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1.GPIO 入门

1.1 GPIO 引脚图
- 40-pin 引脚定义
  Pi 5 vs Pi 4B 引脚差异
  GPIO 编号方式（BCM / Board / 功能）
  官方 Pinout 在线工具
1.2 GPIO 功能详解
- 数字输入 / 输出
  PWM 脉宽调制输出
  RP1 I/O 控制器架构
  GPIO 安全操作规范（3.3V 逻辑电平）
  GPIO 最大电流与驱动能力
1.3 GPIO 编程库
- gpiozero 库入门
  RPi.GPIO 库入门
  lgpio 库（Pi 5 推荐）
  WiringPi 库
  库对比与选型

2.电路基础

2.1 基础元器件
- 面包板使用方法
  杜邦线与跳线
  电阻（色环识别 / 阻值计算）
  电容（电解 / 陶瓷 / 超级电容）
  二极管与 LED
  三极管（NPN / PNP）与 MOSFET
2.2 基本电路原理
- 欧姆定律与限流计算
  串联与并联电路
  电压分压电路
  上拉 / 下拉电阻
2.3 电平转换
- 3.3V vs 5V 电平问题
  电平转换方案（电阻分压 / 二极管 / 专用 IC）
  常见电平转换模块
2.4 工具与焊接
- 万用表使用
  示波器入门
  烙铁焊接基础
  常用工具清单

3.数字输出 — LED 控制

3.1 基础 LED 控制
- LED 闪烁（Blink）
  LED 电路接线（限流电阻计算）
  多 LED 顺序点亮
  LED 状态指示灯
3.2 PWM 控制
- PWM 原理与频率
  呼吸灯效果
  亮度调节
3.3 彩色 LED
- RGB LED 原理（共阴 / 共阳）
  RGB LED 颜色混合
  WS2812B NeoPixel 可寻址 LED
  LED 矩阵驱动（MAX7219）

4.数字输入 — 按钮与开关

4.1 按钮输入
- 按钮接线（上拉 / 下拉模式）
  按钮事件检测（按下 / 释放）
  防抖处理（硬件 / 软件）
4.2 中断方式
- GPIO 中断原理
  边沿触发（RISING / FALLING / BOTH）
  回调函数与多按钮处理
4.3 其他数字输入设备
- 拨码开关
  红外接收（IR Receiver）
  旋转编码器
  触摸传感器（TTP223）

5.传感器 — 数据采集

5.1 温湿度传感器
- DHT11 / DHT22 温湿度
  DS18B20 单总线温度
  BME280 / BMP280 气压与温湿度
  SHT3x / SHT4x 高精度温湿度
5.2 运动与姿态
- PIR 红外运动检测
  MPU6050 六轴加速度陀螺仪
  ADXL345 三轴加速度计
5.3 光照与环境
- LDR 光敏电阻
  BH1750 光照强度传感器（I2C）
  声音传感器（MIC 模块）
  紫外线传感器（VEML6070）
  土壤湿度传感器
5.4 距离与位置
- HC-SR04 超声波测距
  GP2Y0A21 红外测距
  GPS 模块（NEO-6M / NEO-M8N）
5.5 模拟信号读取
- ADC 原理与 MCP3008
  ADS1115 高精度 ADC（I2C）
  RP1 内置 12-bit ADC（Pi 5）
5.6 Sense HAT 综合传感器
- Sense HAT 硬件概述
  温湿度 / 加速度 / 陀螺仪 / 磁力计
  LED 矩阵显示文本与图案
  操纵杆输入

6.执行器 — 电机与控制

6.1 舵机控制
- 舵机原理（PWM 信号）
  SG90 微型舵机控制
  MG996R 大扭矩舵机
  多舵机控制
6.2 直流电机
- L298N 双 H 桥驱动板
  L293D 驱动芯片
  TB6612FNG 驱动模块
  电机速度与方向控制（PWM）
6.3 步进电机
- 步进电机原理
  28BYJ-48 + ULN2003 驱动板
  NEMA 17 + A4988 驱动
  精确步进与微步进
6.4 继电器与高压控制
- 继电器模块使用
  控制家用电器（灯 / 风扇）
  安全注意事项
6.5 Build HAT
- Build HAT 概述
  LEGO 电机控制
  LEGO 传感器读取

7.通信协议

7.1 I2C 总线
- I2C 协议原理
  I2C 设备扫描（i2cdetect）
  I2C 读写操作
  多设备挂载与地址冲突
  常见 I2C 设备驱动
7.2 SPI 总线
- SPI 协议原理
  spidev 用户态 SPI 操作
  SPI 高速数据传输
  常见 SPI 设备（屏幕 / ADC / Flash）
7.3 UART 串口
- UART 协议原理
  Pi 串口配置（PL011 / Mini UART）
  minicom / screen 串口终端
  Arduino 与 Pi 串口通信
  GPS 模块串口通信
7.4 1-Wire 总线
- 1-Wire 协议原理
  DS18B20 温度传感器（1-Wire）
  1-Wire 设备枚举
7.5 协议对比与选型
- I2C vs SPI vs UART 对比
  场景选型指南

8.摄像头与视觉

8.1 摄像头模块选型
- Camera Module V2（IMX219 8MP）
  Camera Module V3（IMX708 12MP）
  High Quality Camera（IMX477）
  Global Shutter Camera（IMX296）
  AI Camera（IMX500）
  USB 摄像头对比
8.2 rpicam-apps 命令行工具
- rpicam-hello 实时预览
  rpicam-jpeg 拍照
  rpicam-still 高级拍照
  rpicam-vid 录像
  rpicam-raw 原始帧捕获
  命令行参数详解
8.3 libcamera 架构
- libcamera 架构概述
  图像后处理管线
  自定义图像处理
8.4 高级摄像功能
- 延时摄影
  长曝光摄影
  视频编码（H.264 / H.265 / MJPEG）
  图像旋转与翻转
  ROI 区域裁剪
8.5 OpenCV 图像处理
- OpenCV 安装与配置
  图像读取 / 显示 / 保存
  颜色检测与轮廓提取
  运动检测
  人脸检测
  QR 码 / 条形码识别
8.6 视频流
- RTSP 视频流服务器
  Web 浏览器实时视频
  Motion 运动检测录像

9.显示模块

9.1 官方触摸屏
- Touch Display 7 寸
  Touch Display 2 新款
  DSI 接口与屏幕配置
  触摸屏校准
9.2 OLED 显示屏
- SSD1306 0.96 寸 OLED（I2C）
  SSD1306 图形绘制与动画
  SH1106 1.3 寸 OLED
9.3 LCD 显示屏
- LCD1602 字符屏（I2C）
  LCD2004 四行字符屏
  ST7735 1.8 寸 TFT（SPI）
  ILI9341 2.4 寸 TFT（SPI）
9.4 HDMI 显示
- DPI 接口显示
  HDMI 显示旋转与缩放
  多屏显示

10.IoT 通信协议

10.1 MQTT 协议
- MQTT 协议原理（Pub/Sub）
  Mosquitto Broker 安装
  Python MQTT 客户端（paho-mqtt）
  QoS 级别与遗嘱消息
  MQTT 安全（TLS / 用户认证）
10.2 HTTP / REST API
- Flask 构建 REST API
  FastAPI 高性能 API
  数据上报到云平台
  Webhook 回调
10.3 WebSocket
- WebSocket 实时通信原理
  Python WebSocket 服务器
  浏览器实时仪表盘
10.4 低功耗远程通信
- LoRa 远距离通信
  BLE 蓝牙低功耗
  Zigbee 协议
  Z-Wave 协议
  NB-IoT / LTE-M 蜂窝网络
10.5 CoAP 协议
- CoAP 莫托万协议概述
  CoAP 与 HTTP 对比

11.Home Assistant 智能家居

11.1 HA 安装与配置
- Home Assistant 安装（Pi 专用镜像）
  HA 界面概览与导航
  HA 配置文件结构
  HA 自动备份
11.2 设备集成
- GPIO 设备集成
  MQTT 设备对接
  I2C / SPI 传感器集成
  摄像头集成
  蓝牙设备集成
  Zigbee / Z-Wave 网关
11.3 自动化与场景
- 自动化规则创建
  场景（Scene）配置
  定时器与条件触发
  脚本（Script）编写
11.4 HA 进阶
- HACS 社区插件商店
  Energy 能源监控
  HA 前端自定义（Lovelace）
  语音助手集成
  HA Cloud 远程访问

12.边缘 AI

12.1 AI 硬件选择
- Raspberry Pi AI Kit（M.2 HAT+ + Hailo-8L）
  Raspberry Pi AI HAT+（Hailo-8L / 8）
  Raspberry Pi AI HAT+ 2（Hailo-10H）
  AI Camera（IMX500 内置 NPU）
  Google Coral TPU USB
  Intel Neural Compute Stick 2
  AI 加速方案对比
12.2 Hailo NPU 软件栈
- PCIe Gen 3.0 启用（AI Kit）
  Hailo 软件安装（hailo-all）
  hailortcli 工具与模型管理
  Hailo Model Explorer
  hailo-rpi5-examples 示例集
12.3 视觉 AI
- 物体检测（YOLOv5 / v6 / v8 / YOLOX）
  图像分割（Semantic / Instance）
  姿态估计（Pose Estimation）
  人脸识别与检测
  自定义模型训练与转换（TFLite / ONNX）
12.4 生成式 AI
- 本地 LLM 运行（AI HAT+ 2）
  Hailo Ollama 服务器
  Web UI 前端（Open WebUI）
  语音识别（Whisper）
12.5 TensorFlow Lite
- TFLite 安装与配置
  TFLite 模型推理（Python）
  TFLite 委托加速（GPU / NPU / Coral）

13.Pico 微控制器

13.1 Pico 硬件概述
- Pico 2 与 RP2350 芯片
  Pico / Pico W 与 RP2040 芯片
  Pico 引脚图与外设
  Pico vs Pico W vs Pico 2 对比
13.2 MicroPython 入门
- Thonny IDE 配置
  MicroPython 基础语法
  GPIO 控制 LED 与按钮
  ADC 模拟输入读取
  PWM / I2C / SPI / UART
13.3 C/C++ SDK
- Pico C SDK 环境搭建
  GPIO C 语言操作
  中断处理
  多核编程
  Debug Probe 调试
13.4 Pico W 无线功能
- MicroPython Wi-Fi 连接
  Pico W Web 服务器
  Pico W MQTT 客户端
  Pico W 与 Pi 主板通信

14.综合实战项目

14.1 智能气象站
- 项目设计与硬件清单
  传感器数据采集与存储
  数据上传到云平台（MQTT / HTTP）
  Grafana 可视化仪表盘
14.2 智能门禁系统
- RFID / NFC 读卡器集成
  人脸识别门禁（OpenCV + AI）
  电子锁控制
  记录存储与通知
14.3 智能浇灌系统
- 土壤湿度检测
  水泵继电器控制
  定时与自动浇水逻辑
  Home Assistant 集成
14.4 视频监控系统
- 多摄像头方案
  运动检测录像
  AI 物体检测告警
  远程查看（Web / App）
14.5 自动机器人
- 底盘电机控制
  超声波避障
  循线行驶
  摄像头导航（AI 视觉）
  遥控与远程控制

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树莓派-硬件物联网开发

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