用AVR微電腦與Python開始做IoT裝置的設計與實裝

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