第4章：开发环境搭建

工欲善其事，必先利其器。物联网开发涉及硬件（嵌入式）和软件（上位机/云平台）两部分，因此我们需要搭建一套完整的开发环境。

4.1 硬件开发环境

4.1.1 Arduino IDE

这是入门最简单的开发环境，支持 Arduino 系列以及 ESP8266/ESP32 等第三方开发板。

• 下载：访问 Arduino 官网 下载最新版（推荐 2.0+ 版本）。
• 配置：
  1. 安装驱动（如 CH340 驱动，用于国产开发板）。
  2. 添加开发板管理器地址（File -> Preferences -> Additional Boards Manager URLs）。
  3. 安装 ESP32/ESP8266 支持包。

4.1.2 PlatformIO

对于进阶开发者，强烈推荐使用 VS Code + PlatformIO 插件。

• 优势：更好的代码补全、更快的编译速度、方便的库管理。
• 安装：
  1. 安装 Visual Studio Code。
  2. 在扩展市场搜索 "PlatformIO IDE" 并安装。
  3. 重启 VS Code，等待内核安装完成。

4.1.3 Raspberry Pi (树莓派) 系统配置

树莓派通常运行 Linux 系统（Raspberry Pi OS）。

• 烧录系统：使用 Raspberry Pi Imager 工具，将系统镜像写入 SD 卡。
• SSH 连接：
  1. 在 SD 卡根目录创建一个名为 ssh 的空文件（无后缀），开启 SSH 服务。
  2. 创建 wpa_supplicant.conf 文件预配置 Wi-Fi。
  3. 启动树莓派，通过路由器查找 IP，使用 PuTTY 或终端连接。

4.2 软件开发环境

4.2.1 Python 环境

Python 是物联网数据处理和快速原型的首选语言。

• 安装：下载 Python 3.8+。
• 虚拟环境：建议使用 venv 或 conda 管理项目依赖。

  python -m venv venv
  source venv/bin/activate  # Linux/Mac
  .\venv\Scripts\activate   # Windows

• 常用库：pyserial (串口), paho-mqtt (MQTT), requests (HTTP).

4.2.2 Node.js 环境

Node.js 适合开发高并发的物联网服务器和实时 Dashboard。

• 安装：下载 Node.js LTS 版本。
• 工具：npm 或 yarn 包管理器。
• 常用库：mqtt.js, socket.io, express.

4.2.3 Docker

容器化技术让部署变得简单，特别是在边缘计算节点上。

• 安装：Docker Desktop (Windows/Mac) 或 Docker Engine (Linux).
• 应用：一键部署 MQTT Broker (Mosquitto)、数据库 (InfluxDB) 和可视化工具 (Grafana)。

4.3 调试与测试工具

4.3.1 串口调试助手

用于查看单片机打印的日志。

• Windows: XCOM, SSCOM, PuTTY.
• Mac/Linux: screen, minicom, CoolTerm.

4.3.2 网络抓包工具

• Wireshark：强大的网络协议分析工具，可分析 TCP/IP, MQTT 包。
• Tcpdump：Linux 命令行抓包工具。

4.3.3 MQTT 客户端

用于测试 MQTT 消息的发布和订阅。

• MQTTX：跨平台 GUI 客户端，界面美观，功能强大。
• Mosquitto_sub/pub：命令行工具。

4.3.4 在线模拟器

如果没有硬件，可以使用模拟器学习。

• Wokwi：支持 ESP32, Arduino, Raspberry Pi Pico 的在线仿真，可连接 WiFi。

环境搭建完毕，下一章我们将深入传感器技术，学习如何采集物理世界的数据。