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讓你一次學會：物聯網通訊、濾波器設計、影像追蹤與馬達控制四大技術
本書帶你使用 Node-RED 與 Python 在樹莓派上實現大部分物聯網所需的觀念與技術，並搭配 Arduino 與 ESP32 實現數位濾波器設計與 MQTT 雙向控制系統等進階主題，因此讀完本書，各位不僅能學到物聯網系統的重要觀念與技術之外，還可以學會：物聯網通訊、濾波器設計、影像追蹤與馬達控制等四大關鍵技術。
本書特色
→ Node-RED 與 Python 編程技術
→ 雙向 MQTT 物聯網控制技術
→ 步進馬達控制技術
→ 數位濾波器設計技術
→ OpenCV 影像模板比對技術
→ 串列通訊與訊號頻譜的底層邏輯與驗證
本書帶你使用 Node-RED 與 Python 在樹莓派上實現大部分物聯網所需的觀念與技術，並搭配 Arduino 與 ESP32 實現數位濾波器設計與 MQTT 雙向控制系統等進階主題，因此讀完本書，各位不僅能學到物聯網系統的重要觀念與技術之外，還可以學會：物聯網通訊、濾波器設計、影像追蹤與馬達控制等四大關鍵技術。
本書特色
→ Node-RED 與 Python 編程技術
→ 雙向 MQTT 物聯網控制技術
→ 步進馬達控制技術
→ 數位濾波器設計技術
→ OpenCV 影像模板比對技術
→ 串列通訊與訊號頻譜的底層邏輯與驗證
作者簡介
葉志鈞
學歷：國立台北科技大學電機博士
專長：馬達控制演算法、物聯網系統設計、計算機韌體技術。
本書的相關視頻都可在作者的 YouTube 頻道（老葉說事，youtube.com/@yehstalk）上找到，若是大陸的朋友，可以在作者的 BiliBili 頻道（老?说事）觀看相關視頻。各位可以透過作者的個人信箱（realjackyeh@gmail.com）與作者連繫。
學歷：國立台北科技大學電機博士
專長：馬達控制演算法、物聯網系統設計、計算機韌體技術。
本書的相關視頻都可在作者的 YouTube 頻道（老葉說事，youtube.com/@yehstalk）上找到，若是大陸的朋友，可以在作者的 BiliBili 頻道（老?说事）觀看相關視頻。各位可以透過作者的個人信箱（realjackyeh@gmail.com）與作者連繫。
目次
Chapter 01 開發平台介紹與軟體工具安裝
1.1 本書使用的開發平台介紹：樹莓派4B、Arduino Uno R3 與ESP32
1.1.1 樹莓派4B 的硬體規格、功能與腳位定義
1.1.2 Arduino Uno R3 的硬體規格、功能與腳位定義
1.1.3 ESP32 的硬體規格、功能與腳位定義
1.1.4 綜合比較
1.2 安裝樹莓派 OS 與 Node-RED 開發工具
1.2.1 安裝樹莓派作業系統（Raspbian OS）
1.2.2 在樹莓派上安裝Node-RED
1.2.3 本章相關影片連結
1.3 在樹莓派安裝 OpenCV 與 Visual Studio Code
1.3.1 安裝 OpenCV
1.3.2 安裝Visual Studio Code
Chapter 02 樹莓派編程技術
2.1 使用 Node-RED 與 Python 編程樹莓派 GPIO
2.1.1 介紹
2.1.2 使用 Node-RED 來存取樹莓派4B 的 GPIO
2.1.3 使用 Python3 來存取樹莓派4B 的 GPIO
2.1.4 本章相關影片連結
2.2 使用 Node-RED 建立網頁伺服器即時回傳 DHT22 溫濕度感測值
2.2.1 DHT22 感測器介紹
2.2.2 將 DHT22 感測器連接到樹莓派
2.2.3 使用 Node-RED 連接 DHT22
2.2.4 使用 Node-RED 建立動態網頁即時顯示溫濕度資訊
2.2.5 使用 Node-RED 建立數位儀表板即時顯示溫濕度資訊
2.2.6 本章相關影片連結
2.3 使用樹莓派 I2C 匯流排讀取溫濕度感測器 AHT20
2.3.1 AHT20 感測器介紹
2.3.2 將 AHT220 感測器連接到樹莓派
2.3.3 使用 Node-RED 連接AHT20
2.3.4 本章相關影片連結
2.4 使用 Node-RED 操控 ADS1115 類比轉數位模組
2.4.1 ADS1115 模組介紹
2.4.2 將 ADS1115 模組連接到樹莓派
2.4.3 使用 Node-RED 連接 ADS1115
2.4.4 使用 Node-RED 建立數位儀表板即時顯示採樣電壓值
2.4.5 本章相關影片連結
2.5 使用樹莓派 PWM 功能實現數位轉類比轉換器
2.5.1 使用 Node-RED 輸出 PWM 訊號
2.5.2 設計一階低通濾波器將 PWM 的高頻成分濾除
2.5.3 使用 Python 製作 PWM 調光器
2.5.4 本章相關影片連結
2.6 使用樹莓派 UART，即時繪製串列資料波形圖
2.6.1 如何配置樹莓派4B 串列埠
2.6.2 使用 Node-RED 控制串列埠
2.6.3 使用樹莓派4B 與 Arduino 進行串列通訊
2.6.4 本章相關影片連結
2.7 使用 Node-Red 呼叫 Python 來讀取 MPU-9250 九軸感測器
2.7.1 MPU-9250 九軸感測器規格與功能
2.7.2 連接樹莓派與 MPU-9250 九軸感測器
2.7.3 使用 Python 讀取 MPU-9250 感測資料
2.7.4 在 Node-RED 環境下呼叫 Python 程式來讀取 MPU-9250感測器
2.7.5 本章相關影片連結
2.7.6 讀取 MPU-9250 的 Python 完整程式碼
2.8 使用 Node-Red 呼叫 Python 來控制步進馬達
2.8.1 步進馬達的功能、結構與控制原理
2.8.2 連接樹莓派、ULN2003 與步進馬達
2.8.3 使用 Node-RED 呼叫 Python 程式
2.8.4 本章相關影片連結
2.9 使用 Node-RED 操作 Mongo 資料庫，即時儲存串列資料
2.9.1 NoSQL 資料庫的幾種主流類型
2.9.2 在樹莓派4B 上安裝 MongoDB
2.9.3 使用終端機來操作 MongoDB
2.9.4 使用 Node-RED 操作 MongoDB
2.9.5 使用 Node-RED 即時儲存串列資料到 MongoDB
2.9.6 本章相關影片連結
2.10 使用 Node-RED 存取 MongoDB ATLAS 雲端服務
2.10.1 註冊並使用終端機連線 MongoDB 雲端服務 ATLAS
2.10.2 使用 Node-RED 操作 MongoDB 雲端資料庫
2.10.3 使用 MongoDB 雲端工具繪製折線圖
2.10.4 本章相關影片連結
2.11 使用 Python 讀取 AMG8833 紅外線溫度感測器
2.11.1 AMG8833 規格與功能
2.11.2 如何連接樹莓派與 AMG8833
2.11.3 如何使用 Python 讀取 AMG8833
2.12 使用 OpenCV 開啟網路攝影機與使用基本影像處理演算法
2.12.1 在樹莓派使用網路攝影機
2.12.2 使用 Python 擷取網路攝影機影像
2.12.3 如何根據影像直方圖二值化影像
2.12.4 本章相關影片連結
2.13 使用 OpenCV 進行影像模板比對與物體輪廓檢測
2.13.1 使用 OpenCV 實現影像模板比對
2.13.2 使用 OpenCV 實現物體輪廓檢測
2.13.3 本章相關影片連結
Chapter 03 Arduino 編程技術與數位濾波器實作
3.1 如何編程 Arduino
3.1.1 Arduino 的編程工具 Arduino IDE
3.1.2 Arduino 硬體週邊函式語法
3.2 使用 Arduino 實現一階低通濾波器
3.2.1 使用 Arduino 實現一階數位低通濾波器
3.2.2 本章相關影片連結
3.3 使用 Arduino 實現高階 Butterworth 低通濾波器
3.3.1 使用 Arduino 實現高階 Butterworth 低通濾波器
3.3.2 本章相關影片連結
3.4 使用 LabVIEW 模擬並驗證 Butterworth 數位濾波器演算法
3.4.1 使用 LabVIEW 驗證濾波器演算法
3.4.2 結論
3.4.3 本章相關影片連結
Chapter 04 使用 MQTT 實現物聯網雙向監控功能
4.1 MQTT 通訊協定介紹
4.1.1 MQTT 通訊協定介紹
4.1.2 使用樹莓派與 ESP32 實現 MQTT 物聯網控制系統
4.2 使用 ESP32 實現 MQTT 雙向傳輸控制
4.2.1 設定 ThingSpeak MQTT Broker
4.2.2 設置 Arduino IDE 編程 ESP32
4.2.3 使用 ESP32 實現 MQTT 雙向傳輸控制
4.2.4 本章相關影片連結
4.3 樹莓派整合 ESP32 建構 MQTT 伺服端監控程式
4.3.1 如何使用 Node-RED 實現 MQTT 物聯網控制系統
4.3.2 本章相關影片連結
4.4 使用樹莓派建立你專屬的 MQTT 伺服器
4.4.1 使用 Node-RED 建立 MQTT 伺服器
4.4.2 本章相關影片連結
4.5 使用 ESP32 連接 Node-RED 建立的 MQTT 伺服器
4.5.1 使用 Node-RED 建立 MQTT Broker
4.5.2 使用 ESP32 連接 MQTT Broker
4.5.3 本章相關影片連結
4.6 發佈你的網站，使用 Ngrok 建立可訪問的 https 網址與 ssh 連線
4.6.1 使用 Ngrok 發佈本機端網站
4.6.2 使用 Ngrok 遠端 SSH 連線你的樹莓派
4.6.3 本章相關影片連結
Chapter 05 邁向高手之路
5.1 用示波器觀測串列通訊波形，讓你完全理解串列通訊
5.1.1 串列通訊原理
5.1.2 結論
5.1.3 本章相關影片連結
5.2 教你精算鮑率，像個專業人士一樣使用串列埠
5.2.1 精算串列通訊所需 Baud rate
5.2.2 使用示波器驗證 Baud rate 合理性
5.2.3 結論
5.2.4 本章相關影片連結
5.3 使用 LabVIEW 徹底將頻譜的理論與實務一網打盡
5.3.1 如何計算數位訊號的頻譜
5.3.2 使用 LabVIEW 計算訊號頻譜
5.3.3 結論
5.3.4 本章相關影片連結
Chapter 06 使用 git
6.1 使用 git 進行文件的儲存、復原與合併
6.1.1 使用 git 進行文件的儲存、復原與合併
6.2 使用 ssh 與 GitHub 連線並上傳檔案
6.2.1 使用 ssh 與 GitHub 連線
6.2.2 本章相關影片連結
6.3 使用樹莓派作為你專屬的私有 GitHub 伺服器
6.3.1 設置樹莓派成為 GitHub 伺服器
6.3.2 本章相關影片連結
Appendix A 樹莓派 4B 腳位速查表（GPIO ｜ I2C ｜ UART ｜ PWM）
A.1 樹莓派 4B 腳位速查表
Appendix B 帶你瞭解示波器的規格知識：頻寬、取樣率與記憶深度
B.1 示波器的規格參數
B.2 本節相關影片連結
Appendix C ASCII 表
1.1 本書使用的開發平台介紹：樹莓派4B、Arduino Uno R3 與ESP32
1.1.1 樹莓派4B 的硬體規格、功能與腳位定義
1.1.2 Arduino Uno R3 的硬體規格、功能與腳位定義
1.1.3 ESP32 的硬體規格、功能與腳位定義
1.1.4 綜合比較
1.2 安裝樹莓派 OS 與 Node-RED 開發工具
1.2.1 安裝樹莓派作業系統（Raspbian OS）
1.2.2 在樹莓派上安裝Node-RED
1.2.3 本章相關影片連結
1.3 在樹莓派安裝 OpenCV 與 Visual Studio Code
1.3.1 安裝 OpenCV
1.3.2 安裝Visual Studio Code
Chapter 02 樹莓派編程技術
2.1 使用 Node-RED 與 Python 編程樹莓派 GPIO
2.1.1 介紹
2.1.2 使用 Node-RED 來存取樹莓派4B 的 GPIO
2.1.3 使用 Python3 來存取樹莓派4B 的 GPIO
2.1.4 本章相關影片連結
2.2 使用 Node-RED 建立網頁伺服器即時回傳 DHT22 溫濕度感測值
2.2.1 DHT22 感測器介紹
2.2.2 將 DHT22 感測器連接到樹莓派
2.2.3 使用 Node-RED 連接 DHT22
2.2.4 使用 Node-RED 建立動態網頁即時顯示溫濕度資訊
2.2.5 使用 Node-RED 建立數位儀表板即時顯示溫濕度資訊
2.2.6 本章相關影片連結
2.3 使用樹莓派 I2C 匯流排讀取溫濕度感測器 AHT20
2.3.1 AHT20 感測器介紹
2.3.2 將 AHT220 感測器連接到樹莓派
2.3.3 使用 Node-RED 連接AHT20
2.3.4 本章相關影片連結
2.4 使用 Node-RED 操控 ADS1115 類比轉數位模組
2.4.1 ADS1115 模組介紹
2.4.2 將 ADS1115 模組連接到樹莓派
2.4.3 使用 Node-RED 連接 ADS1115
2.4.4 使用 Node-RED 建立數位儀表板即時顯示採樣電壓值
2.4.5 本章相關影片連結
2.5 使用樹莓派 PWM 功能實現數位轉類比轉換器
2.5.1 使用 Node-RED 輸出 PWM 訊號
2.5.2 設計一階低通濾波器將 PWM 的高頻成分濾除
2.5.3 使用 Python 製作 PWM 調光器
2.5.4 本章相關影片連結
2.6 使用樹莓派 UART，即時繪製串列資料波形圖
2.6.1 如何配置樹莓派4B 串列埠
2.6.2 使用 Node-RED 控制串列埠
2.6.3 使用樹莓派4B 與 Arduino 進行串列通訊
2.6.4 本章相關影片連結
2.7 使用 Node-Red 呼叫 Python 來讀取 MPU-9250 九軸感測器
2.7.1 MPU-9250 九軸感測器規格與功能
2.7.2 連接樹莓派與 MPU-9250 九軸感測器
2.7.3 使用 Python 讀取 MPU-9250 感測資料
2.7.4 在 Node-RED 環境下呼叫 Python 程式來讀取 MPU-9250感測器
2.7.5 本章相關影片連結
2.7.6 讀取 MPU-9250 的 Python 完整程式碼
2.8 使用 Node-Red 呼叫 Python 來控制步進馬達
2.8.1 步進馬達的功能、結構與控制原理
2.8.2 連接樹莓派、ULN2003 與步進馬達
2.8.3 使用 Node-RED 呼叫 Python 程式
2.8.4 本章相關影片連結
2.9 使用 Node-RED 操作 Mongo 資料庫，即時儲存串列資料
2.9.1 NoSQL 資料庫的幾種主流類型
2.9.2 在樹莓派4B 上安裝 MongoDB
2.9.3 使用終端機來操作 MongoDB
2.9.4 使用 Node-RED 操作 MongoDB
2.9.5 使用 Node-RED 即時儲存串列資料到 MongoDB
2.9.6 本章相關影片連結
2.10 使用 Node-RED 存取 MongoDB ATLAS 雲端服務
2.10.1 註冊並使用終端機連線 MongoDB 雲端服務 ATLAS
2.10.2 使用 Node-RED 操作 MongoDB 雲端資料庫
2.10.3 使用 MongoDB 雲端工具繪製折線圖
2.10.4 本章相關影片連結
2.11 使用 Python 讀取 AMG8833 紅外線溫度感測器
2.11.1 AMG8833 規格與功能
2.11.2 如何連接樹莓派與 AMG8833
2.11.3 如何使用 Python 讀取 AMG8833
2.12 使用 OpenCV 開啟網路攝影機與使用基本影像處理演算法
2.12.1 在樹莓派使用網路攝影機
2.12.2 使用 Python 擷取網路攝影機影像
2.12.3 如何根據影像直方圖二值化影像
2.12.4 本章相關影片連結
2.13 使用 OpenCV 進行影像模板比對與物體輪廓檢測
2.13.1 使用 OpenCV 實現影像模板比對
2.13.2 使用 OpenCV 實現物體輪廓檢測
2.13.3 本章相關影片連結
Chapter 03 Arduino 編程技術與數位濾波器實作
3.1 如何編程 Arduino
3.1.1 Arduino 的編程工具 Arduino IDE
3.1.2 Arduino 硬體週邊函式語法
3.2 使用 Arduino 實現一階低通濾波器
3.2.1 使用 Arduino 實現一階數位低通濾波器
3.2.2 本章相關影片連結
3.3 使用 Arduino 實現高階 Butterworth 低通濾波器
3.3.1 使用 Arduino 實現高階 Butterworth 低通濾波器
3.3.2 本章相關影片連結
3.4 使用 LabVIEW 模擬並驗證 Butterworth 數位濾波器演算法
3.4.1 使用 LabVIEW 驗證濾波器演算法
3.4.2 結論
3.4.3 本章相關影片連結
Chapter 04 使用 MQTT 實現物聯網雙向監控功能
4.1 MQTT 通訊協定介紹
4.1.1 MQTT 通訊協定介紹
4.1.2 使用樹莓派與 ESP32 實現 MQTT 物聯網控制系統
4.2 使用 ESP32 實現 MQTT 雙向傳輸控制
4.2.1 設定 ThingSpeak MQTT Broker
4.2.2 設置 Arduino IDE 編程 ESP32
4.2.3 使用 ESP32 實現 MQTT 雙向傳輸控制
4.2.4 本章相關影片連結
4.3 樹莓派整合 ESP32 建構 MQTT 伺服端監控程式
4.3.1 如何使用 Node-RED 實現 MQTT 物聯網控制系統
4.3.2 本章相關影片連結
4.4 使用樹莓派建立你專屬的 MQTT 伺服器
4.4.1 使用 Node-RED 建立 MQTT 伺服器
4.4.2 本章相關影片連結
4.5 使用 ESP32 連接 Node-RED 建立的 MQTT 伺服器
4.5.1 使用 Node-RED 建立 MQTT Broker
4.5.2 使用 ESP32 連接 MQTT Broker
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4.6 發佈你的網站，使用 Ngrok 建立可訪問的 https 網址與 ssh 連線
4.6.1 使用 Ngrok 發佈本機端網站
4.6.2 使用 Ngrok 遠端 SSH 連線你的樹莓派
4.6.3 本章相關影片連結
Chapter 05 邁向高手之路
5.1 用示波器觀測串列通訊波形，讓你完全理解串列通訊
5.1.1 串列通訊原理
5.1.2 結論
5.1.3 本章相關影片連結
5.2 教你精算鮑率，像個專業人士一樣使用串列埠
5.2.1 精算串列通訊所需 Baud rate
5.2.2 使用示波器驗證 Baud rate 合理性
5.2.3 結論
5.2.4 本章相關影片連結
5.3 使用 LabVIEW 徹底將頻譜的理論與實務一網打盡
5.3.1 如何計算數位訊號的頻譜
5.3.2 使用 LabVIEW 計算訊號頻譜
5.3.3 結論
5.3.4 本章相關影片連結
Chapter 06 使用 git
6.1 使用 git 進行文件的儲存、復原與合併
6.1.1 使用 git 進行文件的儲存、復原與合併
6.2 使用 ssh 與 GitHub 連線並上傳檔案
6.2.1 使用 ssh 與 GitHub 連線
6.2.2 本章相關影片連結
6.3 使用樹莓派作為你專屬的私有 GitHub 伺服器
6.3.1 設置樹莓派成為 GitHub 伺服器
6.3.2 本章相關影片連結
Appendix A 樹莓派 4B 腳位速查表（GPIO ｜ I2C ｜ UART ｜ PWM）
A.1 樹莓派 4B 腳位速查表
Appendix B 帶你瞭解示波器的規格知識：頻寬、取樣率與記憶深度
B.1 示波器的規格參數
B.2 本節相關影片連結
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