具體描述
內容簡介
《學Arduino玩轉電子製作》介紹如何用簡單的原型技術製作齣很酷的Arduino電子小玩意兒。每個章節都會深入討論一個作品的製作方法,輔以針對某半導體器件的實驗。
《學Arduino玩轉電子製作》適閤喜歡動手製作的讀者閱讀並按照書中的步驟實際操作。
作者簡介
Donald Wilcher有26年的電子工程經驗。他曾工作於工業機器人係統、汽車電子模塊與係統和小型傢電的嵌入式無綫控製領域。在剋萊斯勒公司工作期間,他為城裏的孩子們開展瞭豐富多彩的周末工程預科活動。他還是《樂高頭腦風暴接口》(LEGO Mindstorms Interfacing)和《樂高頭腦風暴機電裝置》(LEGO Mindstorms Mechatronics))兩書的作者(由McGraw-Hill齣版)。他還自齣版瞭一本關於科技和機器人小製作的書。他的書是為發明者、學生和工程教育者所寫。他還在大學、社區學院和技術學院裏教授計算機和電子工程技術方麵的課程。
內頁插圖
目錄
第1章 電子鳴鳥
元件列錶
1.1 什麼是物理計算
1.2 工作原理
1.2.1 脈寬調製基礎
1.2.2 晶體管基礎
1.2.3 變壓器的原理
1.2.4 分壓電路
1.2.5 用光敏電阻的光綫檢測電路
1.2.6 用電壓錶和示波器測試光綫檢測電路
1.2.7 在麵包闆上組裝電子鳴鳥電路
1.2.8 創建交互控製軟件
1.2.9 什麼是程序
1.3 電子鳴鳥的最終測試
1.4 進一步的探索方法
第2章 迷你數字輪盤遊戲機
元件列錶
2.1 工作原理
2.2 給LED正嚮偏置
2.2.1 LED電路分析
2.2.2 LED柱狀顯示器
2.3 第一版迷你輪盤遊戲機
2.4 加入遊戲機軟件
2.5 7段數碼管基礎
2.5.1 測試7段數碼管
2.5.2 做一個基於Arduino的7段數碼管閃爍測試器
2.6 7447 BCD譯碼集成電路基礎
2.7 做一個用7段數碼管的BCD-十進製電路
2.8 在麵包闆上組裝最終的電路
2.9 加入迷你數字輪盤遊戲機軟件
2.10 迷你數字輪盤遊戲機的最終測試
2.11 建議進一步的探索方法
第3章 交互式流水燈裝置
元件列錶
3.1 組閤方法迴顧
3.2 工作原理
3.3 電位器
3.4 測量準備過程
3.5 如何用一個單片機驅動多個LED
3.6 搭建組閤而成的交互式LED流水燈
3.7 建立流水開關軟件
3.8 交互式流水燈的最終測試
3.9 進一步探索的方法
第4章 物理計算和直流電機控製
元件列錶
4.1 組閤再研究
4.2 工作原理
4.2.1 基極偏置晶體管驅動電路
4.2.2 D1:迴歸二極管
4.2.3 晶體管繼電器驅動直流電機電路的實驗
4.2.4 準備繼電器
4.3 電機的物理計算基礎
4.4 用物理計算實現電機速度控製
4.4.0 電位器輸入控製
4.5 2N2222晶體管引腳布局
4.6 電機速度控製軟件
4.7 光綫檢測輸入控製
4.8 最終的測試
4.9 進一步探索的方法
第5章 用Arduino控製運動:伺服電機和步進電機控製
元件列錶
5.1 組閤運動控製
5.2 工作原理
5.3 伺服電機實驗
5.4 Fritzing軟件
5.5 試一下
5.6 物理計算:一個有電位器的伺服電機
5.7 物理計算:用遊戲杆的伺服電機
5.8 物理計算:用FlexiForce壓力傳感器的伺服電機
5.9 運動控製基礎知識
5.10 達林頓晶體管
5.11 單極步進電機
5.12 單極步進電機的Multisim數字控製器模型
5.13 做一個Arduino的單極步進電機控製器
5.14 增加一個速度控製功能
5.15 伺服電機和步進電機最終的測試
5.16 進一步探索的方法、建議
第6章 八音盒
元件列錶
6.1 組閤的物理計算和驅動接口電路
6.2 工作原理
6.3 做PWM實驗
6.4 製作和測試一個基本的八音盒控製器
6.4.1 試一下
6.4.2 驅動一個揚聲器
6.5 物理計算與八音盒控製器
6.5.1 什麼是PMOSFET?
6.5.2 PMOSFET的Multisim電路模型
6.5.3 交互式八音盒控製器的程序
6.6 製作並測試帶小鍵盤的基礎八音盒控製器
6.7 八音盒控製器最終的測試
6.8 進一步探索的方法、建議
第7章 觸覺之趣
元件列錶
7.1 組閤物理計算和驅動接口電路
7.2 工作原理
7.3 振動電機實驗
7.4 物理計算:振動電機
7.5 試一下
7.6 小鍵盤觸覺
7.7 機電學和觸覺
7.8 FlexiForce壓力傳感器觸覺
7.9 機器人末端執行器測試架
7.10 觸覺控製器的最終測試
7.11 進一步探索的方法、建議
第8章 LCD與Arduino
元件列錶
8.1 組閤物理計算輸入接口電路
8.2 工作原理:LCD測試架
8.3 真實的“Hello World”:Arduino與LCD
8.4 試一下
8.5 正在消失的文字
8.6 做一塊評估闆
8.7 進一步探索的方法
第9章 邏輯電路檢查儀
元件列錶
9.1 輸入接口電路
9.2 工作原理
9.3 與非門測試
9.4 7段數碼管顯示器與Arduino
9.5 做一個智能邏輯探頭
9.6 做一個改進型的智能邏輯探頭
9.7 進一步探索的方法
第10章 溫度測量與控製
元件列錶
10.1 什麼是精密攝氏溫度傳感器
10.2 工作原理
10.3 做一個電子溫度計
10.4 一個計算機溫度計
10.4.1 最終完成的計算機溫度計
10.4.2 試一下
10.4.3 一個LCD電子溫度計
10.5 溫度控製器
10.6 進一步探索的方法
10.7 最後的想法和建議
……
前言/序言
《數字煉金術:Arduino創客入門與實踐》 目錄 第一篇:數字世界的基石——Arduino入門 第一章:喚醒你的創造力——認識Arduino 1.1 什麼是Arduino? 從硬件到軟件的革命 1.2 Arduino傢族:選擇最適閤你的“魔法杖” 1.2.1 Arduino Uno:經典之選,入門首選 1.2.2 Arduino Nano:小巧玲瓏,靈活多變 1.2.3 Arduino Mega:強大核心,應對復雜項目 1.2.4 其他闆卡概覽:ESP32、STM32等,拓展你的視野 1.3 Arduino的“五髒六腑”:深入理解硬件構成 1.3.1 微控製器:Arduino的“大腦” 1.3.2 輸入/輸齣(I/O)端口:連接世界的橋梁 1.3.3 電源與復位:穩定運行的保障 1.3.4 通信接口:信息傳遞的紐帶 1.4 搭建你的第一個Arduino開發環境 1.4.1 Arduino IDE:編寫“魔法咒語”的利器 1.4.2 安裝與配置:一步步邁嚮成功 1.4.3 驅動程序的安裝:讓你的電腦認識Arduino 1.4.4 “Hello, World!”——點亮第一個LED:你的第一個勝利 第二章:掌握Arduino的語言——編程基礎 2.1 C/C++:Arduino的“通用語” 2.2 Arduino編程的基本結構 2.2.1 `setup()`函數:初始化你的項目 2.2.2 `loop()`函數:讓你的項目“活”起來 2.3 變量與數據類型:儲存和處理信息的“容器” 2.3.1 整型、浮點型、布爾型等:靈活運用 2.3.2 變量的作用域:管理你的數據 2.4 運算符:執行“計算”與“比較”的符號 2.4.1 算術運算符、關係運算符、邏輯運算符:構建你的邏輯 2.5 控製流語句:決定你的項目“走嚮” 2.5.1 條件語句 (`if`, `else if`, `else`):讓你的項目“思考” 2.5.2 循環語句 (`for`, `while`, `do-while`):讓你的項目“重復” 2.6 函數:封裝與復用,讓你的代碼更“智能” 2.6.1 自定義函數的創建與調用 2.6.2 函數參數與返迴值:傳遞信息與結果 2.7 數組:批量處理數據的“數據組” 2.7.1 一維數組、多維數組的應用 2.8 指針:深入理解內存的“地址” 2.8.1 指針的基本概念與操作(可選,但推薦掌握) 第三章:連接現實世界——Arduino的輸入與輸齣 3.1 數字輸入/輸齣:二進製的“開關” 3.1.1 `pinMode()`:配置端口模式 3.1.2 `digitalWrite()`:控製數字輸齣(LED、繼電器等) 3.1.3 `digitalRead()`:讀取數字輸入(按鈕、開關等) 3.2 模擬輸入:感受現實世界的“模擬信號” 3.2.1 `analogRead()`:讀取模擬傳感器的值(光敏電阻、電位器等) 3.2.2 模擬信號的理解與轉換:從0到1023的奧秘 3.3 脈衝寬度調製(PWM):模擬輸齣的“魔法” 3.3.1 `analogWrite()`:控製LED亮度、舵機角度等 3.3.2 PWM的原理與應用場景 3.4 串行通信:Arduino與電腦的“對話” 3.4.1 `Serial.begin()`:開啓通信通道 3.4.2 `Serial.print()`, `Serial.println()`:發送數據 3.4.3 `Serial.read()`, `Serial.available()`:接收數據 3.4.4 利用串口監視器進行調試與交互 第二篇:探索電子世界的奧秘——常用電子元器件與模塊 第四章:點亮希望之光——LED與顯示 4.1 LED:最基礎的發光元件 4.1.1 LED的種類與選型 4.1.2 限流電阻的計算與作用 4.1.3 點亮與熄滅LED:基礎實踐 4.1.4 LED的閃爍與呼吸燈效果:漸進式控製 4.2 數碼管:信息的“指示牌” 4.2.1 共陰極與共陽極數碼管 4.2.2 七段數碼管的驅動方式 4.2.3 驅動單個數碼管顯示數字 4.2.4 驅動多個數碼管聯動顯示:時鍾、計數器等 4.3 LCD液晶顯示屏:更豐富的信息展示 4.3.1 1602 LCD模塊:經典入門選擇 4.3.2 接綫與初始化:建立通信 4.3.3 顯示漢字、字母、符號 4.3.4 控製光標位置與清除屏幕 4.3.5 2004 LCD模塊:更大的顯示空間 4.4 OLED顯示屏:高對比度,低功耗 4.4.1 OLED的工作原理與優勢 4.4.2 I2C與SPI接口的OLED模塊 4.4.3 利用庫函數繪製圖形與顯示文字 第五章:感知環境變化——傳感器應用 5.1 光綫傳感器:捕捉光明的變化 5.1.1 光敏電阻:簡單的光照測量 5.1.2 光敏二極管/三極管:更精確的光照檢測 5.1.3 應用:自動開關燈、光綫監測係統 5.2 溫度與濕度傳感器:感受氣候的脈搏 5.2.1 DHT11/DHT22:性價比之選 5.2.2 DS18B20:數字溫度傳感器 5.2.3 應用:溫濕度監測、環境控製 5.3 距離傳感器:測量空間的“尺子” 5.3.1 HC-SR04超聲波傳感器:非接觸式測量 5.3.2 紅外測距傳感器:簡單應用 5.3.3 應用:避障機器人、水位測量 5.4 傾斜與震動傳感器:感知運動的狀態 5.4.1 SW-420傾斜模塊:檢測傾斜角度 5.4.2 震動開關:檢測震動信號 5.4.3 應用:防盜報警、運動檢測 5.5 氣體傳感器:嗅探空氣中的“信息” 5.5.1 MQ係列氣體傳感器:檢測特定氣體濃度 5.5.2 應用:燃氣泄漏報警、空氣質量監測 5.6 聲音傳感器:捕捉聲音的“迴響” 5.6.1 麥剋風模塊:檢測聲音強度 5.6.2 應用:聲控開關、聲音可視化 第六章:控製與驅動——執行者的力量 6.1 按鈕與開關:用戶交互的“起點” 6.1.1 按鍵的工作原理與接綫 6.1.2 消抖動處理:避免誤觸發 6.1.3 應用:簡單指令輸入、狀態切換 6.2 繼電器:用Arduino控製大功率電器 6.2.1 繼電器的原理與觸點類型 6.2.2 繼電器模塊的驅動 6.2.3 安全注意事項:隔離控製 6.2.4 應用:傢用電器控製、自動化設備 6.3 直流電機與驅動:讓物體“動”起來 6.3.1 直流電機的工作原理 6.3.2 L298N電機驅動模塊:控製電機方嚮與速度 6.3.3 應用:簡單的機器人底盤、風扇控製 6.4 舵機:精確的角度控製 6.4.1 舵機的工作原理與信號 6.4.2 Arduino控製舵機:`Servo.h`庫 6.4.3 應用:機械臂、雲颱、精確姿態調整 6.5 步進電機:精確的步進運動 6.5.1 步進電機的工作原理與驅動方式 6.5.2 ULN2003步進電機驅動闆 6.5.3 應用:3D打印機、CNC設備、精密定位 第三篇:化繁為簡——傳感器融閤與通信技術 第七章:不止是簡單讀數——I2C與SPI通信 7.1 串行通信的進階:I2C協議 7.1.1 I2C協議的工作原理:主從、SDA/SCL 7.1.2 Arduino作為I2C主設備:`Wire.h`庫 7.1.3 連接多個I2C設備:地址解析 7.1.4 應用:驅動多種傳感器、顯示模塊 7.2 高速數據傳輸:SPI協議 7.2.1 SPI協議的工作原理:主從、MOSI/MISO/SCK/SS 7.2.2 Arduino作為SPI主設備 7.2.3 與SPI設備通信的常見挑戰 7.2.4 應用:SD卡模塊、一些高級傳感器 7.3 傳感器數據融閤:從多源信息中提取真相 7.3.1 整閤不同傳感器數據,提高準確性 7.3.2 簡單的數據濾波與平滑處理 7.3.3 案例:結閤光綫與人體紅外傳感器實現智能照明 第八章:無綫世界的探索——藍牙與Wi-Fi 8.1 藍牙通信:近距離無綫互聯 8.1.1 HC-05/HC-06藍牙模塊:入門級藍牙通信 8.1.2 藍牙配對與通信:主從模式 8.1.3 Arduino與手機/電腦進行藍牙交互 8.1.4 應用:無綫遙控、數據傳輸 8.2 Wi-Fi通信:接入互聯網的可能 8.2.1 ESP8266/ESP32模塊:集成瞭Wi-Fi功能的微控製器 8.2.2 連接Wi-Fi網絡:站模式與AP模式 8.2.3 HTTP協議:與Web服務器通信 8.2.4 MQTT協議:輕量級的物聯網消息協議 8.2.5 應用:遠程數據采集、智能傢居控製、Web服務器 8.3 傳感器數據遠程傳輸與可視化 8.3.1 將傳感器數據通過Wi-Fi發送到雲平颱(如ThingSpeak, Blynk) 8.3.2 利用手機APP或網頁實時查看數據 第四篇:讓創意“動”起來——進階項目實戰 第九章:智能小車之旅——循跡與避障 9.1 搭建機器人底盤:電機、輪子、傳感器集成 9.2 紅外循跡模塊:讓小車“看”到黑綫 9.3 超聲波避障:讓小車“感知”障礙物 9.4 編寫核心控製邏輯:集成循跡與避障功能 9.5 優化與調試:提升小車的自主性與穩定性 第十章:創意智能傢居——環境監測與控製 10.1 溫濕度、光照、氣體等環境傳感器集成 10.2 繼電器與舵機控製:傢電、燈光、窗簾聯動 10.3 藍牙/Wi-Fi遠程控製:手機APP操作 10.4 自動化場景設置:定時開關、聯動響應 10.5 案例:DIY智能窗簾、自動澆花係統 第十一章:個人助理與可視化——信息交互的藝術 11.1 語音識彆模塊:實現簡單的語音指令控製 11.2 簡易人機交互界麵:利用OLED/LCD顯示信息 11.3 數據記錄與存儲:SD卡模塊的應用 11.4 創意小項目:天氣預報顯示器、待辦事項提醒器 第十二章:拓展與進階——讓你的Arduino更強大 12.1 探索更多Arduino闆卡:ESP32、STM32等 12.2 接觸嵌入式Linux:樹莓派與Arduino的結閤 12.3 3D打印與PCB設計:實現你的專屬硬件 12.4 開源社區與資源:獲取更多靈感與幫助 12.5 項目構思與迭代:持續學習與創新 附錄: Arduino常用庫函數速查 電子元器件符號錶 常見問題解答 --- 圖書簡介: 在這本《數字煉金術:Arduino創客入門與實踐》中,我們將一同踏上一段激動人心的電子製作之旅,探尋將奇思妙想變為觸手可及現實的奧秘。本書並非簡單的技術堆砌,而是為你構建一套完整的知識體係,讓你能夠從零開始,循序漸進地掌握Arduino的強大功能,並將其轉化為解決實際問題、實現創意項目的強大工具。 第一篇“數字世界的基石——Arduino入門” 將為你打下堅實的基礎。我們將深入淺齣地介紹Arduino的核心概念,讓你理解它為何能成為無數創客的首選。從認識Arduino闆卡的“五髒六腑”,到搭建屬於你的第一個開發環境,再到成功點亮那意義非凡的“Hello, World!”LED,每一步都經過精心設計,力求讓你感受到學習的樂趣與成就感。你將學會Arduino的“通用語”——C/C++語言,掌握變量、數據類型、運算符、控製流語句和函數等編程基礎,如同掌握瞭施展魔法的咒語,能夠清晰地編寫齣讓Arduino執行指令的程序。同時,我們將詳細講解Arduino如何通過數字輸入/輸齣、模擬輸入和PWM技術,與現實世界進行“對話”,感知溫度、光綫,控製LED的亮度,理解這些基本交互原理將是你創作無限可能性的起點。 第二篇“探索電子世界的奧秘——常用電子元器件與模塊” 將帶你認識那些點亮世界、感知變化、實現動作的“魔法道具”。我們將係統地介紹LED、數碼管、LCD和OLED顯示屏,讓你能夠根據項目需求,以最直觀的方式呈現信息。接著,你將學會如何利用各種傳感器——從捕捉光綫、溫度、濕度的環境傳感器,到測量距離、檢測震動、嗅探氣體的功能性傳感器,讓你的Arduino擁有“感知”世界的能力。最後,我們還將聚焦於執行者,如按鈕、開關、繼電器、直流電機和舵機等,學習如何用Arduino來精確控製它們,讓你的項目能夠響應指令、驅動機械,真正“動”起來。 第三篇“化繁為簡——傳感器融閤與通信技術” 將為你揭示Arduino連接更廣闊世界的秘密。你將學習到I2C和SPI這兩種強大的串行通信協議,瞭解如何讓Arduino與多個設備協同工作,並實現高效的數據傳輸。更令人興奮的是,我們將深入探索藍牙和Wi-Fi通信技術,讓你能夠通過無綫方式與Arduino進行交互,甚至將其接入互聯網,構建屬於你的遠程控製係統或物聯網應用。通過傳感器數據融閤和可視化,你將能從海量數據中提取有價值的信息,讓你的項目更加智能和人性化。 第四篇“讓創意‘動’起來——進階項目實戰” 是本書的核心價值所在。在這裏,我們不再局限於理論,而是通過一係列精心設計的、由易到難的實戰項目,將前麵所學的知識融會貫通。你將親手搭建一輛能夠自主循跡和避障的智能小車,體驗硬件與軟件完美結閤的樂趣。你還將設計並實現一個智能傢居係統,通過遠程控製和自動化場景,感受科技為生活帶來的便利。此外,本書還將引導你製作一些富有創意的個人助理或數據可視化項目,讓你體驗信息交互的魅力。最後,我們還將為你指明進階的方嚮,鼓勵你探索更多強大的Arduino闆卡,接觸嵌入式Linux,甚至涉足3D打印和PCB設計,讓你成為真正的全能創客。 《數字煉金術:Arduino創客入門與實踐》不僅僅是一本技術手冊,它更是一本激發你創造力、培養你解決問題能力的指南。無論你是電子製作的初學者,還是希望將技術應用於生活的愛好者,本書都將是你不可或缺的夥伴。在這裏,你將學會的不僅是代碼和電路,更是邏輯思維、係統設計和創新實踐的能力。現在,準備好你的Arduino,讓我們一起揭開數字世界的麵紗,用你的雙手,創造屬於你的未來!