Arduino项目开发：音乐创意

本书内容由总到分、先思考后实践，创新思维与实践案例相结合，以供不同人员的需求；同时，本书附有实际项目的硬件设计图和软件实现代码，供读者自我学习和自我提高使用；可作为大学信息与通信工程及相关领域的本科生教材，也可以作为智能硬件爱好者创新手册使用；还可以为创客的需求产生、分析产品、设计生产、实现产品提供帮助。对于从事物联网、创新开发和设计的专业技术人员，也可以作为主要的技术参考书。

本书配套提供项目设计的硬件电路图、程序代码、实现过程中出现的问题及解决方法，可供读者举一反三，二次开发。

　　《Arduino项目开发：音乐创意/清华开发者书库》系统论述了Arduino开源硬件的架构、原理、开发方法，并给出12个完整的项目设计案例。
　　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。为便于读者高效学习，快速掌握Arduino开发方法，《Arduino项目开发：音乐创意/清华开发者书库》配套提供项目设计的硬件电路图、程序代码、实现过程中出现的问题及解决方法，可供读者举一反三，二次开发。
　　《Arduino项目开发：音乐创意/清华开发者书库》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向的著作。

第1章 Arduino项目设计基础
1．1 开源硬件简介
1．2 Arduino开源硬件
1．2．1 Arduino开发板
1．2．2 Arduino扩展板
1．3 Arduino软件开发平台
1．3．1 Arduino平台特点
1．3．2 Arduino IDE的安装
1．3．3 Arduino IDE的使用
1．4 Arduino编程语言
1．4．1 Arduino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 串行通信函数
1．4．8 Arduino的库函数
1．5 Arduino硬件设计平台
1．5．1 Fritzing软件简介
1．5．2 Fritzing使用方法
1．5．3 Arduino电路设计
1．5．4 Arduino开发平台样例与编程

第2章 八阶光立方实现蓝牙控制项目设计
2．1 功能及总体设计
2．2 模块介绍
2．2．1 主程序模块
2．2．2 HC-05蓝牙模块
2．2．3 音乐频谱模块
2．2．4 输出模块
2．3 产品展示
2．4 元件清单

第3章 乐光宝盒项目设计
3．1 功能及总体设计
3．2 模块介绍
3．2．1 主程序模块
3．2．2 US-100模块
3．2．3 HC-05模块
3．2．4 输出模块
3．3 产品展示
3．4 元件清单

第4章 音乐游戏项目设计
4．1 功能及总体设计
4．2 模块介绍
4．2．1 输入模块
4．2．2 Processing界面显示模块
4．3 产品展示
4．4 元件清单

第5章 节奏大师之疯狂打地鼠项目设计
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 ESP8266模块
5．2．3 服务器模块
5．2．4 前端模块
5．3 产品展示
5．4 元件清单

第6章 基于红外测距的虚拟电子琴项目设计
6．1 功能及总体设计
6．2 模块介绍
6．2．1 主程序模块
6．2．2 SD卡读写模块
6．2．3 红外测距模块
6．2．4 数据处理模块
6．3 产品展示
6．4 元件清单

第7章 智能弹奏尤克里里项目设计
7．1 功能及总体设计
7．2 模块介绍
7．2．1 主程序模块
7．2．2 HC-05蓝牙模块
7．2．3 手机端APP制作
7．2．4 舵机的调试
7．3 产品展示
7．4 元件清单

第8章 身临其境项目设计
8．1 功能及总体设计
8．2 模块介绍
8．2．1 主程序模块
8．2．2 HC-05模块
8．2．3 输出模块
8．3 产品展示
8．4 元件清单

第9章 基于温度感应的LED表情控制音乐水杯项目设计
9．1 功能及总体设计
9．2 模块介绍
9．2．1 DS18820模块
9．2．2 MAX7219ENG模块
9．2．3 音乐输出模块
9．3 产品展示
9．4 元件清单

第10章 旋转音乐盒项目设计
10．1 功能及总体设计
10．2 模块介绍
10．2．1 主程序模块
10．2．2 人体红外感应模块
10．2．3 输出模块
10．3 产品展示
10．4 元件清单

第11章 蓝牙音乐播放器项目设计
11．1 功能及总体设计
11．2 模块介绍
11．2．1 SD卡模块
11．2．2 HC-06模块
11．2．3 LCDl602模块
11．2．4 音频放大电路模块
11．3 产品展示
11．4 元件清单

第12章 吉他手套项目设计
12．1 功能及总体设计
12．2 模块介绍
12．2．1 弯曲传感器模块
12．2．2 输出模块
12．3 产品展示
12．4 元件清单

第13章 音频文件净化器
13．1 功能及总体设计
13．2 模块介绍
13．2．1 SD卡读取模块
13．2．2 数字信号处理模块
13．2．3 输出模块
13．3 产品展示
13．4 元件清单
参考文献

前言

物联网、智能硬件和大数据技术给社会带来了巨大的冲击，个性化、定制化和智能化的硬件设备成为未来的发展趋势。“中国制造2025”计划、德国的“工业4．0”及美国的“工业互联网”都是将人、数据和机器连接起来，其本质是工业的深度信息化，为未来智能社会的发展提供制造技术基础。

在“大众创业，万众创新”的时代背景下，人才培养方法和模式也应该满足当前的时代需求。编者依据当今信息社会的发展趋势，结合Arduino开源硬件的发展及智能硬件的发展要求，采取激励创新的工程教育方法，培养适应未来工业4．0发展的人才。因此，本书试图探索基于创新工程教育的基本方法，并将其提炼为适合我国国情、具有自身特色的创新实践教材，对实际教学中应用智能硬件的创新工程教学经验进行总结，包括具体的创新方法和开发案例，希望对教学及工业界有所帮助，起到抛砖引玉的作用。

本书的内容和素材主要来源于作者所在学校近几年承担的教育部和北京市的教育、教学改革项目和成果，也是北京邮电大学信息工程专业的同学们创新产品的设计成果。书中系统地介绍了如何利用Arduino平台进行产品开发，包括相关的设计、实现与产品应用，主要内容包括Arduino设计基础及音乐创意方面的案例。

本书的编写也得到了教育部电子信息类专业教学指导委员会、信息工程专业国家第一类特色专业建设项目、信息工程专业国家、第二类特色专业建设项目、教育部CDIO工程教育模式研究与实践项目、教育部本科教学工程项目、信息工程专业北京市特色专业建设、北京市教育教学改革项目、北京邮电大学教育教学改革项目(2019TD01)的大力支持。在此一并表示感谢！

由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，衷心希望广大读者多提宝贵意见及具体的整改措施，以便作者进一步修改和完善。

李永华于北京邮电大学

2019年4月