用AVR微電腦與Python開始做IoT裝置的設計與實裝

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內容簡介

時下最火熱的程式語言Python入門

◎AVR微電腦+Python開放原始碼程式館+IoT裝置

利用AVR微電腦與開放原始碼程式館來實裝Internet of Things

 

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.

作者

武藤佳恭

慶應義塾大學工學部電氣工學系畢業(1978),同樣於該系取得碩士、工學博士(1983)學位。

曾任南佛羅里達大學電腦系助教授(1983-1985)、南卡羅來納大學電腦科學系助教授(1985-1988)、凱斯西儲大學電氣工學系準教授(1988-1996)、慶應義塾大學環境資訊學系助教授(1992-1997)及教授(1997-現在)。

研究領域:人工智慧,機器學習,安全性,IoT。

曾榮獲:NSFRIA賞(1989)、IEEETrans.NN功勞賞(1992)、IPSJ論文賞(1980)、TEPCO賞(1993)、KAST賞(1993)、高柳賞(1995)、KDD賞(1997)、NTT-educationcourseware賞(1999)、US-AFOSR賞(2003)、第一回JICA理事長賞(2004)、社團法人食物服務協會(Japan Foodservice Association)35週年紀念會長賞(2009)、NEEL2015優勝、W-NUT 2015優勝、義塾賞(2016)。

 

〈主要著作〉(暫譯)

《誰都看得懂的數位電路 增定4版》(Ohmsha, Ltd.)

《神經網絡計算Neural computing》(CORONA PUBLISHING CO.,LTD)

《超低成本網路及「Gadget小工具」設計USB・μIP・microSD協定堆疊的運用》(Ohmsha, Ltd.)

《有趣的挑戰!網路實用「Gadget小工具」入門》(近代科學社)

《發明的真意:如何把靈感化為現實》(近代科學社)

 

目錄

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

序/導讀

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.

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2015年8月

作者謹誌

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