清华开发者书库·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。

《Arduino项目开发——智能控制》是一部内容丰富且极具实用性的著作。内容丰富体现在三个方面：第一，涵盖了产品开发的全部过程，包括构思、设计、实现及应用等方面；第二，在每个案例中，全面介绍了软件与硬件协同设计、编程与实现、集成与测试、开发管理应用等；第三，案例的涵盖面广，给出了Arduino在多个典型领域的应用，涉及消费电子、工业控制、移动互联网、云平台等。
—— 董宇 中关村智能硬件产业联盟秘书长
《Arduino项目开发——智能控制》是一部针对Arduino开源硬件实践开发的指导性著作，是Arduino在不同领域应用的创新案例总结，是目前针对智能硬件实现的崭新案例。读者可以是初学者，也可以是高级研究和开发人员。作者在Arduino领域的应用开发经验积累和系统总结，都浓缩在这部著作中。
—— 许亮斌 中海油研究总院技术研发中心首席工程师
Arduino开源硬件是嵌入式系统的快速实现平台，《Arduino项目开发——智能控制》聚焦于当前物联网业界的需求，深入浅出地分享了相关实践。例如，书中有关智能家居、远程控制及游戏开发都是当前物联网的应用热点。书中案例在很多领域中都能够应用，是一部实用的Arduino开发工程专著，无论初学者还是一线应用工程师都会从书中获益。
—— 陈岭 微软开放技术资深项目经理
《Arduino项目开发——智能控制》汇集了作者在物联网领域开发的具体案例，书中详尽讲述了基于Arduino的开发方法和技术。例如，系统架构、硬件设计、软件设计、基于模块的开发、系统集成和应用等。对于从事物联网及嵌入式系统开发的技术人员，具有很好的参考价值。
—— 吴飞 华为终端有限公司工程师
Arduino开源硬件是目前国际上非常流行的嵌入式开发平台，《Arduino项目开发——智能控制》提供了Arduino在物联网领域的丰富应用，全面论述了Arduino的系统开发方法。本书为读者分享了作者基于Arduino平台而进行的创新实践，可以抛砖引玉，优化用户开发物联网系统的工作，是一本关于Arduino平台的佳作！
—— 赵君杰 京东方科技集团股份有限公司工程师
物联网系统需要快速进行设计和实现，Arduino就是这样一个非常实用的平台！《Arduino项目开发——智能控制》的出版恰逢其时，它比较全面地总结了当前智能控制的热门领域，包括智能安防、智能家居、远程控制、工业控制、移动互联网应用等，总结了Arduino创新实践的应用成果，是一本实用著作，必将成为智能控制领域的经典读物。
—— 尹珊 小米科技有限责任公司工程师

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

　　第3章
　　有线外设无线化应用
　　项目设计
　　本项目通过蓝牙传输，对无线化的摄像头做了优化与提升，利用人脸识别技术，实现外设无线化具体应用与拓展延伸。
　　本章根据许佑民、李翰林项目设计整理而成。
　　3.1功能及总体设计
　　本项目外部设备与主机的连接方式由原本的有线连接变为无线连接，解决有线外设连接主机和距离限制的问题。
　　要实现上述功能需将作品分成四部分进行设计，即有线外设、信号处理与控制部分、信号传输中介和主机。有线外设是已有的普通外部设备，包括有线键盘、有线音箱和有线摄像头； 信号处理与控制部分是Arduino开发板； 信号传输中介是蓝牙模块或路由器； 主机是计算机或者手机。其中，信号传输中介是本项目的枢纽所在，它实现了主机与有线外设之间信号的无线传输。
　　1. 整体框架
　　整体框架如图31所示，有线键盘无线化结构框架如图32所示，有线音箱无线化结构框架如图33所示，人脸跟踪无线化摄像头结构框架如图34所示。
　　图31整体框架
　　图32有线键盘无线化结构框架
　　图33有线音箱无线化结构框架
　　图34人脸跟踪无线化摄像头结构框架
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