使用Raspberry Pi Pico W和MicroPython開發物聯網應用

當我們提及物聯網（IoT, Internet of Things）開發，可能首先想到的是Arduino或是ESP8266這樣的微控制器開發板。然而，Raspberry Pi的微控制器開發板——Raspberry Pi Pico W，也是一個很好的選擇。

在本項目中，將會介紹如何使用Raspberry Pi Pico W和MicroPython，并用Thonny IDE的平臺來撰寫程序。

Raspberry Pi Pico W 簡介

Raspberry Pi Pico W是由RaspberryPi基金會出品的微控制器開發板。它配備了一個RP2040微控制器，有264KB的內部RAM，并且支持MicroPython程序語言，這讓我們可以更方便地開發物聯網應用。

使用上和Raspberry Pi Pico沒有多大差別，只是Raspberry Pi Pico W 還支持Wi-Fi 802.11n無線網絡和藍牙，更多Raspberry Pi Pico相關介紹連結如下：

Raspberry Pi Pico family

Raspberry Pi Pico介紹(含使用ArduinoIDE和擴充板)

MicroPython簡介

MicroPython是一種針對微控制器和受限環境設計的Python 3 程序語言編譯程序和執行環境。這種程序語言實現了Python 3的大部分語法和特性，并對于開發板所需的低功耗和實時響應有進一步優化。MicroPython提供了豐富的API，可以直接控制微控制器的GPIO、I2C、SPI等各種硬件資源。

Thonny IDE簡介

Thonny是一個專為Python初學者設計的集成開發環境（IDE）。它的介界面簡單，功能強大，對于學習Python語言非常有幫助。而且，Thonny IDE 也支持 MicroPython，我們可以直接在Thonny IDE中編寫MicroPython 程序，并上傳到Raspberry Pi Pico W上執行。

請由 Thonny 官方網站下載 Thonny。

電路接線圖

本次項目分享如何透過Thonny IDE來撰寫MicroPython程序，并使用PMS5003粉塵傳感器取得數值和經由Raspberry Pi Pico W的Wi-Fi功能取得目前臺灣時間，并顯示在OLED中。

以下介紹Raspberry Pi Pico W、Raspberry Pi Pico W擴充板、OLED、PMS5003接線圖。

Raspberry Pi Pico與擴充板接法（擴充板可兼容于Raspberry Pi Pico W）

https://cavedu.gitbook.io/cavedu/raspberry_pi_pico_info/pico_breakout

Raspberry Pi Pico W擴充板與OLED接線圖

Raspberry Pi Pico W擴充板與PMS5003接線圖

接下來使用 Thonny IDE 來編寫程序，請先下載 Raspberry Pi Pico W 的 uf2 韌體檔，除非有更新版本的韌體，否則更新只要一次即可。

如何上傳Raspberry Pi Pico W的uf2檔

按住 Raspberry Pi Pico W 的 BOOTSET 按鈕時，插上USB連接到計算機。

Raspberry Pi Pico W 會被計算機辨識為一個磁盤，將 uf2 韌體檔拖放到其中就會自動更新韌體。

Raspberry Pi Pico W連接Thonny IDE

●將Thonny IDE下載至計算機，并解壓縮后開啟，請選擇執行>設定直譯器

●選Micro Python (RP2040)

●端口選擇USB序列裝置(COM X)

[注] COM號要記住，后續上傳程序需要正確指定 COM 號，概念如同 Aduino IDE

●確認是否抓到 Raspberry Pi Pico W

檢查 Thonny IDE 下方的互動環境(Shell)，如果沒有紅字錯誤訊息即可上傳程序，這時候還沒寫，繼續看下去吧。

匯入OLED函式庫至 Raspberry Pi Pico W

本項目需要透過 OLED 顯示模塊來顯示數值，故需要先匯入OLED 函式庫

1. 下載 OLED 函式庫，檔名ssd1306.py到您的計算機

2. 在 Thonny IDE 中安裝套件

我們可由 Thonny IDE 呼叫系統命令行來安裝 python 套件，請由工具–> 開啟系統命令行

開啟系統命令行，如下圖

3. 安裝 adafruit-ampy 套件

為了順利執行程序，我們需要安裝 adafruit-ampy 套件，用于透過串行端口與 CircuitPython 或 MicroPython 開發板互動，

安裝方式就是一般的 pip 指令，相當簡單：

4. 匯入OLED函式庫到RaspberryPi Pico W

cd module_library

ampy --port COMX put ssd1306.py

[注]請注意，并不是開啟下方的窗口，若出現下方窗口，則要再按一次開啟系統命令行。

5. 如何查看已匯入的函式庫

在 Thonny IDE 中，點選檢視 -> 檔案，可以查看Raspberry Pi Pico W中匯入的檔案

確認已匯入先前所操作的檔案

執行程序

本專題有兩個程序 (或下載原始碼，或由以下復制也可以)：

在 OLED 顯示時間(

OLED_wifitime.py

)

在 OLED 顯示 PMS5003 粉塵傳感器數值(

PMS5003_OLED.py

)

OLED_wifitime.py

import machine

import utime

import ssd1306

from time import sleep

import network

import ntptime

import urequests

i2c = machine.SoftI2C(scl=machine.Pin(15),sda=machine.Pin(4))

oled_width = 128

oled_height = 64

oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width,oled_height, i2c)

# 初始化 UART

uart = machine.UART(0, baudrate=9600,tx=machine.Pin(0), rx=machine.Pin(1), timeout=1000)

uart.init(9600, bits=8, parity=None,stop=1)

# 初始化WiFi

sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)

sta_if.active(True)

wifi_ssid = "XXXXX"

wifi_password = "XXXXXXX"

sta_if.connect(wifi_ssid, wifi_password)

# 顯示WiFi連接狀態

oled.fill(0)

oled.text('WiFi:', 0, 0)

if sta_if.isconnected():

oled.text('connected', 40, 0)

else:

oled.text('connceting', 40, 0)

oled.show()

#設定時區

TIME_ZONE = 8

# 取得NTP時間

#ntptime.settime()

for i in range(5):

try:

ntptime.settime()

break

except OSError:

print('Error connecting to NTP server, retrying...')

utime.sleep(5)

else:

print('Could not connect to NTP server after 5 retries.')

# 等待一段時間

utime.sleep(3)

while True:

t= utime.localtime(utime.time() + TIME_ZONE * 3600)

oled.fill(0)

oled.text(str("%d/%02d/%02d" % (t[0], t[1], t[2])), 0, 0)

oled.text(str("%02d:%02d:%02d" % (t[3], t[4], t[5])), 0, 16)

oled.show()

utime.sleep(1)

PMS5003_OLED.py

import machine

import utime

import ssd1306

from time import sleep

i2c = machine.SoftI2C(scl=machine.Pin(15),sda=machine.Pin(4))

oled_width = 128

oled_height = 64

oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width,oled_height, i2c)

# 初始化 UART

uart = machine.UART(0, baudrate=9600,tx=machine.Pin(0), rx=machine.Pin(1), timeout=1000)

uart.init(9600, bits=8, parity=None,stop=1)

while True:

#讀取 PMS5003 數據

data = bytearray(uart.read(32))

# 判斷是否為正確的PMS5003 資料

if data is not None and len(data) >= 10 and data[0] == 0x42 anddata[1] == 0x4d:

pm1_cf = int.from_bytes(data[4:6], 'big')

pm25_cf = int.from_bytes(data[6:8], 'big')

pm10_cf = int.from_bytes(data[8:10], 'big')

#清除 OLED

oled.fill(0)

# 顯示 PMS5003 數據

oled.text("PM1.0: %d ug/m3" % pm1_cf, 0, 22)

oled.text("PM2.5: %d ug/m3" % pm25_cf, 0, 38)

oled.text("PM10 : %d ug/m3" % pm10_cf, 0, 54)

# 更新 OLED

oled.show()

utime.sleep(1)

實際展示

執行程序之后，可在 OLED 顯示模塊上看到相關信息，恭喜成功啰！

審核編輯：湯梓紅