Ameba風力監控系統開發(氣象物聯網): Using Ameba to Develop a Wind Monitoring System (IOT for Weather)

渥瑪數位有限公司
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 本書是『物聯網系列』之『氣象物聯網』的第一本書,是筆者針對環境間空為主軸,進行開發各種物聯網產品之專案開發系列,主要是給讀者熟悉使用Ameba RTL 8195 AM開發板來開發物聯網之各樣產品之原型(ProtoTyping),進而介紹這些產品衍伸出來的技術、程式攥寫技巧,以漸進式的方法介紹、使用方式、電路連接範例等等。

這幾年來,社會群眾的環境意識覺醒,對環境的污染與監控,也普遍提高,然而空汙直接影響居民的健康,在群眾自我覺醒的運動中,自造者結合的自造者運動(Maker Movement),影響了許多科技人士,運用感測科技與資訊科技的力量,結合臉書社群的號召,影響了全民空汙偵測的運動,筆者也是加入的先鋒者之一,筆者發現,目前空汙偵測,仍缺少二項資訊,那就是風向與風速等參考資訊,如果這兩項資訊可以加入在環境監控的資訊之中,那在空汙資訊的大數據分析之中,將會將空汙的汙染軌跡數位化,對整個社會,將產生更大的效用。

筆者友人是清水吳厝國小 校長黃朝恭 先生,校址位於台中國際機場邊,也是清水的偏鄉學校,對於學子的健康與社區健康深感重要,委託筆者在該校內建立風速監測站,並透過物聯網的技術,將這樣的資訊網頁化,可以讓各地方的使用者查詢到該區域的風速資訊,鑑於如此,筆者將風速感測監控的技術分享給讀者,希望可以透過我的經驗號召更多有志之士,可以將環境監控的感測資訊提升到更圓滿的境界。

Ameba RTL 8195 AM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這個海洋島嶼最常見風力監控的物聯網產品,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。

筆者對於Ameba RTL 8195 AM開發板,也算是先驅使用者,更感謝原廠支持筆者寫作,更協助開發更多、有用的函式庫,感謝瑞昱科技的Yves Hsu、Sean Chang、Teresa Liu,Weiting Yeh等先進協助,筆者不勝感激,希望筆者可以推出更多的入門書籍給更多想要進入『Ameba RTL 8195 AM開發板』、『物聯網』這個未來大趨勢,所有才有這個入門系列的產生。


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渥瑪數位有限公司
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Pages
194
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ISBN
9789865629670
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English
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曹永忠
 在克里斯.安德森(Chris Anderson)所著『自造者时代:启动人人制造的第三次工业革命』提到,过去几年,世界来到了一个重要里程碑:实体制造的过程愈来愈像软件设计,开放原始码创造了软件大量散布与广泛使用,如今,实体物品上也逐渐发生同样的效应。网络社群中的程序设计师从Linux操作系统出发,架设了今日世界上绝大部分的网站(Apache WebServer),到使用端广受欢迎的FireFox浏览器等,都是开放原始码软件的最佳案例。

现在自造者社群(Maker Space)也正藉由开放原始码硬件,制造出电子产品、科学仪器、建筑物,甚至是3C产品。其中如Arduino开发板,销售量已远超过当初设计者的预估。连网络巨擘Google Inc.也加入这场开放原始码运动,推出开放原始码电子零件,让大家发明出来的硬件成品,也能与Android软件连结、开发与应用。

目前全球各地目前有成千上万个「自造空间」(makerspace)─光是上海就有上百个正在筹备中,多自造空间都是由在地社群所创办。如圣马特奥市(SanMateo)的自造者博览会(Maker Faire),每年吸引数10万名自造者前来朝圣,彼此观摩学习。但不光是美国,全球各地还有许多自造者博览会,台湾一年一度也于当地举办Maker Fair Taiwan,数十万的自造者(Maker)参予了每年一度的盛会。

世界知名的欧莱礼(O'Reilly)公司,也于2005年发行的《Make》杂志,专门出版自造者相关信息,Autodesk, Inc.主导的Instructables - DIY How To Make Instructions(http://www.instructables.com/),也集合了全球自造者分享的心得与经验,举凡食物、玩具、到3C产品的自制经验,也分享于网站上,成为全球自造者最大、也最丰富的网站。

本系列『Maker系列』由此概念而生。面对越来越多的知识学子,也希望成为自造者(Make),追求创意与最新的技术潮流,笔着因应世界潮流与趋势,思考着『如何透过逆向工程的技术与手法,将现有产品开发技术转换为我的知识』的思维,如果我们可以骇入产品结构与设计思维,那么了解产品的机构运作原理与方法就不是一件难事了。更进一步我们可以将原有产品改造、升级、创新,并可以将学习到的技术运用其它技术或新技术领域,透过这样学习思维与方法,可以更快速的掌握研发与制造的核心技术,相信这样的学习方式,会比起在已建构好的开发模块或学习套件中学习某个新技术或原理,来的更踏实的多。

本系列的书籍,因应自造者运动的世界潮流,希望读者当一位自造者,将现有产品的产品透过逆向工程的手法,进而了解核心控制系统之软硬件,再透过简单易学的Arduino单片机与C语言,重新开发出原有产品,进而改进、加强、创新其原有产品的架构。如此一来,因为学子们进行『重新开发产品』过程之中,可以很有把握的了解自己正在进行什么,对于学习过程之中,透过实务需求导引着开发过程,可以让学子们让实务产出与逻辑化思考产生关连,如此可以一扫过去阴霾,更踏实的进行学习。

本书要以『Arduino拉霸游戏机开发』来进行自造产品设计,主要是使用市售已故障的拉霸游戏机,将其主要零件拆除,透过逆向工程的技术,重新开发微电脑控制器,进而开发出一台Arduino拉霸游戏机。主要的目的是希望学子可以学到全自动化的基础观念与基础能力。作者们的巧思,希望读者可以了解与学习到作者写书的初衷。

曹永忠
 在克里斯.安德森(Chris Anderson)所著『自造者時代:啟動人人製造的第三次工業革命』提到,過去幾年,世界來到了一個重要里程碑:實體製造的過程愈來愈像軟體設計,開放原始碼創造了軟體大量散佈與廣泛使用,如今,實體物品上也逐漸發生同樣的效應。網路社群中的程式設計師從Linux作業系統出發,架設了今日世界上絕大部分的網站(Apache WebServer),到使用端廣受歡迎的FireFox瀏覽器等,都是開放原始碼軟體的最佳案例。

現在自造者社群(Maker Space)也正藉由開放原始碼硬體,製造出電子產品、科學儀器、建築物,甚至是3C產品。其中如Arduino開發板,銷售量已遠超過當初設計者的預估。連網路巨擘Google Inc.也加入這場開放原始碼運動,推出開放原始碼電子零件,讓大家發明出來的硬體成品,也能與Android軟體連結、開發與應用。

目前全球各地目前有成千上萬個「自造空間」(makerspace)─光是上海就有上百個正在籌備中,多自造空間都是由在地社群所創辦。如聖馬特奧市(SanMateo)的自造者博覽會(Maker Faire),每年吸引數10萬名自造者前來朝聖,彼此觀摩學習。但不光是美國,全球各地還有許多自造者博覽會,台灣一年一度也於當地舉辦Maker Fair Taiwan,數十萬的自造者(Maker)參予了每年一度的盛會。

世界知名的歐萊禮(O'Reilly)公司,也於2005年發行的《Make》雜誌,專門出版自造者相關資訊,Autodesk, Inc.主導的Instructables - DIY How To Make In-structions(http://www.instructables.com/),也集合了全球自造者分享的心得與經驗,舉凡食物、玩具、到3C產品的自製經驗,也分享於網站上,成為全球自造者最大、也最豐富的網站。

本系列『Maker系列』由此概念而生。面對越來越多的知識學子,也希望成為自造者(Make),追求創意與最新的技術潮流,筆著因應世界潮流與趨勢,思考著『如何透過逆向工程的技術與手法,將現有產品開發技術轉換為我的知識』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。

本系列的書籍,因應自造者運動的世界潮流,希望讀者當一位自造者,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、創新其原有產品的架構。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。

作者出版了許多的Arduino系列的書籍,深深覺的,基礎乃是最根本的實力,所以回到最基礎的地方,希望透過最基本的程式設計教學,來提供眾多的Makers在入門Arduino時,如何開始,如何攥寫自己的程式,主要的目的是希望學子可以學到程式設計的基礎觀念與基礎能力。作者們的巧思,希望讀者可以了解與學習到作者寫書的初衷。

本書是『Arduino程式教學』的第四本書,主要是給讀者熟悉Arduino的擴充週邊-無線通訊模組。Arduino開發板最強大的不只是它的簡單易學的開發工具,最強大的是它封富的周邊模組與簡單易學的模組函式庫,幾乎Maker想到的東西,都有廠商或Maker開發它的周邊模組,透過這些周邊模組,Maker可以輕易的將想要完成的東西用堆積木的方式快速建立,而且最強大的是這些周邊模組都有對應的函式庫,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。

所以本書要介紹市面上最完整、最受歡迎的無線通訊模組,讓讀者可以輕鬆學會這些常用模組的使用方法,進而提升各位Maker的實力。


曹永忠
 黑客一词曾经指的是那些聪明的程序撰写人员。但今天,许多人认为『黑客』是指利用计算机安全漏洞,入侵计算机系统的人。本系列不是让您成为一位入侵别人计算机的罪犯,而是回到最早『黑客初衷』,让您拥有黑客的观点、技术、能力,骇入每一个产品设计思维,并且成功的重制、开发、超越原有的产品设计,这才是一位对社会有贡献的『黑客』。

在这知识经济时代,也该有个知识创新革命。本系列『黑客系列』由此概念而生。面对越来越多的知识学子,为了追赶最新的技术潮流,往往没有往下扎根,去了解许多知识背后所必须酝酿的知识基础,追求到许多最新的技术边缘,往往忘记了如果没有配套的基础科技知识,所学到的知识与科技,在失去这些基础科技资源的支持之下,往往无法产生实际生产技术与创造能力。

如许多学习程序设计的学子,为了最新的科技潮流,使用着最新的科技工具与软件组件,当他们面对许多原有的软件组件没有支持的需求或软件架构下没有直接直持的开发工具,此时就产生了莫大的开发瓶颈,这些都是为了追求最新的科技技术而忘却了学习原有基础科技训练所致。

笔着鉴于这样的困境,思考着『如何骇入众人现有知识宝库转换为我的知识』的思维,如果我们可以骇入产品结构与设计思维,那么了解产品的机构运作原理与方法就不是一件难事了。更进一步我们可以将原有产品改造、升级、创新,并可以将学习到的技术运用其它技术或新技术领域,透过这样学习思维与方法,可以更快速的掌握研发与制造的核心技术,相信这样的学习方式,会比起在已建构好的开发模块或学习套件中学习某个新技术或原理,来的更踏实的多。

目前许多学子在学习程序设计之时,恐怕最不能了解的问题是,我为何要写九九表、为何要写递归程序,为何要写成函式型式…等等疑问,只因为在学校的学子,学习程序是为了可以了解『撰写程序』的逻辑,并训练且建立如何运用程序逻辑的能力,解译现实中面对的问题。然而现实中的问题往往太过于复杂,授课的老师无法有多余的时间与资源去解释现实中复杂问题,期望能将现实中复杂问题淬炼成逻辑上的思路,加以训练学生其解题思路,但是众多学子宥于现实问题的困惑,无法单纯用纯粹的解题思路来进行学习与训练,反而以现实中的复杂来反驳老师教学太过学理,没有实务上的应用为由,拒绝深入学习,这样的情形,反而自己造成了学习上的障碍。

本系列的书籍,针对目前学习上的盲点,希望读者当一位产品黑客,将现有产品的产品透过逆向工程的手法,进而了解核心控制系统之软硬件,再透过简单易学的Arduino单芯片与C语言,重新开发出原有产品,进而改进、加强、创新其原有产品固有思维与架构。如此一来,因为学子们进行『重新开发产品』过程之中,可以很有把握的了解自己正在进行什么,对于学习过程之中,透过实务需求导引着开发过程,可以让学子们让实务产出与逻辑化思考产生关连,如此可以一扫过去阴霾,更踏实的进行学习。

本书要以『Arduino 饮水机电子控制器开发』来进行产品设计,主要是改造晶工牌饮水机,将其机械动作等零件转化成电子化控制零件来开发饮水机电子控制器市面常使用Led饮水机控制器为主要开发标基本概念,主要的目的是希望学子可以学到全自动化的基础观念与基础能力。作者们的巧思,希望读者可以了解与学习到作者写书的初衷。

曹永忠
 系统分析是国内资管与资工科系在大学时,必修的课程,其目的是希望学生在修完课业后,能自行针对不同的系统需要,执行必要的分析与设计,并利用建立模型,跟客户与接下来的程序员做进一步的分析确认。然后使用常见的架构来实作模型,以提高实作时成功的机会,同时在实作的过程中,因为有多位程序员的参与,所以如何使大家写程序的方式能有一致性,以利往后的程序维护。最后当然要将程序好好的测试一番,如此才能有成功上线的可能。成功上线是一个软件在一开始开发时的唯一目标,可是却是在系统分析的课程中最被忽略的目标。

以上所描述的是真实在软件业界的人,每天都在面对与奋战的实务情境,但是将这样一连串的实务内容实际放到国内的系统分析或甚至软件工程的教科书来看,我们几乎很难看到有任何一本教科书能运用足够复杂度的范例,来探讨这样一连串的实务发展。这实在是台湾软件教育的一个大遗憾。

本人自1998年UCLA资工所博士毕业后,在美国的软件业从事实务发展工作约七年,然后2004年回到台湾的中央大学资管系任教,到今天已经八年多了。本人执教的科目主要是研究所的软件工程,中央资管研究所的学生很多都已经是国内大学所训练出来的菁英了,可是在上软件工程时,还是常常觉得同学们在大学时系统分析的基本功颇为不足。

曹永忠博士曾经是本人的博士生,他在台湾的软件业服务多年,具有充足的软件实务成功经验,当他在博士班修习本人的软件工程课程时,即崭露其充足的软件实务经验,同时在讨论中,我们也都感觉到台湾国内软件教育在系统分析实务上的不足。

当时我们的结论是至少要先有一个运用足够复杂度的范例,来探讨软件开发中,由系统需求到测试这一连串的实务发展。这个范例要能够展现在这序列的发展中所会遇到的许多棘手的问题,并使用范例来说明解决这些棘手问题的原则。

各位读者现在所看到的这本书就是曹永忠博士与本人在这个实务方向的努力成果,我们希望这个抛砖引玉的书本能够给读者许多启发,并能够使读者对发展软件系统的实务更快上手,不要大学或研究所读完了,居然连一个颇具复杂度的软件案例都没做过。

各位读者,如果你是自诩为资管或信息专业的人,而连一个颇具复杂度的软件案例都没做过,那我会推荐您好好地读完本书的这些例子,把书中的模型图自己好好画一画,体会一下,这样至少您可以跟别人讲,您有做过一个够复杂的软件项目了。而如果您是奋力了许久,跌跌撞撞才学会软件分析与发展实务的,也请您花些时间,看看这本书的案例分析,看看是否您如果早点看到这本书,就可以省下许多宝贵的青春了,如果是,还请您多多推荐本书给需要的人


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