1 Python 3 vs. MicroPython

11

1.1 Popularität von Programmiersprachen

12

1.2 Gemeinsamkeiten und Unterschiede

14

2 Entwicklungsboards und -umgebungen

19

2.1 Eingesetzte Hardware

20

2.1.1 Bildungssysteme

20

2.1.2 Entwicklungsboards

24

2.2 Entwicklungsumgebungen

43

2.2.1 Texteditor und mpremote reichen

44

2.2.2 Thonny

46

2.2.3 Arduino Lab for MicroPython

48

2.2.4 MAiXPy IDE

49

2.2.5 OpenMV IDE

50

2.3 Firmware installieren

51

2.3.1 Pyboard

52

2.3.2 Nucleo-F446RE

54

2.3.3 BBC micro:bit

55

2.3.4 ESP32

56

2.3.5 Teensy 4.0

59

2.3.6 Raspberry Pi Pico

59

2.3.7 Arduino Nano und Portenta

61

2.3.8 MAiX BiT

63

2.3.9 OpenMV Cam H7 R2

64

2.4 MicroPython-Benchmarks

66

2.4.1 micropython-pystone-lowmem.py

67

2.4.2 micropython_mega_benchmark.py

68

2.4.3 Interpretation der Resultate insgesamt

70

3 Die Sprachelemente von MicroPython

73

3.1 Grundlegende Syntax

73

3.1.1 Interaktive Eingaben in der Shell

73

3.1.2 Einrückungen und Codeblöcke

75

3.1.3 Kommentare

76

3.1.4 Konstanten, Variablen und Namenskonventionen

76

3.1.5 Datentypen (int, float, str, bool)

78

3.1.6 Tupel

79

3.1.7 Listen

79

3.1.8 Dictionaries

81

3.1.9 Sets

83

3.1.10 Strings und ihre Methoden

85

3.2 Operatoren

87

3.2.1 Arithmetische Operatoren

87

3.2.2 Vergleichsoperatoren

88

3.2.3 Logische Operatoren (and, or, not)

89

3.2.4 Zuweisungsoperatoren (+=, –=, …)

91

3.3 Kontrollstrukturen

92

3.3.1 if … elif … else

92

3.3.2 for-Schleifen

93

3.3.3 while-Schleifen

95

3.3.4 break, continue, pass

97

3.3.5 try … except

98

3.4 Funktionen

102

3.4.1 Built-in-Funktionen

102

3.4.2 Anwenderspezifische Funktionen

106

3.4.3 Lambda-Funktionen

110

3.5 Module in MicroPython

111

3.5.1 Importmechanismus

111

3.5.2 Wichtige eingebaute Module

113

3.5.3 Benutzerdefinierte Module

128

3.6 Besonderheiten von MicroPython

131

3.6.1 Digitale Ein- und Ausgabe (I/O)

132

3.6.2 Analoge Ein- und Ausgabe (I/O)

135

3.6.3 I2C-Bus

139

3.6.4 Serial Peripheral Interface (SPI)

142

3.6.5 UART

146

3.6.6 1-Wire

149

3.6.7 Interrupts

154

3.6.8 Timer

158

3.6.9 Watchdog

161

4 Daten speichern, teilen und anzeigen

167

4.1 Dateien und Dateisystem

167

4.1.1 Skript-Struktur: main.py, boot.py

167

4.1.2 Dateisystem-Funktionen

168

4.1.3 Erweiterung des Speichers durch SD-Karten

172

4.2 Kommunikation

176

4.2.1 WiFi

177

4.2.2 Ethernet

184

4.2.3 Ethernet-WiFi-Kombination

187

4.2.4 ESP-NOW

188

4.2.5 Bluetooth Low Energy (BLE)

192

4.2.6 Kommunikationsmodule mit AT-Kommando-Interface

205

4.3 Anzeigeeinheiten

210

4.3.1 Konventionelle LEDs

210

4.3.2 NeoPixel

211

4.3.3 OLED

214

4.3.4 LCD

215

4.3.5 E-Paper

224

5 Fortgeschrittene Programmierung

229

5.1 Multitasking mit Threads und AsyncIO

229

5.1.1 Threads

229

5.1.2 AsyncIO

233

5.1.3 Threads vs. AsyncIO

234

5.2 State Machines

235

5.3 Raspberry Pi Pico: PIO-Programmierung

239

5.4 Bildverarbeitung

248

5.4.1 OpenMV Cam H7 R2

248

5.4.2 MAiX BiT

252

6 Debugging

257

6.1 Statische Codeanalyse

257

6.2 Debugging über REPL

259

6.3 print()-Debugging

261

6.4 Thonny-Debugger

262

7 Best Practices

265

7.1 Auswahlkriterien für den Mikrocontroller

265

7.1.1 RAM und Flash

266

7.1.2 Performance der CPU

266

7.1.3 Peripherie und Hardware-Funktionen

267

7.2 Auswahl der Firmware

267

7.2.1 Offizielle MicroPython-Firmware

267

7.2.2 Erweiterte oder angepasste Firmware

268

7.2.3 Firmware-Features prüfen

269

7.3 MicroPython und das CPU Diagnostic Tool

270

7.4 Fazit

280

8 MicroPython-Anwendungen

283

8.1 Anwesenheitsdetektion zur Raumüberwachung

283

8.1.1 Ultraschallsensoren

283

8.1.2 ToF-Sensoren

289

8.1.3 Raumüberwachung mit PIR-Sensor

294

8.1.4 Sensorkombination zur Raumüberwachung

298

8.2 BLE-Sensor-Netzwerk mit BLE-MQTT-Gateway

299

8.2.1 Verwendete BLE-Sensorik

299

8.2.2 Eingesetzte Hardware

301

8.2.3 Anforderungen an das BLE-Sensor-Netzwerk

302

8.2.4 BLE-MQTT-Gateway-Anwendungsprogramm

302

8.3 Monitoring des Raumklimas

310

8.3.1 Sensoren für die Messung der Luftqualität

311

8.3.2 Eingesetzte Hardware

313

8.3.3 Anforderungen an die Messeinrichtung

315

8.3.4 Anwendungsprogramm zum Raum-Monitoring

316

8.3.5 Anwendungsprogramm zum Schlafraum-Monitoring

323

8.4 Intelligenter Regenalarm

330

8.4.1 Datenbasis und API-Aggregation via Open-Meteo

331

8.4.2 Algorithmische Trendanalyse mittels KI

331

8.4.3 Eingesetzte Hardware

331

8.4.4 Anforderungen an die Messeinrichtung

332

8.4.5 Anwendungsprogramm zum Regenalarm

335

8.5 Messwerterfassung und Visualisierung im Webserver

345

8.5.1 Verwendete Sensoren

346

8.5.2 Eingesetzte Hardware

346

8.5.3 Anforderungen an die Messeinrichtung

346

8.5.4 Anwendungsprogramm zur Messwerterfassung und Visualisierung

347

8.6 Visualisierung von Bilddaten im Webserver

355

8.6.1 Verwendete Sensoren

355

8.6.2 Eingesetzte Hardware

355

8.6.3 Anforderungen an die Messeinrichtung

357

8.6.4 Anwendungsprogramm zur Visualisierung im Webserver

357

8.7 Echtzeit-Audiovisualisierung

363

8.7.1 Verwendete Sensorik

363

8.7.2 Eingesetzte Hardware

363

8.7.3 Anforderungen an die Visualisierungseinrichtung

364

8.7.4 Anwendungsprogramm zur Visualisierung

365

8.8 Internetzugriff auf IoT-Geräte

372

8.8.1 Blynk im Überblick

372

8.8.2 NeoPixel-Steuerung

374

8.8.3 Klimasteuerung

378

8.8.4 Fazit zu Blynk

383