Arduino项目开发——智能控制

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。

 

本书系统论述了Arduino开源硬件的架构、原理、开发方法及14个完整的项目设计案例。全书共分15章，内容包括Arduino项目设计基础、自习室资源管理项目设计、有线外设无线化应用项目设计、自动开锁项目设计、谷歌眼镜项目设计、定位追踪器和电子围栏项目设计、智能生活环境监测项目设计、智能垃圾桶项目设计、非接触式鼠标项目设计、实时DIY表情帽项目设计、智能手套项目设计、指纹考勤云端数据共享项目设计、酒精浓度检测设备项目设计、体感控制机械臂项目设计和计步神器项目设计。
在编排方式上，全书侧重对创新产品的项目设计过程进行介绍，分别从需求分析、设计与实现等角度论述硬件电路、软件设计、传感器和功能模块等，并剖析产品的功能、使用、电路连接和程序代码等。
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。

目录

第1章Arduino项目设计基础

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章自习室资源管理项目设计

2.1功能及总体设计

2.2模块介绍

2.2.1DS3231时钟模块

2.2.2FPM10A指纹模块

2.2.3舵机模块

2.2.4ESP8266模块

2.2.5云服务器模块

2.2.6网页模块

2.3产品展示

2.4元件清单

第3章有线外设无线化应用项目设计

3.1功能及总体设计

3.2模块介绍

3.2.1有线键盘无线化

3.2.2有线音箱无线化

3.2.3人脸跟踪无线化摄像头

3.3产品展示

3.4元件清单

第4章自动开锁项目设计

4.1功能及总体设计

4.2模块介绍

4.2.1射频卡控制模块

4.2.2报警系统模块

4.2.3服务器模块

4.2.4手机端控制模块

4.3产品展示

4.4元件清单

第5章谷歌眼镜项目设计

5.1功能及总体设计

5.2模块介绍

5.2.1主程序模块

5.2.2手机APP模块

5.2.3输出模块

5.2.4蓝牙模块

5.3产品展示

5.4元件清单

第6章定位追踪器和电子围栏项目设计

6.1功能及总体设计

6.2模块介绍

6.2.1主程序模块

6.2.2GPS/北斗模块

6.2.3GSM模块

6.2.4GPRS模块

6.3产品展示

6.4元件清单

第7章智能生活环境监测项目设计

7.1功能及总体设计

7.2模块介绍

7.2.1空气质量检测模块

7.2.2火灾报警模块

7.2.3人体红外模块

7.2.4输出模块

7.3产品展示

7.4元件清单

第8章智能垃圾桶项目设计

8.1功能及总体设计

8.2模块介绍

8.2.1蓝牙APP模块

8.2.2直流电机驱动模块

8.2.3主程序模块

8.3产品展示

8.4元件清单

第9章非接触式鼠标项目设计

9.1功能及总体设计

9.2模块介绍

9.2.1APDS9960手势识别模块

9.2.2超声波模块

9.3产品展示

9.4元件清单

第10章实时DIY表情帽项目设计

10.1功能及总体设计

10.2模块介绍

10.2.1安卓输入模块

10.2.2传输模块

10.2.3显示输出模块

10.3产品展示

10.4元件清单

第11章智能手套项目设计

11.1功能及总体设计

11.2模块介绍

11.2.1输入信息处理模块

11.2.2输出信息处理模块

11.3产品展示

11.4元件清单

第12章指纹考勤云端数据共享项目设计

12.1功能及总体设计

12.2模块介绍

12.2.1指纹模块

12.2.2ESP8266模块

12.2.3相关库函数

12.3产品展示

12.4元件清单

第13章酒精浓度检测设备项目设计

13.1功能及总体设计

13.2模块介绍

13.2.1基础程序模块

13.2.2人脸识别模块

13.2.3输出模块

13.3产品展示

13.4元件清单

第14章体感控制机械臂项目设计

14.1功能及总体设计

14.2模块介绍

14.2.1Kinect体感设备

14.2.2Processing模块

14.2.3输出模块

14.3产品展示

14.4元件清单

第15章计步神器项目设计

15.1功能及总体设计

15.2模块介绍

15.2.1显示模块

15.2.2连接模块

15.2.3计步模块

15.3产品展示

15.4元件清单

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社会信息化的发展趋势。“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开源硬件的发展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。本书对实际教学中应用智能硬件的创新工程教学经验进行总结，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。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项目设计基础及项目开发案例，涉及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。
本书由北京邮电大学创新创业教育精品课程项目资助。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的大力支持。在此一并表示感谢！
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。欢迎广大读者加入开源硬件学习QQ群605892846，以便获取本书配套资源，加强学习交流。
由于作者水平有限，书中欠妥之处在所难免，衷心希望各位读者多提宝贵意见及具体的整改措施，以便作者进一步修改和完善。
李永华
于北京邮电大学2019年1月

第5章

谷歌眼镜项目设计

本项目基于Arduino开发板作为处理系统，安卓手机作为控制系统，头戴显示器作为显示系统，通过蓝牙安卓手机和Arduino开发板进行信息交互，实现显示时间、输入的文字、控制进度条以及画画轨迹。

本章根据马小娟、赵文静项目设计整理而成。

5.1功能及总体设计
本项目通过在Android studio开发APP实现clock显示时钟、texting显示手机上输出的字符、slider显示可控制的进度条和painting画画功能。
要实现上述功能需将作品分成三部分进行设计，即控制系统、处理系统和显示系统。选择安卓手机作为DIY谷歌眼镜的控制系统来实现功能； 选择Arduino作为处理系统，用于处理并生成视频信号； 安卓端和Arduino开发板用蓝牙进行数据交互； 选用微型头戴显示器，做成谷歌眼镜的外置显示。
1. 整体框架
整体框架如图51所示。

图51整体框架

2. 系统流程
系统流程如图52所示。

图52系统流程

Arduino开发板连接三个按钮，按1时功能键左移； 按2时功能键右移； 按3时功能键确定，进入功能界面后可以实现相应的功能，安卓端会发送数据给Arduino开发板，Arduino开发板串口读取数据、处理数据、调用TV库函数来生成AV信号，发送AV信号给显示器，显示器显示安卓端内容。
3. 总电路
系统总电路如图53所示，引脚连线如表51所示。

图53总电路

表51引脚连线

元 件 及 引 脚 名Arduino开发板引脚

显示屏
Av 9
Av-7

开关
12
VCC5V
GNDGND
23
VCC5V
GNDGND
34
VCC5V
GNDGND

蓝牙
RXD11
TXD10
VCC5V
GNDGND