描述
开 本: 32开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787302471639丛书名: 青少年科技创新丛书
本书的适用对象为普通高级中学学生。现行通用技术教材内容中缺少学生动手实验的平台,而Arduino又是一个注重实际动手的产品,本书将Arduino与通用技术知识点融合,通过一个个项目制作让学生在制作中理论联系实际,完成知识的构建。因此,本书可作为普通高中学生通用技术学习的实验指导书。
第1章初识Arduino1
1.1Arduino概述1
1.2Arduino的特色3
1.3Arduino快速上手9
1.4Arduino基本函数15
第2章感受多样控制方式——玩转LED21
2.1LED延迟开关21
2.2“呼吸灯”26
2.3感知颜色的灯29
2.4手势控制的灯35
2.5网络控制的灯38
第3章系统的组成——“黏土怪”与“盒仔”45
3.1系统的组成45
3.2人体红外监测装置——“黏土怪”46
3.3“包装”人体红外监测装置——“黏土怪”49
3.4桌面“气象怪”55
3.5包装桌面气象台59
第4章控制系统分类——传感器在日常生活中的应用62
4.1天然气检测报警处理装置62
4.2火焰检测灭火装置66
4.3随光线强度自动调整的灯68
4.4电控升降衣架模型71
4.5恒温房间73
第5章基于物联网平台的禁烟防火预警系统80
5.1基于物联网平台的禁烟防火预警系统设计80目录 Arduino与通用技术〖2〗〖2〗 〖1〗
5.2通过网络采集温度数据82
5.3采集多路传感器数据87
5.4通过微博播报室内温度90
5.5通过发送微博控制电器93
5.6系统的技术试验及优化95
第6章基于蓝牙的遥控系统设计与制作102
6.1基于蓝牙的数据收发103
6.2基于蓝牙控制的遥控项目106
6.3蓝牙多功能夜灯的创意设计112
6.4BLE无线编程114
6.5基于蓝牙的转向指示器119
第7章电子控制系统综合应用——智能小车126
7.1驱动小车——走“8”字127
7.2避障小车132
7.3防跌落小车136
7.4巡线小车138
7.5无线遥控小车142
7.6创意小车方案147
参考文献149
钟义信2013年冬于北京探索的动力来自对所学内容的兴趣,这是古今中外之共识。正如爱因斯坦所说: 一头贪婪的狮子,如果被人们强迫不断进食,也会失去对食物贪婪的本性。学习本应源于天性,而不是强迫地灌输。但是,当我们环顾目前教育的现状,却深感沮丧与悲哀: 学生太累,压力太大,以至于使他们失去了对周围探索的兴趣。在很多学生的眼中,已经看不到对学习的渴望,他们无法享受学习带来的乐趣。在传统的教育方式下,通常由教师设计各种实验让学生进行验证,这种方式与科学发现的过程相违背。那种从概念、公式、定理以及脱离实际的抽象符号中学习的过程,极易导致学生机械地记忆科学知识,不利于培养学生的科学兴趣、科学精神、科学技能,以及运用科学知识解决实际问题的能力,不能满足学生自身发展的需要和社会发展对创新人才的需求。美国教育家杜威指出: 成年人的认识成果是儿童学习的终点。儿童学习的起点是经验,“学与做相结合的教育将会取代传授他人学问的被动的教育”。如何开发学生潜在的创造力,使他们对世界充满好奇心,充满探索的欲望,是每一位教师都应该思考的问题,也是教育可否获得成功的关键。令人感到欣慰的是,新技术的发展使这一切成为可能。如今,我们正处在科技日新月异的时代,新产品、新技术不仅改变我们的生活,而且让我们的视野与前人迥然不同。我们可以有更多的途径接触新的信息、新的材料,同时在工作中也易于获得新的工具和方法,这正是当今时代有别于其他时代的特征。当今时代,学生获得新知识的来源已经不再局限于书本,他们每天面对大量的信息,这些信息可以来自网络,也可以来自生活的各个方面,如手机、iPad、智能玩具等。新材料、新工具和新技术已经渗透到学生的生活中,这也为教育提供了新的机遇与挑战。将新的材料、工具和方法介绍给学生,不仅可以改变传统的教育内容与教育方式,而且将为学生提供一个实现创新梦想的舞台,教师在教学中可以更好地观察和了解学生的爱好、个性特点,更好地引导他们,更深入地挖掘他们的潜力,使他们具有更为广阔的视野、能力和责任。本套丛书的作者大多是来自知名大学、知名中学的教师和教育产品的科研人员,他们在多年的实践中积累了丰富的经验,并在教学中形成了相关的课程,共同的理想让我们走到了一起,“让学生获得好的教育”是我们共同的愿望。本套丛书可以作为各校选修课程或必修课程的教材,同时也希望借此为学生提供一些科技创新的材料、工具和方法,让学生通过本套丛书获得对科技的兴趣,产生创新与发明的动力。
丛书编委会2013年10月8日序 Arduino与通用技术〖2〗〖2〗 〖1〗 学生喜欢到通用教室“玩”,喜欢去“创作”一些“作品”,但都不太喜欢上通用技术课。这也是当前通用技术课程所面临的尴尬局面。同样,这一问题也出现在了信息技术课堂上。虽然通用技术和信息技术这两门课都有技术,但这两门课中所涉及的技术却未能让学生“买账”。造成这种现象的根本原因在于教材。现实生活中一方面是层出不穷的新技术,另一方面是教材中提及的一些“基本”技术。用现在时髦的话说,这些技术不够“高、大、上”。那么通用教材中的技术是不是就要全盘否定呢?当然不是,现行教材中的技术是实施制作的基础,有一定的普及性和通用性。针对以上问题,我们始终在思考解决问题的出路,直到遇到了Arduino,并和朋友、同事进行了“基于Arduino平台的普通高中通用技术课程开发”课题研究。在目前国内的基础教育技术课程体系中,同时涉及软硬件的综合性技术课程几乎是空白。而与当前通用技术课程能够结合起来使用的几乎为零。本书正是基于此现状而撰写。在使用本书的过程中,学生需要掌握电子硬件设备的连接,熟悉程序的编写,同时也需要运用通用技术课程的知识来完成作品的创作。1. 本书的特色目前国内外有关Arduino的教程很多,有基础的、高级的,有关于机器人制作的,也有关于物联网制作的……但这些教程有一个“软肋”——对阅读对象要求较高,对电子类的技术要求较高。目前国内外关于Arduino教程的面向对象多以电子发烧友、高校大学生等为主,可以说对于基础教育领域显得有些“不接地气”。本书的特色如下。(1) 多元结合、综合实践。Arduino编程建立于硬件基础和数字电路设计基础之上,这就要求我们的学生能够熟练使用一些简单的电子元器件,并能够为它们设计合理的电子电路,后通过程序编写实现设计目标。在这个过程中,学生需要具备信息技术、通用技术等多方面的知识。基于Arduino编程只是这些多元知识的融合点。(2) 来源生活、服务生活。教学案例难度适中,同时与现实生活紧密联系。通过课程学习,可以了解原理、完成制作、创新设计,让更多的学生愿意学、喜欢学,如声控灯、温度报警装置等。(3) 立足技术、实现整合。将Arduino教学与技术课程结合起来,既使得Arduino走进日常教学的课堂,也弥补了技术课程缺少相关配套试验的缺憾。从而终实现技术课堂的大整合。(4) 学习制作、学习创作。我们在技术课程中会经常提及学习制作,学生在学习一段时间后,可自己根据所学内容进行学习制作,完成课程中规定的任务。在本书中,学生要实现从学习制作到学习创作的改变,在每个课时结束后,自己进行设计,利用所学知识完成设计任务。2. 课程实施应注意的问题相对于VB、VC等可视化编程软件来说,Arduino没有所见即所得的程序设计界面,多出来的是“简单”电路设计,但就是这些基于硬件的电路设计,让程序的功能从虚拟世界跨入现实世界,并实现了两者的互通。另外,与传统的程序设计教学不同,Arduino的教学要从简单的电路设计开始,而不是从数据结构、程序语法讲授开始。因为Arduino编程更注重的是硬件的控制,所以传统编程类软件课程的设计思路不适合Arduino。具体从以下几个主要方面考虑。(1) 了解电子控制系统的基本组成,认识常见的电子元器件,看懂相关技术指标参数。Arduino编程建立在一定硬件基础之上,如果对硬件知识知之甚少,想完成Arduino作品的设计应该说是有困难的。(2) 熟悉数字电路设计,Arduino编程是基于硬件设备正确的电路连接的,如果程序编写没有问题,而电路连接错误,同样无法实现设计所要实现的目标。因此,在教学中对数字电路的学习,可以说是实现Arduino编程的前提,应给予充分重视。(3) 教学案例应尽量选择与现实生活中紧密联系、贴近学生生活实际的,如声控灯、温度报警装置等。3. 本书的意义(1) 从电子技术的角度看, Arduino控制板可连接丰富的、不同类型的电子模块,可以让学习者在连接与制作过程中体会到电子元器件、传感器级别的技术,只有这样才能使课程更接近“真正”的计算机技术。(2) 从程序的角度看,使用S4A、IDE编程对于编程教学来说非常重要,完成了从易到难的课程内容序列、从单一方向向综合发展的学习序列、从技术工具到生活应用的实践序列。(3) 从学生发展的角度看,Arduino控制板配上相应的编程语言,既能通过简单的设计完成任务,也能够将更多的应用与生活中的实际问题结合起来。有了Arduino这个开源软硬件平台,可在生活情境中强调应用,在应用中强调创新。(4) 从技术学科的角度看,不管是信息技术还是通用技术,在很多学校都是由一些非专业的教师来授课,长此以往,学校、家长、社会形成一种共识: 技术课谁都可以带、谁都能带好。技术教师与其他教师得不到应有的尊重与重视,技术教师的专业性更得不到体现。因此,从提升技术学科的专业性角度出发,使技术课程教师更加专业化。由于编者水平所限,书中难免存在疏漏和不足,敬请广大读者批评指正。
表33LED电路连线序号LEDArduino UNO1正极Digital32负极GND3正极Digital24负极GND表34DFPlayer Mini电路连线序号DFPlayer Mini Arduino UNO与喇叭1VCC 5V2RXDigital13TXDigital04SPK1喇叭 5GNDGND6SPK2喇叭-(4) 用TF卡复制声音文件,将准备好的MP3文件复制到TF卡中。图37所示为语音模块引脚分布。图37语音模块引脚分布注意: 文件夹命名需要为mp3,放置在TF卡根目录下,而mp3文件命名需要是4位数字,如0001.mp3,放置在mp3文件夹下。如需中英文命名,可以添加在数字后,如0001hello.mp3或者0001你好.mp3。(5) 程序代码。该程序的原理很简单,当传感器检测到红外信号后,把LED数字口置高电平,启动语音播放;否则串口输出NO one!。#include #include byte sensorPin=2;byte indicator=13;void setup(){mp3_set_serial (Serial);//设置dfplayer迷你mp3模块串口mp3_set_volume (30);pinMode(sensorPin,INPUT);pinMode(indicator,OUTPUT);pinMode(12,OUTPUT);Serial.begin(9600);}void loop(){byte state=digitalRead(sensorPin);digitalWrite(indicator,state);digitalWrite(12,state);delay(500);if(state==1)mp3_play (1);else if(state==0) Serial.println(“No one!”);delay(500);}注意: 在烧录代码的过程中,请将Arduino控制板中的RX和TX的导线拔出;否则程序代码无法烧录到控制板中。【知识拓展】TX(T: Transmitter,发送)表示Arduino给计算机发送指令信息,RX(R:Receive,接收)表示Arduino接收来自计算机的指令信息,当烧录程序或与计算机通信时,这两个指示灯就会不停地闪烁。这里要特别提醒Arduino新手的是: 在烧录程序或是做串口通信实验时一定要等TX/TR LED不再闪烁时再拔掉USB线;否则会损坏Arduino芯片。另外,本例子中由于DFPlayer mini占用RX和TX口,所以如果连线烧录会出现烧录代码失败的情况。【试验观察】当人体红外热电传感器检测到信号后,LED灯点亮,语音播报模块播放声音。【小任务】请为系统录制一段声音,并复制至TF卡中,作为发现人体红外信号的提示音。3.3“包装”人体红外监测装置——“黏土怪”如果把实现功能的配件像图38所示这样裸露,外观效果不好。现在为它包装一下,让它既具有人体红外监测的功能,又美观,成为家居装饰的摆件。图38裸露连线试验活动: “包装”人体红外线监测装置——“黏土怪”【试验目的】以黏土、木方、纸盒等材料包装人体红外线监测装置。具体设计如下: 用黏土捏出一
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