Arduino实战

《Arduino实战》是一本搭建原型和DIY电子制作的实践指南。作者团队由机器人设计专家、交互设计师和艺术家组成，将Arduino适合机器人设计者、艺术家、设计爱好者等的特质充分发挥出来。
《Arduino实战》将从基础的知识讲起——拆封电路板并用一个简单的程序做些什么，到连接到电动机、LED显示器、Wi-Fi、GPS和蓝牙的时候，你会学到更复杂的项目。

　　《Arduino实战》是用Arduino搭建趣味电子产品的实践指南。《Arduino实战》循序渐进、深入浅出地讲解了Arduino创意电子制作的方方面面：拆封Arduino板卡并让一个LED闪烁，然后进一步介绍在实际项目中常用的技术，如控制电动机、LCD显示器、超声波和红外线传感器等。书中还讲解了一些流行的技术，如Wi-Fi、蓝牙、GPS、USB通信等。通过《Arduino实战》，读者可以尝试制作五音阶电子琴、简易气象站、微博盒子、可穿戴路标灯等妙趣横生的创意电子产品。除了Arduino和Processing开发环境以外，读者还会接触到Pure Data和Python编程、iOS开发等热点话题。书后附录包括了图解驱动安装、编程基础知识等，即使是没有编程基础的初学者也可以轻松入门，而书中丰富的案例不但兼具深度和广度，更是兼具实用性和艺术性，想必Arduino高手也会从中有所收获。
　　《Arduino实战》既可以作为Arduino初学者的入门教材，也可以作为Arduino进阶玩家的创意指南和参考手册。

　　Martin Evans是一名专业的开发者，一名终身的电子发烧友，以及一个基于Arduino的水下ROV的创造者。Joshua Noble是一名作家和创新技术专家，他致力于智能空间方面的工作。Jordan Hochenbaum使用Arduino来探索音乐表达和创新性交互。况琪，北京师范大学计算机科学与技术专业理学学士，北京师范大学软件工程硕士在读。专注底层技术的研究与应用，熟悉C语言、嵌入式系统和电子工艺。也在机器视觉、移动计算、数字图像处理、互联网和信息系统方面有过科研或项目经验，与中国航天院中心合作的实验程序曾随“神舟九号”飞船进入太空。

“这是一本示例丰富的好书。不只是练习一下！”
——Matt Scarpino，OpenCL in Action作者

“将软件改造与硬件改造结合到了一起。”
——Philipp K. Janert，Gnuplot in Action作者

“一本综合性的Arduino入门书籍。”
——Steve Prior，geekster.com

“将我们带向一个全新的世界——Arduino星。”
——Nikander & Margriet Bruggeman，Lois & Clark IT Services

“一种坚实的、面向应用的方法。”
——Andrew Davidson，Human Centered Design & Engineering

目　录

第一部分　入门

第1章　你好Arduino　3
1．1　Arduino简史　4
1．2　Arduino硬件　4
1．2．1　Arduino Uno　5
1．2．2　Arduino Duemilanove　6
1．2．3　Arduino Ethernet　6
1．2．4　Arduino Mega　6
1．2．5　另外几种Arduino电路板　7
1．2．6　复制品的冲击　8
1．2．7　获取一片Arduino　9
1．3　设置你的工作环境　9
1．3．1　Arduino软件　9
1．3．2　基本硬件安装　10
1．3．3　你的Arduino工具箱　10
1．4　做点什么　11
1．4．1　第一个闪烁的LED　11
1．4．2　使LED闪烁的程序　11
1．4．3　把所有的东西连起来　12
1．4．4　上传和测试　12
1．5　熟悉IDE　13
1．5．1　主编辑器　14
1．5．2　串口监视器　15
1．5．3　捕获错误　15
1．5．4　流程　16
1．6　Arduino程序的结构　16
1．6．1　setup子程序　17
1．6．2　无限循环　17
1．7　为代码编写注释　18
1．8　小结　19

第2章　数字输入和输出　20
2．1　准备开始　20
2．1．1　面包板的使用　21
2．1．2　电路图　21
2．1．3　添加LED　22
2．1．4　连接硬件　23
2．1．5　使5个LED闪烁的程序　24
2．1．6　烧写和测试　25
2．2　获得控制权　25
2．2．1　电路图　25
2．2．2　连接　26
2．2．3　认识中断　27
2．2．4　通过按钮控制LED的程序　27
2．2．5　烧写和测试　29
2．2．6　使用break语句　29
2．2．7　烧写和测试　30
2．3　反应测试仪　30
2．3．1　电路图　31
2．3．2　连接　31
2．3．3　测试反应速度的程序　32
2．3．4　烧写和测试　34
2．4　反应速度计：谁真正拥有最快的反应时间　34
2．4．1　测定反应速度的程序　34
2．4．2　烧写和测试　36
2．5　小结　36

第3章　简单项目：输入和输出　38
3．1　认识模拟电路　39
3．1．1　模拟和数字有什么区别　39
3．1．2　读取电位器　40
3．1．3　连接硬件　41
3．1．4　读取电位器的程序　41
3．1．5　烧写和测试　42
3．2　压电换能器　43
3．2．1　电路图　44
3．2．2　连接硬件　45
3．2．3　用于测定压电换能器输出的程序　45
3．2．4　烧写和测试　46
3．2．5　添加一个扬声器的电路　47
3．2．6　连接硬件　48
3．2．7　产生一个音阶的程序　48
3．2．8　烧写和测试　49
3．3　制作一架五声音阶电子琴　49
3．3．1　电路图　50
3．3．2　连接硬件　51
3．3．3　制作一架五声音阶电子琴的程序　51
3．3．4　烧写和测试　52
3．4　小结　53

第二部分　将Arduino投入工作

第4章　扩展Arduino　57
4．1　用库来扩展Arduino　57
4．2　核心库　58
4．3　标准库　58
4．3．1　使用ArduinoTestSuite进行测试驱动型开发　59
4．3．2　使用EEPROM存储数据　60
4．3．3　使用SD卡存储更多数据　61
4．3．4　连接到以太网　62
4．3．5　使用Firmata进行串行数据通信　63
4．3．6　使用LiquidCrystal库显示数据　64
4．3．7　控制伺服电机　65
4．3．8　转动步进电机　65
4．3．9　与SPI外设通信　66
4．3．10　通过双线接口进行数据通信　67
4．3．11　通过SoftwareSerial库获得更多串口　68
4．4　第三方库　70
4．5　通过扩展板来扩展Arduino　71
4．5．1　常用扩展板　71
4．5．2　陷阱：它能用在我的Arduino上吗　73
4．6　小结　74

第5章　运动中的Arduino　75
5．1　认识直流电动机　76
5．1．1　开始和停止　77
5．1．2　启动和停止小型直流电机的程序　77
5．1．3　连接硬件　78
5．1．4　烧写和测试　80
5．2　转速控制和反向旋转　80
5．2．1　PWM来救场　81
5．2．2　用于电机控制的H桥　82
5．2．3　L293D双H桥驱动芯片　83
5．2．4　连接硬件　84
5．2．5　用L293D控制电动机的程序　85
5．2．6　烧写和测试　86
5．2．7　改变电动机的转速　86
5．2．8　烧写和测试　87
5．3　步进电机：每次进一步　88
5．3．1　单极型还是双极型　88
5．3．2　连接硬件　91
5．3．3　步进电机库函数　93
5．3．4　控制步进电机的程序　93
5．3．5　烧写和测试　94
5．4　尝试使用伺服电机　94
5．4．1　控制伺服电机　95
5．4．2　伺服电机的函数与方法　96
5．4．3　控制伺服电机的程序　96
5．4．4　连接硬件　97
5．4．5　烧写和测试　98
5．5　直流无刷电动机：小身材，大力量　98
5．5．1　为什么要用无刷电机　98
5．5．2　获得控制权　99
5．5．3　控制无刷电机的程序　100
5．5．4　连接硬件　101
5．5．5　烧写和测试　102
5．5．6　反向旋转　102
5．5．7　反向旋转一个无刷电机的程序　103
5．5．8　连接硬件　104
5．5．9　烧写和测试　104
5．6　用于更多电动机的电动机控制扩展板　104
5．7　小结　105

第6章　目标检测　106
6．1　使用超声波进行目标检测　106
6．1．1　选择一款超声波传感器　107
6．1．2　三线还是四线　108
6．1．3　超声波目标检测的程序　108
6．1．4　连接硬件　110
6．1．5　烧写和测试　111
6．2　红外测距　111
6．2．1　红外和超声波配合使用　112
6．2．2　夏普GP2D12红外测距仪　112
6．2．3　用于距离计算的非线性算法　112
6．2．4　距离测定的程序　113
6．2．5　连接硬件　115
6．2．6　烧写和测试　115
6．3　使用被动式红外进行运动侦测　115
6．3．1　使用Parallax被动式红外传感器(PIR)　116
6．3．2　红外运动侦测的程序　116
6．3．3　连接硬件　118
6．3．4　烧写和测试　119
6．4　小结　119

第7章　LCD显示器　120
7．1　LCD简介　120
7．2　并行字符LCD：日立HD44780　123
7．2．1　4位还是8位　124
7．2．2　库和函数　124
7．2．3　电路图　125
7．2．4　以4位模式连线　126
7．2．5　写入日立HD44780的程序　128
7．2．6　烧写和测试　128
7．3　串行LCD气象站　129
7．3．1　串行还是并行LCD　129
7．3．2　SerLCD库和函数　130
7．3．3　Maxim DS18B20集成温度传感器　131
7．3．4　OneWire和DallasTemperature库　131
7．3．5　电路图　132
7．3．6　将所有东西连接起来　132
7．3．7　LCD气象站的程序　134
7．3．8　烧写和测试　135
7．4　图形LCD：三星KS0108GLCD　135
7．4．1　库和函数　136
7．4．2　电路图　137
7．4．3　将一切都连接起来　138
7．4．4　在GLCD上绘图的程序　139
7．4．5　烧写和测试　140
7．5　小结　141

第8章　通信　142
8．1　以太网　142
8．1．1　Ethernet库　143
8．1．2　以太网扩展板与SD数据卡　145
8．2　Arduino Web服务器　145
8．2．1　建立服务器　146
8．2．2　建立Web服务器的程序　147
8．2．3　烧写和测试　148
8．2．4　故障排除　149
8．3　与Twitter通信　149
8．3．1　关于Twitter和令牌　149
8．3．2　库和函数　150
8．3．3　电路图和硬件连接　150
8．3．4　Twitter一键发推器的程序　150
8．3．5　烧写和测试　152
8．4　Wi-Fi　152
8．4．1　Arduino WiFi扩展板　153
8．4．2　WiFi库和函数　154
8．4．3　手势：无线加速度计　156
8．4．4　连接硬件　156
8．4．5　Wi-Fi通信的程序　157
8．4．6　烧写和测试　160
8．5　蓝牙无线　160
8．5．1　ArduinoBT　161
8．5．2　添加蓝牙　162
8．5．3　建立一个蓝牙连接　162
8．5．4　蓝牙通信的程序　163
8．6　串行外设接口(SPI)　164
8．6．1　SPI库　164
8．6．2　SPI设备和数字电位器　165
8．6．3　电路图和硬件连接　165
8．6．4　LED数字调光器的程序　167
8．7　数据记录　168
8．7．1　各种存储器　168
8．7．2　SD卡和SD库　169
8．7．3　SD卡传感器记录器的程序　170
8．8　Cosm　171
8．8．1　注册一个账户并获得API密钥　171
8．8．2　创建一个新的数据源　172
8．8．3　Cosm传感器记录程序　173
8．8．4　烧写和测试　175
8．9　小结　175

第9章　游戏开始　183
9．1　任天堂Wii欢迎你　177
9．1．1　Wii Nunchuk　178
9．1．2　连接Nunchuk　180
9．1．3　与Wii通信　181
9．1．4　测试Wii程序　190
9．2　发布Xbox　190
9．2．1　获得连接　191
9．2．2　USB Host库　191
9．2．3　利用USB Host扩展板学习Xbox控制器　192
9．2．4　Xbox报告数据分组　194
9．2．5　让我们启动它　196
9．2．6　与代码接驳　196
9．2．7　Xboxhid．ino　198
9．2．8　硬件连接和测试　201
9．3　小结　202

第10章　Arduino与iOS整合　204
10．1　将你的设备连接到Arduino　205
10．1．1　Redpark串口线　205
10．1．2　最终连接　206
10．2　iOS代码　206
10．2．1　在Xcode中创建一个单视图应用程序　207
10．2．2　编写代码　211
10．3　引入Arduino　214
10．3．1　利用iOS设备开关LED的程序　214
10．3．2　测试这个程序　215
10．4　用Xcode做更多事情　216
添加一个Slider控件　216
10．5　滑动控制Arduino　220
10．5．1　Arduino滑块控制电路　221
10．5．2　测试这个电路　221
10．6　将数据发送到iOS设备　222
10．6．1　Xcode编程　222
10．6．2　GP2D12红外距离传感器　226
10．6．3　测试　227
10．7　小结　228

第11章　制作可穿戴设备　236
11．1　LilyPad简介　230
11．1．1　LilyPad附件　231
11．1．2　导电缝纫线和布料　232
11．2　制作一件转向标夹克　233
11．3　制作一架可穿戴钢琴　236
11．4　Arduino Pro Mini　238
11．5　制作一个智能耳机　238
11．6　制作一件带指南针的夹克　241
11．7　小结　244

第12章　添加扩展板　245
12．1　扩展板基础　245
12．2　Adafruit电动机扩展板　246
12．2．1　AFMotor库　246
12．2．2　使用电动机扩展板控制一个步进电机　248
12．2．3　使用电动机扩展板控制直流电机　249
12．2．4　获得一块电动机扩展板　252
12．3　制作你自己的扩展板　252
12．3．1　存储器　253
12．3．2　电平转换器　253
12．3．3　SD卡插槽　254
12．3．4　将SD卡连接到Arduino　254
12．3．5　准备洞洞板　255
12．3．6　测试扩展板　258
12．4　小结　260

第13章　软件整合　261
13．1　串行信道　262
13．2　使用伺服电机进行人脸跟踪　262
13．2．1　组装人脸跟踪的硬件　264
13．2．2　人脸跟踪的代码　265
13．3　利用Firmata制作一个均衡器　269
13．3．1　在你的应用程序中使用Firmata　269
13．3．2　在Processing中进行音频分析　270
13．3．3　组装均衡器的硬件　271
13．3．4　均衡器的代码　272
13．4　利用Pure Data制作一个合成器　274
13．4．1　组装合成器的硬件　275
13．4．2　合成器的代码　276
13．5　使用Python来监测温度　279
13．5．1　Python中的串口库　279
13．5．2　组装温度计的硬件　281
13．5．3　用于监测温度的代码　281
13．6　小结　283

附录A　安装Arduino IDE　284
附录B　编程基础　291
附录C　软件库　305
附录D　器件列表　309
附录E　有用的链接　214