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Python玩转物联网

发布：山东编程培训
来源：互联网
时间：2018-03-21 16:07

    概述
    物联网项目通常包含传感器、单片机、网关设备、通信模块、网络协议、后台程序、Web端等多个部件，需要多种编程语言以及研发技能的支持。
    在产品原型验证的初期，尤其对于小团队来说，整合众多的研发力量并非易事。本书通过一个完整的实战项目展示物联网从设备到云端开发的全貌。该项目（智能种植系统）涵盖了远程灯控、安防告警、环境监测、智能滴灌、设备管理等多个功能模块。项目所有代码在GitHub开源并配套了硬件开发板。
    本项目基本使用Python一种语言实现了传感器、STM32单片机、嵌入式ARM-Linux网关、云端程序的开发。有了Python丰富的第三方库和模块的支撑，即便是欠缺硬件和嵌入式知识的开发者也可玩转物联网，快速实现物联网产品。
    主要内容：
    物联网核心组件
    Python编程基础及高级特性
    MicroPython开发单片机
    构建嵌入式Linux网关
    多种传感器的接入
    MySQL与SQLite数据库的使用
    LoRa和GSM物联网通信模块
    MQTT通信协议的应用
    Django Web框架快速实现云端程序
    大纲：
    第1章--物联网邂逅Python
    本章大致介绍物联网的组成、架构、发展现状及当前市面上典型的物联网应用方案，阐述Python这门编程语言的特性和优点，讲述用Python语言开发物联网终端设备、网关设备、Web后台程序的具体方法及优势。
    第2章--开启Python之旅
    本章从零开始讲解如何使用Python语言进行编程，通过大量的实例代码带领Python初学者掌握基本的Python编程技巧。
    第3章--Python数据结构
    Python除了拥有比较通用的字符串、列表等数据结构外，还有元组、字典、集合等特有的数据结构。熟练掌握和运用Python的各种数据结构是编写高质量Python程序的基础。
    第4章--Python高级特性

Python作为一门高级编程语言，拥有众多自身特有的高级特性，如生成器、迭代器、装饰器等。同时，Python也可面向对象编程，只有掌握Python高级特性的使用方法，才能抓住Python编程的精髓。

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    第5章--物联网核心组件
    本章介绍物联网的核心组成部分及关键技术点，首先介绍WIFI、移动网络、Zigbee通信、BLE、LoRa、NB-IoT等网络通信方案，以及HTTP、Websocket、XMPP、CoAP、MQTT等网络通信协议；其次介绍常用的硬件设备种类，包括处理器、传感器、通信模块等；最后介绍几种市面上常用的物联网云平台，如中国移动的OneNet平台、AWS IoT平台、IBM的Waston IoT平台。
    第6章--MicroPython开发物联网终端
    终端是物联网连接真实世界的第一层，是物联网产品中数量最为庞大的部件。本章重点讲解目前非常火爆的MicroPython,可用于开发单片机程序，单片机是物联网终端设备的核心，除了介绍MicroPython的基本使用外，还会用MicroPython构建一个液晶屏显示程序实例。
    第7章--构建物联网网关
    网关是连接终端设备和后台的枢纽，同时还负责局域网的组建和维护、本地数据存储、通信规则制定、业务逻辑管理等。在实际项目中，网关通常是一个运行Linux操作系统并搭载物联网通信模块及其他外设的嵌入式设备。本章将介绍网关上嵌入式Linux的相关知识及Python环境的构建方法，为后续讲解网关Python的开发提供基本的软、硬件环境。
    第8章--网关数据编码与处理
    网关作为物联网应用中的通信枢纽，在通信过程中有多种格式的数据需要处理。其方式包括转发、编解码、解析等。本章讲述网关如何通过Python语言处理各种格式的数据，包括CSV、JSON、XML、二进制数据、Base64格式的数据。
    第9章--网关多进程与多线程
    物联网网关往往需要管理大量的终端设备，还要承担通信、运算、IO操作等多种任务。本章介绍Python编程时实现多任务的方式及多进程、多线程、协程、异步IO等多种Python程序模型，并对它们做出对比，针对CPU密集型和IO密集型不同应用场景下方案的选择，使网关程序性能更优。
    第10章--网关数据持久化
    网关是运算中心与通信枢纽，也是局域网数据存储中心。数据持久化是一个系统稳定运行的必要条件。所有数据存放在内存中时，一旦设备发生软、硬件故障，将发生数据丢失。为了避免这种情况，某些关键数据需要固化到磁盘上。本章介绍两种数据固化到磁盘上的两种方式--普通文件和数据库，并介绍Python程序对这两种数据存储方式的实际运用。
    第11章--Python扩展
    Python在物联网行业的应用与其他行业的应用有很大不同：物联网涉及硬件操作且物联网设备的CPU处理能力通常非常有限。因此，在某些特殊场景，需要使用C语言编写操作硬件的程序从而提供Python调用接口以实现Python对硬件的操作，而且在某些效率要求非常高的场景，使用运行效率更高的C语言编写程序，再编译成Python扩展库，可提高程序执行效率。本章主要讲解使用C语言扩展Python的方法。
    第12章--网关网络编程
    网关负责局域网的组建和维护，同时需要与后台通信以完成数据、指令的传输。本章首先介绍使用Python进行基本的Socket编程，接着以实战项目为例，分别讲解基于requests模块的文件传输及基于MQTT协议实现的hbmqtt编程。
    第13章--物联网后台Web开发
    本章介绍基于Python的 Django Web框架基础知识，包括视图与URL配置、模板、模型、表单、静态文件处理、用户注册与登录，主要介绍Django框架Web编程的基础知识储备，以便能够理解实战项目中的Web程序。
    第14章--物联网Python项目实战

本章介绍一个基于物联网的智能种植项目，从项目架构、功能及项目所包含的终端设备、网关、后台程序等方面全面展示开发过程。该项目在GitHub提供了完整的源码，读者通过该实战项目能够了解一个完整物联网项目的全貌，掌握物联网Python开发的细节。

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