创客机器人实战：基于Arduino和树莓派

《创客机器人实战：基于Arduino和树莓派》基于目前*流行的机器人创客领域，基于*流行的和*典型的两个互补开源机器人创客平台：Arduino和树莓派，循序渐进讲解了机器人创客DIY部件、创客软件、Arduino开发板和开发环境、Arduino编程、Arduino典型电机控制、Arduino典型传感器使用、Arduino无线通信、Arduino综合应用、树莓派硬件接口、树莓派远程控制和软件基本操作、Python编程、树莓派典型传感器使用、树莓派典型控制器使用、树莓派机器视觉、树莓派语音处理、树莓派综合应用、Arduino与树莓派联合等内容，在讲解每一个知识时，都遵循了理论联系实际的讲解方式，配以实战演练，彻底剖析了机器人创客的完整实现流程。 

机器人创客是创客重要和活跃的分支，是一种启发式、发掘式、创新式、灵活式的创新实践。本书着眼于机器人创客领域，选择当前主流和典型的机器人创客平台：Arduino和树莓派（一个容易上手，另一个支持复杂应用），循序渐进地讲解了机器人创客DIY部件、创客软件、Arduino开发板和开发环境、Arduino编程、Arduino电机控制、Arduino传感器、Arduino无线通信、Arduino综合应用、树莓派硬件接口、树莓派远程控制和软件操作、Python编程、树莓派传感器、树莓派控制器、树莓派机器视觉、树莓派语音处理、树莓派综合应用、Arduino与树莓派综合应用等内容。
在讲解每一个知识点时，都遵循了理论联系实际的方式，配以实战演练，彻底剖析了机器人创客的完整实现流程，突出了系统性及完整性。《创客机器人实战：基于Arduino和树莓派》适用于具有一定编程基础和Linux开发经验，想进一步提高机器人创客开发能力的读者，可作为大中专院校机器人类专业教材，也可作为机器人培训教材，还可作为机器人开发爱好者的学习手册。

何福贵：博士后、北京市高创名师、北京市教学名师、北京市专业创新团队带头人。2010年至今指导学生参加全国职业技能竞赛获得一等奖4项、二等奖5项，曾出版著作十余本，撰写发表论文几十篇，涉及EI检索论文3篇、国际会议论文5篇、核心期刊4篇，以及教育改革十余篇等。

前言
基础篇
章概述
1.1创客的发展
1.2机器人创客
1.2.1中国机器人创客联盟
1.2.2DFRobot——创客机器人的造物梦工厂
1.2.3奥松机器人
1.2.4秀创客——创客教育网
1.3机器人创客DIY部件
1.3.1典型控制器
1.3.2典型传感器
1.3.3典型驱动器
1.3.4典型通信模块
1.3.5机器人视觉和语音模块
1.3.6Adafruit——开源电子硬件制造商
1.4机器人简介
1.5本章小结
第二章创客软件
2.1Arduino IDE
2.2Processing
2.3Autodesk Circuits
2.4Fritzing
2.5Scratch
2.6Scratch for Arduino
2.7APP Inventor
2.8123D Design
2.9Kodu
2.10Stencyl
2.11机器人调试助手
2.12Python语言
2.13本章小结
Arduino篇
第三章Arduino介绍
3.1Arduino开发板
3.1.1Arduino UNO
3.1.2Arduino Leonardo
3.1.3Arduino Mega 2560
3.1.4英特尔 Galileo 开发板和英特尔
Edison 开发板
3.1.5Arduino Due
3.2Arduino扩展板
3.3Arduino开发环境
3.3.1Arduino IDE介绍
3.3.2ArduBlockArduino的图形开发
环境
3.3.3Arduino使用外部库
3.4Processing介绍
3.5Arduino和Processing的交互
3.6本章小结
第四章Arduino基本函数
4.1数字I/O口的操作函数
4.1.1pinMode(pin, mode)
4.1.2digitalWrite(pin, value)
4.1.3digitalRead(pin)
4.2模拟I/O口的操作函数
4.2.1analogReference(type)
4.2.2analogRead(pin)
4.2.3analogWrite(pin, value)
4.3高级I/O
4.3.1shiftOut(dataPin,clockPin,
bitOrder,val)
4.3.2pulseIn(pin,state,timeout)
4.4中断函数
4.5延时函数
4.6串口通信函数
4.7数学函数
4.8EEPROM函数
4.9Arduino SPI
4.10Arduino I2C
4.11本章小结
创客机器人实战基于Arduino和树莓派
目录
第五章Arduino典型电机控制
5.1舵机控制
5.1.1舵机简介
5.1.2舵机控制函数库
5.1.3实例：实现摇头电扇
5.2直流减速电机
5.2.1直流电机简介
5.2.2H桥驱动电路
5.2.3PWM信号控制调速
5.2.4常用直流电机驱动芯片
5.2.5实例：实现圆圈运动
5.2.6实例：实现螺旋运动
5.3步进电机
5.3.1步进电机简介
5.3.2常用步进电机驱动芯片
5.3.3实例：实现步进正反转运动
5.4本章小结
第六章Arduino典型传感器使用
6.1超声波测距传感器
6.1.1工作原理
6.1.2超声波测距传感器
6.1.3编程实现
6.1.4实例：超声波避障
6.2红外光电传感器
6.2.1工作原理
6.2.2编程实现
6.2.3实例：红外循迹和避障
6.3温度传感器
6.3.1模拟温度传感器
6.3.2数字温度传感器
6.3.3实例：使用DHT库读取温湿度
6.4光敏传感器
6.5魔术光杯
6.6手势识别传感器
6.7颜色传感器
6.7.1颜色传感器介绍
6.7.2颜色识别过程
6.8九轴姿态检测传感器
6.9本章小结
第七章Arduino无线通信
7.1蓝牙传输
7.1.1蓝牙技术简介
7.1.2蓝牙模块的使用
7.1.3实例：Android手机与Arduino开发板
蓝牙通信
7.2无线数传
7.2.1无线数传模块nRF24L01
7.2.2实例：nRF24L01模块点对点
通信
7.3WiFi无线模块
7.3.1WiFi技术简介
7.3.2串口WiFi模块
7.3.3实例：串口WiFi模块和计算机
之间通信
7.4本章小结
第八章Arduino WiFi视频智能小车
循迹避障机器人
8.1概述
8.2硬件部分的选择
8.3组装
8.4软件部分的实现
8.5本章小结
树 莓 派 篇
第九章树莓派介绍
9.1树莓派版本
9.2树莓派接口
9.3树莓派软件源
9.4本章小结
第十章树莓派基础软件操作
10.1操作系统的安装
10.2无线网络连接
10.3远程控制
10.3.1远程控制台控制
10.3.2远程图形化控制
10.4中文配置及输入法安装
10.5使用Scratch
10.6树莓派配置
10.7安装GPIO库
10.8本章小结
第十一章Python编程
11.1Python简介
11.2安装Python
11.3Python程序编辑和运行
11.4Python变量和数据类型
11.5Python基本语法
11.6Python基本控制结构
11.7Python函数
11.8Python异常处理
11.9Python自定义类
11.10Python操作文件
11.11Python多线程
11.12Python GUI编程
11.13本章小结
第十二章树莓派典型传感器使用
12.1超声波传感器测量距离
12.2DHT11数字温湿度传感器测量温
湿度
12.3红外避障传感器
12.4模拟量——ADC测量光线
12.5使用开关模块
12.6使用USB接口摄像头
12.7CSI接口摄像头
12.7.1通过CSI摄像头模块拍照
12.7.2通过CSI摄像头模块拍摄
视频
12.83D手势识别传感器——I2C接口
12.9本章小结
第十三章树莓派典型控制器使用
13.1直流减速电机控制
13.2舵机控制
13.2.1PWM控制
13.2.2Servoblaster控制
13.3步进电机
13.4LED交通信号灯模块
13.5使用继电器控制大功率设备
13.6本章小结
第十四章树莓派机器视觉
14.1安装SimpleCV
14.2SimpleCV使用USB摄像头
14.3在SimpleCV中使用Pi Camera
14.4数硬币
14.5人脸检测
14.6动态图像采集
14.7运动检测
14.8本章小结
第十五章树莓派语音处理
15.1树莓派播放语音
15.1.1树莓派播放声音的硬件
15.1.2Omxplayer播放器
15.1.3Rhythmbox播放器
15.1.4Volumio、RuneAudio和OSMC
播放系统
15.2使用USB话筒
15.3利用树莓

“放飞梦想、智创未来”，随着数字科技、开源硬件、3D打印的快速发展，一场创客运动悄然兴起，吸引了很多工业设计、硬件制造、互联网及软件编程等方面的爱好者参与其中。随着智能硬件产业的爆发式增长，可以预计创客运动将对各个科技领域的创新、创业发挥更大的作用。可以说，当前是一个创客时代，将引领科技走进一个新的方向，个体制造时代即将到来；当前又是一个创新的时代，全民创造将实现。
那么，创客究竟是什么呢？具体来说，创客是指利用开源硬件和互联网将各种创意变为实际产品的人。目前几种比较流行的创客实践有：以生活趣味性为重心的创客实践、以结构为重心的创客实践、以技术为重心的创客实践等。本书着眼于以技术为重心的机器人创客实践，基于典型的开源硬件及编程。通过对本书进行学习，读者能够掌握机器人创客实现的完整过程，从而进行机器人的实际开发，获得所需的应用技能。
全书共17章，从机器人创客实现视角，依次进行讲解，具体内容如下。
第1章介绍了创客的发展、机器人创客和机器人创客DIY部件。
第2章介绍了在机器人设计、开发及调试过程中常用的开发环境。
第3章介绍了进行Arduino开发需要用到的开发板和开发环境。
第4章介绍了Arduino IDE中编写程序涉及的Arduino基本函数，包括I/O控制、时间函数、中断函数、通信函数、数学函数、读写EPROM函数，以及典型的SPI和I2C总线的操作。
第5章介绍了机器人常用的电机、舵机、直流减速电机和步进电机。
第6章介绍了一些典型传感器在Arduino中的使用方法。这些传感器包括超声波测距传感器、红外光电传感器、温度传感器、手势识别传感器、姿态检测传感器等，涉及在Arduino中的工作原理、接线方法、编程实现和实现结果。
第7章介绍了Arduino的常用无线通信的3种方法，涉及它们的技术特点，并给出了具体案例及实现方法。
第8章介绍了Arduino的综合应用案例，涉及完成的功能、硬件部分的选择、组装方法、软件操作。
第9章介绍了树莓派的各种版本、接口、软件获取等内容，以利于在使用时进行选择。
第10章介绍了树莓派软件的基本操作，涉及网络连接、远程控制、中文化配置、GPIO库安装等内容。
第11章介绍了树莓派的应用程序编程，涉及Python语言编程的相关内容。
第12章介绍了树莓派典型传感器的使用方法，涉及模拟量输入传感器、数字量输入传感器、I2C接口输入、A/D转换器、开关量输入，以及摄像头等内容。
第13章介绍了树莓派机器人的电机、舵机、直流减速电机和步进电机的使用，涉及使用继电器控制大功率设备，并给出了具体案例及实现方法。
第14章介绍了树莓派实现机器人视觉的相关内容，涉及树莓派的机器人视觉库SimpleCV，以及使用SimpleCV在视觉的一些应用，包括数硬币、人脸检测、动态图像采集、运动检测等，均给出了应用案例及实现方法。
创客机器人实战基于Arduino和树莓派
第15章介绍了基于树莓派的语音处理的相关内容，涉及主流播放器、USB话筒、天气预报、聊天机器人等内容，每一部分均给出了应用案例及实现方法。
第16章介绍了树莓派的综合应用，对涉及的设计方法和典型部分进行了详细说明。
第17章介绍了Arduino与树莓派的结合使用方法，涉及通过树莓派对Arduino编程、树莓派控制Arduino的输出、树莓派读取Arduino的输入、兼容Arduino硬件提供树莓派接口的AlaMode接口板等，均给出了应用案例和实现方法。
总体来说，本书具有下列特点。
（1）前瞻性：站在时代前沿，响应时代号召，题材紧跟时代发展步伐。
（2）典型性：介绍了Arduino和树莓派两种应用广泛的典型平台及联合应用。
（3）开源性：通过对这两种典型开源平台的学习与思考，让读者感受开源的力量。
（4）系统性：从简单到复杂、从本地到远程、从底层到高层，系统展示了机器人创客的知识体系。
（5）完整性：从控制器、传感器、驱动器、通讯等机器人的完整组成部件，到编程环境、库的使用和增加、典型应用的完整过程，每一章既具有独立性，整体又具备完整性。
（6）应用性：每一部分的知识点均配以应用案例，可以使读者轻松领会机器人创客开发的精髓，快速提高开发技能。
由于时间仓促、作者水平有限，书中疏漏和错误之处在所难免，希望广大专家、读者提出宝贵意见，以便修订时加以改正。