物联网Python开发实战

本书在介绍物联网的组成、典型架构和应用的基础上，采用实例代码讲述python编程基础和应用实例，包括用micropython进行物联网单片机的开发、用python开发物联网网关的方法、python django框架开发物联网web后台和前端知识及物联网常用通信方案2G、lora、zigbee和物联网通信协议MQTT、COAP等，*重要的内容是通过一个完整的大型物联网项目实例讲解python开发物联网的细节。

东北大学电子信息专业，曾就职于叠拓、GE、长虹从事多个领域的软件开发工作，擅长嵌入式Linux和Python开发，目前在中移物联网负责物联网操作系统的设计和研发。热爱开源、分享和技术写作，CSDN博客专家，著有《Micropython加速物联网开发》、《python Django web实战》、《树莓派体验》等专栏。

第1章物联网邂逅Python
11物联网组成架构
12物联网发展现状
121终端设备
122物联网操作系统
123通信手段
124网络建设
125应用协议
126物联网云平台
13物联网典型应用
131共享单车
132智能家居
133智慧农业
14使用Python的理由
141Python特性
142Python无处不在
143开发速度有时更重要
15美丽的相遇
151Python与终端
152Python与网关
153Python与云平台
154物联网Python全栈开发
第2章开启Python之旅
21Python版本的选择
22搭建开发环境
221安装VMware
222在VMware上安装Ubuntu
223安装VMware Tools工具
224虚拟机的网络配置
225Samba共享设置
226修改Python版本
23开始编写Python程序
231交互式解释器
232源代码执行
233注释
234代码块和缩进
235继续和分隔
236输入和输出
24变量和数据类型
241变量赋值
242常量
243数据类型
25条件和循环
251if语句
252while循环
253forin循环
254跳出循环
255pass语句
26函数
261定义函数
262函数调用
263函数的参数
264内置函数
27变量进阶
271全局变量与局部变量
272global关键字
273nonlocal关键字
274变量作用域
28模块与包
281使用模块
282包
29异常处理
第3章Python数据结构
31字符串
311索引和切片
312字符串运算符
313字符串格式化
314字符编码
32列表
321访问列表
322更改列表
323列表操作符
324列表常用函数
33元组
331访问元组
332元组操作符
333元组内置函数
34字典
341访问字典
342修改字典
343字典键的特性
344字典函数
35集合
351忽略重复元素
352无序
353常用操作
第4章Python高级特性
41生成器
411列表推导式
412生成器表达式
413生成器函数
42迭代器
43函数式编程
431高阶函数
432内置高阶函数
433闭包
434装饰器
435匿名函数
436偏函数
44面向对象编程
441类与对象
442访问限制
443继承
444多重继承
445多态
446运算符重载
第5章物联网核心组件
51网络通信方案
511WIFI网络
512移动网络
513Zigbee
514BLE
515LoRa
516NB-IoT
52网络通信协议
521HTTP
522WebSocket
523XMPP
524CoAP
525MQTT
53硬件
54物联网云平台
541OneNet
542AWS IoT
543Waston IoT
第6章MicroPython开发物联网终端
61MicroPython简介
611MicroPython项目
612MicroPython特点
613MicroPython源码
62MicroPython开发板
621官方开发板PYBoard
622国内开发板TPYBoard
623OpenMV
624LoPy
63个MicroPython程序
64交互式解释器
65按键中断与回调
66定时器的使用
67串口测试
68SPI接口驱动液晶屏
681硬件连接
682LCD屏驱动
683字库说明
684主程序
69源码编译与固件升级
691准备编译环境
692源码下载与编译
693固件烧写
610MicroPython多线程
6101MicroPython线程简介
6102MicroPython线程使用
6103多线程中的锁
611安全模式及恢复出厂设置
6111安全模式
6112恢复出厂设置
第7章构建物联网网关
71网关概述
711网关的构成
712常用物联网网关
72自主构建网关
721交叉编译
722编译引导程序
723内核配置与编译
724制作文件系统
725分区与下载
726系统启动流程简介
727移植Python3
73树莓派作网关
731初次启动树莓派
732串口登录树莓派
733SSH访问树莓派
734升级Python版本
735工具安装
736板载WIFI配置
737串口通信
第8章网关数据编码与处理
81读写CSV文件
811读取CSV文件
812写入CSV文件
82JSON解析
821JSON数据格式
822编码
823解码
83XML操作
831XML简介
832解析XML
833创建与修改
84二进制数据的读写
85Base64编解码
86正则表达式
861正则表达式简介
862re模块
863贪婪匹配
第9章网关多进程与多线程
91多进程
911multiprocessing模块
912进程同步
913进程间通信
92多线程
921threading模块
922线程同步
923线程间通信
93多线程和多进程的思考
931多核CPU利用率实验
932GIL全局锁
933切换的开销
934多线程与多进程的选择
94异步IO
941协程
942协程与多线程对比
943asyncio
第10章网关数据持久化
101文件操作
1011读写文本数据
1012操作文件和目录
1013读写压缩文件
1014内存映射
1015临时文件与目录
1016序列化Python对象
102SQLite数据库
1021SQLite简介
1022命令行操作SQLite
1023创建数据库
1024创建表
1025SQL语句
1026SQLite的Python编程
第11章Python扩展
111Python扩展的原因
112连接硬件的纽带
113C语言扩展Python
1131简单的C语言Python扩展
1132传递整型参数
1133传递字符串参数
第12章网关网络编程
121网关网络通信方案
122Socket编程
123requests
1231上传文件
1232下载文件
124hbmqtt
1241安装
1242hbmqtt命令操作
1243hbmqtt API编程
125LoRa网络通信
1251LoRa模块初始化
1252数据监听与接收
1253数据缓存
第13章物联网后台Web开发
131Django简介
132创建一个网站
1321Django安装
1322创建项目
1323运行与访问
133网站首页
1331源码文件结构
1332视图与URL配置
134Django模板
1341Django模板系统
1342模板继承
135Django模型
1351安装MySQL数据库
1352创建模型
1353必要的配置
136用户注册
137账号登录
第14章物联网Python项目实战
141项目简介
142终端设备程序开发
1421采集空气温湿度
1422获取环境光强度
1423雨量检测
1424水位检测
1425土壤湿度检测
1426水泵的控制
1427入侵检测
1428灯光控制
1429电量检测
14210LoRa通信
14211JSON消息
143网关程序开发
1431终端通信
1432数据库管理
1433文件备份
1434服务器通信
14352G模块的使用
145服务器端程序开发
1451与网关通信
1452环境数据可视化
1453滴灌控制
1454灯光控制
1455报警显示与设置
1456设备管理
1457备份文件管理

本书内容写作安排：
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。
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；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层，是物联网产品中数量为庞大的部件。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。目录