人工智能物联网应用（基于树莓派）

◆ 树莓派搭载Python 开发，物联网项目分步实现。

◆ 八个实训项目循序渐进，三类应用场景全面覆盖。

◆ 理论解析力求简明易懂，实操指导确保步骤清晰。

随着科技的飞速发展，人工智能和物联网技术已经成为推动社会进步和产业升级的重要力量。在这个信息爆炸的时代，如何利用这些前沿技术解决实际问题，提升生活品质和工作效率，成为我们共同关注的课题。树莓派，作为一款小巧而强大的单板计算机，凭借其低成本、高性能和易于开发的特点，成为探索人工智能和物联网应用的理想平台。

本书通过一系列精心设计的实践项目和深入浅出的理论讲解，引领读者走进树莓派、人工智能和物联网的奇妙世界。书中不仅介绍了树莓派的基础知识和编程技巧，还通过多个实际案例，展示了树莓派在智能家居、环境监测、农业自动化等领域的广泛应用。

在内容编排上，本书注重循序渐进，从编程基础开始，逐步深入到复杂的项目实践。我们希望通过这种方式，帮助读者建立起扎实的理论基础，并逐步提升解决实际问题的能力。同时，本书还注重培养读者的创新思维和实践能力，鼓励读者在掌握基础技能后，勇于尝试新想法和新技术，不断探索未知领域。

此外，本书还特别强调科技发展与社会责任的关系。在探讨人工智能和物联网技术应用的同时，我们也引导读者思考这些技术对社会、环境和人类生活的影响，培养读者的环保意识和可持续发展理念。我们相信，只有具备高度社会责任感的科技工作者，才能创造出真正有益于人类社会的科技成果。

本书适合对树莓派、人工智能和物联网技术感兴趣的读者阅读，无论是电子爱好者、编程初学者，还是希望将这些技术应用于实际工作的专业人士，都能从本书中获得有价值的知识和启发。我们期待本书能成为您探索科技世界的得力助手，陪伴您在人工智能和物联网的征途中不断前行。

本书编写团队分工如下：模块一，项目一～项目三（冯健明）、项目四和项目五（石炽安）；模块二，项目一（汤水华）、项目二～项目四（孟柳樊）、项目五（郭晓花）、项目六～项目八（钟少佳）；模块三，项目一～项目三（陈少锋）；全书版式设计由郭晓花完成。

作为聚焦树莓派技术的实践型教材，本书构建了“三位一体”的内容体系：在知识维度系统梳理编程基础理论，在技能维度通过渐进式实训项目提升工程实践能力，在素养维度创新融入职业伦理与社会责任培养。编写团队充分发挥跨学科优势，将多年积累的教学智慧转化为从基础语法的精微阐释，到智能硬件项目的分层实现，直至智慧渔业、精准农业、智慧城市管理等产业级物联网方案的完整实现路径。

前言
模块一 编 程 思 维

编程思维一 Python与人机协作 2
学习目标 2
背景材料 3
材料思考 6
知识结构 7
知识探索 7
一、人机概念和人机交互的关系 7
二、用Python实现人机交流的基础 12
实践探索 14
一、实践项目—菜单与购物车 14
二、实践项目—锥度加工计算器 15
知识检测 17
评价与反馈 19
编程思维二 Python与机器执行和决策 20
学习目标 20
背景材料 21
材料思考 24
知识结构 25
知识探索 25
一、机器替代 25
二、Python与机器替代 29
实践探索 31
一、实践项目—挑西瓜 31
二、实践项目—灌装饮料 32
知识检测 32
评价与反馈 34
编程思维三 Python与机器流程控制和重复
劳动 35
学习目标 35
背景材料 36
材料思考 39
知识结构 39
知识探索 40
一、流程化设计思维 40
二、机器重复劳动替代 42
三、Python程序设计基础 42
实践探索 45
一、实践项目—空调温控器 45
二、实践项目—零件尺寸记录器 46
知识检测 47
评价与反馈 48
编程思维四 Python函数与模块化搭建
思维 50
学习目标 50
背景材料 51
材料思考 53
知识结构 53
知识探索 53
一、模块化搭建思维 53
二、Python的模块化编程基础 56
三、Python库和模块的类型 57
实践探索 57
一、实践项目—零件检测程序 57
二、实践项目—体重记录程序 58
知识检测 60
评价与反馈 61
编程思维五 Python与机器中的数学模型 63
学习目标 63
背景材料 64
材料思考 66
知识结构 67
知识探索 67
一、数学建模编程思维 67
二、建模编程实例（Python弹道
建模） 69
三、机器学习的模型 73
实践探索 74
一、实践项目—汽车里程表程序 74
二、实践项目—计算BMI指数 75
知识检测 76
评价与反馈 77

模块二 实 训 项 目

项目一 点亮LED灯 80
学习目标 80
背景材料 81
材料思考 82
知识结构 83
知识探索 83
一、探秘树莓派 83
二、探秘LED驱动电路 85
三、探秘树莓派的Python 87
实践探索 88
一、实践项目—控制LED灯闪烁 88
二、实践项目—制作简单版LED
流水灯 89
三、实践项目—制作十字路口
交通灯 90
知识检测 91
评价与反馈 93
项目二 用手机控制LED灯 95
学习目标 95
背景材料 96
材料思考 98
知识结构 99
知识探索 99
一、探秘App Inventor 99
二、探秘树莓派的Python 101
三、探秘Bottle框架 102
实践探索 104
一、实践项目—用手机控制LED灯 104
二、实践项目—搭建简易网站 106
知识检测 107
评价与反馈 109
项目三 搭建手机聊天服务器 110
学习目标 110
背景材料 111
材料思考 113
知识结构 113
知识探索 113
一、信息与网络 113
二、树莓派与Bottle服务器 115
三、App Inventor的手机通信 117
实践探索 120
实践项目——手机聊天服务器 120
知识检测 121
评价与反馈 123
项目四 手机获取超声波传感器信息 124
学习目标 124
背景材料 125
材料思考 126
知识结构 127
知识探索 127
一、超声波原理 127
二、超声波传感器应用 128
三、手机App的编写 130
实践探索 132
一、实践项目—超声波坐姿
矫正器 132
二、实践项目—超声波远程监测
报警器 134
知识检测 135
评价与反馈 136
项目五 手机远程PWM调光 138
学习目标 138
背景材料 139
材料思考 140
知识结构 141
知识探索 141
一、PWM调光原理 141
二、硬件电路搭建 144
三、Bottle网络搭建 145
四、App的程序编写 146
实践探索 148
一、实践项目—超声波远程监测
报警器 148
二、实践项目—呼吸灯效果 150
知识检测 151
评价与反馈 153
项目六 手机控制舵机与机械臂 154
学习目标 154
背景材料 155
材料思考 158
知识结构 159
知识探索 159
一、舵机基础知识 159
二、舵机的编程控制 162
三、舵机的应用 164
实践探索 165
一、实践项目—控制舵机开关门 165
二、实践项目—控制舵机机械臂 166
知识检测 168
评价与反馈 169
项目七 人脸检测舵机开门 171
学习目标 171
背景材料 172
材料思考 175
知识结构 175
知识探索 176
一、人工智能基础 176
二、计算机矩阵的数学基础 179
三、OpenCV与人脸检测 180
四、舵机开门 181
实践探索 182
一、实践项目—人脸检测舵机
开关门 182
二、实践项目—人脸识别消防
监控杆 184
知识检测 185
评价与反馈 186
项目八 DHT11温湿度传感器 188
学习目标 188
背景材料 189
材料思考 191
知识结构 191
知识探索 191
一、环境监测的意义 191
二、DHT11的工作原理 193
三、DHT11的控制 194
四、环境监测App 197
实践探索 198
一、实践项目—温湿度监测
系统 198
二、实践项目—温控风扇 200
知识检测 201
评价与反馈 202

模块三 综 合 实 践

综合实践一 物联网鱼塘 204
学习目标 204
背景材料 205
材料思考 207
物联网系统拓扑结构 207
实现方式 208
手机端App程序 209
树莓派端Python控制程序 209
评价与反馈 212
综合实践二 物联网温室种植 213
学习目标 213
背景材料 214
材料思考 216
物联网系统拓扑结构 216
实现方式 217
手机端App程序 219
树莓派端Python控制程序 220
评价与反馈 221
综合实践三 物联网电梯 223
学习目标 223
背景材料 224
材料思考 225
物联网系统拓扑结构 226
实现方式 227
手机端App程序 229
树莓派端Python控制程序 229
评价与反馈 234
参考文献 235

1. 体育与健康 [主编 刘传栋 ]
2. 大学生劳动教育 [蹇兴超　陈秀泉]
3. 村镇生活污水处理适用技术及工程示范 [刘秉涛 李发站 陈伟胜 著]
4. 网络管理员5天修炼 （适配第6版考纲） [朱小平 施游 编著]
5. 全球科技新知精选：看前沿科技学英文 [王琼　曹阳　编译]
6. 信息技术基础（WPS Office） [阳晓霞 周永福 钟建坤 刘婧莉]
7. 基于人文教育的大学英语创新教育实践研究 [段筱箫 著]
8. 软件设计师真题及模考卷精析（适用机考） [主编 薛大龙 邹月平]
9. Windows Server网络操作系统项目教程（微课版） [杨云 蒋君 杨琼]
10. 软考论文高分特训与范文10篇—系统规划与管理师（第二版） [薛大龙 刘伟 刘开向]
11. 工程测量实践教程 [王灼英 熊梅]
12. 系统规划与管理师考试32小时通关（第二版） [薛大龙　刘伟]
13. 零基础用DeepSeek玩转炒股—轻松解码AI投资 [林开平]
14. 工程测量实践教程 [王灼英 熊梅]
15. 高等数学 （第三版）（上下册） [主编 郭照庄]
16. 零基础学电子系统设计—从电子电路基础到Arduino单片机项目开发 [竺春祥 张珂]
17. 基于AI的Web技术项目实战 [主编 李攀 孙晓叶 孙旭光]
18. 数字技能基础 [主编　冯迎　陈伟　刘美丽]
19. 应用数学（第二版） [主编 刘东海 刘丽瑶]
20. 网页设计与制作 [主编 李佼辉 于新奇]
21. 信息技术基础（麒麟操作系统+WPS Office） [主编　芮雪　蒋莉　王亮亮]
22. Office高级应用项目式教程（第2版） [主编 李观金 张倩文 黎夏克 ]
23. 巧用翻译学英语：英汉互译500例 [王学文 著]
24. 高等教育多维评价体系构建与高质量发展研究 [张妍 著]
25. 系统规划与管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
26. 计算机操作系统实践指导（openEuler版） [主编 秦光 曾陈萍 岳付强]
27. 信息系统管理工程师真题及模考卷精析（适用机考） [主 编 薛大龙 程 刚 上官绪]
28. 航海类院校体育教育教学研究 [张利超 李宁 著]
29. 新时代背景下我国职业教育产教融合长效机制建设研究 [王玉贤 著]
30. 电路分析 [主编 李飞 毛先柏]