第1章
認識Arduino  2

1.1 Arduino的來歷 2

1.2 Arduino的優點 2

1.3 Arduino硬件與選擇 3

1.3.1 認識不同型號的Arduino  4

1.3.2 Arduino外圍模塊 9

1.4 Arduino擴展模塊圖解 11

1.4.1 電源擴展板 11

1.4.2 SD卡讀/寫擴展板 12

1.4.3 GSM 擴展板 12

1.4.4 電機擴展板 14

1.4.5 傳感器擴展板 14

1.4.6 Wi-Fi擴展板 15

1.5 從Arduino UNO開始
16

第2章
建立開發環境 19

2.1 項目開發流程 19

2.2 Arduino開發軟件 19

2.2.1 下載配置Arduino開發環境
19

2.2.2 認識Arduino IDE  20

2.2.3 安裝Arduino驅動程序
22

2.3 自帶程序範例與類庫介紹 24

2.3.1 Arduino自帶範例介紹 24

2.3.2 Arduino自帶類庫介紹 28

2.4 如何導入第三方庫 35

2.5 Arduino語言及程序結構 36

2.5.1 Arduino語言 36

2.5.2 Arduino程序結構 36

2.6 從例程Hello World開始 38

第二部分 進階篇

第3章
數字信號及應用案例 42

3.1 數字信號簡介 42

3.2 LED及應用案例 42

3.2.1 心形LED閃爍案例 42

3.2.2 跑馬燈案例 46

3.3 指撥開關控制應用案例 48

3.4 7段數碼顯示器案例 50

3.5 PWM 及應用案例 55

3.6 蜂鳴器案例 57

3.7 數字輸出案例 60

3.8 限位開關案例 63

第4章
模擬信號及應用案例 64

4.1 可變電阻測量案例 64

4.2 光敏電阻測量案例 67

4.3 溫度感測案例 69

4.4 壓力感測案例 71

第5章 Arduino與外設通信 73

5.1 串口通信 73

5.1.1 其他Arduino上的串口位置
75

5.1.2 Arduino與電腦通信設置 76

5.1.3 Arduino串口通信函數 77

5.1.4 串口通信案例 80

5.2 IIC總線通信 85

5.2.1 IIC主機、從機和引腳 86

5.2.2 Wire類庫成員函數 86

5.2.3 IIC連接方法 88

5.2.4 IIC總線通信案例 89

5.3 SPI總線通信 93

5.3.1 SPI引腳 93

5.3.2 SPI總線上的從設備選擇 94

5.3.3 SPI類庫成員函數 94

5.3.4 SPI總線上的數據發送與接收 95

5.3.5 SPI總線通信案例 95

5.4 USB類庫 100

5.4.1 USB類庫相關函數 100

5.4.2 模擬鍵盤輸入信息 102

第6章 LCD顯示與控制 105

6.1 液晶顯示模板1602 LCD 105

6.2 Arduino相關函數庫 107

6.3 啟動LCD 
109

6.3.1 器件 109

6.3.2 4位數據線接法 110

6.3.3件 110

6.4 1602 LCD控制案例 111

6.4.1 LCD顯示 111

6.4.2 LCD換行控制 112

6.4.3 移動的字幕 113

6.4.4 顯示輸入數據 114

第7章 Arduino電機控制 117

7.1 直流電機 117

7.1.1 直流電機的選型 117

7.1.2 直流電機接線圖解 118

7.1.3 直流電機驅動外圍模塊 119

7.1.4 直流電機控制案例 120

7.1.5 AFMotor類庫 124

7.2 舵 機 125

7.2.1 舵機選型 125

7.2.2 舵機接線圖解 126

7.2.3 舵機控制案例 126

7.2.4 Servo類庫 127

7.3 步進電機 128

7.3.1 步進電機選型 128

7.3.2 步進電機接線圖解 129

7.3.3 步進電機驅動外圍模塊 130

7.3.4 步進電機控制案例 132

7.3.5 Stepper類庫 136

第8章 Arduino與無線通信 138

8.1 無線通信概述 138

8.2 無線通信網絡框架 138

8.2.1 一對多通信架構 139

8.2.2 多對多通信架構 139

8.2.3 混合式通信架構 140

8.3 常見的無線通信協議 140

8.4 RF模塊 141

8.4.1 315 MHz
RF模塊及案例 141

8.4.2 RFID與讀卡器及案例 144

8.5 紅外線與超聲波案例 146

8.5.1 紅外線與超聲波簡介 147

8.5.2 簡單的紅外信號傳輸案例 147

8.5.3 簡單的紅外線測距儀案例 149

8.5.4 紅外線人體感測案例 150

8.5.5 簡單的超聲波測距案例 153

8.6 藍牙模塊與案例 155

8.7 Wi-Fi模塊與案例 157

第9章 Arduino存儲技術 159

9.1 EEPROM 存儲技術 159

9.1.1 EEPROM 介紹 159

9.1.2 EEPROM 類庫 159

9.1.3 EEPROM 簡單讀、寫案例 160

9.1.4 EEPROM 存儲各類型數據案例 163

9.2 SD卡存儲技術 _(_y_>奯__165

9.2.1 SD卡介紹 165

9.2.2 SD卡類庫 166

9.2.3 SD卡外圍模塊 169

9.2.4 SD卡簡單讀/寫案例 170

9.2.5 SD卡溫度采集案例 176

第10章 GPS室外定位 182

10.1 GPS簡介 182

10.2 GPS模塊介紹 182

10.2.1 GPS有源天線 182

10.2.2 GPS模塊特性參數 183

10.3 GPS使用設定 183

10.4 GPS室外定位案例 185

10.4.1 簡單定位案例 185

10.4.2 便攜定位裝置案例 190

第三部分 綜合篇

第11章
智能小車 198

11.1 智能小車結構及功能分析 198

11.1.1 智能小車結構 198

11.1.2 智能小車功能分析 200

11.2 智能小車基本功能實現 202

11.2.1 全向運行 202

11.2.2 實時啟動 206

11.3 智能小車黑線循跡 208

11.3.1 黑線循跡原理 208

11.3.2 軟、硬件分析 208

11.3.3 操作說明 211

11.4 智能小車紅外避障 211

11.4.1 紅外避障原理 211

11.4.2 軟、硬件分析 211

11.4.3 操作說明 214

11.5 智能小車超聲波避障 214

11.5.1 超聲波避障原理 214

11.5.2 軟、硬件分析 214

11.5.3 操作說明 218

11.6 智能小車紅外遙控 218

11.6.1 紅外遙控原理 218

11.6.2 軟、硬件分析 218

11.6.3 操作說明 221

11.7 智能小車藍牙遙控 221

11.7.1 藍牙遙控原理 221

11.7.2 軟、硬件分析 221

11.7.3 操作說明 229

11.8 智能小車Wi-Fi遙控 230

11.8.1 Wi-Fi遙控原理 230

11.8.2 軟、硬件分析 230

11.8.3 操作說明 234

第12章
桌面式3D打印機 238

12.1 3D打印技術介紹 238

12.1.1 3D打印原理 238

12.1.2 3D打印流程 239

12.1.3 3D打印特點 240

12.2 桌面式3D打印機結構 240

12.3 3D打印機打印使用說明 241

12.3.1 3D打印機軟件使用說明 241

12.3.2 3D打印機硬件使用說明 245

12.3.3 3D打印使用案例 246

12.3.4 3D打印機維護與保養 248

12.3.5 3D打印機常見故障分析 249

12.4 3D打印機功能技術分析 250

12.4.1 3D打印機控制繫統分析 250

12.4.2 G代碼文件分析 263

12.4.3 存儲模塊 266

12.4.4 顯示模塊 275

12.4.5 運動控制模塊 283

12.4.6 加熱與溫度測量模塊 294

12.4.7 限位開關模塊 298

12.4.8 3D打印總流程分析 300

附 錄 305

A.1 使用專業的IDE編寫Arduino項目 305

A.2 常見問題及解決方法 308

A.2.1 驅動無法正常安裝 308

A.2.2
avrdude:stk500_getsync():notinsync:resp=0x00錯誤 310

A.2.3
WProgram.h:Nosuchfile ordirectory:編譯錯誤 311

A.2.4 Arduino是否支持其他型號的芯片 311

A.2.5 Arduino開源使用的協議是什麼 312

A.2.6 能否使用AVR.Libc和彙編等開發Arduino  312

A.3 數值計算 312

A.3.1 十進制計算 312

A.3.2 二進制計算 312

A.3.3 十六進制計算 313

A.4 ASCII碼對照表 314

A.5 串口通信可用的config配置
315

A.6 USB鍵盤庫支持的鍵盤功能列表 315

A.7 循環冗餘檢查碼 317

A.8
Checksum  318

A.9 G代碼含義注解 319

參考文獻 323__

21世紀重要的科技性事件之一———創客運動興起的標志,就是2005年鼕季塊Arduino開發板的誕生。這款電路板,在全球範圍內瞬間引發了經久不衰的創客風潮。

之後大量湧現的創客項目,包括機器人、無人機、智能家居控制、3D打印等,都主要是以Arduino為原型或基礎研發的;而基於Arduino電路及引申的產業,例如Arduino改進或兼容板,服務創客從Arduino原型到批量生產等業務,也在開源硬件大潮中異常火爆。在全球硬件創客的武器庫中,Arduino已經連續十多年獨霸頭把交椅。

Arduino的貢獻就是,給極為復雜難懂的電子制作“裝上了扳機”:它把創客們頭疼的電子電路和底層驅動庫都打包集成為黑箱,進而省略掉了大部分與電路和硬件驅動相關的操作,終隻剩下了簡單的控制邏輯。這讓創客無須學習復雜的電子基礎,也能夠輕松制作出精良且可靠的電子創意產品。

本書特色

本書的編寫目的是為了向擁有硬件開發興趣的中學生和非電子、機電專業的大學生等初學者提供繫統、完善的基礎知識與開發教程。同時,本書深入淺出地介紹了Arduino軟硬件的基礎知識,並結合多個案例,詳細介紹Arduino各個功能模塊與相關類庫,便於讀者有針對性地學習和查閱。本書體繫結構清晰,內容豐富,功能模塊案例和綜合案例相結合,使讀者能夠繫統學習,並進一步提高。

如何閱讀本書

本書共12章,分為三部分,其中第三部分以接近實戰的實例來講解工程應用,相比於前兩部分更為獨立。如果讀者是經驗豐富的資深用戶,具有一定的Arduino開發經驗,那麼可以直接閱讀第三部分內容;如果讀者是初學者,那麼請從部分的基礎篇開始學習。

部分是基礎篇,內容包括第1章和第2章,這一部分簡單介紹了Arduino的相關背景資料,然後從Arduino的軟硬件基礎開始講解:軟件方面包含開發環境的搭建、IDE的介紹以及個Arduino程序的使用,詳細介紹了Arduino程序結構和基本編程基礎;硬件方面以Arduino UNO 為例進行了詳細介紹,同時包含基礎的電路電子知識。初學者可以通過這一部分的學習為Arduino開發打下牢固的基礎。

第二部分是進階篇,內容包括第3~10章。這一部分詳細介紹了Arduino外圍模塊以及相應類庫的使用方法,包含數字信號、模擬信號、串口通信、顯示模塊、電機控制、無線通信、SD卡擴展、GPS定位等幾大模塊,每章結合幾個小案例對各個模塊功能進行講解。

第三部分是綜合篇,內容包括第11章和第12章。這一部分介紹了兩個綜合性的案例,即智能小車和3D打印機,這兩個案例涵蓋了本書的所有內容。通過這兩章

的學習,可以對全書內容進行繫統的回顧與整理。

配套資源

本書配有3套開發套件,分別是針對Arduino各個功能模塊的開發包以及針對兩個綜合案例而定制的藍牙智能小車開發套件和3D打印機開發套件。讀者可以根據自己的開發學習需要聯繫作者(E-mail:huangmingji@ustb.edu.cn)購買相應的開發套件。

本書配有實驗教材電子版,僅供訂購本書的教師使用,索取郵箱goodtextbook@126.com,聯繫電話010 82317036。

本書為讀者免費提供程序源代碼和數據,讀者可掃描二維碼(見扉頁)關注“北航科技圖書”公眾號並回復“2848”獲得相關下載地址。讀者也可通過網址http://www.routegis.net/arduino.php
或者百度網盤https://pan.baidu.com/s/1J9Y7fhPLn8l606li72n-bw (提取碼:iu2h) 下載該資源。同時針對擁有不同開發套件的讀者建立了三個QQ 群(基礎知識討論群868509315,智能小車開發討論群868513410,3D打印機討論群868744040),方便有共同興趣的讀者開發交流。

致 謝

首先感謝Arduino開發團隊,開源了整個項目,因為他們的無私,纔有了本書的面世。同時還要感謝活躍在Arduino論壇上的所有開發人員,是他們的創新精神和辛勤努力纔使得這麼多新奇的功能得以實現,使得Arduino第三方類庫不斷完善,使得Arduino不斷向前發展。

本書列入北京科技大學校級“十二五”規劃教材建設項目,書的編寫得到了北京科技大學教材建設基金的資助。

本書由北京科技大學機械工程學院的老師編寫完成,其中第1~9章由黃明吉編寫,學生任曉文、王星宇、張宗信協助;第10~12章由陳平編寫,學生陳文斌、張宗信協助。

書中的不足與錯誤之處,敬請讀者批評指正。