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title: 114學年度冬、春學季 ─ 程式設計進階：微控制器與物聯網

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# 114學年度冬、春學季 ─ 程式設計進階：微控制器與物聯網

> 本課程將帶領學生從 Python 出發，進入微控制器與 IoT 世界。
> 我們會操作 ESP32、使用感測器與雲端平台，從實驗到專題，打造可運作的互動裝置。
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## 🧭 課程資訊

- 授課教師：郭耀新（Dylan） 
- 適用年級：12 年級
- 課程類型：專科課，兩季，每週 1 節
- 開發環境：Thonny、MicroPython、Wokwi / Arduino IDE（視任務選用）
- 聯絡方式：dylankuo84137@waldorf.ilc.edu.tw

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## 🎯 課程目標（學生將能）

1. 了解微控制器基礎概念：GPIO、ADC、PWM、I2C、SPI、UART。
2. 使用 ESP32 搭配各式感測器取得環境資料。
3. 使用 Python/MicroPython 撰寫控制程式。
4. 建立即時感測系統、單向或雙向控制系統。
5. 將感測數據上傳至雲端平台（HTTP / MQTT）。
6. 設計並完成一個小組 IoT 專題。

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## 🧩 課程核心主題

- **Python / MicroPython 程式基礎**
- **ESP32 微控制器與硬體操作**
- **感測器讀取與訊號處理**
- **LED / 蜂鳴器 / 小馬達等輸出控制**
- **資料視覺化、雲端平台串接**
- **MQTT / HTTP / IoT 基礎通訊**
- **專題原型製作（Prototyping）**

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## 📅 授課進度（冬、春學季規劃）

> 以下依學季週次安排，實際內容可依班級狀況微調。

| 週次 | 日期       | 授課主題與活動概要 |
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| 1    | 2025/11/17 | [課程簡介、進行方式、Why Python？為何選擇微控制器與 IoT？](https://drive.google.com/file/d/1OQDeImgDko9xMvO-RpAWSMILi4y-L96s/view?usp=sharing) |
| 2    | 2025/11/24 | [Python 基礎語法(一)、Thonny IDE 開發環境介紹、第一支控制程式](https://docs.google.com/presentation/d/1Ym8uxqOMxBmm7IUdxptAgKeoC-HQoEyB/edit?usp=sharing&ouid=104240436882710381404&rtpof=true&sd=true) |
| 3    | 2025/12/01 | [Python 基礎語法(二)、電子計算機概論、從 0 和 1 到感測世界](https://docs.google.com/presentation/d/1b5HiundHY_s-Y6BqPFjntX8uM_ZcPrJT/edit?usp=drive_link&ouid=104240436882710381404&rtpof=true&sd=true) |
| 4    | 2025/12/08 | [IoT 概論、Arduino / ESP32 / Raspberry Pi 比較與開發板介紹](https://docs.google.com/presentation/d/1mhxyOuVtnQlyRXuerddW1kg8kqfa6eFg/edit?usp=sharing&ouid=104240436882710381404&rtpof=true&sd=true) |
| 5    | 2025/12/15 | **[HW01 Rescue](https://docs.google.com/presentation/d/1NvUrOCVe_Io5VkFNjQp3m6dzoIlTtVSJttakplq-NEQ/edit?usp=sharing)**<br>[基礎電學與 I/O：Digital / Analog / PWM、GPIO 實作（按鈕＋LED）](https://docs.google.com/presentation/d/1lCWKPBGMkQnlqV9RWc3LFHhT1gY3IcOjjfLg2wECghE/edit?usp=sharing) |
| 6    | 2025/12/22 | **[課堂動能重啟](https://docs.google.com/presentation/d/16A89EPnMwp7ab5C48NrF9a4FdveTxi3kRTAtlMrto1E/edit?usp=sharing)**<br>[感測器技術與應用、小型專案(智慧感應燈)](https://docs.google.com/presentation/d/12nURzRPEaavNO3tS2ZDmJYF-t6rjz3mzE_OqGrgE2H4/edit?usp=sharing) |
| 7    | 2025/12/29 | [進階通訊介面（I2C / SPI / UART）、讀取多種感測器（如溫濕度、光線）](https://docs.google.com/presentation/d/17xHId7H_UC88uRK9lKAWr1AXhqQ-joaPPBrfTQgDTuI/edit?usp=sharing) |
| 8    | 2026/01/05 | 網際網路技術、MQTT 概念、小組專題發想與計畫撰寫 |
| 9    | 2026/01/12 | 本機資料儲存與處理：在 ESP32 使用 SPIFFS 儲存感測數據、整理成 JSON |
| 10   | 2026/01/19 | 雲端平台整合（HTTP + ThingSpeak）：將感測數據上傳雲端並做圖表、**繳交課堂筆記** |
| 11   | 2026/03/02 | 小型專案(二)：遠端儀表板 ─ 完整感測器 → ESP32 → 雲端 → 儀表板流程 |
| 12   | 2026/03/09 | 雙向通訊與遠端控制：從雲端/MQTT 接收指令，控制繼電器、馬達或蜂鳴器 |
| 13   | 2026/03/16 | 專題開發：硬體整合與測試，感測器與致動器全部接上、除錯 |
| 14   | 2026/03/23 | 專題開發：雲端串接、通訊穩定性與系統性除錯 |
| 15   | 2026/03/30 | 專題開發：系統優化與外觀設計，完成裝置外殼與展示方式 |
|  -   | 2026/04/06 | 清明連假（本週無課） |
| 16   | 2026/04/13 | IoT 專題最終發表與總結、課程回顧與反思 |

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## 📝 作業與專題
### 繳交方式說明
本課程所有程式碼作業皆透過 **GitHub** 繳交。這不僅是交作業，更是練習業界標準的「版本控制」流程。
- 詳細操作步驟（從註冊到 Push）請參閱：**[學生版_GitHub作業繳交詳細指南](https://hackmd.io/@dylankuo84137/B1HsACLbbe)**
- 請務必將 Repo 設為 **Private** 並邀請老師 (`dylankuo84137`) 為 Collaborator。


### 個人作業

| 作業編號 | 主題                          | 預計週次           | HackMD 作業說明                                                                                                                                      | GitHub Repo                                                 |
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| HW01 | 一個「猜數字遊戲」(Guess the Number) | W3 說明 / W4 繳交  | [說明](https://docs.google.com/presentation/d/1b5HiundHY_s-Y6BqPFjntX8uM_ZcPrJT/edit?usp=drive_link&ouid=104240436882710381404&rtpof=true&sd=true) | [連結](https://github.com/dylankuo84137/hw1-guess-number.git) |
| HW02 | 打造你的「智慧哨兵」 (Smart Sentinel) | W8 說明 / W10 繳交 | [說明](https://hackmd.io/@dylankuo84137/BJjcyBZSZg)|[連結](https://github.com/dylankuo84137/hw2-Smart-Sentinel.git)|



### **小組專題（春季）**
- **目標：** 使用 ESP32 + 感測器 + 雲端，解決生活中一個具體問題
- 形式：2–3 人一組
- **成果需要包含：**
  - 實體原型（Prototype）
  - 完整程式碼（GitHub）
  - 專題簡報：動機、架構、流程、成果與反思
  - 短片或現場展示
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## 📊 評量方式

1. 課堂參與、課堂筆記：30%
2. 個人作業：30%
3. 小組專題計畫報告與發表：40%

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## 📌 課程守則

- 守時：上課與作業繳交時間請盡量遵守。
- 筆電與器材使用：
  - 課堂上，電腦是學習工具，非遊戲與社群用途。
  - 妥善保管、愛護 ESP32、感測器、杜邦線與麵包板等器材。
- 每次上課請攜帶：筆電 + 課程指定器材。
- 有問題歡迎舉手發問，也鼓勵同學互相教學、互助學習。

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## 📚 線上資源

- Python 自學資源、ESP32 MicroPython 教學、WOKWI 線上模擬器等，統一整理在學習資源（劉佑國老師提供）：
  👉 [學習資源連結](https://wiki.softarts.cc/doku.php?id=%e5%85%ac%e9%96%8b:2025%e6%98%a5-%e6%85%88%e5%bf%83%e8%8f%af%e5%be%b7%e7%a6%8f%e7%a8%8b%e5%bc%8f%e8%a8%ad%e8%a8%88%e9%80%b2%e9%9a%8e_esp32_micropython)
- VisCircuit 電路筆記：[ESP32, Arduino, STM32 和 8051 是怎麼發明的？](https://youtu.be/t0zRpOQHeF4?si=pc2Crj5fZQE8VBbK)
