机器人Python极客编程入门与实战.pdf

青少年学编程系列丛书CMYCMMYCYCMYK扉.pdf 1 2017/7/18 14:59:57 内 容 简 介 Python 是一种面向对象、解释型的计算机程序设计语言，其简洁实用、高效，拥有众多模块库，可移植，跨平台，简单易学，易于上手。随着计算机深入发展，Python 逐渐成为最适合青少年做创意设计的语言，也同样适合 Geek（极客）、创客等针对智能硬件的设计与编程。极客中有一句名言：需要的就是创新和新奇，盲目地跟从和愚昧是不可原谅的。同样，青少年做创意设计需要灵感与创新，从简单的方案入手，更能发挥青少年的创新意识。本书首先通过介绍 Python 的简单入门案例，让读者了解和熟悉 Python 的基础语法结构，以及 Pandas 等绘图风格。通过对 MicroPython 和 PyBox、PyMini 等软件、硬件平台的介绍，以及大量精心挑选的简单有趣、实用性强的实际案例，如 GPIO 控制、LED 灯管、机器人舵机、智能小车等，增加青少年的动手能力，让广大青少年、初学者，通过简单学习快速掌握 Python基础编程，为进一步学习机器人编程奠定扎实的基础。相信读者在本书中能体会到 Python 语言的简洁、智能硬件设备编程的趣味，以及亲手设计作品的灵感。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 机器人 Python 极客编程入门与实战Python 极客团队著.北京：电子工业出版社，2017.9（青少年学编程系列丛书）ISBN 978-7-121-32292-1 .机 .P .软件工具程序设计青少年读物 .TP311.561-49 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2017）第 176718 号 责任编辑：黄爱萍 印 刷：三河市鑫金马印装有限公司 装 订：三河市鑫金马印装有限公司 出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036 开 本：7201000 1/16 印张：12.5 字数：200 千字 版 次：2017 年 9 月第 1 版 印 次：2017 年 9 月第 1 次印刷 定 价：59.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）51260888-819，。丛书编委会 主编：何海群 编委：欧耘华，CHRD 前海智库创始人，Python 产业联盟发起人。科技金融、消费金融、艺术金融与产业政策专家。对区块链、电子货币等课题有所研究；北京亚欧科技、深圳“中国科谷”等多家机构特聘专家。宋云飞，博士，原中科院机器人专家，平行本脑理论创立人，模块化代理机器人创立人，全球机器人发展论坛组委会主任，香港 Smart Soft 集团总裁。杨昊昕，网名懒猫侠，资深机器人软件、硬件专家，曾参与“PVCBOT 零基础机器人丛书”的制作，Hello Robot 全民机器人博主，河南博趣电子科技有限公司创始人，研发和生产教育机器人及仿生机器人。邓贵勇，山东萝卜电子科技有限公司 CEO，2005 年开始旅居海外，一直从事与 IT 相关的工作；近年回国后组织了多个智能硬件产品项目，并组建了一个硬件极客团队，TPYBoard 开发板专利持有人。史向东，网名小五义，山东萝卜科技有限公司创始人之一，南京拓界信息技术有限公司副总经理，长年从事网络安全、智能硬件开发等相关工作，“潍坊GEEK”极客群群主，“博客园”网站知名博主。张敏，山东萝卜电子科技有限公司高级顾问，南京航空航天大学博士，潍坊学院讲师，国内外期刊发表文章 30 余篇，创作个人学术著作 1 本。邵子扬，资深嵌入式和无线应用工程师，精通多种单片机，是全球最小 Python芯片Pynano 芯片设计师，MicroPython 中文社区创始人，荣获 2016 年 Intel智能硬件大赛“全国 50 最佳项目”的荣誉。机器人 Python 极客编程入门与实战 IV 杜军，Lapsule Inc.（北京锐和信科技有限公司）联合创始人、CTO，Pythoner、前 iOS 资深技术；MicroPython 社区贡献者，MicroP 社区维护者，lapos（基于音乐和语音的 IoT OS）主要维护者，专注于 MicroPython 在音乐、IoT 领域的探索。邹研明，网名 amida，壹本堂创始人，主要从事 021 岁全人格内驱成长教育课题研究。壹本堂是国内首批少年创客项目发起机构，开发有机器人控制器及全系列产品、完整课程体系、赛事组织体系和师资培训体系，先后承办 2016 届、2017 届 LEGO（乐高）机器人全国巡回赛事。余勤，Gene.Yu，上海大学微电子中心硕士，AMD 验证工程师，参与多个 GPU项目，精通硬件视频编解码、芯片验证，有留片经验，熟悉整个数字芯片设计流程，擅长数据分析，热爱 Python 量化分析，极宽 Top 开源团队发起成员。蔡磊，武汉大学信息专业学士，原高通公司工程师，项目经理。精通 Python数据挖掘、数据库技术、机器学习和量化交易理论。熟悉 4G 无线技术、手机芯片架构以及 VOIP 技术，极宽 Top 开源团队核心成员。王硕，网名信平，北京科技大学计算机系毕业，高级软件工程师，精通 Python数据分析，擅长 Java、JavaScript、HTML 5 和数据库技术，熟悉量化交易理论、互联网、移动应用，著有PyQT5 快速开发与实战，极宽 Top 开源团队核心成员。前 言 V 前 言 Python 是一门学习简单、功能强大并可以终身受益的编程语言。阿尔法狗、围棋大师、机器学习、人脸识别、金融量化、数据分析都可以运用 Python 实现，Python 似乎无所不能。2016 年 11 月，全球领先的 FPGA 开发商德致伦（Digilent）公司，率先发布了 PYNQ 开发板，可直接使用 Python 语言进行 FPGA 准芯片级硬件编程，学术价格仅 65 美元。也许 FPGA 和芯片设计对于广大公众来说有些遥远，但这几年风靡全球的“创客”运动，其鼻祖就源自小小的“树莓派”（Raspberry Pi）。尽管树莓派和创客运动已经非常成功，但其解决的还只是表层的硬件问题，更关键的软件层面、程序开发、软硬一体化、智能控制等方面始终未能突破。其背后原因在于树莓派及其凭借的传统汇编、C 语言的开发平台，缺乏如今互联网时代、大数据时代的大数据、人工智能模块库，所以很多工作都要从零开始。Python 已经成为人工智能、数据分析等领域事实上的工业标准编程语言，Python 的硬件衍生版本 MicroPython 已经从概念上成为智能开发、物联网应用的工业级编程语言。幸运的是，国内有关企业、技术团队，在最新一轮的智能化硬件平台军备大赛中没有被淘汰，而是紧跟国际技术前沿，在国内迅速完成了多个不同版本的硬件开发平台设计，组建了多个相关的技术社区。机器人 Python 极客编程入门与实战 VI?PyBox 开发套件：http:/。?PyMini 开发套件：http:/。?TPYBoard 开发板：http:/。?PYB-Nano 迷你开发板，MicroPython 中文社区：http:/。?Newbit 开发板，MicroPython 中文社区：http:/。很多原本烦琐的智能化设计，例如人脸识别、车牌识别等，在使用全新的Python 开发板和各种人工智能模块库时，仅需数十行代码就可以实现。更加令人期待的是，被誉为“黑科技”的谷歌 TensorFlow 神经网络平台，首选的开发语言也是 Python。有了先进的软件、硬件开发平台，剩下的只是创意。中国人，特别是中国的年轻人，是全球最富有创业、创新精神的一群人，这样的一个群体难道还会缺乏创意吗？机器人 Python 极客编程入门与实战只是“青少年学编程系列丛书”的第一本，本系列包括以下作品。?机器人 Python 极客编程入门与实战：Python 开发板套件的使用与学习，包括数十个简单入门案例，如 LED 控制、Wi-Fi 控制、机器小车等。?机器人 Python 智能开发与实战：基于 Python 的智能化机器人开发设计，比如语音识别、电脑绘画等。?机器人 Python 案例汇编：汇集 Python 极客团队和国内众多一线高手设计的各种实用、经典智能案例。“青少年学编程系列丛书”只是“Python 极客项目”的起点，也是新一代智能化硬件的起点，我们期待更多的同行、更多的年轻人加入这个领域。本书所有案例程序可用于zwPython平台，以及各种支持Python 3的设备平台，包括 Linux 操作系统、iOS 系统，以及安卓系统等。其他非 zwPython 用户运行本书程序时，如果出现问题，通常是缺少有关的前 言 VII Python 模块库，可以根据调试信息安装相关的 Python 模块库，再运行相关程序。zwPython 及本书配套资料下载地址，请参见 Top 极宽量化社区“下载中心”：http:/topquant.vip 或 http:/。何海群 北京极宽科技www.TopQuant.vip 2017 年 7 月 21 日于中关村创业大街 轻松注册成为博文视点社区用户（），扫码直达本书页面。?提交勘误：您对书中内容的修改意见可在 提交勘误 处提交，若被采纳，将获赠博文视点社区积分（在您购买电子书时，积分可用来抵扣相应金额）。?交流互动：在页面下方 读者评论 处留下您的疑问或观点，与我们和其他读者一同学习交流。页面入口：http:/ 机器人 Python 极客编程入门与实战 VIII 目 录 第一部分 Python 基础 第 1 章 Python 简介.2 1.1 入门简单、功能强大.2 1.2 用户运行平台.6 1.3 程序目录结构.6 1.4 Spyder 编辑器界面设置.7 1.5 Python 命令行模式.13 1.6 Notebook 模式.14 1.7 模块库控制面板.15 1.8 使用 pip 更新模块库.19 第 2 章 Python 入门案例.24 2.1 案例 2-1：第一次编程“hello,ziwang”.24 2.2 案例 2-2：增强版“hello,ziwang”.26 2.3 案例 2-3：列举系统模块库清单.28 2.4 案例 2-4：常用绘图风格.29 2.5 案例 2-5：Pandas 常用绘图风格.31 2.6 案例 2-6：常用颜色表 cors.32 目 录 IX 第 3 章 Python 基本语法.35 3.1 数据类型.35 3.2 字符串.37 3.3 List 列表.40 3.4 Tuple 元组.42 3.5 Dictionary 字典.43 3.6 数据类型转换.45 第二部分 PyBox 实战案例 第 4 章 请让我为你点盏灯.51 第 5 章 制作流水灯.56 第 6 章 点亮心形 88 点阵.61 第 7 章 模拟红绿灯教程.67 第 8 章 DIY 数字温度计.76 第 9 章 PM 2.5 检测仪.81 第 10 章 智能扫雷仪.90 第 11 章 控制 LCD5110 显示 68 字符.95 第 12 章 DIY 数字温度计.100 第 13 章 智能温控小风扇.106 第 14 章 声光电控小夜灯.110 第 15 章 DIY 超声波测距仪.115 第 16 章 机器人编程基础舵机控制实验.121 第 17 章 USB-HID 测试（含无线控制）.127 机器人 Python 极客编程入门与实战 X 第三部分 智能小车 第 18 章 无线蓝牙智能小车.138 第 19 章 红外寻迹无线小车.143 第 20 章 红外防坠落小车.149 第 21 章 加速度传感器无线小车.153 第四部分 Python-mini 编程案例 第 22 章 呼吸灯.162 第 23 章 使用 EEPRO