بررسی کتابخانه‌های کاربردی ESP در زبان میکروپایتون

زبان میکروپایتون منحصرا برای میکروکنترلرها طراحی شده است. این زبان از نوع سطح بالاست. با توجه به اینکه روی بستر پایتون سوار شده است، قابلیت‌های منحصر به فردی هم دارد. زبان میکروپایتون دارای دستورهایی است که به اسم machine فراخوان می‌شوند. دستورهای ماشین برای هر تراشه مختص به خودش است. در کنار این موارد با زبان میکروپایتون کدهای سبک و منظمی را می‌توانید برای میکروکنترلر بنویسید. علاوه بر آن مشابه هر زبان برنامه نویسی دیگری، به کتابخانه‌ها هم نیاز دارید. در این پست از بلاگ دانشجو کیت چند کتابخانه کاربردی برای بردهای ESP را در زبان میکروپایتون بررسی می‌کنیم. اگر این مطلب برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند. 

زبان برنامه نویسی میکروپایتون MicroPython

میکروپایتون (MicroPython) یک نسخه کوچک و سبک از زبان برنامه‌نویسی پایتون است که برای سیستم‌ها و دستگاه‌هایی با منابع محدود طراحی شده است. این زبان برنامه‌نویسی مخصوصا برای بردهای میکروکنترلر و اینترنت اشیا (IoT) مناسب است و قابلیت اجرا بر روی میکروکنترلرها یا به عبارتی سیستم‌هایی با منابع محدود را دارد. میکروپایتون به طور کلی دارای ویژگی‌های پایتون است اما با تمرکز بر روی بهینه‌سازی منابع سخت‌افزاری و کاهش حجم فضای ذخیره‌سازی و مصرف انرژی برای سیستم‌های کوچکتر طراحی شده است. این زبان امکان توسعه نرم‌افزارهای مبتنی بر رویداد (Event-Driven) و اجرای دستورات بر اساس زمان را فراهم می‌کند. با استفاده از میکروپایتون، می‌توانید برنامه‌هایی بنویسید که با استفاده از پورت‌ها و رابط‌های مختلف (مانند GPIO، UART، I2C و SPI) با سنسورها، ماژول‌ها و دستگاه‌های خارجی ارتباط برقرار کنند. همچنین این زبان امکان کار با شبکه و پروتکل‌های مختلف مانند MQTT و HTTP را نیز فراهم می‌کند. یکی از ویژگی‌های جذاب میکروپایتون این است که اجرای کدها بسیار سریع و بدون نیاز به کامپایل است. شما می‌توانید کدهایتان را به طور مستقیم در بردهای مبتنی بر ESP اجرا کنید و نتیجه را در لحظه مشاهده کنید. با توجه به سادگی و آسانی استفاده، میکروپایتون برای توسعه پروژه‌های IoT کوچک و متوسط بسیار مناسب است.

آشنایی با کتابخانه‌های MicroPython

در میکروپایتون نیز مانند پایتون استاندارد، می‌توان از کتابخانه‌ها (Modules) استفاده کرد. کتابخانه‌ها در میکروپایتون با همان منطق و عملکردی که در پایتون استفاده می‌شود، برای افزایش قابلیت‌ها و عملکرد برنامه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. کتابخانه‌ها در میکروپایتون دسته‌بندی شده‌اند و شامل کتابخانه‌های استاندارد (Standard Libraries) و کتابخانه‌های شخص ثالث یا همان Third-Party Libraries می‌شوند. کتابخانه‌های استاندارد میکروپایتون شامل مجموعه‌ای از کتابخانه‌های پیش فرض هستند که با همراهی محیط اجرایی میکروپایتون در اختیار شما قرار می‌گیرند. این کتابخانه‌ها شامل عملیات پایه مانند رشته‌ها (Strings)، عددها (Numbers)، لیست‌ها (Lists)، فایل‌ها (Files) و غیره هستند. کتابخانه‌های شخص ثالث در میکروپایتون مجموعه‌ای از کتابخانه‌هایی هستند که توسط جامعه برنامه‌نویسی توسعه داده شده‌اند و به شما امکانات و قابلیت‌های بیشتری را در اختیار می‌گذارند. این کتابخانه‌ها معمولا برای کاربردهای خاص و متنوعی مانند ارتباط با سنسورها، کنترل تراشه‌های خاص، اتصال به شبکه‌ها و سرویس‌های اینترنتی و سایر وظایف IoT طراحی شده‌اند.

برای استفاده از کتابخانه‌ها در میکروپایتون، باید کتابخانه‌های مورد نیاز را به کمک دستور import در برنامه‌ی خود وارد کنید. به این صورت می‌توانید از توابع و قابلیت‌های موجود در کتابخانه استفاده کنید. همچنین برای استفاده از کتابخانه‌های شخص ثالث در میکروپایتون، معمولا باید کتابخانه مورد نظر را از منبع خارجی دریافت کرده و سپس در برنامه‌ی خود وارد کنید. برخی از منابع برای دریافت کتابخانه‌های شخص ثالث شامل مخازن آنلاین، مخازن گیت‌هاب و منابع ارائه شده توسط سازندگان کتابخانه است. استفاده از کتابخانه‌ها در میکروپایتون به شما امکانات بیشتری در زمینه کنترل و مدیریت دستگاه‌های مبتنی بر میکروکنترلر و IoT را می‌دهد و می‌تواند در توسعه‌ی پروژه‌های خود کمک شایانی باشد.

معرفی چند IDE برای برنامه نویسی میکروپایتون

برای برنامه‌نویسی میکروپایتون، می‌توان از چندین محیط توسعه یکپارچه (Integrated Development Environment - IDE) استفاده کرد. این IDEها ابزارهایی هستند که برای توسعه، اجرا و اشکال زدایی برنامه‌های میکروپایتون استفاده می‌شوند. در زیر چند IDE محبوب برای برنامه‌نویسی میکروپایتون را بررسی می‌کنیم.

1- PyCharm: یکی از محبوب‌ترین IDEها برای برنامه‌نویسی پایتون است و همچنین پشتیبانی از میکروپایتون را نیز دارد. این IDE امکانات کاملی برای توسعه و اشکال‌زدایی برنامه‌های میکروپایتون ارائه می‌دهد.

2- Thonny: یک IDE سبک و ساده برای برنامه‌نویسی پایتون است که برای مبتدیان بسیار مناسب است. این IDE دارای رابط کاربری ساده‌ای است و امکانات مورد نیاز برای برنامه‌نویسی میکروپایتون را فراهم می‌کند.

3- Visual Studio Code (VSCode): یک ابزار قدرتمند برنامه‌نویسی است که توسط مایکروسافت توسعه داده شده است. با استفاده از افزونه‌های مناسب، می‌توانید این IDE را برای توسعه برنامه‌های میکروپایتون استفاده کنید.

4- Atom: یک ویرایشگر متن با قابلیت گسترش است که توسط GitHub توسعه داده شده است. با استفاده از پلاگین‌های مختلف، می‌توانید این ویرایشگر را به یک محیط توسعه یکپارچه برای میکروپایتون تبدیل کنید.

5- Mu: یک IDE ساده و کاربر پسند برای برنامه‌نویسی میکروپایتون است. این IDE برای مبتدیان و آموزش‌های آغازین بسیار مناسب است و امکانات ساده‌ای برای توسعه برنامه‌های میکروپایتون فراهم می‌کند.

مهم است بدانید که علاوه بر این IDEها، می‌توانید از ویرایشگرهای متنی مانند Notepad++، Sublime Text و Vim نیز برای برنامه‌نویسی میکروپایتون استفاده کنید. انتخاب IDE مناسب بستگی به نیازها و ترجیحات شما دارد.

بررسی 32 کتابخانه کاربردی ESP8266 در میکروپایتون

در میکروپایتون برای برنامه‌نویسی ESP8266 می‌توان از برخی کتابخانه‌های مفید و متنوعی استفاده کرد. در ادامه چند نمونه از کتابخانه‌های بیسیک برای ESP8266 را معرفی میکنیم.

1. micropython-umqtt.robust: این کتابخانه برای پیاده‌سازی پروتکل MQTT در محیط میکروپایتون استفاده می‌شود. MQTT یک پروتکل ارتباطی سبک و کارا برای اتصال دستگاه‌ها در اینترنت اشیا است.
2. micropython-ws2812: این کتابخانه برای کنترل LEDهای RGB نوع WS2812 در میکروپایتون مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از این کتابخانه می‌توانید الگوها و رنگ‌های مختلف را بر روی LEDها اعمال کنید.
3. micropython-http-client: این کتابخانه برای ارسال درخواست‌های HTTP از طریق پروتکل TCP/IP استفاده می‌شود. با استفاده از این کتابخانه می‌توانید ارتباط با سرویس‌های وب و دریافت و ارسال داده‌ها را انجام دهید.
4. micropython-dht: این کتابخانه برای اتصال و خواندن دما و رطوبت از سنسور DHT11 و DHT22 استفاده می‌شود. با استفاده از این کتابخانه می‌توانید اطلاعات محیطی را دریافت و بررسی کنید.
5. micropython-mqtt: این کتابخانه هم برای اتصال و ارتباط با بروکر MQTT مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کتابخانه امکان انتشار و اشتراک‌گذاری پیام‌ها را فراهم می‌کند.
6. Micropython-machine: این کتابخانه برای کنترل سخت‌افزار و اتصالات بردهای ESP به کار می‌رود، شامل کلاس‌هایی برای کنترل پین‌ها، PWM، ADC، SPI، I2C و غیره است.
7. کتابخانه low-level-bluetooth: این کتابخانه به عنوان یک رابط برنامه‌نویسی در سطح پایین برای ارتباط با دستگاه‌های بلوتوث در میکروپایتون استفاده می‌شود. با استفاده از این کتابخانه، می‌توانید اقداماتی مانند اسکن دستگاه‌های بلوتوث در دسترس، برقراری ارتباط بلوتوث، ارسال و دریافت داده‌ها و کنترل امکانات بلوتوث را انجام دهید.کتابخانه bluetooth در میکروپایتون بر اساس استاندارد Bluetooth Low Energy (BLE) عمل می‌کند.
8. کتابخانه btree: این کتابخانه یک سیستم پایگاه داده ساده مبتنی بر ساختار B-Tree است که در محیط میکروپایتون قابل استفاده است. با استفاده از btree، می‌توانید داده‌ها را در ساختار درختی B-Tree ذخیره و جستجو کنید. این کتابخانه به عنوان یک پایگاه داده کوچک و کارآمد در پروژه‌های محدود منابع میکروکنترلر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
9. کتابخانه cryptolib: این کتابخانه شامل الگوریتم‌های رمزنگاری و رمزگشایی مختلف می‌باشد و برای ایمنی و امنیت اطلاعات در میکروپایتون استفاده می‌شود. با استفاده از cryptolib، می‌توانید الگوریتم‌های رمزنگاری مانند AES، DES، RSA و امضای دیجیتال را پیاده‌سازی و استفاده کنید.
10. کتابخانه framebuf: این کتابخانه برای مدیریت صفحه نمایش (فریم بافر) در میکروپایتون استفاده می‌شود. با استفاده از framebuf، می‌توانید به صورت مستقیم با پیکسل‌های یک نمایشگر، نمایش داده‌ها و رسم اشکال هندسی از قبیل خطوط، مستطیل‌ها و دایره‌ها را کنترل کنید.این کتابخانه از فریم بافرهای گرافیکی مانند چندگانه (bit depth)، مونوکروم (monochrome) و RGB پشتیبانی می‌کند.
11. Micropython-requests: یک کتابخانه برای ارسال درخواست‌های HTTP و دریافت پاسخ‌ها در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
12. Micropython-wifi: این کتابخانه برای کنترل اتصال به شبکه Wi-Fi بر روی بردهای ESP استفاده می‌شود، شامل تنظیمات، اسکن شبکه، اتصال و قطع اتصال است.
13. Micropython-umqtt.simple: یک کتابخانه ساده برای پیاده‌سازی MQTT در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
14. Micropython-paho-mqtt: این کتابخانه برای ارسال و دریافت پیام‌ها با استفاده از پروتکل MQTT در میکروپایتون بر روی بردهای ESP استفاده می‌شود.
15. Micropython-httplib: یک کتابخانه بسیار ساده برای ارسال درخواست‌های HTTP و دریافت پاسخ‌ها در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
16. Micropython-smbus: این کتابخانه برای کنترل دستگاه‌های I2C از طریق پروتکل SMBus در میکروپایتون بر روی بردهای ESP استفاده می‌شود.
17. Micropython-micropython-aws-iot: این کتابخانه به شما امکان می‌دهد با سرویس AWS IoT ارتباط برقرار کنید و داده‌ها را در آن ارسال و دریافت کنید.
18. Micropython-max7219: این کتابخانه برای کنترل دیسپلی های 7-سگمنتی با استفاده از IC MAX7219 در میکروپایتون بر روی بردهای ESP مورد استفاده قرار می‌گیرد.
19. Micropython-adafruit-ssd1306: یک کتابخانه برای کنترل نمایشگرهای OLED با استفاده از درایور SSD1306 در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
20. Micropython-blynklib: این کتابخانه امکان اتصال بردهای ESP به سرویس Blynk را فراهم می‌کند تا به راحتی بتوانید برنامه‌های IoT تعاملی را پیاده‌سازی کنید.
21. Micropython-umqtt.simple: یک کتابخانه ساده برای ارتباط با بروکر MQTT در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
22. Micropython-umqtt.robust2: یک نسخه محکم دیگر از کتابخانه umqtt برای اتصال پایدار با بروکر MQTT در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
23. Micropython-dht: این کتابخانه برای اتصال و خواندن داده‌های حسگر DHTxx (مانند DHT11 و DHT22) در میکروپایتون بر روی بردهای ESP استفاده می‌شود.
24. Micropython-mqtt-as: یک کتابخانه پیشرفته برای اتصال به بروکر MQTT و انجام عملیات ارسال و دریافت در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
25. Micropython-aws-iot-device-sdk: این کتابخانه به شما امکان ارتباط با سرویس AWS IoT را در میکروپایتون بر روی بردهای ESP می‌دهد.
26. Micropython-adafruit-io: یک کتابخانه برای ارتباط با سرویس Adafruit IO بر روی بردهای ESP با استفاده از میکروپایتون.
27. Micropython-pubsubclient: یک کتابخانه کامل برای اتصال و ارتباط با بروکر MQTT در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
28. Micropython-ntp: این کتابخانه امکان دریافت و تنظیم زمان با استفاده از سرویس NTP را در میکروپایتون بر روی بردهای ESP فراهم می‌کند.
29. Micropython-ultrasonic: این کتابخانه برای خواندن فاصله با استفاده از سنسورهای فوق‌صوتی (Ultrasonic) در میکروپایتون بر روی بردهای ESP استفاده می‌شود.
30. Micropython-adafruit-am2320: یک کتابخانه برای خواندن داده‌های حسگر AM2320 (حسگر دما و رطوبت) در میکروپایتون بر روی بردهای ESP.
31. Micropython-mqtt-sn: این کتابخانه به شما امکان ارتباط با بروکر MQTT-SN (MQTT for Sensor Networks) را در میکروپایتون بر روی بردهای ESP می‌دهد.
32. Micropython-webrepl: یک کتابخانه برای مدیریت و کنترل بردهای ESP از طریق وب با استفاده از WebREPL.

امیدواریم این لیست از کتابخانه‌های میکروپایتون برای بردهای ESP به شما کمک کند. می‌توانید از این کتابخانه‌ها برای توسعه پروژه‌های IoT خود استفاده کنید. البته همواره می‌توانید با جستجو در منابع آنلاین کتابخانه‌های دیگری را برای نیازهای خاصتان پیدا کنید. لطفا توجه داشته باشید که برای استفاده از این کتابخانه‌ها، باید آن‌ها را به پروژه خود اضافه کنید و مستندات مربوطه را بررسی کنید.

روش نصب کتابخانه میکروپایتون در ویندوز

برای نصب کتابخانه‌ها در محیط ویندوز و با استفاده از میکروپایتون، می‌توانید از مراحل زیر پیروی کنید.

1- نصب PIP: قبل از هرچیز، مطمئن شوید که PIP بر روی سیستم شما نصب شده است. در برخی از نسخه‌های میکروپایتون، PIP به صورت پیش‌فرض نصب می‌شود، اما در برخی موارد لازم است آن را جداگانه نصب کنید. برای نصب PIP، می‌توانید از دستور python -m ensurepip در خط فرمان ویندوز استفاده کنید. در صورتی که PIP به درستی نصب نشد، می‌توانید آن را با دستور python -m ensurepip --upgrade به‌روزرسانی کنید.

2- نصب کتابخانه با استفاده از PIP: پس از نصب PIP، می‌توانید از طریق خط فرمان ویندوز کتابخانه مورد نظر را نصب کنید. برای نصب کتابخانه با استفاده از PIP، می‌توانید از دستور pip install نام_کتابخانه استفاده کنید. برای مثال، pip install micropython-umqtt.simple برای نصب کتابخانه umqtt.simple را اجرا می‌کند. پس از اجرای دستور، PIP شروع به دانلود و نصب کتابخانه مورد نظر می‌کند.

توجه داشته باشید که مطمئن شوید که Python و PIP به درستی نصب شده‌اند و در مسیر PATH سیستم عامل ویندوز قرار دارند تا بتوانید از آن‌ها در خط فرمان استفاده کنید. همچنین، در صورتی که از محیط توسعه یا IDE خاصی برای میکروپایتون استفاده می‌کنید، می‌توانید به راهنمای مربوطه آن محیط مراجعه کنید تا روش نصب کتابخانه‌ها را در آن محیط بیابید.