قسمت ۱: میکروپایتون چیست؟
اگر به دنیای برنامه نویسی میکروکنترلرها و اینترنت اشیا (IoT) علاقه مند هستید، احتمالاً نام میکروپایتون (MicroPython) به گوشتان خورده است. میکروپایتون یک نسخه سبک وزن و بهینه شده از زبان برنامه نویسی پایتون است که به طور خاص برای اجرا روی میکروکنترلرها و دستگاههای با منابع محدود طراحی شده است. در این قسمت، به طور کامل با میکروپایتون آشنا میشویم، تاریخچه آن را بررسی میکنیم، و می فهمیم که چرا این فناوری برای برنامه نویسان، مهندسان الکترونیک، و علاقهمندان به DIY (Do It Yourself) جذاب است.
میکروپایتون در یک نگاه
میکروپایتون یک پیاده سازی از پایتون ۳ است که برای اجرا روی سخت افزارهای کوچک و کم مصرف مانند میکروکنترلرها بهینه شده است. این زبان برنامهنویسی، زیرمجموعهای از کتابخانه های استاندارد پایتون را ارائه میدهد و به شما امکان میدهد با کدهای ساده و خوانا، دستگاههای الکترونیکی را برنامه ریزی کنید. میکروپایتون در سال ۲۰۱۳ توسط دامین پی. جورج (Damien P. George) ایجاد شد و به سرعت به یکی از محبوبترین ابزارها برای توسعه پروژه های سختافزاری تبدیل شد.
تاریخچه مختصر میکروپایتون
میکروپایتون در ابتدا به عنوان یک پروژه متن باز (Open Source) شروع به کار کرد و هدف آن آوردن قدرت و سادگی پایتون به دنیای میکروکنترلرها بود. اولین دستگاه رسمی که از میکروپایتون پشتیبانی کرد، پایبورد (PyBoard) بود که توسط تیم توسعه دهنده میکروپایتون ساخته شد. از آن زمان، میکروپایتون روی طیف گستردهای از میکروکنترلرها و بردهای توسعه مانند ESP32، Raspberry Pi Pico، و MicroBit اجرا شده است.
تفاوت میکروپایتون با پایتون معمولی
در حالی که پایتون معمولی روی کامپیوترهای شخصی یا سرورها اجرا میشود، میکروپایتون مستقیماً روی سخت افزارهای کوچک مانند میکروکنترلرها اجرا میگردد. در اینجا برخی از تفاوتهای کلیدی را بررسی میکنیم:
- عدم نیاز به سیستم عامل: میکروپایتون مستقیماً روی سخت افزار اجرا میشود و نیازی به سیستم عامل (مانند ویندوز یا لینوکس) ندارد. این ویژگی باعث می شود که میکروپایتون بسیار سبک و سریع باشد.
- کتابخانه های محدودشده: به دلیل محدودیتهای سخت افزاری، میکروپایتون از تمام کتابخانههای استاندارد پایتون پشتیبانی نمیکند. اما کتابخانه های خاصی برای تعامل با سختافزار (مانند GPIO، سنسورها، و ماژول های ارتباطی) ارائه میدهد.
- بهینه سازی برای منابع محدود: میکروپایتون برای اجرا روی دستگاههایی با حافظه بسیار کم (مثلاً ۱۶ کیلوبایت RAM) طراحی شده است. این بهینه سازی باعث میشود که میکروپایتون برای پروژههای کوچک و کم مصرف ایده آل باشد.
ویژگیهای اصلی میکروپایتون
میکروپایتون بسیاری از ویژگیهای قدرتمند پایتون را حفظ کرده است، از جمله:
- شیگرایی: میتوانید از کلاسها و اشیا برای ساختاردهی کدهای خود استفاده کنید.
- انواع داده های پویا: پشتیبانی از رشته ها، اعداد صحیح، اعداد اعشاری، لیستها، و دیکشنری ها.
- توابع و ماژولها: امکان تعریف توابع و استفاده از ماژولهای داخلی یا سفارشی.
- تعامل مستقیم با سختافزار: کنترل پین های GPIO، ارتباط با سنسورها، و مدیریت ماژول های ارتباطی مانند WiFi یا بلوتوث.
چه میکروکنترلرهایی از میکروپایتون پشتیبانی میکنند؟
میکروپایتون روی طیف گستردهای از میکروکنترلرها اجرا میشود. برخی از محبوبترین آنها عبارتند از:
- Raspberry Pi Pico: یک میکروکنترلر ارزان قیمت و قدرتمند با قابلیت های گسترده.
- ESP32: یک میکروکنترلر با قابلیت WiFi و بلوتوث داخلی.
- ESP8266: گزینه ای مقرون بهصرفه برای پروژههای IoT.
- MicroBit: یک برد آموزشی محبوب برای مبتدیان و دانش آموزان.
- STM32: یک خانواده قدرتمند از میکروکنترلرهای ARM.
چرا میکروپایتون؟
میکروپایتون سه مزیت اصلی دارد:
- سادگی: اگر با پایتون آشنا هستید، به راحتی میتوانید با میکروپایتون کار کنید. نیازی به یادگیری زبانهای پیچیده مانند C یا C++ نیست.
- سرعت توسعه: نمونه سازی پروژه ها با میکروپایتون بسیار سریعتر از زبان هایی مانند C یا C++ است. شما میتوانید در عرض چند دقیقه یک پروژه ساده را راه اندازی کنید.
- جامعه فعال: میکروپایتون از یک جامعه بزرگ و فعال پشتیبانی میشود که منابع آموزشی، کتابخانه ها، و ابزارهای مفید زیادی را ارائه میدهند.
مقایسه میکروپایتون با زبانهای دیگر
اگر شما یک برنامهنویس باتجربه میکروکنترلر هستید، ممکن است این سوال را بپرسید، “C چه مشکلی دارد؟” هیچ چیز، و من درگیر بحثهای غیر مفید بین زبانهای مختلف نمی شوم. زمان هایی وجود دارد که C کاملاً زبان درستی است. و توسعه دهندگان باید از بهترین ابزار برای حل مشکل موجود استفاده کنند.
با این حال، در بسیاری از شرایط، میکروپایتون از C بهتر عمل می کند. هنگام نمونه سازی، میکروپایتون بسیاری از ویژگی های مفید را به شما می دهد. یک برنامه نویس C می تواند فقط در یک بعد از ظهر نمونه اولیه پروژه خود را در میکروپایتون راه ندازی کند. در حالی که قبلاً یک هفته در C طول می کشید. گاهی اوقات چند خط ساده از میکروپایتون قادر به انجام صدها خط C هستند ، به همین دلیل تهیه چنین کدی آسان تر است .
نصب میکروپایتون روی ESP8266
یکی از محبوبترین میکروکنترلرها برای استفاده با میکروپایتون، ESP8266 است. این میکروکنترلر ارزانقیمت و قدرتمند، قابلیت WiFi داخلی دارد و برای پروژههای IoT ایدهآل است. در این بخش، مراحل نصب میکروپایتون روی ESP8266 را به طور کامل شرح میدهیم.
مرحله ۱: آمادهسازی سختافزار
- ESP8266: برد توسعه NodeMCU یا Wemos D1 Mini توصیه میشود.
- کابل USB: برای اتصال به کامپیوتر.
- نرمافزار esptool: برای فلش کردن میکروپایتون روی ESP8266.
مرحله ۲: دانلود فایل میکروپایتون
- به وبسایت رسمی میکروپایتون بروید و آخرین نسخه فایل .bin مخصوص ESP8266 را دانلود کنید.
مرحله ۳: نصب esptool
- اگر از پایتون روی کامپیوتر خود استفاده میکنید، میتوانید esptool را با دستور زیر نصب کنید:
pip install esptool
مرحله ۴: فلش کردن میکروپایتون
- ESP8266 را به کامپیوتر وصل کنید و پورت آن را شناسایی کنید (مثلاً COM3 در ویندوز یا /dev/ttyUSB0 در لینوکس).
- سپس، دستور زیر را اجرا کنید تا میکروپایتون روی ESP8266 نصب شود:
esptool.py --port <پورت> --baud 115200 write_flash --flash_size=detect 0 <مسیر فایل .bin>
مرحله ۵: تست نصب
- پس از اتمام فرآیند فلش، از یک ترمینال سریال (مانند Putty یا Arduino IDE) برای اتصال به ESP8266 استفاده کنید.
- اگر همه چیز درست باشد، پیام خوشآمدگویی میکروپایتون را مشاهده خواهید کرد.
نتیجه گیری
میکروپایتون یک ابزار قدرتمند برای برنامه نویسی میکروکنترلرها است که ترکیبی از سادگی پایتون و انعطافپذیری سخت افزارهای کوچک را ارائه میدهد. در این قسمت، با مفاهیم پایه میکروپایتون آشنا شدیم و مراحل نصب آن روی ESP8266 را به طور کامل بررسی کردیم. در قسمتهای بعدی، به طور عملی با نحوه راه اندازی اولین پروژه و کار با سخت افزار آشنا خواهیم شد.
قسمت بعدی
در قسمت دوم، به نصب و راهاندازی میکروپایتون روی میکروکنترلرهای مختلف میپردازیم و اولین برنامه خود را اجرا خواهیم کرد. آماده باشید تا دنیای هیجانانگیز میکروپایتون را کشف کنید!
اگر سوالی دارید یا نیاز به توضیحات بیشتری دارید، در بخش نظرات مطرح کنید. 😊
