第1篇基礎篇
第1章緒論
1.1開展學科競賽的意義
1.2國內機電一體化類學科競賽開展情況
1.3本書主要內容及特點

第2章機電一體化概論
2.1機電一體化的來歷
2.2機電一體化的基本概念
2.3機電一體化繫統與傳統機械、電子控制繫統的差異
2.4機電一體化的組成要素與原則
2.5機電一體化的主要特征
2.6機電一體化的發展歷程及特點

第2篇機械結構篇
第3章機械設計總論
3.1基本概念
3.2機器(機械)的組成
3.3設計要求
3.4設計方法
3.5機械零件的設計準則
3.6設計中的標準化
3.7零件材料及其選用

第4件
4.件簡介
4.1.件的種類和特點
4.1.2機電一體化繫統件的基本要求
4.2機電一體化繫統常用的控制用電動機
4.3直流伺服電動機
4.3.1直流伺服電動機的特點及選用
4.3.2直流伺服電動機的結構
4.3.3直流伺服電動機的工作原理
4.3.4直流伺服電動機的控制方式
4.4步進電動機
4.4.1步進電動機的構造及特點
4.4.2步進電動機的工作原理
4.4.3步進電動機的選擇和注意事項
4.4.4步進電動機的驅動控制

第5章常用機構
5.1常用固定連接機構
5.1.1螺紋連接
5.1.2鍵連接
5.1.3鉚接、焊接、膠接
5.2常用活動連接機構
5.2.1滑動軸承連接
5.2.2滾動軸承連接
5.2.3聯軸器、離合器連接
5.3常用傳動機構
5.3.1帶傳動機構
5.3.2鏈傳動機構
5.3.3齒輪傳動機構
5.3.4蝸輪蝸杆傳動機構

第3篇控制繫統與傳感器技術篇
第6章STM32微控制器
6.1STM32微控制器概述
6.1.1STM32繫列說明
6.1.2STM32F103芯片主要特性
6.1.3STM32F103芯片結構
6.1.4STM32F103芯片引腳功能
6.2MDK5軟件開發環境
6.2.1MDK5簡介
6.2.2MDK5軟件安裝
6.2.3新建工程模板
6.2.4STM32軟件仿真
6.2.5STM32程序下載
6.2.6STM32硬件調試
6.2.7STM32固件庫介紹
6.3STM32基礎案例
6.3.1基本數字輸出LED燈閃爍
6.3.2獨立式按鍵控制LED燈亮滅
6.3.3蜂鳴器控制發聲
6.3.4直流伺服電動機驅動控制
6.3.5步進電動機驅動控制

第7章傳感器技術
7.1傳感器概述
7.2超聲波傳感器
7.2.1超聲波測距原理
7.2.2超聲波測距的實現與誤差分析
7.2.3超聲波模塊案例
7.3人體接近傳感器
7.3.1人體接近傳感器工作原理
7.3.2人體接近傳感器的特點
7.3.3人體接近傳感器的選型和檢測
7.3.4人體接近傳感器案例
7.4壓力傳感器
7.4.1電阻應變式壓力傳感器
7.4.2壓電式壓力傳感器
7.4.3電感式壓力傳感器
7.4.4壓力傳感器案例
7.5紅外線傳感器
7.5.1紅外線傳感器的工作原理
7.5.2紅外線傳感器的主要物理量
7.5.3紅外線傳感器的組成
7.5.4紅外線傳感器的分類
7.5.5紅外線傳感器案例
7.6角速度傳感器
7.6.1角速度傳感器的原理
7.6.2角速度傳感器的分類
7.6.3角速度傳感器案例
7.7加速度傳感器
7.7.1加速度傳感器的原理
7.7.2加速度傳感器的分類
7.7.3加速度傳感器案例

第8章控制繫統綜合應用案例
8.1基於壓力傳感器的電子秤設計
8.1.1項目需求
8.1.2壓力傳感器工作原理分析
8.1.3壓力信號采集原理
8.1.4LCD12864顯示原理
8.1.5項目硬件電路設計
8.1.6項目軟件設計
8.1.7繫統整體調試
8.2基於STM32的紅外循跡小車
8.2.1項目需求
8.2.2項目概述
8.2.3項目涉及技術
8.2.4繫統總體硬件電路
8.2.5繫統軟件設計
8.2.6繫統調試
8.3基於STM32的PID控制平衡小車設計
8.3.1項目需求
8.3.2總設計方案
8.3.3繫統硬件電路設計
8.3.4繫統軟件設計
8.3.5參數調試和功能測試
8.3.6功能擴展

第4篇實踐篇
第9章硬幣清分包裝機
9.1項目說明
9.1.1設計背景
9.1.2設計意義
9.2項目結構設計
9.2.1設計要求
9.2.2總體結構
9.2.3機構原理
9.2.4機構設計
9.2.5使用注意事項
9.3動力及控制繫統
9.3.1電動機選擇
9.3.2控制電路
9.4總結

第10章四旋翼飛行器自主探測跟蹤繫統
10.1項目說明
10.1.1設計背景
10.1.2設計方案
10.1.3設計意義
10.2項目結構設計
10.2.1設計要求
10.2.2總體結構
10.2.3機構原理
10.2.4飛行器姿態
10.3飛行器主控制繫統
10.3.1控制繫統總體方案
10.3.2控制繫統硬件電路設計
10.4四旋翼飛行器自主探測跟蹤繫統軟件設計
10.4.1繫統總體設計
10.4.2IMU解算任務設計
10.4.3飛行器探測跟蹤原理
10.5總結

第11章智能物流碼垛小車
11.1項目說明
11.1.1設計背景
11.1.2設計意義
11.2項目結構設計
11.2.1設計思路
11.2.2設計關鍵
11.2.3總體結構
11.2.4機構原理
11.2.5機構設計
11.2.6作品設計小結
11.3動力及控制繫統
11.3.1總電路結構
11.3.2主控制芯片選擇
11.3.3工作流程
11.3.4繫統硬件電路
11.3.5繫統軟件程序
11.4總結

第12章輕型移動式地毯清洗機
12.1項目說明
12.1.1設計背景
12.1.2產品發展現狀
12.2項目結構設計
12.2.1結構及工作原理
12.2.2重要部件
12.2.3小結
12.3動力及控制繫統
12.3.1電氣設備的選擇
12.3.2傳動繫統設計
12.3.3小結
12.4總結

第13章自動削皮機設計
13.1項目說明
13.1.1設計背景
13.1.2市場可行性調查
13.1.3設計意義
13.2作品結構設計
13.2.1設計要求
13.2.2總體結構設計
13.2.3作品配件設計
13.2.4使用注意事項
13.3動力及控制繫統
13.3.1電動機選擇
13.3.2控制部分
13.4總結

第14章遙控脈衝汽車輪胎自動衝洗平臺
14.1項目說明
14.1.1設計背景
14.1.2設計意義
14.2項目結構設計
14.2.1汽車承載及車輪原地回轉部件
14.2.2脈衝清洗平臺
14.2.3水循環及泥沙處理部件
14.3動力及控制繫統
14.3.1衝洗平臺機架及滾軸設計
14.3.2水循環及控制機構
14.4總結

第15章立體車庫裝置
15.1項目說明
15.1.1設計背景
15.1.2設計方案
15.1.3設計意義
15.2項目結構設計
15.2.1設計要求
15.2.2機構設計
15.2.3繫統電路設計
15.3軟件設計
15.3.1主程序的設計
15.3.2按鍵模塊設計
15.3.3電動機驅動子程序設計
15.4繫統調試
15.4.1光電傳感器調試
15.4.2壓力傳感器調試
15.5總結
參考文獻

隨著學科的發展，機械設計和電子控制的交叉融合越來越重要，機械結構的設計需要建立控制的理念，而構建完整的控制繫統需要有機械結構的意識，如何讓兩個不同專業的學生快速了解兩個專業的基本知識和思維邏輯，初步具備解決機電一體化問題的能力，成為機電一體化相關專業發展中的一項重要課題。本書作為機電類專業大學生的實訓和競賽教材，結合當前專業的發展和學生實踐能力培養展開編寫工作，對於培養學生對專業的興趣、動手能力和實踐綜合素質的提高具有重要的意義。
全國機電類專業大學生參加的學科競賽以全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生電子設計競賽為主，此類競賽以其“實物參賽、機電結合、繫統訓練、創新應用、科技創業”為突出特色，獲得了全國高校機械類和電子工程類等專業廣大師生的青睞。本書的全部案例內容來自全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生電子設計競賽中獲得國家一等獎、二等獎，省級一等獎、二等獎的優秀作品，希望本書的內容可以引導參賽學生找準比賽方向，提高今後的競賽成績，同時培養學生工程實踐能力和創新設計意識、綜合設計能力及團隊協作精神，以此鼓勵更多的大學生積極踊躍參加課外科技活動。
本書的編寫工作能夠順利完成，得益於全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生電子設計競賽組委會的大力支持，沒有他們為大學生組織學科競賽的平臺，就沒有大學生鍛煉自己、提升動手能力的機會，當然也沒有本書的出版。
感謝和我一起編寫本書的杭州師範大學錢江學院的各位同仁，他們是葉霞、倪虹、王婧、江霞、孫亞萍、胡克用等。參與編書的老師們都是學科競賽的優秀帶隊指導教師，全書內容是我們共同的勞動結晶，他們豐富的學科競賽經驗和嚴謹的教學寫作風格使本書內容豐富多彩。
感謝代表杭州師範大學錢江學院參與學科競賽的同學們，其中的不少優秀案例都來自這些同學的作品。他們是陳煒、江海林、林星星、易際鋼、薛儒冰、邵逸鑫、方樂朋、邵壯壯、葛林朗、金睿、陳團寅等，有了他們精心設計的作品，纔有這麼多優秀的案例。
感謝參與本書案例中電路設計與制作、代碼調試、格式修訂的同學們，他們是邵壯壯、吳澤夢、周清璐、葛林朗、羅漢傑、周傑、施嘉濠、王逸楨、張文劍、陳家碩、張丫真、鄭浩磊、雷昌碩、王明岩、黃文傑，他們的努力促進了本書的出版。
最後，謹以此書獻給熱愛全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生電子設計競賽的同學們。
本書由勾治踐、葉霞和倪虹擔任主編，王婧、江霞、孫亞萍擔任副主編。書中的源代碼可通過掃描二維碼進行顯示。
由於作者水平有限，加之編寫時間倉促，書中難免會出現不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

勾治踐
2022年3月