\"從構思、設計到實現，深入理解Arduino項目開發 《Arduino案例實戰》繫統論述了Arduino開源硬件的開發方法和技術。書中以豐富的Arduino設計實例，介紹了智能硬件的物聯網應用。在處理嵌入式繫統的開發過程中，使用Arduino開源平臺，將事半功倍，極大提高效率。 本書突出的特點 ？ 典型場景的創新應用 ？ 智能開源的編程實踐 ？ 不同領域的經典案例 ？ 多種產品的功能實現 注：本書提供配套學習資源，下載地址為清華大學出版社本書頁面。 \"

\"本書繫統論述了Arduino開源硬件的架構、原理、開發方法及15個完整的項目設計案例。本書共16章，內容包括Arduino設計基礎、模擬乒乓球體感運動墊項目設計、魔幻音樂盒項目設計、四旋翼圖傳自研飛控無人機項目設計、四軸飛行器在生活中的檢測與應用項目設計、信息采集小夜燈項目設計、運動環境管理助手項目設計、追蹤機器人項目設計、打地鼠闖關遊戲項目設計、大棚傳感機器人項目設計、簡易升降機項目設計、藍牙鎖項目設計、人臉考勤機項目設計、文明大使項目設計、語音互動機器人項目設計和智能餐飲服務繫統項目設計。 在編排方式上，全書針對創新產品的項目設計過程進行描述，分別從需求、分析、設計與實現等角度論述了硬件電路、軟件設計、傳感器和功能模塊等，並剖析了產品的功能、使用、電氣連接和程序代碼等。為便於讀者高效學習，及時掌握Arduino開發方法，本書提供配套項目設計的硬件電路圖和程序代碼，可供讀者舉一反三，二次開發。 本書可作為高校電子信息類專業“開源硬件設計”“電子繫統設計”“創新創業”等課程的教材，也可作為創客及智能硬件愛好者的參考用書，還可作為從事物聯網、創新開發和設計專業人員的技術參考書。\"

李永華 現執教於北京郵電大學，擁有超過10年的嵌入式開發經驗，致力於物聯網和智能硬件的研究開發工作。在教學中以興趣為導向，激發學生的創造性；以素質為基礎，提高自身教學水平；以科研為手段，促進教學理念轉變。通過信息工程專業綜合改革，探索了以“學生學為中心”的教學模式，營造生動活潑的學習方法，提高學生獨立思考問題、發現問題、解決問題的能力，激發學生的創造激情。在研發及教學實踐中指導學生實現200餘個創新案例，並指導著一支物聯網開發團隊，曾在物聯網、開源硬件等技術領域進行了多場學術報告，並且出版了《AllJoyn技術原理及物聯網程序開發指南》《Arduino實戰指南——遊戲開發、智能硬件、人機交互、智能家居與物聯網設計30例》《Arduino軟硬件協同設計實戰指南》等多部物聯網技術方面的著作。

目錄

第1章Arduino設計基礎

1.1開源硬件概述

1.2Arduino開源硬件

1.2.1Arduino開發板

1.2.2Arduino擴展板

1.3Arduino軟件開發平臺

1.3.1Arduino平臺特點

1.3.2Arduino IDE的安裝

1.3.3Arduino IDE的使用

1.4Arduino編程語言

1.4.1Arduino編程基礎

1.4.2數字I/O口的操作函數

1.4.3模擬I/O口的操作函數

1.4.4**I/O口的操作函數

1.4.5時間函數

1.4.6中斷函數

1.4.7串口通信函數

1.4.8Arduino的庫函數

1.5Arduino硬件設計平臺

1.5.1Fritzing軟件簡介

1.5.2Fritzing使用方法

1.5.3Arduino電路設計

1.5.4Arduino樣例與編程

第2章模擬乒乓球體感運動墊項目設計

2.1項目背景

2.2創新描述

2.3功能及總體設計

2.3.1功能介紹

2.3.2總體設計

2.3.3模塊介紹

2.4產品展示

2.5故障及問題分析

2.6元器件清單

第3章魔幻音樂盒項目設計

3.1項目背景

3.2創新描述

3.3功能及總體設計

3.3.1功能介紹

3.3.2總體設計

3.3.3模塊介紹

3.4產品展示

3.5故障及問題分析

3.6元器件清單

第4章四旋翼圖傳自研飛控無人機項目設計

4.1項目背景

4.2創新描述

4.3功能及總體設計

4.3.1功能介紹

4.3.2總體設計

4.3.3模塊介紹

4.4產品展示

4.5故障及問題分析

4.6元器件清單

第5章四軸飛行器在生活中的檢測與應用項目設計

5.1項目背景

5.2創新描述

5.3功能及總體設計

5.3.1功能介紹

5.3.2總體設計

5.3.3模塊介紹

5.4產品展示

5.5故障及問題分析

5.6元器件清單

第6章信息采集小夜燈項目設計

6.1項目背景

6.2創新描述

6.3功能及總體設計

6.3.1功能介紹

6.3.2總體設計

6.3.3模塊介紹

6.4產品展示

6.5故障及問題分析

6.6元器件清單

第7章運動環境管理助手項目設計

7.1項目背景

7.2創新描述

7.3功能及總體設計

7.3.1功能介紹

7.3.2總體設計

7.3.3模塊介紹

7.4產品展示

7.5故障及問題分析

7.6元器件清單

第8章追蹤機器人項目設計

8.1項目背景

8.2創新描述

8.3功能及總體設計

8.3.1功能介紹

8.3.2總體設計

8.3.3模塊介紹

8.4產品展示

8.5故障及問題分析

8.6元器件清單

第9章打地鼠闖關遊戲項目設計

9.1項目背景

9.2創新描述

9.3功能及總體設計

9.3.1功能介紹

9.3.2總體設計

9.3.3模塊介紹

9.4產品展示

9.5故障及問題分析

9.6元器件清單

**0章大棚傳感機器人項目設計

10.1項目背景

10.2創新描述

10.3功能及總體設計

10.3.1功能介紹

10.3.2總體設計

10.3.3模塊介紹

10.4產品展示

10.5故障及問題分析

10.6元器件清單

**1章簡易升降機項目設計

11.1項目背景

11.2創新描述

11.3功能及總體設計

11.3.1功能介紹

11.3.2總體設計

11.3.3模塊介紹

11.4產品展示

11.5故障及問題分析

11.6元器件清單

**2章藍牙鎖項目設計

12.1項目背景

12.2創新描述

12.3功能及總體設計

12.3.1功能介紹

12.3.2總體設計

12.3.3模塊介紹

12.4產品展示

12.5故障及問題分析

12.6元器件清單

**3章人臉考勤機項目設計

13.1項目背景

13.2創新描述

13.3功能及總體設計

13.3.1功能介紹

13.3.2總體設計

13.3.3模塊介紹

13.4產品展示

13.5故障及問題分析

13.6元器件清單

**4章文明大使項目設計

14.1項目背景

14.2創新描述

14.3功能及總體設計

14.3.1功能介紹

14.3.2總體設計

14.3.3模塊介紹

14.4產品展示

14.5故障及問題分析

14.6元器件清單

**5章語音互動機器人

15.1項目背景

15.2創新描述

15.3功能及總體設計

15.3.1功能介紹

15.3.2總體設計

15.3.3模塊介紹

15.4產品展示

15.5故障及問題分析

15.6元器件清單

**6章智能餐飲服務繫統項目設計

16.1項目背景

16.2創新描述

16.3功能及總體設計

16.3.1功能介紹

16.3.2總體設計

16.3.3模塊介紹

16.4產品展示

16.5故障及問題分析

16.6元器件清單

參考文獻

第3章 魔幻音樂盒項目設計 3.1項目背景 本章根據鄭少波、鄧博文項目設計整理而成。
通過將各種傳感器與音樂聯繫起來，是當今社會科技與娛樂融合的體現，從超聲波、激光、壓力傳感器的應用，到各種電子琴、電子音樂盒以及電子打擊樂器，可以進行不同領域的應用。基於這些啟發，本項目組在超聲波與音樂結合的基礎上，保留“彈奏音樂”的功能，開發出*多與音樂有關的有趣模塊，*終制作成一個魔幻音樂盒。
3.2創新描述 本音樂盒除了要手動打開之外，其餘所有的功能選項，由手機通過藍牙模塊來控制，並且用按鍵代替直接輸入指令，交互性很強。除了可以自我彈奏音樂之外，本項目還編寫了一些歌曲可以直接播放，在播放音樂的同時配有炫目的燈光，做到了“魔幻”的效果。整個音樂盒采用直流電池供電，包裝精巧，攜帶方便，可提供隨時隨地的娛樂。
3.3功能及總體設計 3.3.1功能介紹 音樂盒的主體功能共分為“彈奏音樂”和“播放音樂”兩種模式。在“彈奏音樂”模式下，手在超聲波傳感器上進行移動，揚聲器發出不同的音調，同時LED燈帶出現不同顏色的燈光； 在“播放音樂”模式下，可自主選擇播放歌曲和想要的燈光模式效果。
3.3.2總體設計 1. 整體框架圖 整體框架如圖31所示。
圖31整體框架 整體由五個模塊組成。其中，供電模塊用來給Arduino開發板供電，電壓為DC 6V； 超聲波傳感器模塊用來檢測手到它的距離，從而控制揚聲器和LED燈帶； 揚聲器模塊用來輸出聲音； LED燈帶模塊用來顯示燈光； 藍牙模塊使Arduino開發板與手機相連，進行發送指令控制Arduino開發板。電源由電池盒、船型開關、電池和導線組成。為了能夠用上開關，剪掉了電池盒自帶的黑線，並串聯上了船型開關。電池盒的5mm插頭用來插在Arduino開發板上，給Arduino開發板供上6V的直流電源。
2. 繫統流程圖 繫統流程圖如圖32所示。
在開機之後，會有一段2~3s的開機音樂。打開手機，連上藍牙之後，共有兩大模式可供選擇。一是“彈奏音樂”模式，按下“彈奏音樂”按鈕，將手放在超聲波傳感器上上下移動，共可發出Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si 7個不同音，同時對應每一個音調，LED燈帶出現紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種不同的顏色。再次按下按鈕，可關閉該模式。二是“播放音樂”模式，按下“播放音樂”模式，再選擇3個按鈕： “讓我們蕩起雙槳”“大海”和“愛的華爾茲”，即可播放相應歌曲。在播放歌曲的同時，可再選擇3個按鈕： “燈光模式1”“燈光模式2”和“燈光模式3”，即可讓LED燈帶出現3種不同的燈光效果。當音樂停止時，燈光自動關閉，並且在播放音樂的同時，無論按下歌曲按鈕還是“播放音樂”按鈕，都可以讓音樂和燈光停止。
3. 總電路圖 總電路如圖33所示。
在Arduino開發板中，共使用了8個引腳，分別為5V、GND、引腳2、引腳3、引腳6、引腳9、引腳10和引腳11。其中，5V用來給超聲波傳感器、藍牙和LED燈帶提供電源； GND用來給超聲波傳感器、藍牙、LED燈帶和揚聲器做地端； 引腳2接超聲波傳感器的Trig端，用來輸入觸發控制信號； 引腳3接超聲波傳感器的Echo端，用來輸出回響信號； 引腳6接LED燈帶的數據傳輸口，用此口對燈帶進行編程； 引腳9接揚聲器的正極，用來控制輸出不同頻率的音調； 引腳10被定義為R端； 引腳11被定義為T端，分別與藍牙的T端和R端相連，實現藍牙通信。
4. 手機App按鈕控制圖 手機App界面如圖34所示。
圖32繫統流程圖 圖33繫統總電路 圖34手機App界面 這個App來自一個叫作“藍牙串口”的軟件。該軟件下有空白開關可供編輯。在連接藍牙之後，可以通過按鈕來控制Arduino開發板。其原理為按下某一個按鈕，手機將向藍牙發送一個字符，藍牙將該字符發送給Arduino開發板，Arduino開發板根據預先設定的程序發出相應指令。彈起某個按鈕時的情況也是如此，在這裡彈起按鈕時對Arduino開發板所做的指令為停止聲音或關閉燈光。按鈕**列為主體模式選擇，第2列是在選中“播放音樂”時纔可選擇的歌曲，第3列是在選中某首歌曲的情況下纔可選擇的燈光模式。各按鈕所實現的功能已在流程圖處說明，故這裡不再贅述。
3.3.3模塊介紹 本項目主要包括四個模塊： 超聲波傳感器模塊、揚聲器模塊、LED燈帶模塊和藍牙模塊。下面分別給出各模塊的功能和相關代碼。
1. 超聲波傳感器模塊 1) 功能介紹 超聲波測距原理： 發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中踫到障礙物就立即返回，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離s，即s=340m/s×t/2,這就是所謂的時間差測距法。
使用Arduino采用數字引腳給超聲波傳感器的Trig引腳至少10μs的高電平信號，觸發SR04模塊測距功能。觸發後，模塊會自動發送8個40kHz的超聲波脈衝，並自動檢測是否有信號返回。這一步會由模塊內部自動完成。如有信號返回，Echo引腳會輸出高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。此時，使用函數pulseIn()獲取到測距的結果，並計算出與被測物的實際距離。