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ESP32工業物聯網6門課
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商品簡介
作者簡介
序
目次
商品簡介
本書是『工業4.0系列』介紹常用的工業感測裝置與物聯網整合應用的書籍，書名為『ESP32工業物聯網6門課』，主要是運用Modbus工業通訊與網路通訊，轉接到RS485與Modbus RTU的通訊協定，與工業上的感測裝置通訊與控制，進而透過整合的專書，是筆者針對工業上的應用為主軸，本書進階的特點是MQTT Broker伺服器的應用，透過分散式的技術，透過訂閱與發佈的機制，就可以透過本書開發的控制板，輕鬆透過通訊方式控制遠端的工業通訊裝置，基於這樣的機制，更可以簡單用常用的語言：如python進行開發產業上控制這些工業感測裝置，並可以透大電力控制能力的繼電器模組控制電力設備的應用，主要是給讀者在物聯網的基礎技術下，更可以簡單控制工業上的控制裝置，透過本書的範例與程式攥寫技巧，以漸進式的方法介紹使用方式、分散式的控制等等。
Arduino/ESP32開發板最強大的不只是它的簡單易學的開發工具，最強大的是它網路功能與簡單易學的模組函式庫，幾乎Maker想到應用於物聯網開發的東西，可以透過眾多的周邊模組，都可以輕易的將想要完成的東西用堆積木的方式快速建立，而且價格比原廠Arduino Yun或Arduino + Wifi Shield更具優勢，最強大的是這些周邊模組對應的函式庫，瑞昱科技有專職的研發人員不斷的支持，讓Maker不需要具有深厚的電子、電機與電路能力，就可以輕易駕御這些模組。
所以本書要介紹台灣、中國、歐美等市面上最常見的智慧家庭產品，使用逆向工程的技巧，推敲出這些產品開發的可行性技巧，並以實作方式重作這些產品，讓讀者可以輕鬆學會這些產品開發的可行性技巧，進而提升各位Maker的實力，希望筆者可以推出更多的入門書籍給更多想要進入『Arduino 』、『ESP32』、『物聯網』、『工業4.0』這個未來大趨勢，所有才有這個物聯網系列的產生。
Arduino/ESP32開發板最強大的不只是它的簡單易學的開發工具，最強大的是它網路功能與簡單易學的模組函式庫，幾乎Maker想到應用於物聯網開發的東西，可以透過眾多的周邊模組，都可以輕易的將想要完成的東西用堆積木的方式快速建立，而且價格比原廠Arduino Yun或Arduino + Wifi Shield更具優勢，最強大的是這些周邊模組對應的函式庫，瑞昱科技有專職的研發人員不斷的支持，讓Maker不需要具有深厚的電子、電機與電路能力，就可以輕易駕御這些模組。
所以本書要介紹台灣、中國、歐美等市面上最常見的智慧家庭產品，使用逆向工程的技巧，推敲出這些產品開發的可行性技巧，並以實作方式重作這些產品，讓讀者可以輕鬆學會這些產品開發的可行性技巧，進而提升各位Maker的實力，希望筆者可以推出更多的入門書籍給更多想要進入『Arduino 』、『ESP32』、『物聯網』、『工業4.0』這個未來大趨勢，所有才有這個物聯網系列的產生。
作者簡介
曹永忠 (Yung-Chung Tsao) ，國立中央大學資訊管理學系博士，目前在國立暨南國際大學電機工程學系兼任助理教授、國立高雄大學電機工程學系兼任助理教授與靜宜大學資訊工程學系兼任助理教授，專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計、物聯網系統開發、Arduino開發、嵌入式系統開發。長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、物聯網系統開發、軟硬體技術整合等領域，並持續發表作品及相關專業著作。並通過台灣圖霸的專家認證
蔡英德 (Yin-Te Tsai)，國立清華大學資訊科學系博士，目前是靜宜大學資訊傳播工程學系教授、靜宜大學資訊學院院長，主要研究為演算法設計與分析、生物資訊、軟體開發、視障輔具設計與開發。
許智誠 (Chih-Cheng Hsu)，美國加州大學洛杉磯分校(UCLA) 資訊工程系博士，曾任職於美國IBM等軟體公司多年，現任教於中央大學資訊管理學系專任副教授，主要研究為軟體工程、設計流程與自動化、數位教學、雲端裝置、多層式網頁系統、系統整合、金融資料探勘、Python建置(金融)資料探勘系統。
蔡英德 (Yin-Te Tsai)，國立清華大學資訊科學系博士，目前是靜宜大學資訊傳播工程學系教授、靜宜大學資訊學院院長，主要研究為演算法設計與分析、生物資訊、軟體開發、視障輔具設計與開發。
許智誠 (Chih-Cheng Hsu)，美國加州大學洛杉磯分校(UCLA) 資訊工程系博士，曾任職於美國IBM等軟體公司多年，現任教於中央大學資訊管理學系專任副教授，主要研究為軟體工程、設計流程與自動化、數位教學、雲端裝置、多層式網頁系統、系統整合、金融資料探勘、Python建置(金融)資料探勘系統。
序
工業4.0 系列的書是我出版至今十年多，出書量也破一百六十本大關，當初出
版電子書是希望能夠在教育界開一門Maker 自造者相關的課程，沒想到一寫就已過
4 年，繁簡體加起來的出版數也已也破百本的量，這些書都是我學習當一個Maker
累積下來的成果。
這本書可以說是我的書另一個里程碑，很久以前，這個系列開始以駭客的觀點
為主，希望Maker 可以擁有駭客的觀點、技術、能力，駭入每一個產品設計思維，
並且成功的重製、開發、超越原有的產品設計，這才是一位對社會有貢獻的『駭客』。
如許多學習程式設計的學子，為了最新的科技潮流，使用著最新的科技工具與
軟體元件，當他們面對許多原有的軟體元件沒有支持的需求或軟體架構下沒有直接
直持的開發工具，此時就產生了莫大的開發瓶頸，這些都是為了追求最新的科技技
術而忘卻了學習原有基礎科技訓練所致。
筆著鑒於這樣的困境，思考著『如何駭入眾人現有知識寶庫轉換為我的知識』
的思維，如果我們可以駭入產品結構與設計思維，那麼了解產品的機構運作原理與
方法就不是一件難事了。更進一步我們可以將原有產品改造、升級、創新，並可以
將學習到的技術運用其他技術或新技術領域，透過這樣學習思維與方法，可以更快
速的掌握研發與製造的核心技術，相信這樣的學習方式，會比起在已建構好的開發
模組或學習套件中學習某個新技術或原理，來的更踏實的多。
目前許多學子在學習程式設計之時，恐怕最不能了解的問題是，我為何要寫九
九乘法表、為何要寫遞迴程式，為何要寫成函式型式…等等疑問，只因為在學校的
學子，學習程式是為了可以了解『撰寫程式』的邏輯，並訓練且建立如何運用程式
邏輯的能力，解譯現實中面對的問題。然而現實中的問題往往太過於複雜，授課的
老師無法有多餘的時間與資源去解釋現實中複雜問題，期望能將現實中複雜問題淬
鍊成邏輯上的思路，加以訓練學生其解題思路，但是眾多學子宥於現實問題的困
惑，無法單純用純粹的解題思路來進行學習與訓練，反而以現實中的複雜來反駁老
師教學太過學理，沒有實務上的應用為由，拒絕深入學習，這樣的情形，反而自己
造成了學習上的障礙。
本系列的書籍，針對目前學習上的盲點，希望讀者當一位產品駭客，將現有產
品的產品透過逆向工程的手法，進而了解核心控制系統之軟硬體，再透過簡單易學
的Arduino 單晶片與C 語言，重新開發出原有產品，進而改進、加強、創新其原有
產品固有思維與架構。如此一來，因為學子們進行『重新開發產品』過程之中，可
以很有把握的了解自己正在進行什麼，對於學習過程之中，透過實務需求導引著開
發過程，可以讓學子們讓實務產出與邏輯化思考產生關連，如此可以一掃過去陰
霾，更踏實的進行學習。
這十年多以來的經驗分享，逐漸在這群學子身上看到發芽，開始成長，覺得
Maker 的教育方式，極有可能在未來成為教育的主流，相信我每日、每月、每年不
斷的努力之下，未來Maker 的教育、推廣、普及、成熟將指日可待。
最後，請大家可以加入Maker 的Open Knowledge 的行列。
曹永忠 於貓咪樂園
版電子書是希望能夠在教育界開一門Maker 自造者相關的課程，沒想到一寫就已過
4 年，繁簡體加起來的出版數也已也破百本的量，這些書都是我學習當一個Maker
累積下來的成果。
這本書可以說是我的書另一個里程碑，很久以前，這個系列開始以駭客的觀點
為主，希望Maker 可以擁有駭客的觀點、技術、能力，駭入每一個產品設計思維，
並且成功的重製、開發、超越原有的產品設計，這才是一位對社會有貢獻的『駭客』。
如許多學習程式設計的學子，為了最新的科技潮流，使用著最新的科技工具與
軟體元件，當他們面對許多原有的軟體元件沒有支持的需求或軟體架構下沒有直接
直持的開發工具，此時就產生了莫大的開發瓶頸，這些都是為了追求最新的科技技
術而忘卻了學習原有基礎科技訓練所致。
筆著鑒於這樣的困境，思考著『如何駭入眾人現有知識寶庫轉換為我的知識』
的思維，如果我們可以駭入產品結構與設計思維，那麼了解產品的機構運作原理與
方法就不是一件難事了。更進一步我們可以將原有產品改造、升級、創新，並可以
將學習到的技術運用其他技術或新技術領域，透過這樣學習思維與方法，可以更快
速的掌握研發與製造的核心技術，相信這樣的學習方式，會比起在已建構好的開發
模組或學習套件中學習某個新技術或原理，來的更踏實的多。
目前許多學子在學習程式設計之時，恐怕最不能了解的問題是，我為何要寫九
九乘法表、為何要寫遞迴程式，為何要寫成函式型式…等等疑問，只因為在學校的
學子，學習程式是為了可以了解『撰寫程式』的邏輯，並訓練且建立如何運用程式
邏輯的能力，解譯現實中面對的問題。然而現實中的問題往往太過於複雜，授課的
老師無法有多餘的時間與資源去解釋現實中複雜問題，期望能將現實中複雜問題淬
鍊成邏輯上的思路，加以訓練學生其解題思路，但是眾多學子宥於現實問題的困
惑，無法單純用純粹的解題思路來進行學習與訓練，反而以現實中的複雜來反駁老
師教學太過學理，沒有實務上的應用為由，拒絕深入學習，這樣的情形，反而自己
造成了學習上的障礙。
本系列的書籍，針對目前學習上的盲點，希望讀者當一位產品駭客，將現有產
品的產品透過逆向工程的手法，進而了解核心控制系統之軟硬體，再透過簡單易學
的Arduino 單晶片與C 語言，重新開發出原有產品，進而改進、加強、創新其原有
產品固有思維與架構。如此一來，因為學子們進行『重新開發產品』過程之中，可
以很有把握的了解自己正在進行什麼，對於學習過程之中，透過實務需求導引著開
發過程，可以讓學子們讓實務產出與邏輯化思考產生關連，如此可以一掃過去陰
霾，更踏實的進行學習。
這十年多以來的經驗分享，逐漸在這群學子身上看到發芽，開始成長，覺得
Maker 的教育方式，極有可能在未來成為教育的主流，相信我每日、每月、每年不
斷的努力之下，未來Maker 的教育、推廣、普及、成熟將指日可待。
最後，請大家可以加入Maker 的Open Knowledge 的行列。
曹永忠 於貓咪樂園
目次
目錄
自序
自序
自序
目錄
工業40 系列
開發板介紹
ESP32 WROOM
NodeMCU-32S Lua WiFi 物聯網開發板
安裝ESP 開發板的CPX 晶片USB 驅動程式
章節小結
第一門課 溫溼度感測器模組
XY-MD02 溫溼度感測模組
開啟軟體
XY-MD02 溫溼度感測器通訊命令解析
讀寫請求資料發送資料方法
感測模組回應請求後回饋資料發送資料方法
請求發送溫度資料
請求發送濕度資料
請求發送溫溼度資料
讀寫單一暫存器資料發送資料方法
感測模組回應請求暫存器後回饋資料發送資料方法
請求發送裝置位址資料
請求修改裝置位址資料
請求發送傳輸速率資料
請求修改傳輸速率資料
章節小結
第二門課 溫溼度感測器傳送雲端
XY-MD02 溫溼度感測模組
顯示XY-MD02 溫溼度感測器顯示介面
將溫XY-MD02 溫溼度感測器透過資料代理人傳送到雲端平台
章節小結
第三門課 Modbus RTU 繼電器模組
八組繼電器模組
Modbus RTU 繼電器模組電路控制端
電磁繼電器的工作原理和特性
繼電器運作線路
完成Modbus RTU 繼電器模組電力供應
完成Modbus RTU 繼電器模組之對外通訊端
開啟軟體
開始測試繼電器開啟與關閉
通訊命令解析
控制繼電器之Modbus 控制碼
測試軟體進行連線與控制測試
完成Modbus RTU 繼電器模組之對外通訊端
實際進行連線與控制測試
章節小結
第四門課工業通訊四繼電器模組
四組繼電器模組
開啟軟體
Modbus RTU 四路繼電器模組命令解析
單獨打開單一繼電器
開啟/關閉所有繼電器
讀取/設定控制器
讀取繼電器器
讀取IO 光耦合
電磁繼電器的工作原理和特性
繼電器運作線路
完成Modbus RTU 繼電器模組電力供應
完成Modbus RTU 繼電器模組之控制家電
章節小結
第五門課 整合MQTT 控制裝置
MQTT Broker 訂閱功能開發
MQTT Broker 訂閱接收後回饋功能開發
透過串列埠控制裝置並回傳裝置狀態
透過MQTT Broker 傳送控制裝置並回傳裝置狀態
回饋控制器狀態之功能開發
章節小結
第六門課 使用Python 控制工業裝置
透過MQTT Broker 控制開發裝置
安裝與設定Python 開發視覺化界面
開發控制Modbus 控制器之功能問題
解決重複產生視窗程式碼的問題
產生視窗操作之程式碼
完成傳送json 文件到MQTT Broker 伺服器程式碼
小結
本書總結
作者介紹
附錄
NodeMCU 32S 腳位圖
ESP32-DOIT-DEVKIT 腳位圖
ESP32 物聯網基礎10 門課:The Ten Basic Courses to IoT Programming
Based on ESP32
ZQWL-IO-1CNRR8-I 使用手册V14
XY-MD02 溫溼度感測模組
顯示XY-MD02 溫溼度感測器實驗實體圖
Modbus RTU 四路继电器模块
Modbus RTU 四路繼電器模組命令一覽表
參考文獻
自序
自序
自序
目錄
工業40 系列
開發板介紹
ESP32 WROOM
NodeMCU-32S Lua WiFi 物聯網開發板
安裝ESP 開發板的CPX 晶片USB 驅動程式
章節小結
第一門課 溫溼度感測器模組
XY-MD02 溫溼度感測模組
開啟軟體
XY-MD02 溫溼度感測器通訊命令解析
讀寫請求資料發送資料方法
感測模組回應請求後回饋資料發送資料方法
請求發送溫度資料
請求發送濕度資料
請求發送溫溼度資料
讀寫單一暫存器資料發送資料方法
感測模組回應請求暫存器後回饋資料發送資料方法
請求發送裝置位址資料
請求修改裝置位址資料
請求發送傳輸速率資料
請求修改傳輸速率資料
章節小結
第二門課 溫溼度感測器傳送雲端
XY-MD02 溫溼度感測模組
顯示XY-MD02 溫溼度感測器顯示介面
將溫XY-MD02 溫溼度感測器透過資料代理人傳送到雲端平台
章節小結
第三門課 Modbus RTU 繼電器模組
八組繼電器模組
Modbus RTU 繼電器模組電路控制端
電磁繼電器的工作原理和特性
繼電器運作線路
完成Modbus RTU 繼電器模組電力供應
完成Modbus RTU 繼電器模組之對外通訊端
開啟軟體
開始測試繼電器開啟與關閉
通訊命令解析
控制繼電器之Modbus 控制碼
測試軟體進行連線與控制測試
完成Modbus RTU 繼電器模組之對外通訊端
實際進行連線與控制測試
章節小結
第四門課工業通訊四繼電器模組
四組繼電器模組
開啟軟體
Modbus RTU 四路繼電器模組命令解析
單獨打開單一繼電器
開啟/關閉所有繼電器
讀取/設定控制器
讀取繼電器器
讀取IO 光耦合
電磁繼電器的工作原理和特性
繼電器運作線路
完成Modbus RTU 繼電器模組電力供應
完成Modbus RTU 繼電器模組之控制家電
章節小結
第五門課 整合MQTT 控制裝置
MQTT Broker 訂閱功能開發
MQTT Broker 訂閱接收後回饋功能開發
透過串列埠控制裝置並回傳裝置狀態
透過MQTT Broker 傳送控制裝置並回傳裝置狀態
回饋控制器狀態之功能開發
章節小結
第六門課 使用Python 控制工業裝置
透過MQTT Broker 控制開發裝置
安裝與設定Python 開發視覺化界面
開發控制Modbus 控制器之功能問題
解決重複產生視窗程式碼的問題
產生視窗操作之程式碼
完成傳送json 文件到MQTT Broker 伺服器程式碼
小結
本書總結
作者介紹
附錄
NodeMCU 32S 腳位圖
ESP32-DOIT-DEVKIT 腳位圖
ESP32 物聯網基礎10 門課:The Ten Basic Courses to IoT Programming
Based on ESP32
ZQWL-IO-1CNRR8-I 使用手册V14
XY-MD02 溫溼度感測模組
顯示XY-MD02 溫溼度感測器實驗實體圖
Modbus RTU 四路继电器模块
Modbus RTU 四路繼電器模組命令一覽表
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