Python MicroPython库：嵌入式开发

时间：08-08来源：作者：点击数：27

MicroPython是一种精简高效的Python解释器，专为运行在微控制器和受限环境下设计。它支持大多数Python语法和标准库，同时提供了丰富的硬件控制接口，使开发者能够用Python编写嵌入式应用。MicroPython已经被广泛应用于物联网（IoT）设备、机器人、自动化系统等领域。本文将详细介绍MicroPython库的安装、主要功能、基本操作、高级功能及其实践应用，并提供丰富的示例代码。

安装

MicroPython的安装因不同的硬件平台而异。以下是几个常见平台的安装步骤：

在ESP8266/ESP32上安装MicroPython

下载固件：从MicroPython官方固件下载页面下载适用于ESP8266或ESP32的固件文件。
安装工具：使用esptool.py工具将固件烧录到设备上。可以通过pip安装esptool：

pip install esptool

擦除闪存：在烧录固件之前，先擦除设备的闪存：

esptool.py --port /dev/ttyUSB0 erase_flash

烧录固件：将固件烧录到设备上：

esptool.py --port /dev/ttyUSB0 --baud 460800 write_flash --flash_size=detect 0 esp8266-20220618-v1.18.bin

在Pyboard上安装MicroPython

Pyboard是MicroPython官方开发的开发板，已预装MicroPython固件。如果需要重新安装或更新固件，可以从MicroPython官方固件下载页面下载适用于Pyboard的固件文件，并按照官方网站上的指南进行操作。

主要功能

硬件接口支持：支持GPIO、I2C、SPI、UART、PWM等常见硬件接口。
文件系统：支持文件系统操作，可以在设备的闪存或SD卡上进行文件读写。
网络支持：支持Wi-Fi、蓝牙等网络功能，适用于物联网应用。
交互式REPL：提供交互式REPL环境，便于实时调试和测试代码。
丰富的标准库：支持大多数Python标准库，并提供了针对嵌入式系统优化的扩展库。

基本操作

Hello, World!

以下示例展示了如何在MicroPython中编写一个简单的“Hello, World!”程序：

print("Hello, World!")

控制LED灯

以下示例展示了如何使用MicroPython控制开发板上的LED灯：

from machine import Pin
import time

# 初始化LED灯
led = Pin(2, Pin.OUT)

# 闪烁LED灯
while True:
    led.value(not led.value())
    time.sleep(1)

读取传感器数据

以下示例展示了如何使用MicroPython读取DHT11温湿度传感器的数据：

import dht
from machine import Pin
import time

# 初始化DHT11传感器
dht11 = dht.DHT11(Pin(4))

while True:
    dht11.measure()
    temperature = dht11.temperature()
    humidity = dht11.humidity()
    print("Temperature:", temperature, "C")
    print("Humidity:", humidity, "%")
    time.sleep(2)

高级功能

文件系统操作

以下示例展示了如何使用MicroPython在设备的文件系统上进行文件读写操作：

# 写入文件
with open('data.txt', 'w') as file:
    file.write('Hello, MicroPython!')

# 读取文件
with open('data.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    print(content)

网络编程

以下示例展示了如何使用MicroPython连接Wi-Fi网络并创建一个简单的HTTP服务器：

import network
import socket

# 连接Wi-Fi网络
ssid = 'your_SSID'
password = 'your_PASSWORD'

station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect(ssid, password)

while not station.isconnected():
    pass

print('Connection successful')
print(station.ifconfig())

# 创建HTTP服务器
addr = socket.getaddrinfo('0.0.0.0', 80)[0][-1]
s = socket.socket()
s.bind(addr)
s.listen(5)

print('Listening on', addr)

while True:
    cl, addr = s.accept()
    print('Client connected from', addr)
    cl_file = cl.makefile('rwb', 0)
    while True:
        line = cl_file.readline()
        if not line or line == b'\r\n':
            break
    response = """\
HTTP/1.1 200 OK

Hello, World!
"""
    cl.send(response)
    cl.close()

使用中断

以下示例展示了如何使用MicroPython处理硬件中断：

from machine import Pin

# 定义中断处理函数
def handle_interrupt(pin):
    print('Interrupt detected!')

# 初始化引脚
interrupt_pin = Pin(4, Pin.IN)
interrupt_pin.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=handle_interrupt)

while True:
    pass

实践应用

智能家居控制

以下示例展示了如何使用MicroPython实现简单的智能家居控制，通过Web界面控制LED灯的开关：

import network
import socket
from machine import Pin

# 连接Wi-Fi网络
ssid = 'your_SSID'
password = 'your_PASSWORD'

station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect(ssid, password)

while not station.isconnected():
    pass

print('Connection successful')
print(station.ifconfig())

# 初始化LED灯
led = Pin(2, Pin.OUT)

# 创建HTTP服务器
addr = socket.getaddrinfo('0.0.0.0', 80)[0][-1]
s = socket.socket()
s.bind(addr)
s.listen(5)

print('Listening on', addr)

def web_page():
    if led.value() == 1:
        gpio_state = "ON"
    else:
        gpio_state = "OFF"

    html = """<html>
<head>
    <title>MicroPython LED Control</title>
</head>
<body>
    <h1>MicroPython LED Control</h1>
    <p>LED state: <strong>{}</strong></p>
    <a href="/?led=on"><button>Turn ON</button></a>
    <a href="/?led=off"><button>Turn OFF</button></a>
</body>
</html>""".format(gpio_state)
    return html

while True:
    cl, addr = s.accept()
    print('Client connected from', addr)
    cl_file = cl.makefile('rwb', 0)
    while True:
        line = cl_file.readline()
        if not line or line == b'\r\n':
            break

    request = str(cl_file.readline())
    print('Content =', request)
    led_on = request.find('/?led=on')
    led_off = request.find('/?led=off')

    if led_on == 6:
        print('LED ON')
        led.value(1)
    if led_off == 6:
        print('LED OFF')
        led.value(0)

    response = web_page()
    cl.send('HTTP/1.1 200 OK\n')
    cl.send('Content-Type: text/html\n')
    cl.send('Connection: close\n\n')
    cl.sendall(response)
    cl.close()

环境监测系统

以下示例展示了如何使用MicroPython构建一个简单的环境监测系统，定期读取温湿度数据并上传到服务器：

import dht
import network
import socket
from machine import Pin
import time

# 连接Wi-Fi网络
ssid = 'your_SSID'
password = 'your_PASSWORD'

station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect(ssid, password)

while not station.isconnected():
    pass

print('Connection successful')
print(station.ifconfig())

# 初始化DHT11传感器
dht11 = dht.DHT11(Pin(4))

# 服务器地址
server = 'your.server.com'
port = 80

while True:
    dht11.measure()
    temperature = dht11.temperature()
    humidity = dht11.humidity()
    print("Temperature:", temperature, "C")
    print("Humidity:", humidity, "%")

    # 创建HTTP请求
    addr = socket.getaddrinfo(server, port)[0][-1]
    s = socket.socket()
    s.connect(addr)
    request = 'GET /update?temp={}&humidity={} HTTP/1.1\r\nHost: {}\r\n\r\n'.format(temperature, humidity, server)
    s.send(request.encode())
    response = s.recv(1024)
    s.close()
    print(response)

    time.sleep(60)

总结

MicroPython库为Python开发者提供了一个功能强大且灵活的工具，用于嵌入式开发。通过其简洁的API和丰富的功能，用户可以轻松控制硬件设备，处理传感器数据，进行网络通信等。无论是在物联网、智能家居、机器人还是自动化系统中，MicroPython都能提供强大的支持和便利。本文详细介绍了MicroPython库的安装、主要功能、基本操作、高级功能及其实践应用，并提供了丰富的示例代码。希望在实际项目中能够充分利用MicroPython库，提高嵌入式开发的效率和效果。

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