硅基闪电

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树莓派开发 ​

本文介绍如何使用MicroPython开发树莓派Pico 2W物联网设备，连接SiliZap物联网平台，实现设备数据上报和远程控制。

MicroPython烧录演示视频

一、树莓派介绍 ​

1.1 树莓派概述 ​

树莓派（Raspberry Pi）起源于2006年，由英国剑桥大学埃本·厄普顿（Eben Upton）等人创立，最初目的是解决英国计算机科学教育下滑的问题，为学生提供一款低成本、易于编程的计算机平台。Raspberry Pi基金会（注册慈善机构）于2009年正式成立，全力推动这一项目的发展。

树莓派是由英国Raspberry Pi基金会推出的低成本、高性能的微控制器开发板，专为物联网和嵌入式应用设计。Pico 2W搭载了RP2040芯片，内置Wi-Fi功能，使其成为连接互联网项目的理想选择。

自2012年首款树莓派发布以来，已售出超过4000万台设备，成为全球最畅销的计算机之一，广泛应用于教育、创客、物联网、工业自动化和家庭娱乐等领域。

树莓派Pico 2W开发板树莓派Pico 2W开发板

1.2 RP2040芯片特性 ​

RP2040是树莓派基金会自主研发的双核ARM Cortex-M0+微控制器，具有以下特点：

  • 强大的处理能力：

    • 双核ARM Cortex-M0+处理器，最高频率133 MHz
    • 264 KB SRAM
    • 支持最多16 MB外部Flash存储
    • 硬件整数除法器和快速乘法器

  • 丰富的外设接口：

    • 26个可编程GPIO引脚
    • 2个SPI控制器
    • 2个I²C控制器
    • 2个UART控制器
    • 12位ADC，4个通道
    • 可编程PIO（Programmable IO）单元，支持自定义数字接口

  • 网络连接：

    • 内置2.4GHz IEEE 802.11n Wi-Fi
    • 支持WPA3加密（通过软件实现）

二、MicroPython环境搭建 ​

2.1 开发环境简介 ​

对于初学者来说，使用MicroPython开发树莓派Pico 2W是一种简单高效的方式。MicroPython是Python 3语言的精简实现，包含Python标准库的一小部分，并针对微控制器和受限环境进行了优化。

2.2 安装开发工具 ​

推荐使用Thonny IDE作为MicroPython开发工具，Mac和Windows都可以使用：

  1. 访问Thonny官网下载并安装最新版本
  2. 打开Thonny，点击"运行" > "选择解释器"
  3. 选择"MicroPython (Raspberry Pi Pico)"
  4. 选择正确的串口端口
  5. 点击"确定"完成设置

三、MicroPython代码实现 ​

可以使用树莓派Pico 2W开发板进行测试，外加四路继电器：

3.1 环境准备 ​

  • 已安装MicroPython固件的树莓派Pico 2W开发板
  • Thonny IDE或其他MicroPython开发工具
  • USB数据线
  • 4路继电器模块（对应的引脚分别为15、16、17、18）
  • sht31温湿度传感器模块（对应的引脚分别为26、27）
  • 在SiliZap平台上已创建产品和设备，获取MQTT连接信息
  • umqtt.simple库（MicroPython的轻量级MQTT客户端库）

micropython

micropython

3.2 代码实现 ​

我们的项目使用两个主要文件：main.py（主程序）和mqtt_local.py（配置文件）。

bash
# 克隆仓库
git clone https://gitee.com/SiliZap/SZ_RP2W_PYTHON_PUBLIC.git

3.2.1 配置文件 ​

首先创建配置文件mqtt_local.py，包含连接信息和引脚定义：

python
# mqtt_local.py Local configuration for Raspberry Pi Pico W MQTT client.
import time
import network
from machine import Pin

# ---------- 必须修改7个全局定义数据 ----------
# （产品ID、用户ID、MQTT服务器地址、MQTT用户名、MQTT密码、WIFI账号、WIFI密码）

PRODUCT_ID = 'XXX'           # 1、产品ID（填入你的产品ID）
USER_ID = 'XXX'              # 2、用户ID（填入你的用户ID）
MQTT_SERVER = 'XXX'          # 3、MQTT服务器地址（填入你的MQTT服务器）
MQTT_USER = 'XXX'            # 4、MQTT用户名（填入你的MQTT用户名）
MQTT_PASSWORD = 'XXX'        # 5、MQTT密码（填入你的MQTT密码）
WIFI_SSID = 'XXX'            # 6、WIFI账号（填入你的WIFI账号）
WIFI_PASSWORD = 'XXX'        # 7、WIFI密码（填入你的WIFI密码）

# ---------- 定义4个引脚用于控制四个外设 ----------
LAMP_PIN = 18    # 台灯引脚
AC_PIN = 15      # 空调引脚
ALARM_PIN = 16   # 告警引脚
FAN_PIN = 17     # 风扇引脚

# MQTT配置
MQTT_PORT = 1883             # MQTT端口
KEEPALIVE = 60               # 心跳间隔（秒）
MAX_RECONNECTS = 5           # 最大重连次数

# 引脚初始化
lamp_pin = Pin(LAMP_PIN, Pin.OUT)
ac_pin = Pin(AC_PIN, Pin.OUT)
alarm_pin = Pin(ALARM_PIN, Pin.OUT)
fan_pin = Pin(FAN_PIN, Pin.OUT)

# 设置初始状态为关闭（低电平表示关闭，高电平表示打开）
lamp_pin.value(0)
ac_pin.value(0)
alarm_pin.value(0)
fan_pin.value(0)

def connect_wifi(ssid, password, timeout=30):
    """连接WiFi网络"""
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    
    if not wlan.isconnected():
        print('正在连接WiFi...')
        wlan.connect(ssid, password)
        
        # 等待连接或超时
        start_time = time.time()
        while not wlan.isconnected() and (time.time() - start_time) < timeout:
            time.sleep(1)
            print('.', end='')
            
    if wlan.isconnected():
        print('\nWiFi连接成功!')
        ip, subnet, gateway, dns = wlan.ifconfig()
        print(f'IP地址: {ip}')
        return True
    else:
        print('\nWiFi连接失败!')
        return False

def get_mac_address():
    """获取设备MAC地址"""
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    mac = wlan.config('mac')
    # 格式化MAC地址
    mac_addr = ':'.join(['%02x' % b for b in mac])
    return mac_addr

3.2.2 主程序 ​

创建main.py文件，实现MQTT通信和设备控制逻辑，直接从项目复制过去即可，main功能：

  • WiFi自动连接与重连
  • MQTT协议通信与SiliZap平台交互
  • 设备状态自动获取与上报（每10秒）
  • 远程控制命令接收与执行
  • 一键控制指令序列执行
  • 设备状态实时监控与ACK回复
  • 自动获取设备MAC地址并生成Client ID

3.3 安装必要的库 ​

这里以Windows为例，运行Thonny，依次点击[Tools]→[Manage Packages…]显示“Manage Package for Raspberry Pico”对话框，在编辑框输入“umqtt.simple”且点击[Search on PyPI] umqtt.simple库，如图所示。

micropython

选取[micropython-umqtt.simple]，点击[Install]按钮安装micropython-umqtt.simple库，如图所示。 micropython

micropython-umqtt.simple成功安装后，umqtt.simple库将存放于树莓派Pico W无线开发板的lib文件夹中。

micropython

3.4 运行程序 ​

  1. 在Thonny中，创建并保存mqtt_local.py文件，修改以下配置：
    • PRODUCT_ID：您的产品ID
    • USER_ID：您的用户ID
    • MQTT服务器地址
    • MQTT用户名
    • MQTT密码
    • WiFi账号
    • WiFi密码
  2. 创建并保存main.py文件
  3. 点击"运行"按钮将代码上传到树莓派Pico 2W无线开发板
  4. 观察Shell窗口中的输出，确认程序正常运行
  5. 程序会自动获取设备MAC地址，构建Client ID，连接WiFi和MQTT服务器
  6. 程序每10秒上报一次设备状态数据
  7. 支持接收远程控制命令和一键控制指令

micropython

micropython

四、项目运行效果 ​

pico2w_10pico2w_11

pico2w_12