6. IoT zařízení - RPi Pico

1. seznámení s vývojovým prostředím
2. seznámení s programovacím jazykem MicroPython
3. vytvoření programu pro Raspberry Pi Pico
4. UART komunikace s RPi Pico
5. IoT systém - propojení s aplikací ve Flasku

https://micropython.org/download/rp2-pico-w/

https://thonny.org/

https://github.com/cpwood/Pico-Go

from machine import Pin, Timer
led = Pin('LED', Pin.OUT)
timer = Timer()
 
def blink(timer):
    led.toggle()
 
timer.init(freq=2.5, mode=Timer.PERIODIC, callback=blink)

Cílem dílčí úlohy je poslat prostřednictvím rozhraní UART informaci o tom, jakou rychlostí se má rozsvítit LED na desce Raspberry Pi Pico. Nejprve si ale můžeme vyzkoušet samotnou komunikaci, tj. např. odesílání znaků z mikrokontroléru a jejich příjem na straně PC.

Třída machine.UART je určena pro vytvoření fyzického UART rozhraní pomocí dvojice RX/TX pinů. Pokud bychom ji chtěli využít, potřeboval bychom na druhé straně obdobné zařízení, např. jiné Pico. Pokud bychom chtěli takto komunikovat s PC, je potřeba konvertor UART-USB, např. s FTDI čipem (např. tento).

Lze však využít toho, že USB rozhraní Raspberry Pi funguje jako sériové rozhraní s rychlostí 115200 kb/s. A data z desky Pico lze tedy poslat příjemci na PC např. pomocí funkce print().

from machine import Pin, Timer
import sys
 
led = Pin('LED', Pin.OUT)
 
while True:
    # x = input()
    x = sys.stdin.read(1)
    if  x == 'a':
        led.toggle()
    print("UART: {}".format(x))

Pro UART komunikaci mezi embedded zařízením a PC použijeme knihovnu PySerial. Připojení proběhne vytvoření instance třídy, parametry konstruktoru jsou název sériového portu a rychlost komunikace. Je celkem vhodné ošetřit připojení pro případ, že spojení nelze uskutečnit. V následujícím kódo je zařízení připojeno k portu COMXXX (za XXX dosaďte podle potřeby) a komunikuje rychlostí 115200 baudů.

import serial
 
try:
    ser = serial.Serial('COMXXX', 115200)
    ser.flushInput()
except:
    print("unable to open COM port")

Se zařízením je možné komunikovat na úrovni bytů nebo znaků. Pokud zařízení posílá data ve formě znaků (tj. posílá byty s významem ASCII kódů), lze data přijmout třeba takto:

data = ser.readline().decode()
print(data)

Pokud je z hlediska aplikace výhodnější používat byty ve s významem čísla (např. v rozsahu 0-255), je možné přijmout a dekódovat takto:

byte = ser.read()
decoded_bytes = int.from_bytes(byte, byteorder = 'little')

Argumentem metody read() je počet bytů, které jsou najednou přečteny. Lze tedy např. předpokládat, že embedded zařízení posílá dva byty současně a tyto dva byty buď mohou reprezentovat číslo typu short, nebo dva samostatné byty a a b, které je třeba dekódovat:

byte = ser.read(2)
decoded_bytes = int.from_bytes(byte, byteorder = 'little')
a = decoded_bytes & 255;
b = (decoded_bytes >> 8) & 255;

import serial
 
try:
    ser = serial.Serial('COM7', 115200)
    ser.flushInput()
 
    # while True:
    ser.write(b'a')
    data = ser.readline().decode()
    print(data)
 
except:
    print("unable to open COM port")

Naprogramujte Raspberry Pi Pico tak, aby s intervalem 20 sekund vygenerovalo náhodnou hodnotu datového typu Real (simulace měření teploty). Tuto hodnotu zapište na sériové rozhraní, odkud to flask aplikace přečte a zapíše do databáze.

Data by měla být dostupná pomocí REST API, nebo UI, které jsou naprogramované na vašem webovém serveru.

BONUS:

• Vyzkoušejte obousměrnou komunikaci. Např. pomocí webového rozhraní měnte periodu generování dat v rpi
• Implementujte kontrolu komunikace - pokud po 20 sekundách nepříjde nová hodnota, zobrazte na webu varování.