Arduino物联网入门——通信篇

《Arduino物联网入门——通信篇》为入门型案例，让读者通过案例了解每一类通信技术的基本原理并通过实践操作加深理解，关键程序代码均有注释，通信试验关键点均有提醒，通信原理与实际布线均有图示，以便于更好地理解。本书要求阅读者具有初步的程序设计知识及进位计数制转换基本常识，描述案例均有连接线路图且是完全验证通过的程序。可以访问微信公众号linkallStudio直接向罗亮老师提出学习过程中存在的疑惑。 

本书从使用Arduino构建物联网通信基础知识入手，介绍了Arduino串口通信、软串口通信、I2C通信、SPI通信，在此基础上深入浅出介绍了红外遥控、蓝牙通信、WiFi通信、rfid通信、nfc通信、nRF24L01通信，315MHz433MHz自组网基本原理与相关应用案例。本书可作为中学生科技课教材，也可作为Arduino学习者的入门读物。

罗亮，萧山中学科学教师，于2014年下半年开始接触Arduino并开设了Arduino系列相关课程，罗亮老师对Arduino与物联网通信进行了专项研究，精心选用大众化普及型器材，力争做到以*的成本完成相应的通信试验。

第1章 Arduino初步

1

 

1.1 认识Arduino

1

 

1.1.1 Arduino概述

1

 

1.1.2 Arduino主控板类型

1

 

1.1.3 Arduino安装

3

 

1.1.4 Arduino启动

10

 

1.1.5 烧录简单程序

12

 

1.2 本机通信

14

 

1.2.1 认识串口

14

 

1.2.2 认识串口监视器

15

 

1.2.3 主机与Arduino互动

16

 

1.3 软串口通信

21

 

1.3.1 配置一个软串口

21

 

1.3.2 配置两个软串口

23

 

1.4 I2C通信

24

 

1.4.1 I2C通信简介

24

 

1.4.2 I2C通信协议

25

 

1.4.3 I2C通信试验设想

26

 

1.5 SPI通信

28

 

1.5.1 SPI通信简介

28

 

1.5.2 SPI通信协议

29

 

1.5.3 SPI通信试验设想

30

 

1.6 用Python控制Arduino

34

 

1.6.1 上位机与下位机

34

 

1.6.2 上位机操纵软件Python

34

 

1.6.3 Python安装与启动

35

 

1.6.4 Pyserial安装

35

 

1.6.5

启动Arduino

IDE作为

下位机进行通信调试

36

 

1.6.6

启动Python并进行初步

通信调试

37

 

1.6.7

趣味拓展：随论坛在线

人数变化的灯

38

 

第2章
红外专题

40

 

2.1 红外遥控系统概述

40

 

2.1.1 红外线常识

40

 

2.1.2 红外遥控系统组成

41

 

2.1.3 红外发射管

42

 

2.1.4 红外接收管与接收头

44

 

2.2 红外遥控原理

46

 

2.2.1 NEC协议之38kHz载波

47

 

2.2.2 NEC协议之PPM调制

47

 

2.2.3 NEC协议组成

49

 

2.3 万能红外遥控器制作

50

 

2.3.1

程序模拟发射红外遥控

信号

50

 

2.3.2

通过IRremote库采集与

发射红外遥控信号

53

 

2.3.3

通过逻辑分析仪采集

分析与发射信号

56

 

第3章
蓝牙专题

60

 

3.1 初识蓝牙

60

 

3.1.1 蓝牙简介

60

 

3.1.2 蓝牙协议

60

 

3.1.3 蓝牙优势

61

 

3.1.4 蓝牙应用

61

 

3.1.5 蓝牙系统状态

63

 

3.1.6 蓝牙地址

64

 

 

 

3.1.7 蓝牙与WiFi

65

 

3.1.8 蓝牙与ZigBee

65

 

3.2 蓝牙通信

 

 

3.2.1 常见蓝牙模块及选购要点

66

 

3.2.2

蓝牙模块与Arduino电路

连接

67

 

3.2.3

Arduino通信控制示例

程序

67

 

3.2.4 计算机与蓝牙通信

68

 

3.2.5 手机与蓝牙通信

74

 

3.3 蓝牙指令设置

75

 

3.3.1 蓝牙指令设置常识

75

 

3.3.2

USB转TTL串口模块

设置蓝牙指令

76

 

3.3.3

Arduino程序设置蓝牙

指令

82

 

3.3.4

蓝牙模块HC-05主从

互联

84

 

物联网是继计算机、互联网之后的第三次信息产业革命，几乎各行各业都有数据联网的需求，联网设备已经不再局限于智能手机和计算机等而是覆盖到智能家居、交通物流、工业检测、个人健康等各种领域。物联网概念已久，但一直未能真正走入生活，原因就在于物联设备成本过高，所以迟迟未能大面积应用。如今各射频生产商、网络设备设计巨头均已纷纷占据这个市场，相互竞争，给消费者带来福音。相应的物联设备尤其是WiFi设备价格大幅降低，趋势如此，物联网进入普通百姓家庭指日可待！

 

萧山中学科学教师于2014年下半年开始接触Arduino并开设了Arduino系列相关课程，罗亮老师对Arduino与物联网通信进行了专项研究，精心选用大众化普及型器材，力争做到以最低的成本完成相应的通信试验。罗亮老师根据自己的亲身体验与实际教学经验编写入门型案例，让读者通过案例了解每一类通信技术的基本原理并通过实践操作加深理解，关键程序代码均有注释，通信试验关键点均有提醒，通信原理与实际布线均有图示，以便于更好地理解。

 

本书要求阅读者具有初步的程序设计知识及进位计数制转换基本常识，描述案例均有连接线路图且是完全验证通过的程序。

 

学习完本书内容后，您可以做到根据需要自制万能红外遥控器、制作蓝牙音箱，使用手机或笔记本电脑通过蓝牙、WiFi、nRF24L01控制小车以及远程控制家里的电器设备；您可以通过RFID、NFC读取对应卡片上的信息，并给予相应的应用，如门禁刷卡；您还可以通过315MHz、433MHz无线模块建立自组网收集传递相应数据或对设备进行相应的指令控制，最终可以根据实际应用情景需求，合理选择相应的通信方式进行设计，完成数据传输与控制。

 

为方便广大爱好者根据书本内容进行自学，我们在http://www.xxjskc.cn设立了相应的网络课程，您可以访问此网站，注册成为其中一员，就能下载到更加详细的学习资源，也可以访问微信公众号linkallStudio直接向罗亮老师提出学习过程中存在的疑惑。相关的试验器材在http://ckjywz.lezhiyun.com/、猫友汇（http://www.maoyouhui.org）已列出详细清单，大家可以根据自己的需要选择购买。

第3章
蓝 牙 专 题
3.1 初 识 蓝 牙
3.1.1 蓝牙简介
蓝牙（Bluetooth）是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备之间的短距离数据交换。
蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，设计初衷是方便移动电话（手机）与配件之间进行低成本、低功耗无线通信连接。如今蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，SIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25 000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络和消费电子等多重领域。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发、管理认证项目并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。
蓝牙创新世界杯从2009年开始，持续若干年后在2013年更名为蓝牙应用创新大奖（Bluetooth Breakthrough Awards）。该奖励是鼓励蓝牙低功耗无线技术在全球体育、健身、健康保健产品中的应用创新开发的项目，也是蓝牙技术联盟的市场推广活动的一部分。蓝牙应用创新奖项目关注当今最具创新力的产品和应用、即将面世的原型以及在学生群体中进行的项目。比赛的目的是刺激新市场。
3.1.2 蓝牙协议
蓝牙协议历经1.0和1.0B、1.1、1.2、2.0 EDR、2.1 EDR、3.0 HS、4.0、

第3章 蓝 牙 专 题
61
4.1和4.2版本。蓝牙4.0协议是2010年6月由Bluetooth SIG发布，它有两种模式：BLE（Bluetooth Low Energy），只能与4.0协议设备通信，适应节能且仅收发少量数据的设备（如家用电子）；BR/EDR（Basic Rate / Enhanced Data Rate），向下兼容（能与3.0/2.1/2.0通信），适应收发数据较多的设备（如耳机）。
3.1.3 蓝牙优势
首先是低功耗，以BLE 4.0为例，一节纽扣电池在静态工作状态可以支持一年，从表3-1可以看出，即便是1类的最大功率输出功率，也小于移动电话的最小功率（UMTS和W-CDMA输出为250mW），因此对人体健康影响不大。