可穿戴电子产品设计与开发

《可穿戴电子学：设计、原型与穿戴你的交互式服装》一书是写给那些有兴趣在身体上创造交互式接口或系统的读者的。书中崭新的可穿戴电子学技术可谓正对制作爱好者们的胃口。本书向读者介绍了制作交互式电子电路需要用到的工具、材料和技术，以及如何将其融入到衣服或其他人体可穿戴的物件。本书图文并茂，循序渐进地讲解了可穿戴设备的具体实现过程。书中实例驱动，包含大量实际项目案例，详细讲解可穿戴设备由概念到原型的整个过程，便于读者参考实现自己的项目。

目　录译者序前　言第1章　电路11.1　电路基础21.1.1　欧姆定律41.1.2　理解电阻61.1.3　串联和并联81.1.4　确定极性91.1.5　使用万用表101.1.6　关于电路的更多信息121.2　构建电路121.2.1　鳄鱼夹电路141.2.2　导线电路151.2.3　线路板电路191.2.4　面包板电路231.2.5　导电螺纹线电路261.2.6　导电布电路321.2.7　优点及缺点341.3　结论35第2章　导电材料372.1　传统导体382.1.1　鳄鱼夹382.1.2　导线382.1.3　线路板402.1.4　面包板402.2　导电螺纹线412.2.1　导电螺纹线的特性422.2.2　使用导电螺纹线432.2.3　导电螺纹线的类型442.3　导电布452.3.1　导电布的特性452.3.2　使用导电布472.3.3　导电布的类型472.4　其他导电材料492.4.1　导电棉纱492.4.2　导电纤维492.4.3　导电毛毡492.4.4　导电带502.4.5　导电布胶带512.4.6　导电钩和毛圈搭扣512.4.7　导电涂料512.4.8　日常用品522.5　选择导电材料532.6　实验：可穿戴电路542.7　下一步是什么54第3章　开关553.1　理解开关563.1.1　刀与掷563.1.2　开关的类型573.2　现成的开关583.2.1　触觉按钮583.2.2　自锁按钮593.2.3　拨动开关593.2.4　滑动开关593.2.5　微动开关603.2.6　倾斜开关603.3　自己制作开关613.3.1　三明治开关613.3.2　接触开关633.3.3　桥接开关663.3.4　挤压开关663.3.5　其他DIY开关673.4　实验：社交开关673.5　结论68第4章　电子织物套件694.1　LilyPad704.1.1　模块714.1.2　实验：使用Twinkle734.1.3　实验：使用Tiny744.2　Flora754.3　Aniomagic764.3.1　模块764.3.2　实验：使用Sparkle774.4　更多思考80第5章　穿戴上你的电子设备815.1　为什么要穿戴825.2　为什么能穿戴825.2.1　舒适性825.2.2　耐用性845.2.3　可用性865.2.4　美观性865.3　设计一个可穿戴设备875.3.1　选择一种样式875.3.2　选择材料915.3.3　选择器件915.3.4　创建布局915.3.5　重复设计935.4　实验：8小时可穿戴93第6章　微控制器956.1　硬件966.2　软件996.3　Hello World1036.4　数字输出1066.4.1　电路1066.4.2　代码1086.4.3　供电1086.4.4　实验：莫尔斯电码消息1096.5　数字输入1106.5.1　电路1106.5.2　代码1116.5.3　实验：按钮作为控制器1136.6　模拟输入1146.6.1　电路1156.6.2　代码1156.6.3　实验：传感器作为开关1176.7　模拟输出1176.7.1　电路1186.7.2　代码1186.7.3　实验：感知系统1196.8　下一步是什么120第7章　传感器1217.1　使用传感器1227.1.1　了解传感器1227.1.2　分压电路1247.1.3　使用I2C通信1257.2　使用传感器数据1267.2.1　阈值1267.2.2　映射1297.2.3　校准1317.2.4　约束1327.2.5　平滑1337.2.6　实验：Wooo!衬衣1347.3　感知什么1357.3.1　弯曲1367.3.2　压力1377.3.3　拉伸1397.3.4　移动、方向和位置1407.3.5　心率以及其他1427.3.6　近距1457.3.7　光照1477.3.8　色彩1487.3.9　声音1497.3.10　温度1507.3.11　自己制作传感器1537.3.12　实验：感知身体1557.4　其他传感器156第8章　执行器1578.1　光1588.1.1　基本的LED1588.1.2　可寻址LED1628.1.3　光纤1668.1.4　电致发光材料1718.1.5　实验：安全，可见1758.2　声音1758.2.1　蜂鸣器1758.2.2　扬声器1778.2.3　音频文件1818.2.4　实验：可穿戴乐器1858.3　动起来1858.3.1　振动马达1868.3.2　伺服电机1878.3.3　减速电机1918.3.4　实验：振动、转动或者晃动2018.4　温度2018.4.1　风扇2028.4.2　加热器2038.4.3　实验：这儿越来越热了2038.5　结论204第9章　无线收发2059.1　蓝牙2069.2　你好，XBee2159.2.1　配置XBee2159.2.2　实验：XBee与Arduino2229.2.3　实验：XBee Direct Mode2279.3　其他无线通信选择2309.4　展望230附录A　工具231附录B　电池238附录C　资源244附录D　其他巧妙的物品249附录E　选择微控制器256

前　言关于本书“女王”—一款肌肉触发式的动力学织物，社交人体实验室创作身体是我们与外界交互的主要接口。那些穿戴在身体上的交互式系统可以和人亲密接触，或者位于显眼的地方，毫不夸张地说有时就在你的脸上。它们放置在紧贴着皮肤的部位或者衣服里面，有时甚至让人觉得，它们就是身体的一部分。这些特性使可穿戴电子技术成为令人兴奋、充满挑战性而又鼓舞人心的工作领域。 从某个层面来说，本书确实是围绕如何制作可穿戴电子产品展开讲解。书中介绍了在创建交互式电子电路，并且把这些电路嵌入到衣服和其他可以穿着的物品上时所必需的工具、材料和技术。 然而从另一个层面来说，本书向你提出追问：“下一步是什么？” 我们生活的这个时代，可穿戴技术刚刚开始成为人们日常生活的一部分。这种技术存在于我们的手腕和眼镜上，监测着我们的活动，把我们带入虚拟的世界。但这仅仅是一个开始，它还有很多方面没有显露出来。 本书邀请你加入这场对话：讨论关于可穿戴技术以及基于人体的技术的未来。我们需要什么？我们想做什么？我们应该避免什么？在过去的10～15年里，一些随身的技术发生了显著的改变。在未来十年中，我们可以期待穿戴在人体上和放置在衣服里面的技术在发展中取得的巨大进步。现在正是提出问题和表达见解的大好时机。本书将有望帮助你开始这一旅程。 本书为谁而写本书写给那些想要卷起袖子，制作一些可穿戴电子产品的人。包括学生、研究人员、创客、电子制作爱好者、时装设计师、工程师、工业设计师、开发人员、服装爱好者、艺术家和织物专家。 两类人适合阅读本书： 1）你已经了解一些知识。这个知识的范围比较宽泛。也许你曾经在实验室用Arduino让一个LED闪烁过；也许你经营着一家设计公司，为博物馆生产大批量结实的交互式装置，而现在有个客户要求你做出一个可穿戴的原型。无论哪种情况，你所了解的知识已经足够让你对所处的领域有所认知。本书会帮你基于现有的认知构建完整的知识框架，甚至还会带你进入一些始料未及的领域！ 2）谈起电子技术和编程的时候，你有些不知所云。也许你是一个时装设计师，意识到人与服装的交互性应该引起你的特别关注；也许你是一位社会学家，正在开发一套数据采集系统，系统包含一些穿戴在人体上面的传感器；也许你是一位艺术家，最近对自我跟踪情有独钟。不论哪种情形，你都有可能对书中的很多内容闻所未闻。如果是属于这一类，我建议你：勇敢一点！对新事物有陌生感，或者刚开始难以理解，这都没关系。本书可能是你了解一系列新鲜事物的敲门砖，而这些事物你甚至都没意识到要学习。坚持下来—它真的很有趣！ 需要了解什么本书涵盖了制作可穿戴电子产品所需的大部分基础知识，但是这是在假定你已经熟悉焊接和基本手工缝制的前提下。如果不了解这些技能，请查看附录C，从中可以学到更多。利用其中的一种方法可以实现书中的大部分例子，但我鼓励你两种都学。 本书如何组织本书将会带你踏上旅途。从电路的基础知识出发，终点是制作交互式无线可穿戴设备。从中你会学习材料、微控制器、传感器、执行器，以及这些东西如何融入可穿戴电子产品中。以下是各章概要。 第1章　电路本章介绍了电路的基础知识，接着展示了搭建同一个电路的6种不同方法，每种方法使用了不同的导电材料。 第2章　导电材料这一章将深入介绍用于构建电路的导电材料。 第3章　开关开、关以及更多！本章概述了开关的基础知识，以及如何自己制作开关。 第4章　电子织物套件本章概述了用于可穿戴电子项目的各种电子织物套件。 第5章　穿戴上你的电子设备制作电路是一回事，把电路穿在身上却是另一回事。本章分析了设计可穿戴电子产品时需要考虑的各种因素。 第6章　微控制器电路的“大脑”来自这里。这一章介绍了利用微控制器搭建并运行电路所需要的相关知识，包括硬件和软件两个方面。 第7章　传感器微控制器靠传感器“倾听”物理世界。本章介绍了使用传感器数据的基本知识，同时列举了应用于可穿戴环境下的各式各样的传感器。 第8章　执行器执行器—驱动事物！从发光到发声，再到动作，本章将介绍应用在可穿戴电子设计中的执行器。 第9章　无线收发是时候摆脱束缚了！本章介绍无线通信的3种方法，这样你的项目就可以不受线缆的束缚进行数据收发。 附录A　工具提供了电子学和缝纫的工具概览，这些工具在你的工作室、创作室或实验室里可能会用到。 附录B　电池加电！你能够在这里找到为可穿戴电子项目选择电池的细节。 附录C　资源想多学点吗？这里有一个资源列表，从中你可以了解到超出本书范围的知识。 附录D　其他巧妙的物品列出了一些可能有助于完成可穿戴产品制作的材料和工艺。 附录E　选择微控制器这是一个更为全面的用于可穿戴电子项目的微控制器选项列表。 关于标题本书确实涵盖了如何制作可以穿戴的电子产品。更广泛来讲，它提供了一种非传统意义上的构建电子项目的方法，其中涉及的工具和技术也可以应用于织物、挂毯、玩具，甚至更多！ 关