Arduino智能硬件開發進階 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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《無綫電》編輯部 編

圖書標籤:

• Arduino
• 智能硬件
• 嵌入式係統
• 物聯網
• 傳感器
• 電機驅動
• 通信協議
• 項目實戰
• 開發進階
• DIY

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115427922

版次：1

商品編碼：11994960

包裝：平裝

叢書名： i創客

開本：小16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

頁數：116

正文語種：中文

編輯推薦

Arduino降低瞭單片機學習門檻，應用廣泛，功能強大，不僅是電子愛好者和電子專業學習人員學習的熱門，也讓學習藝術的人能夠輕鬆創造齣可以進行人機互動的互動藝術作品。本書為讀者提供瞭20個《無綫電》雜誌刊登過的精彩Arduino製作項目，讀者可以完整地瞭解到Arduino應用項目的設計思路和製作方法，從中得到詳實的製作資料和思路啓發。

內容簡介

“i創客”諧音為“愛創客”，也可以解讀為“我是創客”。創客的奇思妙想和豐富成果，充分展示瞭大眾創業、萬眾創新的活力。這種活力和創造，將會成為中國經濟未來增長的不熄引擎。本係列圖書將為讀者介紹創意作品、弘揚創客文化，幫助讀者把心中的各種創意轉變為現實。
Arduino是如今流行的開源智能硬件開發平颱，也是創客喜歡的工具之一。它應用廣泛，功能強大，降低瞭學習單片機的門檻，不僅是電子愛好者和電子專業學習人員學習的熱門，也受到藝術傢、軟件開發者的喜愛。藉住Arduino，你可以輕鬆創造齣可以進行人機互動的智能硬件和互動藝術作品。
本書選取瞭來自創客的20個基於Arduino開發齣的智能硬件，包括溫控風扇、光感應晾衣架、語音控製颱燈、點滴計時器、遊戲操縱杆、磁懸浮裝置、睡眠監測儀、空氣數據監測分析盒、智能溫室、網絡門禁、低成本智能傢居、自行車行車電腦、洗襪機、洗鞋機、傢庭服務機器人等。讀者既可直接仿製，也可從中汲取靈感，創造齣新的項目。本書操作步驟清晰、圖片簡明、可操作性強，內容不僅適閤電子愛好者閱讀，也適閤創客空間、學校開辦工作坊和相關課程參考。

作者簡介

《無綫電》於1955年創刊，是國內電子以及無綫電通信類報刊中zui早、發行量zui大的知名科普雜誌，纍計發行量超過3億冊。《無綫電》堅持“科普 創新 實踐 分享”的理念，為讀者提供涵蓋創意製作項目、科普知識、工具儀錶信息、愛好者及行業活動資訊等豐富的內容，同時為讀者提供相關圖書、套間等形式多樣的衍生産品，並積極組織、承辦豐富多彩的科普活動。

目錄

1　語音控製颱燈 1
1．1　設計思路　1
1．2　硬件製作　1
1．3　調試　3
2　CLOUD點滴計時器　5
2．1　設計曆程　5
2．2　電子部分　6
2．3　産品原型　6
2．4　理想效果　7
2．5　代碼　8
3　通過GSM控製的LED點陣屏　11
3．1　材料準備　11
3．2　采集控製數據　12
3．3　控製點陣屏　13
3．4　字模字庫數據　13
3．5　小結　13
4　溫控風扇和光感應晾衣架　15
4．1　Arduino控製器與樂高電池盒的結閤　15
4．2　舵機與樂高結構件的結閤　17
4．3　溫控風扇作品製作　17
4．4　光感應晾衣架作品製作　18
4．5　結束語　21
5　自製遊戲操縱杆　22
5．1　製作過程　23
5．2　使用方法　24
6　重力感應遙控器　25
6．1　製作步驟　25
6．2　程序編寫　27
7　超炫的上推式磁懸浮裝置　32
7．1　製作過程　32
7．2　探索與發現　34
8　用體感手柄遙控的二自由度浮動迷宮　36
8．1　浮動迷宮模型的機械組成　37
8．2　浮動迷宮模型的電控組成　37
8．3　浮動迷宮模型的程序設計　39
8．4　結束語　41
9　可穿戴的睡眠監測儀　42
9．1　核心部件構建　42
9．2　硬件程序設計　43
9．3　作品包裝　47
9．4　數據分析器設計　47
9．5　結語　48
10　智能空氣數據監測分析盒　49
10．1　功能　49
10．2　運行框架　49
10．3　單片機程序原理　50
10．4　主芯片數據獲取及上傳程序原理　53
10．5　成品展示　57
11　自動遮陽、澆水裝置　58
11．1　要實現的功能　58
11．2　準備硬件　58
11．3　代碼思路　60
12　遠程洗手間使用狀態指示裝置　64
12．1　項目材料　64
12．2　製作過程　65
12．3　展望　66
13　手勢解鎖門禁　67
13．1　電子鎖的工作原理　67
13．2　基於Arduino的手勢解鎖門禁的設計　68
13．3　程序設計　69
13．4　總結　70
14　網絡門禁控製係統　71
14．1　設置XBoard　71
14．2　設置Arduino控製器　72
14．3　整體調試　73
14．4　展望　73
15　開源低成本智能傢居　74
15．1　係統基本介紹　74
15．2　主機打闆+副機節點　75
15．3　主機打闆+副機多路式　77
15．4　主機用Microduino搭建　77
15．5　軟件配置　78
16　燃氣管道智能監控閥門　80
16．1　項目簡介　80
16．2　項目具體實現　81
17　gTracking——自行車上的行車電腦　86
17．1　硬件係統設計　86
17．2　軟件設計思路　88
17．3　測試　89
17．4　Web應用的開發　90
18　一道洗襪機　91
18．1　全自動洗衣機結構拆解　91
18．2　器件選型　93
18．3　零件改造　95
18．4　裝配　98
19　用桌麵級3D打印機設計製作洗鞋機　101
19．1　洗鞋機的結構與原理講解　103
19．2　Arduino編程　106
19．3　鞋的清洗過程　107
20　低成本打造Booby傢庭服務機器人　109
20．1　履帶底盤的設計　109
20．2　機械臂的設計　110
20．3　機械臂測試程序　111
20．4　視頻傳輸功能的設計　112
20．5　語音交流及眼睛動作的
設計　113
20．6　眼睛控製程序　113
20．7　短信報警功能的設計　115
20．8　總結　116

前言/序言

探索物理世界的無限可能：智能硬件開發實戰指南 本書並非為您闡述Arduino智能硬件開發進階的那些耳熟能詳的理論與實踐，而是將您帶入一個更加廣闊、更加充滿創造力的智能硬件開發領域。我們將視角從單一平颱拓展，深入探討跨平颱、多技術融閤的應用開發，以及如何在實際項目中構建更加強大、智能、且用戶體驗卓越的硬件解決方案。 第一章：跳齣Arduino的藩籬——探索多平颱與異構係統 許多初學者在掌握Arduino的基礎後，會發現麵臨硬件能力的局限性，或者需要與現有更復雜的係統進行集成。本章將為您揭示如何打破Arduino的固有框架，擁抱更廣泛的硬件平颱。我們將深入分析樹莓派（Raspberry Pi）這類單闆計算機的強大之處，探討其在運行更復雜的操作係統、處理更大量數據、以及實現更高級的網絡通信方麵的優勢。同時，我們也將介紹ESP32這類集成瞭Wi-Fi和藍牙的微控製器，分析其在物聯網（IoT）設備開發中的關鍵作用。 更重要的是，我們將著重講解如何構建異構係統，即如何讓不同類型的硬件平颱協同工作。例如，如何讓Arduino控製的傳感器數據通過ESP32上傳到雲端，或者如何讓樹莓派充當數據處理中心，嚮Arduino發送控製指令。我們會詳細講解各種通信協議，如MQTT、HTTP、CoAP在異構係統中的應用，以及如何使用諸如Node-RED這樣的可視化編程工具來簡化跨平颱的數據流管理。此外，本章還會觸及一些工業級嵌入式係統，如ARM Cortex-M係列微控製器，讓您對更專業的硬件開發有一個初步的認識，瞭解它們在性能、功耗和實時性方麵的獨特優勢。 第二章：傳感器世界的多維感知——高級傳感器融閤與數據處理 傳感器是智能硬件的“眼睛”和“觸覺”，而本書將帶領您深入探索傳感器的潛力和高級應用。我們不再局限於簡單的溫度、濕度讀取，而是深入研究更復雜的傳感器類型，如慣性測量單元（IMU）中的加速度計、陀螺儀、磁力計，以及它們如何融閤以實現精確的姿態估計和運動追蹤。我們將詳細講解卡爾曼濾波、互補濾波等算法，揭示如何通過這些算法優化傳感器數據，減少噪聲乾擾，提高測量精度。 此外，本章還將聚焦於計算機視覺領域的基礎，介紹如OV7670、PIR運動傳感器等在實際項目中的應用。我們將探討如何利用這些傳感器獲取環境信息，並介紹一些基礎的圖像處理技術，例如邊緣檢測、顔色識彆，為後續的智能決策打下基礎。我們還會深入分析超聲波傳感器、激光雷達（LiDAR）等距離測量技術，講解它們在避障、導航等方麵的應用原理。學習如何對多源傳感器數據進行融閤，不僅能提升係統的感知能力，更能賦予硬件更強的環境適應性和智能判斷力。例如，結閤IMU和GPS數據，可以實現更魯棒的定位係統；結閤攝像頭和超聲波，可以構建更安全的自主導航機器人。 第三章：智能決策與執行——嵌入式AI與機器學習在硬件中的應用 智能硬件的核心在於其“智能”，而“智能”的實現離不開強大的算法和計算能力。本章將把您引入嵌入式人工智能（Embedded AI）和機器學習（ML）的奇妙世界。我們將介紹一些輕量級的機器學習模型，如決策樹、支持嚮量機（SVM）等，以及如何在資源受限的嵌入式設備上進行訓練和部署。我們會探討TensorFlow Lite、MicroPython ML等工具，讓您瞭解如何在微控製器上運行推理任務，實現簡單的模式識彆、異常檢測或預測功能。 例如，我們可能會講解如何訓練一個模型來識彆手勢，從而通過簡單的動作控製傢電設備；或者如何利用傳感器數據預測設備故障，實現預測性維護。本章還會觸及一些更前沿的AI技術，如傳感器融閤與神經網絡的結閤，用於更高級的環境理解。我們會重點強調在嵌入式環境中進行AI開發所麵臨的挑戰，例如計算資源限製、功耗優化、以及模型壓縮技術。通過實際案例，您將學會如何將AI的能力賦予您的硬件項目，使其不再僅僅是執行預設指令的機器，而是能夠進行學習、適應和自主決策的智能體。 第四章：連接世界的紐帶——高級通信協議與網絡安全 現代智能硬件幾乎都離不開網絡連接，而掌握多樣化的通信協議是構建強大連接能力的關鍵。本章將超越基本的Wi-Fi和藍牙，深入探討更廣泛的通信技術。我們將詳細講解LoRa（Long Range）這種低功耗廣域網技術，分析其在遠距離、低功耗物聯網應用中的獨特優勢，並提供實際的LoRa通信模塊接入和數據傳輸示例。我們還將介紹Zigbee等低功耗mesh網絡技術，講解其在構建智能傢居、工業自動化網絡中的應用。 此外，本章將重點關注網絡安全問題。在連接到互聯網的同時，如何保護您的硬件設備免受攻擊，防止數據泄露，是至關重要的。我們將深入講解TLS/SSL協議在嵌入式設備上的實現，以及如何進行安全地認證和加密通信。我們會討論物聯網設備常見的安全漏洞，如弱密碼、固件更新漏洞等，並提供相應的防護策略。本章還會介紹如何利用MQTT協議實現高效、可靠的設備間消息通信，以及如何使用JSON、Protocol Buffers等數據格式來優化數據傳輸效率。學習如何構建安全、穩定、高效的網絡連接，是實現真正意義上智能硬件的關鍵一步。 第五章：用戶體驗的升華——人機交互與軟硬件協同設計 智能硬件的最終價值體現在其為用戶帶來的便利和價值。本章將聚焦於提升用戶體驗，探討如何設計更加直觀、易用的交互方式，以及如何實現軟硬件的深度協同。我們將研究多種人機交互（Human-Computer Interaction, HCI）技術，包括但不限於觸摸屏、語音識彆、手勢控製、甚至是眼球追蹤等。我們會分析不同交互方式的優缺點，以及如何根據應用場景選擇最閤適的方案。 例如，我們會講解如何利用ESP32和麥剋風構建一個簡單的語音助手，實現語音指令控製；或者如何通過慣性傳感器實現基於手勢的遙控。本章還將深入探討用戶界麵（UI）和用戶體驗（UX）的設計原則在硬件開發中的應用。我們將分析如何設計清晰直觀的LED指示燈、按鈕布局，以及如何通過響應式的反饋機製來引導用戶操作。更重要的是，我們將講解軟硬件協同設計的重要性。這意味著在硬件設計之初就充分考慮軟件的需求，反之亦然，從而避免後期開發中的大量返工。例如，將一部分數據處理邏輯放在微控製器端，可以減輕上位機的負擔，提升響應速度。通過本章的學習，您將能夠設計齣不僅功能強大，而且真正能融入用戶生活，帶來愉悅使用體驗的智能硬件産品。 第六章：項目實踐與案例分析——從構想到産品 理論知識的掌握最終需要通過實踐來鞏固和升華。本章將通過一係列精心設計的項目案例，將前幾章所學的知識融會貫通。我們將從一個具體的需求齣發，例如“智能溫室環境監測與控製係統”、“基於機器視覺的智能分揀機器人”、“低功耗遠程環境監測站”等，帶領您完成從概念設計、硬件選型、電路設計、固件開發、到係統集成和最終測試的全過程。 在每個案例分析中，我們會詳細講解項目所需的關鍵技術，分析各種技術方案的權衡與選擇，並提供詳細的代碼實現和調試技巧。我們將展示如何將傳感器數據上傳到雲平颱進行可視化展示和遠程控製，如何利用嵌入式AI實現簡單的目標識彆或異常檢測，以及如何設計用戶友好的Web或移動端應用來與之交互。本章的重點在於培養您獨立解決問題的能力，學習如何將碎片化的知識整閤起來，應對真實的開發挑戰。我們將鼓勵您在現有項目的基礎上進行創新和擴展，探索更多可能性。通過這些實踐性的項目，您將真正體驗到智能硬件開發的魅力，並為自己未來獨立開發更復雜的項目打下堅實的基礎。 本書的目標是為您提供一條通往智能硬件開發更深層次的道路，激發您的創新思維，賦予您構建下一代智能設備的強大能力。我們相信，通過本書的學習，您將能夠跳齣固有的思維模式，以更廣闊的視野、更深入的技術理解，在物理世界與數字世界之間搭建起無限的連接。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我最先關注的是它在內容上的“新意”。市麵上關於Arduino的書籍不少，但很多都停留在基礎的入門層麵，重復介紹一些 LED 閃爍、按鍵控製這類比較淺顯的例子。我希望能看到一些能讓我眼前一亮的內容，比如一些比較前沿的傳感器應用，或者是更復雜的項目搭建，甚至是一些關於嵌入式係統架構的探討。我個人對物聯網方嚮比較感興趣，所以如果書中能涉及到一些相關的通信協議，比如 MQTT，或者雲平颱的數據接入，那我可就太高興瞭。另外，我一直想深入瞭解一下 Arduino 的底層原理，比如它的實時操作係統（RTOS）是如何工作的，或者如何進行更精細化的內存管理。如果這本書能在這方麵有所觸及，那就真的太有價值瞭。我期待它能提供一些我之前從未接觸過的知識點，幫助我跳齣思維定勢，看到 Arduino 開發的更多可能性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計是我比較看重的一個方麵。我個人比較喜歡條理清晰、邏輯性強的書籍，這樣在學習過程中不容易迷失方嚮。我希望它的章節劃分能夠做到既有連貫性，又能獨立成篇，方便我根據自己的學習進度和興趣點進行跳躍式閱讀。如果書中能夠提供一些學習路綫圖，或者對不同章節的學習難度進行標注，那就更貼心瞭。同時，我非常看重書籍的可讀性。即使內容再深入，如果語言晦澀難懂，充斥著大量專業術語卻缺乏解釋，那讀起來也會非常吃力。我希望作者能夠用一種易於理解的語言來闡述復雜的概念，並且能夠適當地使用比喻和類比，幫助讀者建立起知識體係。如果書中還能提供一些在綫資源鏈接，比如相關的論壇、社區或者官方文檔，那就更完美瞭，這樣我就可以在遇到問題時獲得更及時的幫助和更豐富的學習材料。

評分☆☆☆☆☆

我在選擇技術書籍的時候，通常會關注作者的專業背景和實際項目經驗。對於一本“進階”的書籍，我更希望作者能夠分享一些他在實際開發過程中遇到的挑戰和解決方案。比如，書中能否齣現一些真實的、復雜的項目案例，不僅僅是簡單的“做一個XXX”，而是能夠展示如何從零開始規劃一個項目，如何進行模塊化設計，如何處理各個模塊之間的協同工作，以及最終如何實現一個穩定可靠的係統。我希望看到作者是如何思考這些問題的，他做瞭哪些權衡，又走瞭哪些彎路。這對於我來說，比單純的學習某一個技術點更有啓發性。另外，對於“進階”的理解，我也期望這本書能提供一些關於未來發展趨勢的思考，比如在人工智能、機器人等新興領域，Arduino可以扮演怎樣的角色，或者它與其它更強大的嵌入式平颱（如Raspberry Pi）的結閤點在哪裏。這有助於我更好地規劃自己的學習方嚮，為未來的技術發展做好準備。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的理解深度還是抱著比較謹慎的態度，畢竟“進階”這個詞本身就包含著一定的難度和廣度。我希望它能像一位經驗豐富的老師，能夠循序漸進地引導讀者，而不是上來就拋齣一堆晦澀難懂的概念。比如，對於一些相對復雜的模塊，書中能否提供清晰的原理講解，配閤直觀的圖示，這樣我纔能更好地理解它們的工作機製，而不是死記硬背代碼。我希望它能教會我“為什麼”這樣做，而不僅僅是“怎麼”做。而且，我覺得“進階”也意味著需要有解決實際問題的能力。書中能否有一些調試技巧、性能優化方法，或者案例分析，來幫助我應對開發過程中可能遇到的各種挑戰？比如，如何優化代碼以減少功耗，或者如何設計一個更健壯的係統來應對乾擾。這些實際應用層麵的內容，對我來說比單純的理論知識更具吸引力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，簡約又不失科技感，那個藍色的Arduino Logo在深色背景下顯得格外醒目。我當初會注意到它，很大一部分原因就是這個封麵給我的第一印象。打開來看，排版也很舒服，字號大小適中，行距也夠，讀起來不會覺得眼睛疲勞。插圖和代碼示例的排布也比較閤理，不會顯得雜亂。我比較看重書籍的細節，這本書在這些方麵做得不錯，看得齣編輯團隊是花心思瞭的。而且，紙張的質感也很好，不是那種廉價的印刷紙，摸起來挺舒服的，感覺拿在手裏很有分量，也比較耐翻。整體而言，這本書在視覺和觸覺上都給我留下瞭一個不錯的印象，為接下來的閱讀打下瞭良好的基礎。我希望內容也能像它的外觀一樣，有深度有見地，能夠真正幫助我提升對Arduino開發的理解，而不是流於錶麵。

評分☆☆☆☆☆

好

評分☆☆☆☆☆

內容還行。

評分☆☆☆☆☆

寫的不詳細，感覺用處不大

評分☆☆☆☆☆

好

評分☆☆☆☆☆

現在基本都在京東買書瞭，便宜速度快。

評分☆☆☆☆☆

很好，不錯的書

評分☆☆☆☆☆

現在基本都在京東買書瞭，便宜速度快。

評分☆☆☆☆☆

很好，不錯的書

評分☆☆☆☆☆

寫的不詳細，感覺用處不大