用AVR微電腦與Python開始做IoT裝置的設計與實裝

前言

近年來，IoT（Internet of Things）正受到眾人的矚目．顧名思義，所謂IoT裝置就是機器之間可以經由網路互相溝通的電子儀器（裝置或是設備）．人與人之間的溝通可以經由電話、社交軟體、電子郵件等達成，而我們也即將進入IoT裝置之間可以不假人手自行溝通的時代。網路上可以找到各種IoT的相關雜誌報導，但是製作IoT裝置的解說類書籍卻並不多．本書作為IoT裝置設計的實務類入門書籍，是以設計IoT裝置的企業工程師及電子工作者為主要讀者．本書將以實際案例為中心，以淺顯易懂的方式解說IoT裝置的設計與實裝。硬體上採用了被用於Arduino的高汎用性AVR微電腦，應用程式語言則採用了在初學者間有相當好評的Python，而Python中有著來自全球的許多開放原始碼的程式館（Library）與封包．

舉例來說就有以下三種：

實際使用於自動駕駛等技術的開放原始碼影像處理封包「OpenCV」、

應用了人工智慧技術的開放原始碼機器學習封包「scikit-learn」、

被使用於大數據統計分析的「statsmodels」。

其他還有嵌入了模仿人類大腦功能的深度學習（深度神經網路）等困難算法的開放原始碼封包．

本書重視的是程式館的使用方法，就算讀者們不能理解開放原始碼封包內所使用的困難算法及內容，也可以做到IoT裝置的設計與實裝．

比較麻煩的一點，在於IoT裝置所不可或缺的雲端存取需要複雜的OAuth 2.0認證．然而，只要使用開放原始碼程式館（pydrive）就可以簡單地得到OAuth 2.0認證．

網路上有許多AVR微電腦的相關資訊，但是對初學者而言，有幾個地方較容易卡關。本書會一邊指出初學者較易卡關的重點，一邊淺顯易懂地說明解決方式．另外，不只是AVR微電腦，我們還會說明使用32位元ARM 微電腦（Raspberry Pi2）藉由3G或LTE通訊來進行IoT裝置設計與實裝。



設計與實裝IoT裝置應用程式需要依以下4個步驟進行：

1. 整理出希望用 IoT裝置解決什麼樣的問題（找出問題）

2. 考慮各種開放原始碼程式館，大致上將IoT裝置與應用程式分類（大致上的解決問題）

3. 以開放原始碼程式館為基礎，選擇感測器與驅動器，完成IoT裝置設計（這樣就解決了IoT裝置的設計）

4. 利用開放原始碼程式館Python，完成IoT裝置的應用程式（這樣就解決了應用程式的設計）．

當卡住的時候，會不斷重復以上4個步驟，但是一但習慣之後，就會練出分辨使用開放原始碼的眼力，遇到問題也就能比較簡單地解決了．

簡單來說，本書的特徴為以下3點．

● 只要能學會本書的內容，靈活運用AVR微電腦（Arduino）、Raspberry Pi2嵌入系統（Linux）、各種感測器、開放原始碼軟體，就算不懂回路設計知識、感測器特性、通訊協定等困難的內容，只要學會了靈活運用開放原始碼的方法，就算沒有基礎知識的初學者也可以在短時間內學會IoT裝置的設計與實裝．

● 利用Python開放原始碼程式館的scikit-learn與OpenCV等封包，就算不懂內容的初學者，也可以把最近蔚為話題的大數據、人工智慧、機器學習、影像處理功能等嵌入系統，並做出想要的系統．請將本書中所介紹的Python程式館作為構築系統的部品來靈活運用．

● 本書的目的是讓各位讀者練就分辨使用開放原始碼的眼光。

安裝前為了以防萬一，重要檔案一定要備份，這是鐵則。為了練就分辨使用開放原始碼的眼光，請儘量挑戰．

2015年8月

作者謹誌

※本書中的資訊為2015年8月當時的資訊．

前言

近年來，IoT（Internet of Things）正受到眾人的矚目．顧名思義，所謂IoT裝置就是機器之間可以經由網路互相溝通的電子儀器（裝置或是設備）．人與人之間的溝通可以經由電話、社交軟體、電子郵件等達成，而我們也即將進入IoT裝置之間可以不假人手自行溝通的時代。網路上可以找到各種IoT的相關雜誌報導，但是製作IoT裝置的解說類書籍卻並不多．本書作為IoT裝置設計的實務類入門書籍，是以設計IoT裝置的企業工程師及電子工作者為主要讀者．本書將以實際案例為中心，以淺顯易懂的方式解說IoT裝置的設計與實裝。硬體上採用了被用於Arduin...

前言

Chapter1 IoT裝置設計所需的開發環境
Chapter2 IoT裝置的硬體與介面
Chapter3 構成IoT的開放原始碼軟體
Chapter4 Python的設定與機器學習
Chapter5 使用Python做影像處理（OpenCV）
Chapter6 使用Python來靈活運用雲端
Chapter7 使用Python來靈活運用智慧型手機（SL4A）
Chapter8 3種語音辨識（Windows，Android，Raspberry Pi2）

附錄

前言

Chapter1 IoT裝置設計所需的開發環境
Chapter2 IoT裝置的硬體與介面
Chapter3 構成IoT的開放原始碼軟體
Chapter4 Python的設定與機器學習
Chapter5 使用Python做影像處理（OpenCV）
Chapter6 使用Python來靈活運用雲端
Chapter7 使用Python來靈活運用智慧型手機（SL4A）
Chapter8 3種語音辨識（Windows，Android，Raspberry Pi2）

附錄