Raspberry Pi Pico W 程式設計教材

從 MicroPython 開發環境、GPIO、PWM、ADC、Wi-Fi 連線，到 HTTP 與 MQTT 應用，建立 Pico W 在 IoT 課程中的完整實作基礎。

適合電子系、嵌入式系統、微控制器、智慧裝置與物聯網課程。

Pico W MicroPython Wi-Fi IoT

一、教學目標

理解 Raspberry Pi Pico W 與一般單板電腦的差異
學會安裝 MicroPython 與使用 Thonny 開發
熟悉 GPIO、按鈕輸入、LED、PWM 與 ADC 讀值
學會讓 Pico W 連上 Wi-Fi 並進行網路通訊
能完成 MQTT 或 HTTP 為基礎的 IoT 小專題

二、Pico W 適合做什麼

感測器資料收集與上傳
低成本控制器與教學實驗平台
Wi-Fi 連網開關、簡易監測站
IoT 裝置原型設計
搭配 Raspberry Pi 或伺服器做前後端整合

Pico W 是微控制器，不是完整 Linux 電腦。它啟動快、耗電低，適合硬體控制與網路節點。

三、Pico W 與 Raspberry Pi 的差異

項目	Raspberry Pi 5	Pico W
類型	單板電腦	微控制器開發板
作業系統	可執行 Linux	通常執行 MicroPython 或 C/C++ 韌體
啟動時間	較長	非常快
硬體控制	適合，但偏高階應用	非常適合即時 I/O 控制
網路功能	完整網路堆疊	具 Wi-Fi，可做輕量 IoT 應用
適用課題	伺服器、網站、AI、影像	感測器、控制器、低功耗 IoT 節點

四、硬體規格與注意事項

內建 RP2040 晶片與 Wi-Fi 功能
GPIO 為 3.3V 邏輯
支援 PWM、ADC、I2C、SPI、UART
可使用 USB 供電與程式下載

Pico W 的 GPIO 不可直接接 5V 訊號。若外部模組是 5V，應使用分壓、電平轉換器或相容的介面電路。

五、開發環境安裝流程

1. 準備工具

Raspberry Pi Pico W 開發板
Micro USB 傳輸線
Thonny Python IDE
麵包板、LED、電阻、按鈕、杜邦線

2. 安裝 MicroPython 韌體

按住 Pico W 的 BOOTSEL 按鈕
插入 USB 連接電腦
電腦會出現可攜式磁碟
將對應的 .uf2 韌體檔拖曳進去

3. 使用 Thonny 設定直譯器

開啟 Thonny
在右下角選擇直譯器為 MicroPython (Raspberry Pi Pico)
選擇正確的連接埠
測試能否在 Shell 中輸入 Python 指令

教學上建議先用 Thonny，因為它同時提供編輯器、Shell、檔案上傳與執行環境，對初學者最友善。

六、第一個程式：Hello Pico W

先確認程式可以正常下載到板子並執行。

print("Hello, Pico W!")

可以先在 Thonny 直接執行，再將程式存成板子上的 main.py，讓裝置重新開機後也能自動執行。

七、GPIO 輸出：點亮 LED

接線建議

GPIO 接 LED 正極
LED 負極串接 220Ω 電阻後接 GND

MicroPython 範例

from machine import Pin
from time import sleep

led = Pin(15, Pin.OUT)

while True:
    led.toggle()
    sleep(0.5)

若使用 Pico W 板上 LED，某些版本可以用 Pin("LED", Pin.OUT) 控制，教學時可依實際韌體版本調整。

八、GPIO 輸入：按鈕讀取

按鈕範例可讓學生理解數位輸入、上拉電阻與條件判斷。

from machine import Pin
from time import sleep

button = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
led = Pin(15, Pin.OUT)

while True:
    if button.value() == 0:
        led.value(1)
    else:
        led.value(0)
    sleep(0.05)

使用 Pin.PULL_UP 時，按鈕按下通常會讀到 0。這是初學者很常混淆的地方。

九、PWM：控制 LED 亮度或蜂鳴器

from machine import Pin, PWM
from time import sleep

pwm = PWM(Pin(15))
pwm.freq(1000)

for duty in range(0, 65535, 2000):
    pwm.duty_u16(duty)
    sleep(0.05)

for duty in range(65535, 0, -2000):
    pwm.duty_u16(duty)
    sleep(0.05)

可以延伸成：

呼吸燈效果
蜂鳴器發聲
伺服馬達角度控制

十、ADC：讀取類比訊號

Pico W 可透過 ADC 讀取可變電阻、光敏電阻或其他類比感測訊號。

from machine import ADC
from time import sleep

adc = ADC(26)

while True:
    value = adc.read_u16()
    print(value)
    sleep(0.2)

如果要轉成電壓，可用近似公式：

voltage = value * 3.3 / 65535

十一、讓 Pico W 連上 Wi-Fi

這是 Pico W 與一般 Pico 的重要差異，也是進入 IoT 應用的核心能力。

import network
import time

ssid = "你的WiFi名稱"
password = "你的WiFi密碼"

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect(ssid, password)

for _ in range(20):
    if wlan.isconnected():
        break
    print("連線中...")
    time.sleep(1)

if wlan.isconnected():
    print("Wi-Fi 連線成功")
    print("IP:", wlan.ifconfig()[0])
else:
    print("Wi-Fi 連線失敗")

教學時可提醒學生：SSID 與密碼大小寫有差，且 2.4GHz Wi-Fi 相容性通常比 5GHz 更好。

十二、HTTP 範例：向網頁伺服器發出請求

若已安裝支援的 urequests 模組，可以進一步測試 HTTP 通訊。

import network
import time
import urequests

ssid = "你的WiFi名稱"
password = "你的WiFi密碼"

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect(ssid, password)

while not wlan.isconnected():
    time.sleep(1)

response = urequests.get("http://httpbin.org/get")
print(response.text)
response.close()

這一段可延伸成：

向學校伺服器上傳感測資料
呼叫 REST API
從雲端抓設定值

十三、MQTT 範例：發佈感測資料

若課程已搭配 Mosquitto 或 Node-RED，可直接讓 Pico W 發佈資料到 Broker。

import network
import time
from umqtt.simple import MQTTClient
from machine import ADC

ssid = "你的WiFi名稱"
password = "你的WiFi密碼"
mqtt_server = "192.168.1.100"
client_id = "pico_w_01"
topic = b"iot/picow/light"

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect(ssid, password)

while not wlan.isconnected():
    time.sleep(1)

adc = ADC(26)
client = MQTTClient(client_id, mqtt_server)
client.connect()

while True:
    value = adc.read_u16()
    client.publish(topic, str(value))
    print("publish:", value)
    time.sleep(2)

這份教材與 repo 內的 MQTT 教材可以互相搭配：Pico W 負責送資料，Raspberry Pi 或 Python 程式負責接收與顯示。

十四、建議課堂實驗流程

完成開發環境安裝與 Hello Pico W
做 LED 閃爍與按鈕控制
加入 PWM 與 ADC 感測
完成 Wi-Fi 連線測試
將感測值上傳到 MQTT 或 HTTP 服務
搭配 Node-RED、Flask 或資料庫做視覺化

十五、常見錯誤與排除

問題	可能原因	處理方式
Thonny 找不到板子	線材只支援充電、連接埠未選對	改用可傳輸資料的 USB 線，重新選擇 Port
程式上傳失敗	直譯器設定錯誤	確認選的是 MicroPython (Raspberry Pi Pico)
LED 不亮	腳位接錯、極性相反、沒接 GND	重新檢查接線與程式腳位編號
Wi-Fi 連不上	SSID/密碼錯誤、訊號差、頻段不相容	確認 2.4GHz 網路、重新檢查帳密
MQTT 無法連線	Broker IP 錯誤、防火牆、Topic 設定不一致	先用電腦端測試 Broker，再回頭檢查 Pico W

十六、課堂專題方向

教室溫濕度監測站
Wi-Fi 遙控 LED 或繼電器
智慧盆栽土壤濕度節點
Pico W + Node-RED 即時資料儀表板
Pico W 感測資料上傳到 Flask / Django / MariaDB

十七、與本課程其他教材的搭配方式

先學 Python_Basics.html 建立程式語法基礎
再學 MQTT_Teaching.html 做裝置通訊
搭配 NodeRED_MQTT_Dashboard.html 做儀表板
搭配 Flask_Basics.html 或 Django_Nginx_Gunicorn.html 做後台系統

這樣的教材順序可以形成「微控制器感測 → 網路傳輸 → 儀表板 → Web 後台」的完整 IoT 教學路線。