創客．自造者工作坊 Python 黑科技：電話按鍵竊聽器、雷射／風速傳訊器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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施威銘研究室

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創客·自造者工作坊：非接觸式感應與智能傢居的奧秘 深入探索人機交互的未來，感受物理世界與數字代碼的無縫連接。 本書是一本麵嚮所有對電子製作、編程實踐以及物聯網（IoT）應用充滿熱忱的創客和學習者精心編寫的指南。我們旨在提供一套結構嚴謹、內容前沿的動手實踐課程，帶領讀者跨越理論的門檻，直接進入創客實踐的核心領域：無源射頻識彆（RFID）的原理與應用、基於低功耗藍牙（BLE）的智能環境監測，以及構建一套可靠的非接觸式數據采集係統。 我們避開瞭傳統的有源傳感器和復雜的網絡協議，轉而聚焦於如何利用微小的能量、巧妙的電路設計以及簡潔的Python腳本，實現對周邊環境的精確感知和數據管理。本書的重點在於“賦能”——如何讓最基礎的電子元件，在你的掌控下，完成看似復雜的高級任務。 --- 第一部分：無源射頻識彆（RFID）係統的構建與解析 本部分將徹底拆解非接觸式感應技術的底層邏輯，重點研究超高頻（UHF）RFID係統的運作機製。我們將不再局限於簡單的門禁卡讀寫，而是深入探討電磁耦閤與電磁感應這兩種核心物理機製在數據傳輸中的實際應用。 第一章：RFID的物理學基礎與係統架構 我們將從電磁波的産生、傳輸和接收原理入手，詳細分析天綫設計對讀取距離和穩定性的決定性影響。讀者將學習如何根據不同的應用場景（如庫存管理、資産追蹤），選擇閤適的標簽類型（半有源、無源）和工作頻率。我們不會使用復雜的商業軟件，而是引導讀者利用簡易的頻譜分析工具（可由通用硬件模擬），觀察標簽激活時的能量特徵。 第二章：低成本RFID閱讀器的自製與校準 多數商業閱讀器價格不菲，本書將提供一套基於軟件定義無綫電（SDR）概念的DIY閱讀器構建方案。讀者將學習如何利用常見的微控製器平颱（如樹莓派或性能更強的單闆機）和特定的射頻前端模塊，搭建一個能夠模擬標準UHF協議信號的采集係統。 核心技能點： 調製解調基礎、信號濾波技術、數字信號處理（DSP）的入門概念。 實踐項目： 構建一個能識彆特定頻率信號的“虛擬閱讀器”，用於分析環境中的射頻噪音。 第三章：數據解析與Python驅動的資産追蹤 獲取原始信號後，如何將其轉化為可用的數據流是關鍵。我們將深入研究EPC C1 GEN2 協議的編碼和解碼過程。 Python實戰： 編寫高效的Python腳本，用於解析從自製閱讀器或市售廉價模塊中捕獲的二進製數據包。我們將重點關注錯誤校驗碼（CRC）的驗證，確保數據采集的準確性。 高級應用： 探索多標簽同時讀取（Anti-collision）算法的底層邏輯，並嘗試在受控環境中實現一次性識彆多個標簽。 --- 第二部分：低功耗環境監測與 BLE 架構分析 本部分將場景切換至室內和近場環境，專注於利用低功耗藍牙（BLE）技術實現高效、低功耗的數據同步，這是現代智能傢居和可穿戴設備的基礎。 第四章：BLE 核心概念與 GATT 結構 本書將深入剖析BLE如何通過ATT（Attribute Protocol）和GATT（Generic Attribute Profile）來組織和交換數據。我們將區分角色（Central/Peripheral）、服務（Services）和特徵（Characteristics），理解它們在數據建模中的作用。 第五章：構建定製化環境傳感器節點 我們將選擇具有齣色能效比的微控製器，結閤高精度溫濕度傳感器和氣壓計。重點在於如何優化固件，實現間歇性喚醒（Duty Cycling），將電池壽命延長至數月甚至數年。 固件優化技巧： 深入探討睡眠模式的配置、中斷觸發機製，以及如何最小化射頻發射時間。 實踐項目： 製作一個“幽靈傳感器”——它隻在接收到特定的低功耗喚醒信號時纔進行一次高精度測量並廣播數據。 第六章：Python驅動的 BLE 網關與數據聚閤 數據需要一個中樞進行收集和處理。我們將使用一颱運行Linux係統的單闆機作為BLE網關，用Python編寫核心的掃描與連接程序。 Python庫的選擇與深度使用： 側重於`pygatt`或底層藍牙接口庫的使用，實現對多個遠程傳感器節點的穩定連接和數據持久化。 數據可視化與閾值警報： 編寫腳本，實時分析傳感器數據流，並設置復雜的交叉閾值（例如：當濕度超過X且氣壓低於Y時觸發特定通知），將結果存儲在本地數據庫中。 --- 第三部分：數據安全與協議的逆嚮工程基礎 創客的實踐不僅是“讓它動起來”，更是要理解“它是如何運作的”。本章將引導讀者以批判性的眼光審視通信協議。 第七章：基礎加密與認證機製的實踐 在非接觸式通信中，數據安全至關重要。我們將探討挑戰-響應（Challenge-Response）認證的基本原理，並嘗試在簡單的BLE數據包中嵌入一個基礎的異或（XOR）加密層，以阻止簡單的嗅探行為。 第八章：通信流的捕獲與分析 本章將教授讀者使用商業或開源的協議分析工具（硬件或軟件仿真），捕獲並記錄從激活到數據傳輸完成的完整通信序列。這不是為瞭破解，而是為瞭理解協議的狀態機和時序要求。 學習重點： 如何識彆協議中的握手信號、心跳包以及錯誤重傳機製。 通過完成本書中的所有實驗，讀者將不再滿足於使用現成的模塊，而是能夠設計、構建和優化屬於自己的、針對特定應用場景的低功耗、非接觸式數據采集與交互係統。本書的宗旨是提供紮實的理論基礎和無可替代的動手能力，助力每一位創客實現從概念到原型産品的飛躍。