Arduino程序设计与实践

第1章初识Arduino
1.1什么是Arduino
1.2为何要使用Arduino
1.3Arduino家族
1.4Arduino的硬件资源
1.4.1Arduino开发板
1.4.2Arduino的扩展硬件
1.5Arduino IDE
1.5.1选择开发板
1.5.2选择接口
1.5.3编写代码
1.5.4保存代码
1.5.5程序的编译和烧录
1.6Arduino资源
第2章Arduino程序设计基础
2.1Arduino语言及程序架构
2.2数据类型
2.2.1整型
2.2.2浮点型
2.2.3布尔型
2.2.4字符型
2.2.5字节型
2.3数组和字符串
2.3.1数组
2.3.2字符串
2.4数据运算
2.4.1赋值运算符
2.4.2算术运算符
2.4.3关系运算符
2.4.4逻辑运算符
2.4.5递增/减运算符
2.5程序结构
2.5.1顺序结构
2.5.2选择结构
2.5.3循环结构
第3章Arduino基本函数
3.1数字I/O
3.1.1pinMode函数
3.1.2digitalRead函数
3.1.3digitalWrite函数
3.2模拟I/O
3.2.1模拟输入
3.2.2PWM模拟输出
3.3数学函数
3.4时间函数
3.4.1millis（）
3.4.2delay（ms）
3.4.3delayMicroseconds（value）
3.5随机函数
3.5.1random(howsmall，howbig)
3.5.2randomSeed(seed)
3.6位操作
3.6.1bitRead（val，num）
3.6.2bitWrite（val，num1，num2）
3.7串口通信
3.7.1Serial.begin(speed)
3.7.2Serial.available()
3.7.3Serial.read()
3.7.4Serial.write()
3.7.5Serial.print()和Serial.println()
3.7.6Serial.end()
3.8中断函数
3.8.1中断的概念
3.8.2中断的分类
3.8.3中断的使用
3.9SPI接口
3.9.1概述
3.9.2SPI接口的数据传输
3.9.3Arduino SPI接口
3.9.4SPI类及其成员函数
第4章Arduino硬件资源
4.1电子元器件及Arduino的扩展
4.1.1电子元器件
4.1.2Arduino的扩展
4.2数字I/O接口
4.3模拟I/O接口
4.4PWM
4.5串口通信
4.6中断
第5章传感器模块
5.1红外传感器
5.1.1概述
5.1.2红外避障传感器
5.1.3红外寻线传感器
5.1.4红外测距传感器
5.1.5红外遥控传感器
5.2DHT11数字温/湿度传感器
5.3人体红外感应模块
5.4超声波测距传感器
5.4.1超声波测距传感器原理
5.4.2HC-SR04型超声波测距模块
5.4.3利用串口输出的超声波测距试验
第6章电动机驱动控制
6.1直流电动机驱动控制
6.1.1概述
6.1.2有刷直流电动机（永久磁铁型）
6.1.3无刷直流电动机
6.1.4H桥控制电路
6.1.5程序设计
6.2舵机驱动控制
6.2.1舵机工作原理
6.2.2舵机的控制信号及接线方式
6.2.3舵机的控制程序
6.3步进电动机驱动控制
6.3.1步进电动机的原理
6.3.2步进电动机的程序设计实例
第7章显示模块
7.11602LCD模块
7.1.11602LCD模块的介绍
7.1.21602LCD模块的常用工作指令
7.1.31602LCD模块的硬件连接
7.1.41602LCD模块的调试
7.2MINI12864LCD模块
7.2.1MINI12864LCD模块的通信方式
7.2.2使用u8glib驱动MINI12864LCD模块
第8章无线模块
8.1HC-06蓝牙模块
8.1.1HC-06蓝牙模块与计算机之间的通信
8.1.2Arduino UNO开发板使用HC-06蓝牙模块与手机连接
8.2ESP8266模块
8.2.1ESP8266模块的介绍
8.2.2ESP8266模块的调试
8.2.3Arduino UNO开发板结合ESP8266模块访问远程服务器
第9章Arduino智能搬运小车的设计
9.1总体设计方案
9.1.1智能搬运小车的结构
9.1.2智能搬运小车的功能
9.2硬件设计
9.2.1伺服电动机
9.2.2QTI传感器
9.2.3超声波传感器
9.2.4颜色传感器
9.3软件设计
9.3.1软件总体设计
9.3.2QTI传感器的寻线算法
9.3.3超声波定位算法
9.3.4白平衡和颜色识别算法
9.3.5搬运过程
9.4设计心得
第10章智能气象站的设计
10.1总体设计方案
10.1.1主要功能
10.1.2工作原理
10.1.3设计方案
10.2硬件设计
10.2.1主控模块
10.2.2DHT11数字温/湿度传感器
10.2.3角位移传感器
10.2.4BMP085压力传感器
10.2.5BH1750FVI光强度传感器
10.2.6硬件电路的连接
10.3软件设计
10.3.1总体流程图
10.3.2DHT11数字温/湿度传感器
10.3.3BH1750FVI光强度传感器
10.3.4角位移传感器程序
10.3.5BMP085压力传感器
10.3.6本地存储数据
第11章Arduino飞行器的设计
11.1总体设计方案
11.1.1主要功能
11.1.2工作原理
11.1.3实现方案
11.2硬件设计
11.2.1机架
11.2.2电动机
11.2.3电子调速器
11.2.4螺旋桨
11.2.5电池
11.2.6飞行控制系统
11.2.7遥控器
11.3组装调试
11.3.1选择导线并预穿线
11.3.2安装无刷空心杯电动机
11.3.3安装电子调速器
11.3.4安装飞行控制系统
11.3.5六旋翼飞行器与Arduino Mega 2560主控模块的连接
11.4软件设计
第12章Arduino 六足机器人的设计
12.1六足机器人的总体设计方案
12.1.1六足机器人的主要功能
12.1.2六足机器人肢体结构设计
12.1.3六足机器人控制系统方案总体设计
12.1.4六足机器人的步态分析
12.2硬件设计及组装
12.2.1Arduino主控制板
12.2.2舵机
12.2.3舵机控制板
12.2.4遥控器
12.2.5六足机器人的组装
12.2.6PS2手柄接收器与舵机控制器的连接
12.2.7六足机器人与Arduino主控制板的连接
12.3软件设计
12.3.1舵机上位机软件
12.3.2六足机器人超声波摇头避障
12.3.3六足机器人穿越火线
12.3.4六足机器人红外遥控
12.3.5六足机器人红外防跌落

　　Arduino程序设计与实践前言
　　2005年，意大利伊夫雷亚互动设计学院（Interaction Design Institute Ivrea）的 Massimo Banzi和 David Cuartielles教授希望替学生和互动艺术设计师找到一种能够帮助他们学习电子设计制作和传感器的基础知识，并可以快速设计、集成互动作品原型（prototype）的微电脑装置。鉴于当时市面上的微电脑控制产品众多，其中有些产品采用的程序语言深奥难懂，不适合设计学院的学生使用，于是他们以 11世纪北意大利国王“Arduino”为名，设计出开放式微电脑控制板及程序开发工具。十几年过去了，Arduino已经被发展成为一个优秀的开源硬件平台，具有易学易用、开发便捷的特点，是基于微处理器的硬件开发趋势。Arduino的简单开发方式使读者可以更关注创意和实现，更快地完成自己的项目开发，大大节约学习成本，缩短开发周期。
　　Arduino的探索是一个简单有趣、丰富多彩的过程。目前，全球有数以万计的电子设计制作爱好者使用Arduino开发项目和电子产品。新时代的各类大学生学科竞赛方兴未艾，90后、00后的大学生思维活跃，动手实践欲望强，与Arduino平台的简单易学、易于扩展和开源互为依托，使Arduino迅速成为创客进行硬件创作平台的不二选择。陆军炮兵防空兵学院自2016年来以Arduino平台为基础，组织学员参加全国大学生教育机器人大赛，获全国特等奖两项、一等奖3项、二等奖多项，在基于Arduino平台的软、硬件调试和系统的构建方面积累了丰富的经验。博客、视频网站及论坛虽有成千上万个用Arduino开发的很炫的项目，学习资源充足，但缺乏系统性，不利于初学者按步骤学习。
　　本书以Android作为载体完成微项目的开发，可让读者以一个创客的身份进入学习训练任务，体系结构清晰，开发细节完善，适合初学者学习。全书共有12章，沿用“软硬结合，实践先行”的写作风格，由浅入深、图文并茂。主要内容分三个层次：第一个层次（第1~3章），初识Arduino，介绍Arduino集成开发环境、数据类型、程序结构及基本函数等基础知识；第二个层次（第4~8章），探索Arduino，详细讲述Arduino常用的硬件资源，包含传感器、显示模块、电动机、无线模块等的接口连接与应用；第三个层次（第9~12章），实践Arduino，通过智能搬运小车、智能气象站、微型飞行器、六足机器人4个具体的实例，详细讨论如何应用Arduino完成一个实际的项目开发，包括硬件资源的选用、接口的连接、软件编程及软、硬件的调试方法、技巧等内容，综合讲解Arduino的晋级应用方法，通过多个实例帮助读者快速提升Arduino的编程能力。
　　全书由陆军炮兵防空兵学院张金教授统稿，参与编写的还有陆军炮兵防空兵学院的叶艾教授、战延谋教授、岳伟甲讲师、刘芳讲师、郑玲玲讲师、蒋坤讲师、周迎春讲师及研究生赵亮等。
　　本书在写作过程中参考了许多专家的书籍，无法一一列出，在此表示衷心的感谢。由于作者水平有限，纰漏、不妥之处在所难免，恳切希望读者批评指正。
　　编著者