نصب و راه‌اندازی MicroPython در Vscode: از صفر تا اولین کد شما

در دنیای همیشه در حال تحول اینترنت اشیا (IoT) و سیستم‌های توکار، سرعت توسعه و سهولت استفاده از ابزارها از اهمیت بالایی برخوردار است. MicroPython، پیاده‌سازی بهینه شده‌ای از زبان برنامه‌نویسی پایتون ۳ برای میکروکنترلرها و سیستم‌های محدود منابع، انقلابی در این زمینه ایجاد کرده است. با MicroPython، توسعه‌دهندگان می‌توانند از قدرت و سادگی پایتون برای تعامل با سخت‌افزار، توسعه سنسورها، و ایجاد سیستم‌های هوشمند با سرعت بی‌نظیری بهره‌مند شوند.

اما صرف داشتن یک زبان قدرتمند کافی نیست؛ محیط توسعه (IDE) نیز باید به همان اندازه کارآمد باشد. Visual Studio Code (VSCode) به لطف انعطاف‌پذیری، اکوسیستم غنی از افزونه‌ها، و پشتیبانی عالی از پایتون، به سرعت به یکی از محبوب‌ترین IDEها در میان توسعه‌دهندگان تبدیل شده است. ترکیب MicroPython با VSCode، یک پلتفرم توسعه بی‌نظیر را برای پروژه‌های IoT فراهم می‌آورد که هم قدرتمند است و هم کاربرپسند.

هدف از این مقاله، راهنمایی جامع و گام به گام شما از لحظه صفر تا اجرای اولین کد MicroPython بر روی میکروکنترلر، با استفاده از VSCode به عنوان محیط توسعه اصلی است. ما نه تنها به شما نحوه نصب و پیکربندی ابزارهای لازم را آموزش خواهیم داد، بلکه به جزئیات فنی و ملاحظات مهمی که در طول این مسیر با آن‌ها روبرو خواهید شد، نیز خواهیم پرداخت. اگر به دنبال یک راهنمای کامل برای ورود به دنیای هیجان‌انگیز برنامه‌نویسی MicroPython با VSCode هستید، این مقاله برای شماست. آماده شوید تا پتانسیل کامل میکروکنترلرهای خود را با سادگی و قدرت پایتون آزاد کنید.

MicroPython چیست و چرا باید از آن استفاده کنیم؟

MicroPython یک پیاده‌سازی کامل و کارآمد از زبان برنامه‌نویسی پایتون ۳ است که به طور خاص برای اجرا بر روی میکروکنترلرهای کوچک و کم‌قدرت طراحی شده است. برخلاف پایتون استاندارد (CPython) که به منابع سیستم بالایی نیاز دارد، MicroPython بهینه‌سازی شده است تا با حداقل حافظه RAM و فضای ذخیره‌سازی فلش کار کند، در حالی که بسیاری از قابلیت‌های اصلی و سینتکس آشنای پایتون را حفظ می‌کند.

فلسفه و ویژگی‌های کلیدی MicroPython

هدف اصلی MicroPython، فراهم آوردن ابزاری قدرتمند و در عین حال ساده برای برنامه‌نویسی سیستم‌های توکار است. این فلسفه منجر به شکل‌گیری ویژگی‌های برجسته‌ای شده است:

• حجم کم: کرنل MicroPython و کتابخانه‌های استاندارد آن بسیار فشرده هستند و می‌توانند بر روی میکروکنترلرهایی با تنها چند ده کیلوبایت RAM و چند صد کیلوبایت فضای فلش اجرا شوند.
• پشتیبانی از REPL (Read-Eval-Print Loop): یکی از قدرتمندترین ویژگی‌های MicroPython، ترمینال تعاملی REPL است. این امکان به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا کد پایتون را مستقیماً روی میکروکنترلر اجرا کرده، متغیرها را مشاهده و سخت‌افزار را به صورت لحظه‌ای کنترل کنند. این قابلیت اشکال‌زدایی و نمونه‌سازی سریع را به شدت تسهیل می‌کند.
• کتابخانه‌های داخلی برای سخت‌افزار: MicroPython شامل ماژول‌های داخلی مانند machine است که دسترسی مستقیم و آسان به پین‌های GPIO، ADC، DAC، I2C، SPI، UART و سایر پروتکل‌های ارتباطی سخت‌افزاری را فراهم می‌کند. این ماژول‌ها توسعه درایورهای سفارشی را بی‌نیاز می‌سازند.
• سازگاری بالا با پایتون استاندارد: با وجود محدودیت منابع، MicroPython تلاش می‌کند تا حد امکان با استاندارد پایتون ۳ سازگار باشد. این بدین معنی است که توسعه‌دهندگانی که با پایتون آشنا هستند، می‌توانند به سرعت و با حداقل منحنی یادگیری به MicroPython مهاجرت کنند.
• مدیریت خودکار حافظه: MicroPython از Garbage Collector برای مدیریت حافظه استفاده می‌کند، که نیاز به مدیریت دستی حافظه را از بین می‌برد و از بسیاری از خطاهای رایج در زبان‌هایی مانند C/C++ جلوگیری می‌کند.

مزایای MicroPython نسبت به C/C++ در توسعه سیستم‌های توکار

در حالی که C/C++ مدت‌ها زبان اصلی برای برنامه‌نویسی میکروکنترلرها بوده‌اند، MicroPython مزایای قابل توجهی را ارائه می‌دهد که آن را به گزینه‌ای جذاب تبدیل کرده است:

• سرعت توسعه بالاتر: سینتکس ساده و خوانای پایتون، به همراه قابلیت‌های REPL و عدم نیاز به کامپایل مجدد در هر تغییر کوچک، فرآیند توسعه را به شدت تسریع می‌کند. این امر به ویژه برای نمونه‌سازی سریع (rapid prototyping) بسیار مفید است.
• کاهش پیچیدگی: MicroPython بسیاری از پیچیدگی‌های مرتبط با مدیریت حافظه، انواع داده و اشاره‌گرها را که در C/C++ رایج هستند، پنهان می‌کند. این امر به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا بیشتر بر روی منطق کاربردی تمرکز کنند تا جزئیات سطح پایین سخت‌افزار.
• اشکال‌زدایی آسان‌تر: REPL و پیام‌های خطای واضح‌تر پایتون، اشکال‌زدایی را ساده‌تر می‌کنند. می‌توان تکه‌های کد را به صورت جداگانه آزمایش کرد و نتایج را فوراً مشاهده نمود.
• جامعه کاربری گسترده‌تر: پایتون یکی از پرکاربردترین زبان‌های برنامه‌نویسی در جهان است و جامعه کاربری بسیار بزرگی دارد. این بدان معناست که منابع آموزشی، انجمن‌های پشتیبانی و مثال‌های کد فراوان‌تری در دسترس هستند.
• قابلیت حمل: کد MicroPython تا حد زیادی قابل حمل است و می‌تواند با حداقل تغییرات بین میکروکنترلرهای مختلف که از MicroPython پشتیبانی می‌کنند، منتقل شود.

موارد استفاده رایج

MicroPython به دلیل انعطاف‌پذیری و سادگی خود، در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود، از جمله:

• اینترنت اشیا (IoT): سنسورها، اکتواتورها، گجت‌های هوشمند و دستگاه‌های متصل به شبکه.
• روباتیک: کنترل موتورها، سنسورها و سیستم‌های ناوبری ساده در ربات‌های کوچک.
• اتوماسیون خانگی: سیستم‌های روشنایی هوشمند، کنترل دما، باز و بسته کردن پرده‌ها.
• پروژه‌های آموزشی: به دلیل سادگی، MicroPython ابزاری عالی برای آموزش برنامه‌نویسی سیستم‌های توکار به مبتدیان است.
• ساخت نمونه‌های اولیه (Prototyping): به دلیل سرعت بالای توسعه، برای آزمایش ایده‌های جدید بسیار مناسب است.

بردهای محبوبی که MicroPython به خوبی روی آن‌ها اجرا می‌شود عبارتند از ESP32، ESP8266، Pyboard (برد مرجع MicroPython)، و برخی بردهای STM32. این برتری‌ها MicroPython را به یک انتخاب قدرتمند و مدرن برای توسعه‌دهندگان سیستم‌های توکار تبدیل کرده است.

پیش‌نیازهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری

برای شروع به کار با MicroPython در VSCode، شما به مجموعه‌ای از سخت‌افزارها و نرم‌افزارها نیاز دارید. اطمینان از آماده‌سازی صحیح این پیش‌نیازها، گام اول برای یک تجربه توسعه روان و بدون دردسر است.

پیش‌نیازهای سخت‌افزاری

لیست زیر شامل حداقل تجهیزات سخت‌افزاری است که برای راه‌اندازی MicroPython نیاز خواهید داشت:

1. برد میکروکنترلر سازگار با MicroPython:
   • ESP32 یا ESP8266: این بردها به دلیل قیمت مناسب، وجود Wi-Fi و بلوتوث (فقط ESP32) و جامعه کاربری بزرگ، گزینه‌های بسیار محبوبی هستند. برای مثال، بردهای NodeMCU (ESP8266) یا ESP32 DevKitC (ESP32) انتخاب‌های عالی برای شروع هستند.
   • Pyboard: این برد توسط خالق MicroPython توسعه یافته و به عنوان برد مرجع عمل می‌کند. اگرچه ممکن است گران‌تر باشد، اما پشتیبانی کامل و پایداری بالایی دارد.
   • بردهای STM32: برخی از بردهای STM32 نیز از MicroPython پشتیبانی می‌کنند.

   توصیه می‌شود برای شروع، از برد ESP32 یا ESP8266 استفاده کنید زیرا مثال‌های بسیاری برای آن‌ها در دسترس است.

2. کابل USB به Micro-USB یا USB-C: بسته به نوع پورت USB روی برد میکروکنترلر شما. این کابل برای تامین برق برد و برقراری ارتباط سریال بین برد و کامپیوتر ضروری است.
3. مبدل USB به سریال (اختیاری): بسیاری از بردهای مدرن مانند ESP32 DevKitC یا NodeMCU دارای یک مبدل USB به سریال (مانند CP2102 یا CH340G) داخلی هستند. اگر از بردی استفاده می‌کنید که فاقد این مبدل است (مثلاً یک ESP32-WROOM-32 ماژول خام)، به یک مبدل خارجی مانند FTDI FT232R یا CP2102 نیاز خواهید داشت تا بتوانید با برد ارتباط برقرار کنید.
4. بردبورد، سیم‌های جامپر و LED (اختیاری اما توصیه می‌شود): برای آزمایش اولین برنامه Blink LED و انجام پروژه‌های ساده، داشتن این اقلام می‌تواند بسیار مفید باشد.

پیش‌نیازهای نرم‌افزاری

برای توسعه و فلش کردن MicroPython بر روی میکروکنترلر، به نرم‌افزارهای زیر نیاز دارید:

1. ویرایشگر کد Visual Studio Code (VSCode):
   • آخرین نسخه VSCode را از وب‌سایت رسمی code.visualstudio.com دانلود و نصب کنید. VSCode بر روی ویندوز، macOS و لینوکس قابل اجرا است.
2. پایتون ۳:
   • نصب پایتون ۳ (ترجیحاً نسخه 3.7 به بالا) بر روی سیستم عامل شما ضروری است. بسیاری از ابزارهای مورد نیاز MicroPython (مانند esptool.py و ampy) به زبان پایتون نوشته شده‌اند و از طریق pip (مدیر بسته پایتون) نصب می‌شوند.
   • برای دانلود، به python.org/downloads مراجعه کنید. هنگام نصب در ویندوز، حتماً گزینه “Add Python to PATH” را فعال کنید.
   • پس از نصب، با اجرای دستور python --version یا python3 --version و pip --version در ترمینال یا Command Prompt، از نصب صحیح پایتون و pip اطمینان حاصل کنید.
3. درایورهای سریال (Serial Drivers):
   • اگر برد شما دارای مبدل USB به سریال داخلی است (مانند CP210x، CH340G، FTDI)، ممکن است لازم باشد درایورهای مربوطه را نصب کنید. در سیستم‌عامل‌های مدرن، بسیاری از این درایورها به صورت خودکار نصب می‌شوند، اما در صورت بروز مشکل در شناسایی پورت سریال، به وب‌سایت سازنده چیپ مبدل یا وب‌سایت فروشنده برد خود مراجعه کنید.
   • CP210x: درایورها معمولاً توسط Silicon Labs ارائه می‌شوند.
   • CH340G: درایورها معمولاً توسط WCH ارائه می‌شوند.
   • FTDI: درایورها معمولاً توسط FTDI Chip ارائه می‌شوند.
   • پس از نصب درایورها و اتصال برد، باید بتوانید پورت سریال مربوط به برد را در Device Manager (ویندوز) یا با دستور ls /dev/tty.* (macOS/Linux) مشاهده کنید.
4. ابزارهای خط فرمان پایتون:
   • esptool.py: این ابزار برای فلش کردن فرم‌ویر MicroPython بر روی بردهای ESP32 و ESP8266 استفاده می‌شود. برای نصب، دستور زیر را در ترمینال اجرا کنید:

     pip install esptool

   • ampy (اختیاری اما توصیه می‌شود): این ابزار برای مدیریت فایل‌ها (آپلود، دانلود، لیست کردن) بر روی میکروکنترلر از طریق خط فرمان استفاده می‌شود. می‌توان از آن به عنوان یک جایگزین یا مکمل برای افزونه‌های VSCode استفاده کرد. برای نصب:

     pip install adafruit-ampy

5. افزونه‌های VSCode برای MicroPython:
   • Pymakr: این افزونه توسط Pycom توسعه یافته و یکی از قدرتمندترین ابزارها برای توسعه MicroPython در VSCode است. امکاناتی نظیر کنسول REPL، مدیریت فایل‌ها بر روی برد، آپلود/همگام‌سازی پروژه و آپلود فایل‌های بوت را فراهم می‌کند.
   • MicroPython: یک افزونه جایگزین یا مکمل که ممکن است قابلیت‌های متفاوتی برای ارتباط با REPL یا مدیریت فایل‌ها ارائه دهد.
   • Python Extension (مایکروسافت): این افزونه رسمی پایتون برای VSCode، قابلیت‌هایی مانند IntelliSense (پیشنهاد کد)، Linting (بررسی خطاها)، قالب‌بندی کد و دیباگینگ برای پایتون استاندارد را فراهم می‌کند که برای کدنویسی MicroPython نیز بسیار مفید است.

   این افزونه‌ها را می‌توانید از بخش Extensions در VSCode جستجو و نصب کنید.

با آماده‌سازی کامل این سخت‌افزارها و نرم‌افزارها، شما اکنون آماده هستید تا فرم‌ویر MicroPython را بر روی میکروکنترلر خود نصب کرده و محیط توسعه VSCode را پیکربندی کنید.

آماده‌سازی MicroPython Firmware برای میکروکنترلر

قبل از اینکه بتوانید کد پایتون خود را بر روی میکروکنترلر اجرا کنید، لازم است فرم‌ویر (Firmware) MicroPython را روی آن فلش کنید. این فرآیند شامل انتخاب فرم‌ویر مناسب، پاک کردن حافظه فلش برد و سپس رایت فرم‌ویر جدید است.

انتخاب و دانلود Firmware مناسب

اولین گام، انتخاب و دانلود فرم‌ویر MicroPython متناسب با برد میکروکنترلر شماست. فرم‌ویرها به طور مداوم به‌روزرسانی می‌شوند، بنابراین انتخاب نسخه مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.

• محل دانلود:
  • وب‌سایت رسمی MicroPython: micropython.org/download/ بهترین منبع برای دانلود فرم‌ویرهای رسمی و پایدار است. در این صفحه، لیستی از بردهای پشتیبانی شده را مشاهده خواهید کرد.
  • صفحات GitHub پروژه‌های خاص: برای برخی بردهای خاص یا نسخه‌های آزمایشی، ممکن است لازم باشد فرم‌ویر را مستقیماً از مخازن GitHub مربوطه (مثلاً مخزن MicroPython برای ESP32) دانلود کنید.
• انواع فرم‌ویر:
  • Stable Builds: نسخه‌های پایدار که به خوبی آزمایش شده‌اند و برای استفاده عمومی و پروژه‌های جدی توصیه می‌شوند. اینها معمولاً با تاریخ یا شماره نسخه مشخص می‌شوند.
  • Nightly Builds (یا Daily Builds): نسخه‌هایی که هر شب (یا روز) به صورت خودکار از آخرین تغییرات کد منبع ساخته می‌شوند. این نسخه‌ها جدیدترین ویژگی‌ها را دارند اما ممکن است ناپایدار باشند. برای توسعه‌دهندگان پیشرفته یا آزمایش ویژگی‌های جدید مناسب هستند.
• نام‌گذاری فایل‌ها:
  • برای بردهای ESP32، معمولاً فایلی با نامی شبیه esp32-YYYYMMDD-vX.X-X.bin را دانلود خواهید کرد.
  • برای بردهای ESP8266، نام فایل ممکن است esp8266-YYYYMMDD-vX.X-X.bin باشد.
  • مطمئن شوید که فرم‌ویر دانلود شده برای چیپست صحیح (مثلاً esp32 یا esp8266) و نوع برد شما (اگر نسخه خاصی وجود دارد) است.
• پوشه ذخیره‌سازی: فایل .bin دانلود شده را در یک پوشه قابل دسترس در کامپیوتر خود (مثلاً یک پوشه به نام firmware در مسیر پروژه) ذخیره کنید.

شناسایی پورت سریال برد

قبل از فلش کردن، باید پورت سریالی را که برد شما به آن متصل است، شناسایی کنید. این پورت در سیستم‌عامل‌های مختلف به روش‌های متفاوتی نمایش داده می‌شود:

• ویندوز: به “Device Manager” بروید، سپس بخش “Ports (COM & LPT)” را باز کنید. پورت سریال برد شما با نامی مانند “USB-SERIAL CH340 (COMx)” یا “Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge (COMx)” ظاهر می‌شود. COMx در اینجا شماره پورت شماست (مثلاً COM3).
• macOS/Linux: در ترمینال، دستور ls /dev/tty.* را اجرا کنید. پورت سریال معمولاً با نام‌هایی مانند /dev/tty.usbserial-XXXX یا /dev/ttyUSB0 ظاهر می‌شود.

پاک کردن حافظه فلش (Erasing Flash Memory)

قبل از رایت فرم‌ویر جدید، توصیه می‌شود حافظه فلش برد را کاملاً پاک کنید. این کار تضمین می‌کند که هیچ داده‌ی قدیمی یا خراب باقی نمانده و از تداخل‌های احتمالی جلوگیری می‌کند. برای این کار از ابزار esptool.py استفاده می‌کنیم.

1. برد میکروکنترلر خود را با کابل USB به کامپیوتر وصل کنید.
2. ترمینال یا Command Prompt را باز کنید.
3. دستور زیر را اجرا کنید. حتماً COMx را با پورت سریال واقعی برد خود جایگزین کنید:

   esptool.py --port COMx erase_flash

   نکات:

   • در برخی بردها، ممکن است لازم باشد برای قرار دادن برد در حالت فلش (Flash Mode)، دکمه “BOOT” (یا “FLASH”) را نگه داشته و سپس دکمه “EN” (یا “RESET”) را فشار دهید و رها کنید، و در نهایت دکمه “BOOT” را رها کنید. معمولاً برای بردهای توسعه مانند NodeMCU و ESP32 DevKitC، این فرآیند به صورت خودکار انجام می‌شود.
   • اگر خطای “Failed to connect” دریافت کردید، مطمئن شوید که درایورهای سریال نصب شده‌اند، پورت صحیح را انتخاب کرده‌اید و برد به درستی در حالت فلش قرار گرفته است. ممکن است نیاز به تعیین Baud Rate نیز داشته باشید، مثلاً --baud 460800.
4. پس از اتمام موفقیت‌آمیز، پیامی مبنی بر “Chip erase complete!” یا مشابه آن را مشاهده خواهید کرد.

فلش کردن Firmware

اکنون که حافظه فلش پاک شده است، می‌توانید فرم‌ویر MicroPython را روی برد رایت کنید. این فرآیند نیز با استفاده از esptool.py انجام می‌شود.

1. مطمئن شوید که ترمینال شما در مسیری قرار دارد که فایل فرم‌ویر .bin در آنجا ذخیره شده است، یا مسیر کامل فایل را در دستور مشخص کنید.
2. دستور زیر را اجرا کنید. COMx را با پورت سریال خود و esp32-YYYYMMDD-vX.X-X.bin را با نام فایل فرم‌ویر دانلود شده خود جایگزین کنید:

   esptool.py --port COMx --baud 460800 write_flash --flash_size=detect 0x1000 esp32-YYYYMMDD-vX.X-X.bin

   توضیحات پارامترها:

   • --port COMx: پورت سریال که برد به آن متصل است.
   • --baud 460800: سرعت ارتباط سریال (Baud Rate). 460800 یک سرعت رایج و نسبتاً سریع است. می‌توانید از 115200 نیز استفاده کنید.
   • write_flash: دستوری برای نوشتن داده در حافظه فلش.
   • --flash_size=detect: این پارامتر اندازه فلش برد را به صورت خودکار شناسایی می‌کند.
   • 0x1000: آدرس شروع در حافظه فلش که فرم‌ویر MicroPython از آنجا رایت می‌شود. این آدرس برای بردهای ESP رایج است.
   • esp32-YYYYMMDD-vX.X-X.bin: نام فایل فرم‌ویر MicroPython شما.

   نکات:

   • اگر خطای اتصال دریافت کردید، مجدداً مراحل قرار دادن برد در حالت فلش را بررسی کنید. برای بسیاری از بردهای ESP، پس از فلش کردن، برد به طور خودکار ریستارت شده و MicroPython اجرا می‌شود.
   • صبر کنید تا فرآیند فلش کردن به طور کامل انجام شود. پس از اتمام، پیامی مشابه “Hash of data verified.” و “Leaving … mode” را مشاهده خواهید کرد.

تبریک می‌گوییم! اکنون فرم‌ویر MicroPython با موفقیت بر روی میکروکنترلر شما نصب شده است. مرحله بعدی، پیکربندی VSCode برای ارتباط و توسعه کد MicroPython است.

پیکربندی VSCode برای MicroPython

پس از فلش کردن فرم‌ویر MicroPython روی میکروکنترلر، نوبت به پیکربندی محیط توسعه VSCode می‌رسد. این بخش شامل نصب افزونه‌های حیاتی و تنظیمات اولیه برای اطمینان از یک جریان کاری یکپارچه است.

نصب افزونه‌های ضروری

VSCode به دلیل معماری افزونه‌پذیر خود بسیار قدرتمند است. برای توسعه MicroPython، نصب افزونه‌های خاصی که ارتباط با برد را برقرار می‌کنند، ضروری است.

۱. افزونه Python (Microsoft)

این افزونه، هسته اصلی پشتیبانی از پایتون در VSCode است و قابلیت‌هایی نظیر:

• IntelliSense: تکمیل خودکار کد، پیشنهاد توابع و متغیرها.
• Linting: شناسایی خطاهای نحوی و مشکلات کد.
• Debugging: (عمدتاً برای CPython، اما ابزارهای کمکی دارد).
• قالب‌بندی کد: با استفاده از ابزارهایی مانند Black یا autopep8.

این قابلیت‌ها برای نوشتن کد MicroPython نیز بسیار مفید هستند، حتی اگر مستقیماً برای میکروکنترلر نباشند.

نصب:

1. VSCode را باز کنید.
2. به بخش Extensions (با آیکون مربع در نوار کناری سمت چپ) بروید یا Ctrl+Shift+X را فشار دهید.
3. در کادر جستجو، “Python” را تایپ کنید.
4. افزونه “Python” از Microsoft را پیدا کرده و بر روی دکمه “Install” کلیک کنید.

۲. افزونه Pymakr

Pymakr یکی از بهترین و جامع‌ترین افزونه‌ها برای توسعه MicroPython در VSCode است. این افزونه به طور خاص برای بردهای Pycom طراحی شده، اما به خوبی با ESP32، ESP8266 و سایر بردهای MicroPython نیز کار می‌کند. Pymakr امکانات کلیدی زیر را ارائه می‌دهد:

• Device Manager: برای مدیریت و اتصال به بردهای MicroPython.
• REPL Console: یک ترمینال تعاملی برای اجرای دستورات پایتون مستقیماً بر روی برد و مشاهده خروجی.
• File Explorer for Device: مشاهده، آپلود و دانلود فایل‌ها از حافظه فلش میکروکنترلر.
• Project Sync/Upload: همگام‌سازی خودکار (یا دستی) فایل‌های پروژه شما با برد.
• Boot/Main File Upload: آپلود آسان فایل‌های boot.py و main.py.

نصب:

1. در بخش Extensions، “Pymakr” را جستجو کنید.
2. افزونه “Pymakr” را پیدا کرده و بر روی “Install” کلیک کنید.

۳. افزونه MicroPython (اختیاری)

ممکن است افزونه دیگری به نام “MicroPython” (توسط Tommy M. E.) نیز مفید باشد، اگرچه Pymakr معمولاً کافی است. این افزونه نیز قابلیت‌هایی برای تعامل با برد و فلش کردن فرم‌ویر را ارائه می‌دهد. می‌توانید آن را نصب کنید تا گزینه‌های بیشتری داشته باشید.

ایجاد یک پروژه جدید و پیکربندی Pymakr

پس از نصب افزونه‌ها، نوبت به ایجاد یک پروژه جدید در VSCode و پیکربندی Pymakr برای ارتباط با برد می‌رسد.

۱. ایجاد پوشه پروژه

یک پوشه جدید در کامپیوتر خود برای پروژه MicroPython ایجاد کنید (مثلاً my_micropython_project). سپس این پوشه را در VSCode باز کنید:

File > Open Folder...

۲. فایل پیکربندی Pymakr (.vscode/settings.json)

Pymakr تنظیمات خود را در فایل .vscode/settings.json در داخل پوشه پروژه شما ذخیره می‌کند. این تنظیمات به Pymakr می‌گویند که چگونه به برد شما متصل شود.

1. در VSCode، در نوار کناری File Explorer، یک پوشه جدید به نام .vscode ایجاد کنید (اگر از قبل وجود ندارد).
2. در داخل پوشه .vscode، یک فایل جدید به نام settings.json ایجاد کنید.
3. محتوای زیر را در settings.json قرار دهید:

   {
       "pymakr.address": "COMx", // پورت سریال برد شما (مثلاً COM3 در ویندوز یا /dev/ttyUSB0 در لینوکس)
       "pymakr.baudrate": 115200, // سرعت ارتباط سریال (می‌تواند 115200 یا 460800 باشد)
       "pymakr.syncProjectFolder": true, // آیا پروژه به صورت خودکار با برد همگام شود؟
       "pymakr.autoConnect": true, // آیا افزونه به صورت خودکار به برد متصل شود؟
       "pymakr.syncFolder": "./", // مسیری که باید با برد همگام شود (ریشه پروژه)
       "pymakr.enableWireless": false // آیا از اتصال وایرلس استفاده شود؟ (در حال حاضر خیر، برای serial)
   }
   

   مهم: "pymakr.address": "COMx" را با پورت سریال واقعی برد خود جایگزین کنید. این همان پورتی است که در بخش “شناسایی پورت سریال برد” پیدا کردید. برای macOS/Linux، ممکن است نیاز باشد /dev/ttyUSB0 یا مشابه آن را وارد کنید.

اتصال به برد

اکنون که Pymakr پیکربندی شده است، می‌توانید به برد خود متصل شوید:

1. مطمئن شوید که برد میکروکنترلر شما از طریق کابل USB به کامپیوتر متصل و روشن است.
2. در VSCode، نوار وضعیت (Status Bar) در پایین پنجره را مشاهده کنید. پس از مدت کوتاهی، Pymakr باید تلاش کند تا به برد متصل شود. اگر اتصال موفقیت‌آمیز باشد، وضعیت اتصال Pymakr در نوار وضعیت نمایش داده می‌شود.
3. اگر اتصال خودکار برقرار نشد، می‌توانید به پالت فرمان (Ctrl+Shift+P یا Cmd+Shift+P) بروید و Pymakr: Connect را جستجو و انتخاب کنید.
4. پس از اتصال، باید پنل “Pymakr Console” در پایین VSCode ظاهر شود. این کنسول، ترمینال REPL شماست. می‌توانید دستورات پایتون را مستقیماً در آن تایپ کنید. برای مثال، print("Hello MicroPython!") را تایپ کرده و Enter را بزنید. باید “Hello MicroPython!” را به عنوان خروجی از برد دریافت کنید.

مدیریت فایل‌ها با Pymakr Device Manager

Pymakr همچنین یک “Device Manager” دارد که به شما امکان می‌دهد فایل‌های روی برد را مدیریت کنید.

1. در نوار کناری VSCode، به بخش “Explorer” (با آیکون پوشه) بروید.
2. در پایین این بخش، پنل “Pymakr Device Manager” را مشاهده خواهید کرد. اگر قابل مشاهده نیست، ممکن است لازم باشد آن را از طریق منوی View > Appearance > Show Pymakr Device Manager فعال کنید.
3. در این پنل، می‌توانید فایل‌های موجود در سیستم فایل میکروکنترلر خود را مشاهده کنید. می‌توانید فایل‌های جدید ایجاد کرده، فایل‌های موجود را حذف یا ویرایش کنید، و فایل‌ها را بین کامپیوتر و برد خود آپلود یا دانلود کنید.

با انجام این مراحل، محیط توسعه VSCode شما به طور کامل برای کار با MicroPython آماده است. اکنون می‌توانید به نوشتن و اجرای اولین کد MicroPython خود بپردازید.

اولین کد MicroPython شما: Blink LED

یکی از کلاسیک‌ترین و اساسی‌ترین برنامه‌ها در دنیای میکروکنترلرها، “Blink LED” است که یک LED را به صورت متناوب روشن و خاموش می‌کند. این مثال ساده، اساس کار با پین‌های ورودی/خروجی (GPIO) را به شما آموزش می‌دهد و راهی عالی برای اطمینان از صحت نصب و پیکربندی MicroPython است.

آشنایی با REPL و ارتباط اولیه

REPL (Read-Eval-Print Loop) یک رابط خط فرمان تعاملی است که به شما امکان می‌دهد دستورات پایتون را مستقیماً بر روی میکروکنترلر اجرا کرده و نتایج را بلافاصله مشاهده کنید. این ویژگی برای اشکال‌زدایی سریع، آزمایش سخت‌افزار و یادگیری بسیار قدرتمند است.

1. اتصال به REPL: اگر Pymakr Console در VSCode باز و متصل به برد نیست، آن را باز و متصل کنید. معمولاً می‌توانید آن را در پایین VSCode پیدا کنید.
2. دستورات اولیه:
   • برای ریست نرم‌افزاری برد، Ctrl+D را در REPL فشار دهید.
   • برای متوقف کردن اجرای کد، Ctrl+C را فشار دهید.
   • برای مشاهده اطلاعات سیستم برد:

     import os
     os.uname()

     این دستور اطلاعاتی درباره سیستم عامل، نسخه MicroPython، چیپست و شناسه منحصر به فرد برد را نمایش می‌دهد.

   • برای آزمایش یک دستور ساده پایتون:

     a = 10
     b = 20
     print(a + b)

     خروجی 30 را مشاهده خواهید کرد.

کد مثال Blink LED

اکنون بیایید کد Blink LED را بنویسیم. اکثر بردهای توسعه دارای یک LED داخلی هستند که می‌توانیم از آن استفاده کنیم. برای ESP32، معمولاً LED داخلی به پین GPIO2 متصل است. برای ESP8266، معمولاً به GPIO2 یا GPIO16 (بسته به برد) متصل است. ما از GPIO2 استفاده خواهیم کرد؛ اگر کار نکرد، پین‌های دیگر را امتحان کنید یا به مستندات برد خود مراجعه کنید.

1. ایجاد فایل main.py:
   • در VSCode، در پوشه پروژه خود، یک فایل جدید به نام main.py ایجاد کنید. فایل main.py (و boot.py) فایل‌های خاصی هستند که MicroPython پس از هر بار راه‌اندازی برد به صورت خودکار اجرا می‌کند.
2. نوشتن کد:

   کد زیر را در فایل main.py کپی کنید:

   from machine import Pin
   import time
   
   # شماره پین LED داخلی را بر اساس برد خود تنظیم کنید.
   # برای ESP32 معمولا GPIO2، برای ESP8266 نیز GPIO2 یا GPIO16.
   # اگر LED داخلی ندارید، یک LED خارجی به همراه مقاومت به این پین وصل کنید.
   LED_PIN = 2 
   
   def blink_led(pin_number, delay_ms=500):
       """
       روشن و خاموش کردن یک LED به صورت متناوب.
   
       Args:
           pin_number (int): شماره پین GPIO که LED به آن متصل است.
           delay_ms (int): تاخیر بین روشن و خاموش شدن (بر حسب میلی‌ثانیه).
       """
       led = Pin(pin_number, Pin.OUT) # پین را به عنوان خروجی تنظیم کنید
   
       print(f"شروع چشمک زدن LED روی پین GPIO{pin_number}...")
   
       while True:
           led.value(1)  # روشن کردن LED (HIGH)
           print("LED روشن")
           time.sleep_ms(delay_ms) # تاخیر
   
           led.value(0)  # خاموش کردن LED (LOW)
           print("LED خاموش")
           time.sleep_ms(delay_ms) # تاخیر
   
   try:
       blink_led(LED_PIN)
   except KeyboardInterrupt:
       print("برنامه متوقف شد.")
   except Exception as e:
       print(f"خطا: {e}")
   finally:
       # این قسمت تضمین می‌کند که LED پس از توقف برنامه خاموش می‌شود
       # اگر پین هنوز فعال باشد
       try:
           led = Pin(LED_PIN, Pin.OUT)
           led.value(0)
       except NameError:
           pass # led ممکن است تعریف نشده باشد اگر خطا قبل از آن رخ داده باشد
   

   توضیح کد:

   • from machine import Pin: ماژول machine را وارد می‌کنیم که شامل کلاس‌ها و توابع مربوط به تعامل با سخت‌افزار است. Pin برای کنترل پین‌های GPIO استفاده می‌شود.
   • import time: ماژول time برای ایجاد تاخیر زمانی (delay) وارد می‌شود.
   • LED_PIN = 2: شماره پین GPIO که LED به آن متصل است، تعریف می‌شود.
   • led = Pin(pin_number, Pin.OUT): یک شیء Pin ایجاد می‌کنیم. Pin.OUT نشان می‌دهد که این پین به عنوان یک خروجی (برای روشن/خاموش کردن LED) استفاده خواهد شد.
   • led.value(1) / led.value(0): این توابع برای تنظیم وضعیت پین به HIGH (1 یا روشن) یا LOW (0 یا خاموش) استفاده می‌شوند.
   • time.sleep_ms(delay_ms): برنامه را برای مدت مشخصی (بر حسب میلی‌ثانیه) متوقف می‌کند.
   • حلقه while True: باعث می‌شود LED به طور نامحدود چشمک بزند.
   • بلوک try...except...finally: این بلوک برای مدیریت خطاهای احتمالی و اطمینان از خاموش شدن LED در صورت توقف برنامه با Ctrl+C استفاده می‌شود.

آپلود و اجرا

پس از نوشتن کد، باید آن را به برد میکروکنترلر منتقل کرده و اجرا کنید.

1. ذخیره فایل: فایل main.py را ذخیره کنید (Ctrl+S یا Cmd+S).
2. آپلود به برد:
   • با Pymakr (توصیه می‌شود):
     • مطمئن شوید که VSCode به برد متصل است.
     • در VSCode، در پنل Pymakr Device Manager، راست کلیک بر روی فایل main.py و انتخاب Upload File.
     • یا اینکه از دستور Pymakr: Upload File در پالت فرمان استفاده کنید.
     • اگر "pymakr.syncProjectFolder": true در settings.json تنظیم شده باشد، Pymakr به صورت خودکار تغییرات را همگام‌سازی می‌کند. همچنین می‌توانید از دکمه Upload current file یا Sync current project در نوار وضعیت Pymakr استفاده کنید.
   • با Ampy (جایگزین خط فرمان): اگر Pymakr مشکلی داشت، می‌توانید از ampy استفاده کنید.

     ampy --port COMx put main.py

     COMx را با پورت سریال خود جایگزین کنید.

3. اجرا:
   • پس از آپلود فایل main.py، برای اجرای کد، برد را ریست کنید. این کار را می‌توانید با فشار دادن دکمه “EN” (یا “RST”) روی برد انجام دهید، یا در Pymakr Console با فشار دادن Ctrl+D یک ریست نرم‌افزاری انجام دهید.
   • به محض ریست شدن برد، MicroPython فایل main.py را به صورت خودکار اجرا می‌کند.
   • باید ببینید که LED داخلی برد شما شروع به چشمک زدن می‌کند و پیام‌های “LED روشن” و “LED خاموش” را در Pymakr Console مشاهده خواهید کرد.

تبریک می‌گوییم! شما اولین برنامه MicroPython خود را با موفقیت نصب، آپلود و اجرا کردید. این یک گام مهم در مسیر یادگیری توسعه سیستم‌های توکار با MicroPython و VSCode است.

توسعه پیشرفته و اشکال‌زدایی

پس از تسلط بر اصول اولیه، زمان آن می‌رسد که به جنبه‌های پیشرفته‌تر توسعه MicroPython در VSCode بپردازیم. این شامل مدیریت کارآمد فایل‌ها، استفاده از کتابخانه‌ها و ماژول‌ها، و تکنیک‌های اشکال‌زدایی است که به شما کمک می‌کنند پروژه‌های پیچیده‌تری را بسازید و مشکلات را به سرعت حل کنید.

مدیریت فایل‌ها روی برد

در MicroPython، شما اغلب با چندین فایل کد، فایل‌های پیکربندی و حتی دارایی‌های کوچک (مانند فایل‌های HTML برای وب سرور) کار خواهید کرد. مدیریت این فایل‌ها روی حافظه فلش محدود میکروکنترلر یک مهارت کلیدی است.

۱. استفاده از Pymakr Device Manager

Pymakr بهترین ابزار برای مدیریت فایل‌ها در VSCode است:

• مشاهده فایل‌ها: در پنل Pymakr Device Manager، ساختار دایرکتوری روی برد را مشاهده می‌کنید.
• آپلود/دانلود فایل‌ها: می‌توانید فایل‌ها را از کامپیوتر خود به برد (با کشیدن و رها کردن یا راست کلیک و Upload File) یا از برد به کامپیوتر (Download File) منتقل کنید.
• ایجاد/حذف فایل/پوشه: می‌توانید مستقیماً فایل‌ها و پوشه‌های جدیدی روی برد ایجاد یا حذف کنید.
• همگام‌سازی پروژه: قابلیت Sync current project Pymakr، تمام فایل‌های موجود در پوشه پروژه VSCode شما را با برد همگام می‌کند (فایل‌های جدید آپلود، فایل‌های تغییر یافته به‌روزرسانی و فایل‌های حذف شده، حذف می‌شوند). این یک راهکار بسیار کارآمد برای پروژه‌های بزرگ‌تر است.

۲. ابزارهای خط فرمان (ampy)

ampy یک ابزار خط فرمان است که توسط Adafruit توسعه یافته و برای مدیریت فایل‌ها روی بردهای MicroPython مفید است، به خصوص اگر ترجیح می‌دهید از ترمینال استفاده کنید یا با Pymakr مشکلی دارید.

• لیست کردن فایل‌ها:

  ampy --port COMx ls

• آپلود فایل:

  ampy --port COMx put my_file.py

  برای آپلود به یک پوشه خاص: ampy --port COMx put my_file.py /lib/my_file.py

• دانلود فایل:

  ampy --port COMx get boot.py

• اجرای فایل:

  ampy --port COMx run script.py

  این دستور فایل را اجرا کرده و خروجی را در ترمینال نمایش می‌دهد.

۳. WebREPL (برای اتصال Wi-Fi)

برخی از بردهای دارای Wi-Fi مانند ESP32/ESP8266 از WebREPL پشتیبانی می‌کنند. این قابلیت به شما اجازه می‌دهد از طریق مرورگر وب یا یک کلاینت WebREPL به برد متصل شوید و فایل‌ها را بدون نیاز به کابل USB مدیریت کنید. برای استفاده از آن، ابتدا باید WebREPL را روی برد پیکربندی و فعال کنید.

کتابخانه‌ها و ماژول‌ها

قابلیت استفاده مجدد از کد از طریق کتابخانه‌ها و ماژول‌ها، یکی از نقاط قوت پایتون است. در MicroPython نیز می‌توانید از این ویژگی بهره‌مند شوید.

۱. ماژول‌های داخلی (Built-in Modules)

MicroPython دارای مجموعه‌ای از ماژول‌های داخلی بهینه شده برای سخت‌افزار است، مانند machine، time، uos (برای عملیات سیستم فایل)، network (برای Wi-Fi)، و urequests (برای درخواست‌های HTTP). این ماژول‌ها به طور پیش‌فرض در فرم‌ویر MicroPython قرار دارند.

۲. ماژول‌های Frozen (پیش‌کامپایل شده)

برخی ماژول‌ها به صورت “Frozen” در فرم‌ویر گنجانده شده‌اند. این بدان معنی است که آنها به صورت بایت‌کد (bytecode) کامپایل شده‌اند و فضای کمتری اشغال می‌کنند و سریع‌تر اجرا می‌شوند. برای استفاده از آنها فقط کافی است import کنید.

۳. ماژول‌های User (آپلود شده)

شما می‌توانید ماژول‌های پایتون سفارشی خود را ایجاد کنید. این ماژول‌ها صرفاً فایل‌های .py هستند که شما آنها را روی برد آپلود می‌کنید. برای مثال، اگر یک فایل my_sensor.py دارید، می‌توانید آن را با import my_sensor در main.py خود وارد کنید.

• ساختار پروژه برای ماژول‌ها: معمولاً ماژول‌های سفارشی را در یک زیرپوشه مانند lib روی برد ذخیره می‌کنند (مثلاً /lib/my_module.py). برای اینکه MicroPython بتواند این ماژول‌ها را پیدا کند، باید مسیر /lib را به sys.path اضافه کنید. این کار معمولاً در فایل boot.py (که قبل از main.py اجرا می‌شود) انجام می‌شود:

  import sys
  sys.path.append('/lib')

• کتابخانه‌های MicroPython (mpy-lib): بسیاری از کتابخانه‌های محبوب CPython، پورت‌هایی برای MicroPython دارند. می‌توانید آنها را از GitHub یا با استفاده از ابزارهایی مانند micropython-lib پیدا کنید. فقط مطمئن شوید که نسخه MicroPython را دانلود کرده و نه نسخه استاندارد پایتون.

اشکال‌زدایی (Debugging)

اشکال‌زدایی در محیط‌های توکار می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، زیرا ابزارهای دیباگینگ گرافیکی قدرتمندی که در CPython وجود دارند، اغلب در MicroPython در دسترس نیستند. با این حال، تکنیک‌هایی وجود دارد که می‌توانید از آنها استفاده کنید:

۱. استفاده از دستورات print()

ساده‌ترین و در عین حال قدرتمندترین ابزار اشکال‌زدایی، استفاده از دستور print() است. با قرار دادن دستورات print() در نقاط کلیدی کد، می‌توانید مقادیر متغیرها، وضعیت برنامه و جریان اجرا را در Pymakr Console یا REPL مشاهده کنید.

# ...
sensor_value = read_sensor()
print(f"مقدار سنسور: {sensor_value}")
if sensor_value > threshold:
    print("مقدار بیش از حد است!")
# ...

۲. اشکال‌زدایی تعاملی با REPL

REPL به شما اجازه می‌دهد که در زمان اجرا، با برد تعامل داشته باشید. می‌توانید متغیرها را بخوانید، توابع را فراخوانی کنید و حتی تکه‌های کد را آزمایش کنید. اگر برنامه شما متوقف شد یا به خطا برخورد، می‌توانید با Ctrl+C اجرای آن را متوقف کرده و به REPL برگردید تا وضعیت را بررسی کنید.

• بررسی متغیرها:

  >>> my_variable
          123
          >>> type(my_variable)
          <class 'int'>

• فراخوانی توابع:

  >>> my_function()
          Done!

۳. مدیریت خطاها (Exception Handling)

استفاده از بلوک‌های try...except برای مدیریت خطاها، به شما کمک می‌کند تا برنامه شما در مواجهه با مشکلات متوقف نشود و بتوانید پیام‌های خطای معنی‌داری را چاپ کنید که به اشکال‌زدایی کمک می‌کند.

try:
    # کد مشکوک به خطا
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("خطا: تقسیم بر صفر!")
except Exception as e:
    print(f"خطای ناشناخته: {e}")

۴. استفاده از uPyCraft یا Thonny (گزینه‌های جایگزین)

اگرچه این مقاله بر VSCode تمرکز دارد، اما IDEهایی مانند uPyCraft یا Thonny (که دارای دیباگر داخلی برای MicroPython است) نیز می‌توانند برای اشکال‌زدایی در محیط‌های گرافیکی مفید باشند. می‌توانید از آنها برای تست‌های سریع و اشکال‌زدایی اولیه استفاده کرده و سپس کد نهایی را به VSCode خود منتقل کنید.

۵. تست واحد (Unit Testing) در CPython

برای بخش‌هایی از کد که به سخت‌افزار خاصی وابسته نیستند (مانند منطق تجاری، پردازش داده‌ها)، می‌توانید تست‌های واحد را بر روی کامپیوتر خود با CPython اجرا کنید. این کار به شما کمک می‌کند تا اطمینان حاصل کنید که بخش‌های منطقی کد قبل از استقرار بر روی برد، به درستی کار می‌کنند.

با ترکیب این تکنیک‌ها، می‌توانید به طور موثرتری کدهای MicroPython خود را توسعه داده، اشکال‌زدایی کرده و به پروژه‌های پیچیده‌تری بپردازید.

نکات و ترفندهای بهینه‌سازی و حل مشکلات رایج

توسعه بر روی میکروکنترلرها، به ویژه با MicroPython، چالش‌ها و ملاحظات خاص خود را دارد. محدودیت‌های حافظه و پردازش، نیاز به بهینه‌سازی کد و همچنین مواجهه با خطاهای رایج، بخشی جدایی‌ناپذیر از این فرآیند است. در این بخش، به برخی از نکات کلیدی برای بهینه‌سازی کد و راهکارهای حل مشکلات رایج می‌پردازیم.

بهینه‌سازی کد MicroPython

میکروکنترلرها منابع محدودی دارند، بنابراین بهینه‌سازی کد برای مصرف کمتر حافظه و افزایش سرعت اجرا حیاتی است.

۱. مدیریت حافظه (Memory Management)

• استفاده از gc.collect(): ماژول gc (garbage collector) را وارد کنید و به صورت دوره‌ای gc.collect() را فراخوانی کنید تا حافظه آزاد شود. این کار به ویژه پس از تخصیص حافظه زیاد یا در حلقه‌های طولانی مفید است.

  import gc
  # ... کد شما ...
  gc.collect()
  # ... ادامه کد ...

• اجتناب از اشیاء بزرگ: تا حد امکان از ایجاد لیست‌ها، دیکشنری‌ها و رشته‌های بسیار بزرگ خودداری کنید. اگر نیاز به ذخیره داده‌های باینری دارید، از bytearray به جای لیست استفاده کنید.
• رشته‌های بهینه (String Optimization):
  • از F-strings (f"...") با احتیاط استفاده کنید، زیرا می‌توانند حافظه بیشتری مصرف کنند. الحاق رشته‌ها با + نیز می‌تواند ناکارآمد باشد.
  • برای رشته‌های ثابت، از b"..." برای ایجاد بایت‌استرینگ استفاده کنید.
• کوتاه کردن نام متغیرها و توابع: در مواردی که فضا واقعاً تنگ است، استفاده از نام‌های کوتاه‌تر برای متغیرها و توابع می‌تواند به کاهش اندکی در اندازه بایت‌کد کمک کند، اما معمولاً خوانایی کد را فدای آن نکنید.

۲. بهینه‌سازی سرعت (Speed Considerations)

• استفاده از ماژول‌های C (C Modules): در صورت نیاز به سرعت بسیار بالا، می‌توانید بخش‌هایی از کد خود را به زبان C (یا C++) بنویسید و سپس آن را به عنوان یک ماژول MicroPython کامپایل کنید. این کار پیچیده‌تر است اما عملکرد را به شدت افزایش می‌دهد.
• استفاده از ماژول‌های .mpy (Pre-compiled modules): MicroPython می‌تواند فایل‌های پایتون را به بایت‌کد کامپایل کرده و به عنوان فایل‌های .mpy ذخیره کند. این فایل‌ها فضای کمتری اشغال می‌کنند و سریع‌تر بارگذاری و اجرا می‌شوند. می‌توانید از mpy-cross برای کامپایل فایل‌ها استفاده کنید.
• دسترسی مستقیم به سخت‌افزار: برای عملیات I/O حیاتی، از توابع سطح پایین machine به جای پیاده‌سازی‌های پایتونی کندتر استفاده کنید.

۳. بهینه‌سازی مصرف انرژی (Power Consumption Tips)

• حالت‌های Sleep: از حالت‌های خواب (مانند Light Sleep و Deep Sleep) میکروکنترلر استفاده کنید. هنگامی که برد فعال نیست و نیازی به انجام کار ندارد، آن را به حالت خواب ببرید تا مصرف انرژی به حداقل برسد. ماژول machine توابع مربوط به این حالت‌ها را فراهم می‌کند (مثلاً machine.lightsleep()، machine.deepsleep()).
• خاموش کردن Wi-Fi/بلوتوث: اگر به Wi-Fi یا بلوتوث نیاز ندارید، آنها را غیرفعال کنید. این ماژول‌های رادیویی مصرف انرژی قابل توجهی دارند.

  import network
  wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
  wlan.active(False)

• فرکانس پایین‌تر CPU: فرکانس ساعت CPU را در صورت امکان کاهش دهید تا مصرف انرژی کمتری داشته باشید. (با machine.freq()).

حل مشکلات رایج

در طول توسعه MicroPython، ممکن است با خطاهای متداولی روبرو شوید. در اینجا چند مورد از آن‌ها و راه‌حل‌هایشان آورده شده است:

۱. خطاهای اتصال (Connection Errors)

• Failed to connect to COMx یا Could not open port 'COMx': [Errno 2] No such file or directory:
  • پورت اشتباه: مطمئن شوید که COMx (یا /dev/ttyUSB0) در settings.json یا دستور esptool.py صحیح است.
  • درایورهای سریال: درایورهای USB به سریال (CH340G, CP210x, FTDI) را بررسی و نصب کنید.
  • برد متصل نیست/خاموش است: مطمئن شوید برد به درستی متصل و روشن است.
  • پورت در حال استفاده است: ممکن است نرم‌افزار دیگری (مثل Arduino IDE یا Putty) از پورت استفاده کند. آن را ببندید.
• A timeout occurred while waiting for the ROM to respond.:
  • برد در حالت فلش نیست: برای بردهای ESP، دکمه “BOOT” را نگه دارید، “EN” را فشار دهید و رها کنید، سپس “BOOT” را رها کنید تا وارد حالت فلش شود.
  • Baud Rate نامناسب: Baud Rate را در دستور esptool.py یا settings.json تغییر دهید (مثلاً 115200 یا 460800).

۲. خطاهای حافظه (MemoryError)

• MemoryError: memory allocation failed, allocating ... bytes:
  • این خطا نشان می‌دهد که MicroPython نتوانسته حافظه کافی برای یک عملیات خاص اختصاص دهد.
  • کد یا داده‌های بزرگ: کد خود را برای استفاده بهینه از حافظه بررسی کنید (نکات بهینه‌سازی حافظه را ببینید).
  • gc.collect(): از gc.collect() برای آزاد کردن حافظه استفاده کنید.
  • فرم‌ویر نامناسب: مطمئن شوید از جدیدترین و بهینه‌ترین فرم‌ویر MicroPython استفاده می‌کنید.

۳. خطاهای Syntax و منطقی (Syntax and Logic Errors)

• SyntaxError: invalid syntax:
  • یک خطای رایج پایتون. کد خود را برای خطاهای تایپی، پرانتزها، دونقطه‌ها و فرورفتگی (indentation) بررسی کنید. VSCode و افزونه Python آن معمولاً این خطاها را قبل از آپلود نشان می‌دهند.
• برنامه کار می‌کند اما به درستی نیست:
  • از دستورات print() برای اشکال‌زدایی منطق برنامه استفاده کنید. مقادیر متغیرها را در نقاط مختلف کد چاپ کنید تا ببینید آیا آنطور که انتظار دارید رفتار می‌کنند یا خیر.
  • از REPL برای آزمایش تکه‌های کد و توابع به صورت تعاملی استفاده کنید.

۴. بوت‌لوپ (Boot Loop)

• برد به طور مداوم ریست می‌شود:
  • معمولاً به دلیل یک خطای بدون رسیدگی در فایل boot.py یا main.py است. MicroPython تلاش می‌کند برنامه را اجرا کند، خطا می‌دهد، ریست می‌شود و دوباره تلاش می‌کند.
  • راه‌حل: برد را به حالت فلش ببرید و فایل‌های boot.py و main.py را حذف یا جایگزین کنید (یا با فلش کردن مجدد فرم‌ویر، همه چیز را پاک کنید). سپس کد خود را مرحله به مرحله آپلود و آزمایش کنید.
  • با فشار دادن Ctrl+C در کنسول REPL در زمان بوت، می‌توانید اجرای main.py را متوقف کنید و به REPL دسترسی پیدا کنید تا فایل‌ها را بررسی کنید.

منابع بیشتر

همیشه منابع خوبی برای یادگیری و حل مشکلات وجود دارد:

• مستندات رسمی MicroPython: docs.micropython.org جامع‌ترین منبع اطلاعات است.
• انجمن‌های MicroPython: forum.micropython.org مکانی عالی برای پرسیدن سوال و دریافت کمک از جامعه توسعه‌دهندگان است.
• مخازن GitHub: بسیاری از پروژه‌ها و کتابخانه‌ها را می‌توانید در GitHub پیدا کنید.
• مستندات VSCode و Pymakr: برای آشنایی عمیق‌تر با قابلیت‌های IDE و افزونه‌ها.

با در نظر گرفتن این نکات و ترفندها، می‌توانید به طور موثرتری با چالش‌های توسعه MicroPython روبرو شوید و پروژه‌های خود را به بهترین شکل ممکن پیش ببرید.

نتیجه‌گیری

در طول این مقاله، ما یک سفر جامع را از مفهوم MicroPython تا اجرای اولین کد شما در محیط قدرتمند Visual Studio Code طی کردیم. با شروع از درک ماهیت MicroPython و مزایای آن نسبت به گزینه‌های سنتی‌تر برای سیستم‌های توکار، به اهمیت انتخاب برد مناسب و تهیه پیش‌نیازهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری پرداختیم.

ما گام به گام نحوه آماده‌سازی و فلش کردن فرم‌ویر MicroPython بر روی میکروکنترلر، شناسایی پورت سریال و استفاده از ابزارهایی مانند esptool.py را آموختیم. سپس به بخش اصلی، یعنی پیکربندی VSCode، نصب افزونه‌های ضروری مانند Pymakr و Python، و تنظیمات اولیه برای برقراری ارتباط با برد از طریق REPL Console وارد شدیم. اجرای موفقیت‌آمیز برنامه کلاسیک “Blink LED” نه تنها یک نقطه عطف در یادگیری شما بود، بلکه تاییدی بر صحت تمامی مراحل نصب و راه‌اندازی فراهم آورد.

در نهایت، با پرداختن به توسعه پیشرفته و تکنیک‌های اشکال‌زدایی، از جمله مدیریت فایل‌ها روی برد، استفاده از کتابخانه‌ها و ماژول‌ها، و بهینه‌سازی کد برای منابع محدود میکروکنترلرها، دیدگاهی عمیق‌تر نسبت به چالش‌ها و راهکارهای پیش رو در پروژه‌های پیچیده‌تر به دست آوردیم. همچنین، با مروری بر نکات بهینه‌سازی و حل مشکلات رایج، شما را برای مواجهه با خطاهای احتمالی و رفع آن‌ها آماده ساختیم.

اکنون شما ابزارها، دانش و اعتماد به نفس لازم را برای شروع به کاوش در دنیای وسیع MicroPython و توسعه پروژه‌های نوآورانه اینترنت اشیا دارید. قدرت ترکیب سادگی پایتون با انعطاف‌پذیری VSCode، پتانسیل بی‌حد و حصری را برای ایده‌های شما فراهم می‌آورد. از ساخت یک سنسور دما تا یک سیستم اتوماسیون خانگی پیچیده، MicroPython و VSCode آماده‌اند تا همراه شما در این مسیر باشند.

به یاد داشته باشید که بهترین راه برای یادگیری، انجام دادن است. با آزمایش، تحقیق و ساخت پروژه‌های واقعی، مهارت‌های خود را تقویت کرده و به یک توسعه‌دهنده ماهر MicroPython تبدیل شوید. موفق باشید!