Arduino案例实战（卷Ⅴ）（清华开发者书库）

本书系统论述了Arduino开源硬件的架构、原理、开发方法及15个完整的项目设计案例。本书共16章，内容包括Arduino设计基础、模拟乒乓球体感运动垫项目设计、魔幻音乐盒项目设计、四旋翼图传自研飞控无人机项目设计、四轴飞行器在生活中的检测与应用项目设计、信息采集小夜灯项目设计、运动环境管理助手项目设计、追踪机器人项目设计、打地鼠闯关游戏项目设计、大棚传感机器人项目设计、简易升降机项目设计、蓝牙锁项目设计、人脸考勤机项目设计、文明大使项目设计、语音互动机器人项目设计和智能餐饮服务系统项目设计。
在编排方式上，全书针对创新产品的项目设计过程进行描述，分别从需求、分析、设计与实现等角度论述了硬件电路、软件设计、传感器和功能模块等，并剖析了产品的功能、使用、电气连接和程序代码等。为便于读者高效学习，及时掌握Arduino开发方法，本书提供配套项目设计的硬件电路图和程序代码，可供读者举一反三，二次开发。
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。

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。

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。作者依据当今信息社会的发展趋势，结合Arduino开源硬件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。因此，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。本书将实际教学中应用智能硬件的创新经验进行总结，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。
本书的内容和素材主要来源于作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产品的设计成果。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、实现与产品的应用，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、物联网类开发案例、人机交互类开发案例及其他创意类开发案例。
本书由北京市教育科学“十二五”规划重点课题（优先关注）——北京市职业教育产教融合专业建设模式研究（ADA15159）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、北京邮电大学教育教学改革项目（2017JY04）支持，在此一并表示感谢！
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，使本书得以问世。

本书主要由李永华编著，李和禹、陈河泉、陈向梅、张秋彤、李昕烨、张国利也参与了部分内容的编写。
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。为便于读者高效学习，及时掌握Arduino开发方法，本书提供配套项目设计的硬件电路图和程序代码，可供读者举一反三，二次开发。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并进行学习交流。
由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，衷心希望各位读者多提宝贵意见及具体的修改措施，以便作者进一步修改和完善。
李永华
于北京邮电大学
2018年11月

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口的操作函数

1.4.3模拟I/O口的操作函数

1.4.4高级I/O口的操作函数

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的库函数

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样例与编程

第2章模拟乒乓球体感运动垫项目设计

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元器件清单

第3章魔幻音乐盒项目设计

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元器件清单

第4章四旋翼图传自研飞控无人机项目设计

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元器件清单

第5章四轴飞行器在生活中的检测与应用项目设计

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元器件清单

第6章信息采集小夜灯项目设计

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元器件清单

第7章运动环境管理助手项目设计

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元器件清单

第8章追踪机器人项目设计

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元器件清单

第9章打地鼠闯关游戏项目设计

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元器件清单

第10章大棚传感机器人项目设计

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元器件清单

第11章简易升降机项目设计

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元器件清单

第12章蓝牙锁项目设计

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元器件清单

第13章人脸考勤机项目设计

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元器件清单

第14章文明大使项目设计

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元器件清单

第15章语音互动机器人

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元器件清单

第16章智能餐饮服务系统项目设计

16.1项目背景

16.2创新描述

16.3功能及总体设计

16.3.1功能介绍

16.3.2总体设计

16.3.3模块介绍

16.4产品展示

16.5故障及问题分析

16.6元器件清单

参考文献