Arduino案例实战（卷Ⅶ） PDF下载

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从构思、设计到实现，深入理解Arduino项目开发

；；《Arduino案例实战》系统论述了Arduino开源硬件的开发方法和技术。书中以丰富的Arduino设计实例，介绍了智能硬件的物联网应用。在处理嵌入式系统的开发过程中，使用Arduino开源平台，将事半功倍，极大提高效率。

本书突出的特点

? 典型场景的创新应用

? 智能开源的编程实践

? 不同领域的经典案例

? 多种产品的功能实现

注：本书提供配套学习资源，下载地址为清华大学出版社本书页面。；

内容简介

本书系统论述了Arduino开源硬件的架构、原理和开发方法，并给出了14个完整的项目设计案例。本书共15章，内容包括Arduino设计基础、无线寻址智能车项目设计、自助饮料机项目设计、星空水杯垫项目设计、外卖箱系统项目设计、多功能蓝牙时钟项目设计、“拆弹”机器人项目设计、智能指纹密码锁项目设计、电子扫地宠物项目设计、二轮平衡小车项目设计、智能农场项目设计、看门狗项目设计、超声波引导智能车项目设计、抢红包机械臂项目设计和智能玩具车项目设计。在编排方式上，全书侧重对创新产品的项目设计过程进行介绍，分别从需求、分析、设计与实现等角度论述硬件电路、软件设计、传感器和功能模块等，并剖析产品的功能、应用、电路连接和程序代码等。为便于读者高效学习，快速掌握Arduino开发方法，本书配套提供项目设计的硬件电路图和程序代码，可供读者举一反三和二次开发。本书可作为高校电子信息类专业“开源硬件设计”“电子系统设计”“创新创业”等课程的教材，也可以作为创客及智能硬件爱好者的参考用书，还可作为从事物联网、创新开发和设计专业人员的技术参考书。

作者简介

李永华；现执教于北京邮电大学，拥有超过10年的嵌入式开发经验，致力于物联网和智能硬件的研究开发工作。在教学中以兴趣为导向，激发学生的创造性；以素质为基础，提高自身教学水平；以科研为手段，促进教学理念转变。通过信息工程专业综合改革，探索了以“学生学为中心”的教学模式，营造生动活泼的学习方法，提高学生独立思考问题、发现问题、解决问题的能力，激发学生的创造激情。在研发及教学实践中指导学生实现200余个创新案例，并指导着一支物联网开发团队，曾在物联网、开源硬件等技术领域进行了多场学术报告，并且出版了《AllJoyn技术原理及物联网程序开发指南》《Arduino实战指南——游戏开发、智能硬件、人机交互、智能家居与物联网设计30例》《Arduino软硬件协同设计实战指南》等多部物联网技术方面的著作。

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目录
第1章Arduino设计基础

1.1开源硬件概述

1.2Arduino开源硬件

1.2.1Arduino开发板

1.2.2Arduino扩展板

1.3Arduino软件开发平台

1.3.1Arduino平台特点

1.3.2Arduino IDE的安装

1.3.3Arduino IDE的使用

1.4Arduino编程语言

1.4.1Arduino编程基础

1.4.2数字I/O引脚的操作函数

1.4.3模拟I/O引脚的操作函数

1.4.4高级I/O引脚的操作函数

1.4.5时间函数

1.4.6中断函数

1.4.7串口通信函数

1.4.8Arduino的库文件

1.5Arduino硬件设计平台

1.5.1Fritzing软件简介

1.5.2Fritzing使用方法

1.5.3Arduino电路设计

1.5.4Arduino开发平台样例与编程

第2章无线寻址智能车项目设计

2.1项目背景

2.2创新描述

2.3功能及总体设计

2.3.1功能介绍

2.3.2总体设计

2.3.3模块介绍

2.4产品展示

2.5故障及问题分析

2.6元件清单

第3章自助饮料机项目设计

3.1项目背景

3.2创新描述

3.3功能及总体设计

3.3.1功能介绍

3.3.2总体设计

3.3.3模块介绍

3.4产品展示

3.5故障及问题分析

3.6元件清单

第4章星空水杯垫项目设计

4.1项目背景

4.2创新描述

4.3功能及总体设计

4.3.1功能介绍

4.3.2总体设计

4.3.3模块介绍

4.4产品展示

4.5故障及问题分析

4.6元件清单

第5章外卖箱系统项目设计

5.1项目背景

5.2创新描述

5.3功能及总体设计

5.3.1功能介绍

5.3.2总体设计

5.3.3模块介绍

5.4产品展示

5.5故障及问题分析

5.6元件清单

第6章多功能蓝牙时钟项目设计

6.1项目背景

6.2创新描述

6.3功能及总体设计

6.3.1功能介绍

6.3.2总体设计

6.3.3模块介绍

6.4产品展示

6.5故障及问题分析

6.6元件清单

第7章“拆弹”机器人项目设计

7.1项目背景

7.2创新描述

7.3功能及总体设计

7.3.1功能介绍

7.3.2总体设计

7.3.3模块介绍

7.4产品展示

7.5故障及问题分析

7.6元件清单

第8章智能指纹密码锁项目设计

8.1项目背景

8.2创新描述

8.3功能及总体设计

8.3.1功能介绍

8.3.2总体设计

8.3.3模块介绍

8.4产品展示

8.5故障及问题分析

8.6元件清单

第9章电子扫地宠物项目设计

9.1项目背景

9.2创新描述

9.3功能及总体设计

9.3.1功能介绍

9.3.2总体设计

9.3.3模块介绍

9.4产品展示

9.5故障及问题分析

9.6元件清单

第10章二轮平衡小车项目设计

10.1项目背景

10.2创新描述

10.3功能及总体设计

10.3.1功能介绍

10.3.2总体设计

10.3.3模块介绍

10.4产品展示

10.5故障及问题分析

10.6元件清单

第11章智能农场项目设计

11.1项目背景

11.2创新描述

11.3功能及总体设计

11.3.1功能介绍

11.3.2总体设计

11.3.3模块介绍

11.4产品展示

11.5故障及问题分析

11.6元件清单

第12章看门狗项目设计

12.1项目背景

12.2创新描述

12.3功能及总体设计

12.3.1功能介绍

12.3.2总体设计

12.3.3模块介绍

12.4产品展示

12.5故障及问题分析

12.6元件清单

第13章超声波引导智能车项目设计

13.1项目背景

13.2创新描述

13.3功能及总体设计

13.3.1功能介绍

13.3.2总体设计

13.3.3模块介绍

13.4产品展示

13.5故障及问题分析

13.6元件清单

第14章抢红包机械臂项目设计

14.1项目背景

14.2创新描述

14.3功能及总体设计

14.3.1功能介绍

14.3.2总体设计

14.3.3模块介绍

14.4产品展示

14.5故障及问题分析

14.6元件清单

第15章智能玩具车项目设计

15.1项目背景

15.2创新描述

15.3功能及总体设计

15.3.1功能介绍

15.3.2总体设计

15.3.3模块介绍

15.4产品展示

15.5故障及问题分析

15.6元件清单

参考文献

前沿

前言
物联网、智能硬件和大数据技术给社会带来了巨大的冲击，个性化、定制化和智能化的硬件设备成为未来的发展趋势。中国制造2025计划、德国的工业4.0、美国的工业互联网，都是将人、数据和机器连接起来，其本质是工业的深度信息化，为未来智能社会的发展提供制造技术基础。
；；；在“大众创业、万众创新”的时代背景下，人才的培养方法和模式也应该满足当前的时代需求。依据当今信息社会的发展趋势，结合Arduino开源硬件的发展及智能硬件的发展要求，采取激励创新的工程教育方法，培养可以适应未来工业4.0发展的人才就显得相当重要。因此，笔者试图探索基于创新工程教育的基本方法，并将其提炼为适合我国国情、具有自身特色的创新实践教材。本书对实际教学中应用智能硬件的创新工程教学经验进行总结，包括具体的创新方法和开发案例，希望对教育教学及工业界有所帮助，起到抛砖引玉的作用。
本书内容和素材主要来源于笔者所在学校近几年承担的教育部和北京市的教育、教学改革项目和成果，也是北京邮电大学信息工程专业的同学们创新实践的设计成果。本书系统地介绍了如何利用Arduino开发平台进行产品开发，包括相关的设计、实现与产品应用，主要内容包括Arduino设计基础及项目开发案例，涉及智能控制类开发案例、生活便捷类开发案例、物联网开发案例、人机交互类开发案例及其他创意类开发案例。
本书由教育部产学合作协同育人项目，谷歌信息技术（中国）有限公司资助。本书的编写也得到了教育部电子信息类专业教学指导委员会、信息工程专业国家第一类特色专业建设项目、信息工程专业国家第二类特色专业建设项目、教育部CDIO工程教育模式研究与实践项目、教育部本科教学质量工程项目、信息工程专业北京市特色专业建设、北京市教育教学改革项目以及北京邮电大学教育教学改革项目（2018JC01）的大力支持，在此一并表示感谢！
感谢李和禹、陈河泉、陈向梅、张国利、李昕烨、张秋彤参与本书部分内容的编写。同时，感谢林家儒教授的鼎力支持和悉心指导，感谢郑铖、谭扬、黄旭新、顾铁玥、高凡石、陈佳丰等研究生的大力协助，感谢北京邮电大学信息工程专业所有同学，感谢父母妻儿在精神上给予的支持与鼓励，才使得本书得以问世！

由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，衷心地希望各位读者多提宝贵意见及具体的整改措施，以便作者进一步修改和完善。欢迎广大读者加入开源硬件学习QQ群，以便获取本书配套资源，进行学习交流。

李永华
于北京邮电大学

免费在线读

本章根据
潘辉江、曾致远
项目设计整理而成。

3.1项目背景
在日常生活中常常能看到自动售货机，却很少看到自助饮料机。通常情况下，饮料需要特定的店铺或水吧等有专门售货员的场所才能提供，既不方便客户，也占用了比较多的场地和人力资源。因此，本项目设计一款可以定量提供饮料、支持线上支付的自助饮料机。
3.2创新描述
用户可以通过线上支付，使用自己的水杯或者饮料机提供一次性水杯，从饮料机接一杯饮料(200~300ml)。实验中通过计算机发送指令，经WiFi模块处理，达到控制饮料机的目的。
用户需要做的只是完成安全支付，然后使用饮料机的按键(触摸传感器)或者通过网页单击“出水”按钮，即可对饮料机进行操作，用水杯完成接水动作。饮料机的维护相对简单，每天剩余的饮料进行处理并将饮料机的储水箱加满即可。
3.3功能及总体设计
本项目主要分两部分进行设计：实体执行部分和WiFi模块执行部分。实体执行部分完成饮料机的基本功能，通过开关按钮、水位传感器和触摸传感器完成定量出水的功能； WiFi模块执行部分实现Arduino开发板与其他设备在同一热点下的信息传输。
3.3.1功能介绍
本项目设计的饮料机通过WiFi传输数据，对饮料机进行无线控制且控制定量出水，既节省了人力，又可以避免用户过量接水等现实问题。
3.3.2总体设计
实现上述功能需要将作品分三部分进行设计：出水开关部分、分层传感器部分和WiFi模块控制部分。出水开关部分采用直流电机和齿轮组，控制出水口的开关；分层传感器部分为两个水位传感器的过渡层，通过水位的变化决定上下开关的状态； WiFi模块控制部分使用ESP826601模块，在STA模式下与计算机连接同一个服务器，实现物联网的功能，完成WiFi数据传输。
3个功能模块最后集成于Arduino开发板，通过对ESP826601模块的调试和Arduino开发板的编程实现预期功能。实体部分简易结构示意图如图31所示。

图31实体部分简易结构示意图

1. 整体框架图
整体框架如图32所示。

图32整体框架图

2. 系统流程图
系统流程图如图33所示。

图33系统流程图

接通电源以后，装置进入待机模式。若接收到触摸传感器或WiFi模块开始工作的信号，则主程序开始工作，判断水位是否高于注水水位，若是则继续出水，若否则进入注水模式。判断水位是否高于待机水位，若是则继续注水；若否则进入待机模式。至此，装置的一个工作流程执行完毕，若有信号将循环执行。
3. 总电路图
系统总电路如图34所示，元件间的连线如表31所示。

图34总电路图

表31元件间的连线

元件引脚Arduino开发板引脚

水位传感器
VCC5V
SA0和A1
GNDGND
触摸传感器
VCC5V
S2
GNDGND
LED
3、7和8
-GND
300直流电机(上层电机)
6
-5
300直流电机(下层电机)
10
-9

ESP826601
VCC3.3V
GNDGND
CH_PD3.3V
RX1
TX0