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接線方法

搭配超音波模組 進行觸發測試

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運行測試

範例程式:6_1_0

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4-11、IFTTT-Google Sheet Webhooks

可再修正相關設定

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運行測試

• 可以觸摸D27腳位測試電容值差異
  範例程式:6_3_0

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4-12、IoT-Web Server in MicroPython

• 使用ESP32擔任網頁伺服器 設計開關按鈕
• 透過點選按鈕達到無線的控制效果
  操作影片
  
  

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運行測試

實作影片

• 須設定wifi_credentials.py檔案內的SSID 與 Password
• wifi_credentials.py存入MicroPython Device內(即ESP32內部空間)
• 筆電或桌機須與ESP32連結的網路，在同樣的子網域內
• 執行6_4_0webserver_sta_socket.py
• 並輸入network congif第一個IP到瀏覽器內
  
  
• 即會看到
  
  
• 此時可以把6_4_0webserver_sta_socket.py另存新檔，檔名命名成main.py存入MicroPython Device內(即ESP32內部空間)
• 後續即可在連的上同樣區網的WIFI環境底搭配一般電源(電池、變壓器等)下，使用電腦、手機等裝置內的瀏覽器輸入IP達到控制ESP32 上 D2腳位的LED功能。

範例程式:6_4_0

Web Server Tutorial

microcontrollers

randomnerdtutorials

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課程問卷

QR code

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Arduino vs. microPython

Arduino使用C语言编写，是没有命令行模式的，每次更改代码都需要重新编译，下载。
micropython是脚本语言，解释执行，可以执行文件，也可以命令行交互，在有线通信，无线通信，音视频，图像处理等方向比arduino方便很多倍。
由于当前高速cpu已经越来越廉价，比如8266能跑80M，160M，才十元钱，这在以前是无法想象的。所以硬件革命了，相应的软件使用方式会更多元，以前在PC上才能使用的功能和语言，以后直接可以在单片机上使用。
以前需要编写很多代码才能实现的功能，现在一两个命令就能实现了。（比如i2c扫描外部设备）目前micropython国内还处于起步阶段，后续应该会有一个长足的增长。所以，micropython相对arduino的优势：

1. 解释执行，不用编译
2. micropython可以集成更多高级功能，使用比C语言更便捷
3. 众多的外围库，和arduino一样方便操作外围硬件
4. 在高级功能领域在编程语言上有原生优势
5. 学习python语言更万金油，能做网站，能开发pc程序，能做测试，能做嵌入式等等，让您一门语言玩遍所有的东西。特别适合开源硬件领域，创客领域，教育领域。