РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНОГО СТЕНДА KEiT ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ESP32 НА ЯЗЫКЕ PYTHON В ИНЖЕНЕРНОМ ОБРАЗОВАНИИ

В работе представлен процесс обучения программированию микроконтроллера ESP32 с использованием прошивки MicroPython и среды разработки Thonny на учебно-тренировочном стенде KEIT (Knowledge ESP32 Integration Trainer). Подробно описан разработанный и изготовленный стенд и принцип работы и приведены принципиальная электрическая схема и печатная плата. План обучения по программированию в MicroPython включает 12 лабораторных занятий, начиная с базового управления GPIO (светодиоды, кнопки, буззер) и заканчивая интеграцией в облачные сервисы по протоколу MQTT. Последовательное выполнение заданий позволяет студентам освоить основы работы с цифровыми и аналоговыми интерфейсами, научиться взаимодействовать с датчиками, дисплеями и исполнительными устройствами, а также познакомиться с сетевыми возможностями ESP32. Особое внимание уделено практическим аспектам: антидребезг кнопок, работа с прерываниями, генерация ШИМ-сигналов, измерение временных интервалов. Также представлена разработанная авторами специальное управляющее программное обеспечение «KEIT Master Control», которое является дополняющим звеном всего аппаратно-программного комплекса и закрепляющий теоретическое освоение основ программирования микроконтроллера в MicroPython. Завершающие занятия посвящены созданию простого веб-сервера на ESP32 и обмену данными через MQTT-брокер, что формирует у студентов базовое понимание принципов Интернета вещей. Предложенный курс завершается минипроектами («умная комната», «парковочный помощник», «Wi-Fi метеостанция»), которые интегрируют изученные технологии и демонстрируют возможности применения ESP32 для систем автоматизации и умного дома. Учебный план может использоваться в вузах и колледжах при обучении студентов направлений «Информационные технологии», «Автоматизация», «Мехатроника» и «Радиоэлектроника».

1. Bell C. MicroPython for the Internet of Things. Apress: New York, NY, USA. – 2017.

2. Gololobov V.N. Where do robots begin? About the Arduino project for schoolchildren (and more) [S chego nachinayutsya roboty? O proekte Arduino dlya shkol'nikov (i ne tol'ko)]. BHV-Petersburg. – 2013.

3. An IoT-Based Solution for Monitoring a Fleet of Educational Buildings Focusing on Energy Efficiency / D. Amaxilatis et al // Sensors. – 2017. – № 17(10). – Р. 2296. https://doi.org/10.3390/s17102296.

4. Programming of ATmega8 microcontrollers in C language: Methodological manual [C tilinde ATmega8 mikrokontrollerlerin bagdarlamalaý: Ádistemelik qural] / R.K. Kusainov et al // Shakarim University. – 2021.

5. Sánchez-Gómez J.S., & Cajiao M.C.R. Design of a Python programming course by big ideas with a STEM approach. https://doi.org/10.18687/LACCEI2024.1.1.361.

6. Espressif Systems. 2024. ESP32 technical reference manual (Version 5.2). www.espressif.com.

7. Oner V.O. 2021. Developing IoT Projects with ESP32: Automate your home or business with inexpensive Wi-Fi devices. Packt Publishing Ltd.

8. IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee. 2009. IEEE Standard for Information technologyTelecommunication and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment1: Radio Resource Measurement of Wireless LANs. http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11n-2009.pdf .

9. MicroPython Group. 2024. MicroPython documentation: Quick reference for the ESP32. docs.micropython.org

10. Ionescu V.M. Investigating the performance of MicroPython and C on ESP32 and STM32 microcontrollers / V.M. Ionescu, F.M. Enescu // In 2020 IEEE 26th International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME). – 2020. – Р. 234-237. https://doi.org/10.1109/SIITME50350.2020.9292199.

11. Thonny IDE Development Team. 2024. Thonny: Python IDE for beginners (Version 4.1). thonny.org

12. PureBasic Support. 2023. PureBasic language reference. www.purebasic.com

13. Somantri Y. Low Cost, Advanced, Integrated Microcontroller Training Kit. / Y. Somantri, I. Fushshilat // In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 180, № 1. – Р. 012107. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/180/1/012107.

14. Habibi M.W. Impact of Training Kit-Based Internet of Things to Learn Microcontroller Viewed in Cognitive Domain / M.W. Habibi, I.G.P.A. Buditjahjanto // TEM Journal. – 2024. – № 13(2). – Р. 1157.

15. Development of a Microcontroller Training Kit to Increase Student Learning Motivation / F. Eliza et al // Engineering, Technology & Applied Science Research. – 2025. – № 15(3). – Р. 22319-22326. https://doi.org/10.48084/etasr.10142.

16. MicroPython PyBoard for IoT / J.S. Parab et al // In Python Programming Recipes for IoT Applications. – 2023. – Р. 89-122. Singapore: Springer Nature Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-19-9466-1_4.

17. Standard O.A.S.I.S. 2019. MQTT Version 5.0. Retrieved June, 22(2020), 1435.

18. Ni Z. A sensing system based on public cloud to monitor indoor environment of historic buildings / Z. Ni, Y. Liu, M. Karlsson, S. Gong // Sensors. – 2021. – № 21(16). – Р. 5266. https://doi.org/10.3390/s21165266.