ภาษาไพธอนสำหรับฮาร์ดแวร์ 

ปัจจุบันเทคโนโลยีได้เข้ามีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวัน การพัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับควบคุมอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์กลายเป็นสิ่งที่มีความจำเป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะในงานที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมอุปกรณ์ IoT (Internet of Things) เครื่องมือที่ใช้ในการพัฒนาโปรแกรมสำหรับฮาร์ดแวร์ด้วยภาษาไพทอน เรียกว่า“MicroPython” เป็นการนำภาษาไพธอนมาประยุกต์ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านทรัพยากร เช่น บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งถือเป็นหัวใจสำคัญที่ช่วยให้การควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ ไพธอนมีโครงสร้างที่เรียบง่าย มีไลบรารี และเครื่องมือสนับสนุนจำนวนมาก ทำให้สามารถเขียนโค้ดได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับงาน IoT และระบบฝังตัว (Embedded Systems)

MicroPython 

คือ การนำภาษาไพธอน (Python) มาประยุกต์ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านทรัพยากร เช่น บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์และอุปกรณ์ IoT (Internet of Things) โดย MicroPython ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองต่อความต้องการในการพัฒนาโปรแกรมที่ง่ายและรวดเร็วสำหรับอุปกรณ์ที่มีหน่วยความจำและพลังงานจำกัด อีกทั้งยังสามารถทำงานได้บนบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์หลายรุ่น เช่น ESP8266, ESP32, Raspberry Pi Pico, STM32 และอื่น ๆ ซึ่งทำให้มีความยืดหยุ่นในการเลือกใช้ฮาร์ดแวร์ได้ตามความต้องการ

ESP8266

บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ได้รับความนิยมอย่างมาก เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาโครงการ IoT โดยเฉพาะ การสนับสนุนการเชื่อมต่อเครือข่าย Wi-Fi ในตัว ทำให้บอร์ดสามารถเชื่อมต่อกับระบบคลาวด์หรืออุปกรณ์อื่น ๆ บนเครือข่ายได้อย่างง่าย นอกจากนี้ ESP8266 ยังรองรับการเขียนโปรแกรมด้วย MicroPython ซึ่งเป็นการนำภาษาไพธอนมาใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีทรัพยากรจำกัด

จุดเด่นของ ESP8266

1. ขนาดเล็กและราคาถูก

ESP8266 เป็นบอร์ดที่มีขนาดเล็กมาก ทำให้สามารถนำไปใช้งานได้ในหลายโครงการที่มีพื้นที่จำกัด อีกทั้งยังมีราคาถูกเมื่อเทียบกับไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ

2. รองรับการเชื่อมต่อ Wi-Fi

คุณสมบัติการเชื่อมต่อ Wi-Fi ในตัวเป็นหนึ่งในจุดเด่นสำคัญที่ทำให้ ESP8266 เหมาะสมกับงาน IoT ซึ่งจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับเครือข่ายหรืออินเทอร์เน็ต

3. สามารถเขียนโปรแกรมด้วย MicroPython

MicroPython เป็นเฟิร์มแวร์ที่ออกแบบมาให้สามารถเขียนโปรแกรมด้วยภาษาไพธอนบนฮาร์ดแวร์ที่มีข้อจำกัด ทำให้การเขียนโปรแกรมสำหรับ ESP8266 ง่ายและรวดเร็ว

4. ใช้พลังงานต่ำ

ESP8266 ได้รับการออกแบบให้ประหยัดพลังงาน ทำให้เหมาะสำหรับโครงการที่ต้องการการใช้งานระยะยาวโดยไม่ต้องใช้พลังงานมาก เช่น ระบบเซ็นเซอร์ที่ต้องทำงานต่อเนื่องในโหมดประหยัดพลังงาน

การติดตั้ง MicroPython บน ESP8266

การติดตั้ง MicroPython บนบอร์ด ESP8266 เป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญสำหรับการพัฒนาโครงการ IoT และการควบคุมฮาร์ดแวร์ โดย ESP8266 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีการเชื่อมต่อ Wi-Fi ในตัวและสามารถเขียนโปรแกรมด้วย MicroPython ได้

สามารถศึกษาวิธีการติดตั้ง MicroPython บน ESP8266 ได้ใน "ใบความรู้ที่ 11"

คำสั่งพื้นฐานที่ใช้งานร่วมกับ MicroPython

การแสดงผล 

คำสั่ง print() ใช้เพื่อแสดงข้อมูลออกมาทางหน้าจอ ซึ่งมีประโยชน์ในการตรวจสอบผลลัพธ์หรือสถานะต่าง ๆ ของโปรแกรม

print("Hello, MicroPython!")  

# แสดงข้อความออกทางหน้าจอ

ตัวแปรและชนิดข้อมูล (Variables and Data Types)

     ใน Python สามารถสร้างตัวแปรเพื่อเก็บข้อมูลได้โดยตรง ตัวแปรใน MicroPython สามารถใช้เพื่อเก็บค่าจากการคำนวณหรือข้อมูลที่อ่านได้จากพิน

x = 10  # ตัวแปรเก็บค่าเลขจำนวนเต็ม

name = "MicroPython"  # ตัวแปรเก็บข้อความ (String)

การควบคุมเงื่อนไข (Conditional Statements)

     ใช้ในการควบคุมการทำงานของโปรแกรมตามเงื่อนไขต่างๆ เช่น การตรวจสอบว่าปุ่มถูกกดหรือไม่

from machine import Pin

button = Pin(0, Pin.IN)  # กำหนดพิน 0 เป็น Input สำหรับปุ่มกด

if button.value() == 1:

  print("Button pressed")

else:

     print("Button not pressed")

การวนลูป (Loops)

        ใน MicroPython สามารถใช้ลูป while เพื่อให้โค้ดทำงานซ้ำๆ เช่น การตรวจสอบค่าจากเซนเซอร์หรือการเปิด-ปิดหลอดไฟ

from machine import Pin

import time

led = Pin(2, Pin.OUT)  # กำหนดพิน 2 เป็น Output สำหรับ LED

while True:

    led.on()  # เปิด LED

     time.sleep(1)  # หน่วงเวลา 1 วินาที

     led.off()  # ปิด LED

     time.sleep(1)  # หน่วงเวลา 1 วินาที

การหน่วงเวลา (Delays)

คำสั่ง time.sleep() ใช้เพื่อหน่วงเวลาการทำงานของโปรแกรม เช่น หน่วงเวลาการกระพริบของหลอดไฟ

import time

time.sleep(2)  # หน่วงเวลา 2 วินาที

ฟังก์ชัน (Functions)

ใน Python ฟังก์ชันใช้เพื่อรวบรวมคำสั่งต่าง ๆ ที่ต้องการให้ทำงานร่วมกัน ฟังก์ชันช่วยให้โปรแกรมมีโครงสร้างที่ชัดเจนและสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้

def blink_led(led, duration):

led.on()

time.sleep(duration)

led.off()

time.sleep(duration)

# เรียกใช้ฟังก์ชัน blink_led

led = Pin(2, Pin.OUT)

blink_led(led, 1)  # กระพริบ LED โดยหน่วงเวลา 1 วินาที

การนำเข้าโมดูล (Importing Modules)

ใน MicroPython การทำงานกับฮาร์ดแวร์เช่น พิน I/O, ไทเมอร์ หรือการสื่อสารผ่าน I2C จำเป็นต้องใช้โมดูลเฉพาะ เช่น machine หรือ time การนำเข้าโมดูลใน Python สามารถทำได้ง่าย ๆ ด้วยคำสั่ง import

import time  # นำเข้าโมดูล time สำหรับการหน่วงเวลา

from machine import Pin  # นำเข้าโมดูล Pin จากไลบรารี machine สำหรับควบคุมพิน I/O

การรับค่าจากพิน Input

การใช้พิน Input ใน MicroPython สามารถทำได้โดยการใช้คำสั่ง .value() เพื่ออ่านค่าจากพิน เช่น การอ่านค่าจากปุ่มกด

from machine import Pin

button = Pin(0, Pin.IN)  # กำหนดพิน 0 เป็น Input

while True:

    if button.value() == 1:

        print("Button pressed")

    else:

        print("Button not pressed")

การเขียนค่าลงพิน Output

การส่งค่าจากพิน Output สามารถทำได้โดยใช้คำสั่ง .on() และ .off() สำหรับการควบคุมหลอดไฟ LED หรืออุปกรณ์อื่น ๆ

from machine import Pin

led = Pin(2, Pin.OUT)  # กำหนดพิน 2 เป็น Output

led.on()  # เปิด LED

led.off()  # ปิด LED

การทำงานกับพิน I/O ใน MicroPython

การทำงานกับพิน I/O (Input/Output Pins) เป็นหนึ่งในฟังก์ชันพื้นฐานของ MicroPython ที่ช่วยให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ภายนอกได้ เช่น หลอดไฟ LED, ปุ่มกด, เซ็นเซอร์, มอเตอร์ เป็นต้น การควบคุมพิน I/O คือ การสั่งให้พินทำงานเป็นอินพุต (Input) หรือเอาต์พุต (Output) ขึ้นอยู่กับว่าต้องการรับค่าจากอุปกรณ์ภายนอกหรือควบคุมการทำงานของอุปกรณ์

พิน I/O ใน MicroPython มีสองหน้าที่หลัก ได้แก่ พิน Input สำหรับรับข้อมูลจากอุปกรณ์ภายนอก เช่น ปุ่มกด หรือเซ็นเซอร์ และพิน Output สำหรับส่งสัญญาณควบคุมอุปกรณ์ภายนอก เช่น หลอดไฟ LED หรือลำโพง การกำหนดพินให้เป็น Input หรือ Output จะใช้ไลบรารี machine.Pin ซึ่งเป็นโมดูลหลักใน MicroPython ที่ใช้ในการควบคุมฮาร์ดแวร์

โครงสร้างพื้นฐานของคำสั่งพิน I/O

from machine import Pin

• Pin
  เป็นคลาสสำหรับการใช้งานพิน I/O การใช้งานพินสามารถกำหนดให้เป็นได้ทั้งพินรับข้อมูล (Input) หรือพินส่งข้อมูล (Output)

การกำหนดพินเป็น Output

การตั้งค่าพิน Output ใช้เพื่อควบคุมอุปกรณ์ภายนอก เช่น การเปิดหรือปิดหลอดไฟ LED สามารถกำหนดพินให้ทำหน้าที่เป็น Output ได้ดังนี้

from machine import Pin

led = Pin(2, Pin.OUT)  # กำหนดพิน 2 เป็น Output สำหรับหลอดไฟ LED

อธิบายโปรแกรม

Pin(2, Pin.OUT) เป็นการกำหนดให้พินหมายเลข 2 ทำหน้าที่เป็น Output

การเปิด/ปิด พิน Output

เมื่อกำหนดพินเป็น Output แล้ว เราสามารถสั่งให้พินส่งสัญญาณได้ด้วยคำสั่ง .on() และ .off() หรือใช้คำสั่ง .value() เพื่อส่งค่าไปยังพิน

# เปิดหลอดไฟ LED

led.on()  # ส่งสัญญาณสูง (1) ไปยังพิน ทำให้หลอดไฟสว่าง

# ปิดหลอดไฟ LED

led.off()  # ส่งสัญญาณต่ำ (0) ไปยังพิน ทำให้หลอดไฟดับ

อธิบายโปรแกรม

คำสั่ง .on() ส่งสัญญาณสูง (HIGH) ไปยังพิน ทำให้อุปกรณ์เชื่อมต่อทำงาน เช่น หลอดไฟสว่าง

คำสั่ง .off() ส่งสัญญาณต่ำ (LOW) ทำให้อุปกรณ์หยุดทำงาน

การสลับสถานะพิน Output ด้วย .value()

นอกจากการใช้ .on() และ .off() ยังสามารถใช้ .value() เพื่อกำหนดค่าที่จะส่งไปยังพินโดยตรงได้

led.value(1)  # เปิดหลอดไฟ LED (ส่งค่า 1)

led.value(0)  # ปิดหลอดไฟ LED (ส่งค่า 0)

อธิบายโปรแกรม

การใช้ .value(1) เท่ากับการใช้ .on() และ .value(0) เท่ากับการใช้ .off()

การกำหนดพินเป็น Input

การตั้งค่าพิน Input ใช้เพื่อรับข้อมูลจากอุปกรณ์ เช่น ปุ่มกด หรือเซ็นเซอร์ ใช้คำสั่งดังนี้

button = Pin(0, Pin.IN)  # กำหนดพิน 0 เป็น Input สำหรับปุ่มกด

อธิบายโปรแกรม

Pin(0, Pin.IN) กำหนดให้พินหมายเลข 0 ทำหน้าที่เป็น Input เพื่อรอรับค่าจากปุ่มกด

การอ่านค่าจากพิน Input

เมื่อพินถูกตั้งค่าเป็น Input สามารถอ่านค่าที่รับมาจากอุปกรณ์ได้โดยใช้คำสั่ง .value() คำสั่งนี้จะคืนค่า 0 หรือ 1 ขึ้นอยู่กับสถานะของพิน

button_state = button.value()  # อ่านค่าจากปุ่มกด

if button_state == 1:

    print("Button pressed")

else:

    print("Button not pressed")