Arduino与通用技术 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

Arduino与通用技术
第1章　初识Arduino
第2章　感受多样控制方式——玩转LED
第3章　系统的组成——“黏土怪”与“盒仔”
第4章　控制系统分类——传感器在日常生活中的应用
第5章　基于物联网平台的禁烟防火预警系统
第6章　基于蓝牙的遥控系统设计与制作
第7章　电子控制系统综合应用——智能小车
参考文献
第1章　初识Arduino
本章将带你了解什么是Arduino, Arduino可以用来做哪些事情，怎样使用Arduino快速上手，以及Arduino的常用函数。快让我们一起来认识一下神奇的Arduino吧！
1.1　Arduino概述
如果认为编程就是坐在计算机屏幕前不停地敲键盘，利用电子计算机自动处理问题，那就落伍了。今天的Arduino已使人对编程的看法“耳目一新”。因为在编写程序前要设置好自己的电路，然后再编写程序代码，并且这些程序可以控制和感知外围世界。例如，图1-1“智能家居控制系统”模型，可实现火焰报警、烟雾报警、自动门、光控灯、恒温屋等功能。
图1-1　智能家居系统
Arduino是一款开源电子平台，包含各种型号的Arduino板和Arduino IDE软件。它由意大利教师Massimo Banzi和西班牙籍晶片工程师David Cuartielles联手开发设计电路板，并引入Banzi的学生提供的程序设计语言。起初他们是为了解决学生们在做试验时找不到便宜好用的微控制器这一问题。但随后3人又秉承设计时的开放源代码理念，把设计图放到了网上，任何人都可以生产这种电路板，还能重新设计，为现在市场上大量的Arduino控制板奠定了坚实基础。Arduino不仅是一个基于开放源代码的软硬件平台，并且具有类似Java、C语言的开发环境。几乎任何人，即使不懂计算机编程，也能用Arduino做出很酷的东西。例如，对传感器侦测数据作出回应，闪烁灯光，控制电动机……实质上Arduino就是一块单片机。图1-2所示为一块Aduino Uno R3控制板。
图1-2　Arduino Uno R3板
【知识拓展】
什么是单片机？它与PC有什么不同？
一台完整的计算机系统通常由以下几部分构成：中央处理器CPU进行运算、控制工作；随机存储器RAM、只读存储器ROM，合称存储器，用于存储数据；输入设备；输出设备。在PC上这些部件被分成若干块芯片，安装在一块称为主板的印制线路板上。而在单片机中，这些部件全部被做到一块集成电路芯片中，所以称为单片机，而且有一些单片机中除了上述部件外，还集成了其他部件，如模拟量／数字量转换（A/D）和数字量／模拟量转换（D/A）等。
单片机在生活中有何应用？
实际工作生活中并不是所有需要计算机的场合都要求PC有很高的性能，对于一个控制房间温度的控制器，如果要用酷睿处理器，那绝对是一种浪费，应用的关键是看是否够用，是否有很好的性价比。如果一台空调都需要用酷睿来进行温度控制，那空调的价格就是天价了。单片机通常用于工业生产的控制、生活中与程序和控制有关（如电子玩具、电子琴、冰箱、智能空调等）的场合。图1-3所示的Atmega328P-PU单片机，是基于AVR指令集的8位处理器，频率20MHz，存储器空间32KB。
图1-3　Atmega328P-PU单片机
【小任务】
请你从日常生活中所使用的电气设备中找到单片机的身影。
1.2　Arduino的特色
1．开放的电路板设计
Arduino控制板是采用开放源代码的电路图设计，所以有经验的电路设计师能够根据需求设计自己的模块，可以对其扩展或改进；甚至对于一些没有经验的用户，也可以通过制作试验板来理解Arduino是怎么工作的。而且版权法只监管开源软件，却很难用在硬件上，于是Arduino采用Creative Commons许可。任何人都可以生产电路板，还能重新设计，甚至销售，而这一切都不需要付版税。然而，如果你重新发布了引用设计，必须说明原始Arduino团队的贡献。如果你调整或改动了电路板，你的最新设计必须使用相同或类似的Creative Commons许可，以保证新版本的Arduino电路板也是自由和开放的。图1-4～图1-6是各类Arduino板。
图1-4　Arduino Yun板
图1-5　DFRduino UNO V3.0 R3板
图1-6　OCROBOT MANGO板
如果想熟悉Arduino的电路设计，并想亲自动手，完全能够从网上找到一些Arduino的电器元件，依据布局分布图把它们组合在一起，如图1-7和图1-8所示。
2．跨平台编程方式多样
Arduino IDE可以运行在Windows、Macintosh OSX和Linux操作系统上，其编程主要有以下几种方式。
（1）使用官网Arduino IDE编程环境，可在官网（http://www.arduino.cc）下载，支持Windows、MacOS、Linux操作系统。Arduino是基于AVR平台，对AVR库进行了二次编译封装，把端口都打包好，抛开寄存器、地址指针之类汇编语言等，取而代之的是高级语言的简单函数。大大降低了软件开发难度，适宜非专业爱好者使用。Arduino软件是开源的，同时与C、Java语言在语法上有很大的相似性，有经验的程序员可以对其进行扩展。图1-9所示为Arduino IDE编程界面，其功能为每隔1s循环打开或关闭LED。
图1-7　焊接原型板
图1-8　电子元器件
（2）使用微软的Visual Studio环境，也有Arduino for Microsoft Visual Studio的插件，安装后可以在Visual Studio里面进行Arduino的开发。图1-10所示为Arduino for Microsoft Visual Studio。
图1-9　Arduino IDE编程界面
图1-10　Arduino for Microsoft Visual Studio界面
（3）如果不太喜欢写代码，或者是教小孩子玩Arduino，可以使用ArduB ............

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