Arduino项目开发——物联网应用

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。

 

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。

目录
第1章Arduino设计基础

1.1开源硬件简介

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开发平台样例与编程

第2章绘图仪项目设计

2.1功能及总体设计

2.2模块介绍

2.2.1主程序模块

2.2.2串口通信模块

2.2.3指令队列模块

2.2.4设置及存储模块

2.2.5状态探测模块

2.2.6步进电机控制模块

2.2.7轴运动控制模块

2.2.8G代码处理模块

2.2.9格式化输出字符模块

2.3产品展示

2.4元件清单

第3章智能行李箱项目设计

3.1功能及总体设计

3.2模块介绍

3.2.1GPS模块

3.2.2温湿度传感器

3.2.3压力传感器

3.2.4OneNET云平台

3.2.5微信小程序模块

3.3产品展示

3.4元件清单

第4章导游自拍照无人机实验项目设计

4.1功能及总体设计

4.2模块介绍

4.2.1APM飞控

4.2.2OpenMV模块

4.2.3“GO拍”微信小程序

4.3产品展示

4.4元件清单

第5章Arduino Phone项目设计

5.1功能及总体设计

5.2模块介绍

5.2.1主程序模块

5.2.2PC端软件模块

5.2.3HC05蓝牙初始化模块

5.3产品展示

5.4元件清单

第6章智能快递箱项目设计

6.1功能及总体设计

6.2模块介绍

6.2.1传感器模块

6.2.2传输模块

6.3产品展示

6.4元件清单

第7章智能机房环境监控项目设计

7.1功能及总体设计

7.2模块介绍

7.2.1主程序模块

7.2.2ESP8266模块

7.2.3服务器模块

7.2.4支撑文件模块

7.3产品展示

7.4元件清单

第8章手势控制机械爪项目设计

8.1功能及总体设计

8.2模块介绍

8.2.1手势识别模块

8.2.2机械爪

8.3产品展示

8.4元件清单

第9章联网型烟雾报警器项目设计

9.1功能及总体设计

9.2模块介绍

9.2.1硬件模块

9.2.2服务器

9.3产品展示

9.4元件清单

第10章智能手写数字识别项目设计

10.1功能及总体设计

10.2模块介绍

10.2.1主程序模块

10.2.2输入模块

10.2.3输出模块

10.3产品展示

10.4元件清单

第11章智能垃圾桶项目设计

11.1功能及总体设计

11.2模块介绍

11.2.1感应模块

11.2.2蓝牙模块

11.3产品展示

11.4元件清单

第12章空中鼠项目设计

12.1功能及总体设计

12.2模块介绍

12.2.1ADXL345模块

12.2.2主程序模块

12.3产品展示

12.4元件清单

第13章解魔方项目设计

13.1功能及总体设计

13.2模块介绍

13.2.1主程序模块

13.2.2串口通信模块

13.2.3输出模块

13.3产品展示

13.4元件清单

第14章智能计步器项目设计

14.1功能及总体设计

14.2模块介绍

14.2.1主程序模块

14.2.2三轴加速度传感器

14.2.3LCD输出模块

14.3产品展示

14.4元件清单

参考文献

 

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发展的人才就显得相当重要。因此，作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。本书是对实际教学中应用智能硬件的创新工程教学经验的总结，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。书中系统地介绍了如何利用Arduino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，生活便捷类开发案例、人机交互类开发案例等。
本书由北京邮电大学创新创业教育精品课程项目资助，同时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的大力支持。在此一并表示感谢！
为了便于读者高效学习，及时掌握Arduino开发方法，本书配套提供项目设计的硬件电路图、程序代码、实现过程中出现的问题及解决方法，可供读者举一反三，二次开发。
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，以便作者进一步修改和完善。

李永华

于北京邮电大学

2019年3月

 

 

第3章

智能行李箱项目设计

 

 

本章根据温雅馨、唐晨光项目设计整理而成。

本项目是基于Arduino开发板设计的一款智能行李箱，实现GPS定位、提供实时温湿度信息、防止超重等多种功能，并可以在微信小程序显示温湿度数据和位置信息。
3.1功能及总体设计
本项目通过GPSATGM332D模块，实现对行李箱的定位功能，达到防丢失的效果； 行李箱把手处内置压力传感器，可感知行李箱的实际重量，超出某一范围则给予提示，告知用户行李箱已超重； 室外放置的温湿度传感器获取实时天气数据，GPRSSIM800C模块将数据传至云端，用户可及时得知天气情况，调整穿衣搭配； 微信小程序读取OneNET云端数据，页面上可显示温湿度数据和行李箱位置信息。
要实现上述功能需将作品分成两部分进行设计，即传感器模块和传输模块： 传感器模块分为GPSATGM332D模块、DHT22温湿度传感器和FSR402压力传感器； 传输模块分为GPRSSIM800C模块和OneNET云端的连接。
1. 整体框架图
整体框架如图31所示。

图31整体框架图

 

2. 系统流程图
系统流程如图32所示。

图32系统流程图

3. 总电路图
总电路如图33所示，引脚连线如表31所示。

图33总电路图

 

表31引脚连线表

 

元件及引脚名Arduino开发板引脚

DHT22温湿度传感器
VCC5V
data2
GNDGND
FSR402压力传感器
5V
-A0通过电阻接GND
GPSATGM332D
VCC5V
GNDGND
TXDRX2 17
GPRSSIM800C
VINVIN
GNDGND
TXDRX3 15
RXDTX3 14