Arduino案例实战_李永华, 王思野, 乔媛媛编著_9787302474968

Arduino案例实战

定价：¥79

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丛书名：清华开发者书库

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　　本书以“大众创业万众创新”为时代背景，以物联网和智能开源硬件发展为技术背景，总结信息时代创新模式、创新方法和创新产品。以CDIO（ConceiveDesignImplementoperate）方法为指导，构建创新产品，将北京邮电大学信息工程专业同学的创新产品开发案例进行总结，其基本内容包括Arduino设计基础和22个案例，主要涉及智能控制类开发案例、生活便捷类开发案例、物联网络类开发案例、人机交互类开发案例和其他创意类开发案例。
　　本书主要针对创新产品的实际开发案例进行描述，包括软件设计流程图、硬件电路图、各种传感器和模块，从功能、使用方法、电路连接和实例程序等方面介绍其使用方法； 综合应用各种技术，提高产品的总体性能和可实现性。本书案例的内容由总到分、先模块后代码，创新思维与实践案例相结合，以满足不同层次人员的需求； 同时，本书附有实际项目的硬件设计图和软件实现代码，可供读者自我学习和自我提高使用。
　　本书可作为高等院校信息与通信工程及相关专业的本科生教材，也可以作为智能硬件爱好者创新手册使用，还可以为创客的需求产生、分析产品、设计生产、实现产品提供帮助。对于从事物联网创新开发和设计的专业技术人员，本书也可以作为主要的技术参考书。

　　本书从构思、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。本书涉及的主题：
　　(1) 智能控制类开发案例
　　(2) 人机交互类开发案例
　　(3) 生活便捷类开发案例
　　(4) 物联网络类开发案例
　　(5) 其他创意类开发案例
　　本书突出的特点：
　　(6) 典型场景的创新应用
　　(7) 智能开源的编程实践
　　(8) 不同领域的经典案例
　　(9) 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。

　　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及美国的工业互联网，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。作者试图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，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。本书将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、实现与产品的应用。传统Arduino方面的书籍仅侧重介绍硬件开发平台的实现方法，而很少关注具体创新案例的开发及工程教育方法应用。因此，本书试图面向未来的工业创新与发展，通过CDIO的工程教育方法，以智能开源硬件平台为基础，培养面向工业4.0的创新型人才。

　　本书的内容和素材主要来自于作者所在的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，是北京邮电大学信息工程专业的所有同学，通过基于CDIO工程教育方法的实施，使得创新产品的整个过程得到了实现，同学们不但学到了知识，提高了能力，而且为本书提供了第一手素材和资料。本书的主要内容包括Arduino项目设计基础和22个开发案例，涉及智能控制类开发案例、生活便捷类开发案例、物联网络类开发案例、人机交互类开发案例及其他创意类开发案例。

　　对于书中的每个案例从项目背景、创意描述、功能及总体设计、具体电路图、系统流程图、子模块介绍、产品展示、故障及问题分析以及每个案例所用元器件进行详细讲解，使读者可以从不同层面对开发案例进行分析、理解和具体实现。

　　本书的编写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及北京邮电大学教学综合改革项目的大力支持，在此表示感谢！

　　同时，也特别感谢林家儒教授的鼎力支持和悉心指导，感谢谭扬、郑铖、黄旭新、顾铁玥等研究生同学的大力协助，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！

　　本书由北京市教育科学“十二五”规划重点课题(优先关注)和北京市职业教育产教融合专业建设模式研究(ADA15159)资助，特此表示感谢！

　　本书内容由总到分、先思考后实践，创新思维与实践案例相结合，以满足不同层次人员的需求；同时，本书附有实际项目的硬件设计图和软件实现代码，可供读者自我学习和自我提高使用。本书可作为大学信息与通信工程及相关专业的本科生教材，也可以作为智能硬件爱好者创新手册使用，还可以为创客的需求产生、分析产品、设计生产、实现产品提供帮助。对于从事物联网创新开发和设计的专业技术人员，本书也可以作为主要的技术参考书。

　　由于作者的水平有限，书中难免存在不当之处，衷心地希望各位读者提出宝贵意见及具体的整改措施，以便作者进一步修改和完善。

　　李永华

　　2017年9月

　　于北京邮电大学

　　第5章
　　北邮艇
　　设计者：白帅邢瑞波凌通
　　5.1项目背景
　　常见Arduino应用主要局限于陆地和天上，将基于Arduino进行水中的创意项目则很少，基于以上事实设计制作一个微型舰艇。水中项目最大的挑战是防水，对防水进行评估后，决定设计并制作——北邮艇，以求实现远程操作、动力控制、超声波探测、武器攻击、音乐娱乐等功能，并实现蓝牙手控和系统自动扫描两种工作模式。
　　5.2创意描述
　　本项目在网络上进行了基于Arduino的遥控船的搜索，发现几乎没有基于Arduino板的舰艇产品。因此发挥想象为北邮艇设计了以下几个系统：动力系统、蓝牙远程操控系统、侦察系统、攻击系统、庆祝系统。其中，动力与蓝牙远程操控系统是本艇的核心，而侦察与攻击系统相互配合使用。
　　本项目的创新点在于：当侦察系统启动后，会对周围进行探测，当发现目标后水炮发射，攻击目标，若攻击结束，音乐响起，为胜利而庆祝。通过Arduino Uno板的指令进行控制操作，完成舰艇的所有功能。
　　5.3功能及总体设计
　　本产品主要分为4个部分进行设计：动力系统、侦察系统、攻击系统以及庆祝系统。动力系统方面提供的电压和功率要能够带动舰艇的电机，同时负责船体的方向控制；侦察系统方面，通过舵机控制方向，带动超声波探测敌方战舰，前方180°准确扫描，不断返回前方障碍物距离，一旦侦察到敌方目标，启动攻击系统进行攻击；本舰的攻击系统由一门水炮构成，当超声波探测到目标后，舵机停止转动，水炮向目标发射水柱攻击目标;庆祝系统通过控制播放“无敌”之歌，“传邮万里”来宣扬校训，以及在成功攻击的时候庆祝胜利。
　　5.3.1功能介绍
　　当超声波探测系统启动后，会对周围进行探测，发现目标(返回值小于定量)后水炮发射，攻击目标，攻击结束，音乐响起，为胜利而庆祝。这一系列功能也可以通过手机端发送的指令进行操作。
　　舰艇的动力系统会在客户端发送指令后启动，当两个电机同时启动后，船会前行；当左侧电机单独启动，船将右转；当右侧电机单独启动，船将左转。
　　5.3.2总体设计
　　本作品分成4部分进行设计：动力系统、侦察系统、攻击系统以及庆祝系统。
　　1. 整体框架图
　　项目整体框架如图51所示。通过Arduino Uno板串联整体，蓝牙起到远程操控作用。驱动板控制两个电机的运转来整体控制舰艇的行进方向。超声波探测到目标后，舵机停止运转，继电器接通，水泵开始工作，当水泵停止工作，音乐播放。
　　图51整体框架图
　　2. 系统流程图
　　系统流程如图52所示。

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