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清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ)
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作者：李永华、林家儒、王思野
出版社：清华大学出版社出版时间：2018-12-01
开本： 其他 页数： 413
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清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ) 版权信息

清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ) 本书特色

从构思、设计到实现，深入理解Arduino项目开发 《Arduino案例实战》系统论述了Arduino开源硬件的开发方法和技术。书中以丰富的Arduino设计实例，介绍了智能硬件的物联网应用。在处理嵌入式系统的开发过程中，使用Arduino开源平台，将事半功倍，极大提高效率。 本书突出的特点? 典型场景的创新应用? 智能开源的编程实践? 不同领域的经典案例? 多种产品的功能实现注：本书提供配套学习资源，下载地址为清华大学出版社本书页面。 中关村智能硬件产业联盟推荐用书！华为、微软、小米、京东方专家联袂推荐！Arduino原创项目开发案例，可二次开发利用！ ★《Arduino案例实战》是一部内容丰富且极具实用性的著作。内容丰富体现在三个方面：**，涵盖了产品开发的全部过程，包括构思、设计、实现及应用等方面；第二，在每个案例中，全面介绍了软件与硬件协同设计、编程与实现、集成与测试、开发管理应用等；第三，案例的涵盖面范围广，给出了Arduino在多个典型领域的应用，涉及消费电子、工业控制、移动互联网、云平台等。 ——董宇 中关村智能硬件产业联盟秘书长★ 《Arduino案例实战》是一部针对Arduino开源硬件实践开发的指导性著作，是Arduino在不同领域应用的创新案例总结，是目前针对智能硬件实现的崭新案例。读者可以是初学者，也可以是高级研究和开发人员。作者在Arduino领域的应用开发经验积累和系统总结，都浓缩在这部著作中。 ——许亮斌 中海油研究总院技术研发中心首席工程师★ Arduino开源硬件是嵌入式系统的快速实现平台，《Arduino案例实战》聚焦于当前物联网业界的需求，深入浅出地分享了相关实践。例如，书中有关智能家居、远程控制及游戏开发都是当前物联网的应用热点。书中案例在很多领域中都能够应用，是一部实用的Arduino开发工程专著，无论初学者还是一线应用工程师都会从书中获益。 ——陈岭 微软开放技术资深项目经理★《Arduino案例实战》汇集了作者在物联网领域开发的具体案例，书中详尽讲述了基于Arduino的开发方法和技术。例如，系统架构、硬件设计、软件设计、基于模块的开发、系统集成和应用等。对于从事物联网及嵌入式系统开发的技术人员，具有很好的参考价值。 ——吴飞 华为终端有限公司工程师★ Arduino开源硬件是目前国际上非常流行的嵌入式开发平台，《Arduino案例实战》提供了Arduino在物联网领域的丰富应用，全面论述了Arduino的系统开发方法。本书为读者分享了作者基于Arduino平台而进行的创新实践，可以抛砖引玉，优化用户开发物联网系统的工作，是一本关于Arduino平台的佳作！ ——赵君杰 京东方科技集团股份有限公司工程师 ★ 物联网系统需要快速进行设计和实现，Arduino就是这样一个非常实用的平台！《Arduino案例实战》的出版恰逢其时，它比较全面地总结了当前物联网应用的热门领域，包括智能安防、智能家居、远程控制、工业控制、移动互联网应用等，总结了Arduino创新实践的应用成果，是一本实用著作，必将成为物联网应用领域的经典读物。 ——尹珊 小米科技有限责任公司工程师

清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ) 内容简介

本书系统论述了Arduino开源硬件的架构、原理、开发方法及14个完整的项目设计案例。本书共15章，内容包括Arduino设计基础、LED多模式显示时钟项目设计、机械臂控制图像识别项目设计、基于Mathematica的自动接球系统项目设计、蓝牙遥控四自由度可自动避障机器人项目设计、遥控智能四驱车项目设计、电机合奏团项目设计、教学电子琴项目设计、微型激光雕刻机项目设计、遥控吸尘器项目设计、写字报时机器人项目设计、棋盘小游戏之守护绿色项目设计、炮弹发射车项目设计、球形机器人项目设计和多功能蓝牙小车项目设计。 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等。为便于读者高效学习，快速掌握Arduino开发方法，本书配套提供项目设计的硬件电路图和程序代码，可供读者举一反三，二次开发。 本书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，也可以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。

清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ) 目录

目录
第1章Arduino设计基础
1.1开源硬件概述
1.2Arduino开源硬件
1.2.1Arduino开发板
1.2.2Arduino扩展板
1.3Arduino软件开发平台
1.3.1Arduino平台特点
1.3.2Arduino IDE的安装
1.3.3Arduino IDE的使用
1.4Arduino编程语言
1.4.1Arduino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串口通信函数
1.4.8Arduino的库文件
1.5Arduino硬件设计平台
1.5.1Fritzing软件简介
1.5.2Fritzing使用方法
1.5.3Arduino电路设计
1.5.4Arduino开发平台样例与编程
第2章LED多模式显示时钟项目设计
2.1项目背景
2.2创新描述
2.3功能及总体设计
2.3.1功能介绍
2.3.2总体设计
2.3.3模块介绍
2.4产品展示
2.5故障及问题分析
2.6元件清单
第3章机械臂控制图像识别项目设计
3.1项目背景
3.2创新描述
3.3功能及总体设计
3.3.1功能介绍
3.3.2总体设计
3.3.3模块介绍
3.4产品展示
3.5故障及问题分析
3.6元件清单
第4章基于Mathematica的自动接球系统项目设计
4.1项目背景
4.2创新描述
4.3功能及总体设计
4.3.1功能介绍
4.3.2总体设计
4.3.3模块介绍
4.4产品展示
4.5故障及问题分析
4.6元件清单
第5章蓝牙遥控四自由度可自动避障机器人项目设计
5.1项目背景
5.2创新描述
5.3功能及总体设计
5.3.1功能介绍
5.3.2总体设计
5.3.3模块介绍
5.4产品展示
5.5故障及问题分析
5.6元件清单
第6章遥控智能四驱车项目设计
6.1项目背景
6.2创新描述
6.3功能及总体设计
6.3.1功能介绍
6.3.2总体设计
6.3.3模块介绍
6.4产品展示
6.5故障及问题分析
6.6元件清单
第7章电机合奏团项目设计
7.1项目背景
7.2创新描述
7.3功能及总体设计
7.3.1功能介绍
7.3.2总体设计
7.3.3模块介绍
7.4产品展示
7.5故障及问题分析
7.6元件清单
第8章教学电子琴项目设计
8.1项目背景
8.2创新描述
8.3功能及总体设计
8.3.1功能介绍
8.3.2总体设计
8.3.3模块介绍
8.4产品展示
8.5故障及问题分析
8.6元件清单
第9章微型激光雕刻机项目设计
9.1项目背景
9.2创新描述
9.3功能及总体设计
9.3.1功能介绍
9.3.2总体设计
9.3.3模块介绍
9.4产品展示
9.5故障及问题分析
9.6元件清单
第10章遥控吸尘器项目设计
10.1项目背景
10.2创新描述
10.3功能及总体设计
10.3.1功能介绍
10.3.2总体设计
10.3.3模块介绍
10.4产品展示
10.5故障及问题分析
10.6元件清单
第11章写字报时机器人项目设计
11.1项目背景
11.2创新描述
11.3功能及总体设计
11.3.1功能介绍
11.3.2总体设计
11.3.3模块介绍
11.4产品展示
11.5故障及问题分析
11.6元件清单
第12章棋盘小游戏之守护绿色项目设计
12.1项目背景
12.2创新描述
12.3功能及总体设计
12.3.1功能介绍
12.3.2总体设计
12.3.3模块介绍
12.4产品展示
12.5故障及问题分析
12.6元件清单
第13章炮弹发射车项目设计
13.1项目背景
13.2创新描述
13.3功能及总体设计
13.3.1功能介绍
13.3.2总体设计
13.3.3模块介绍
13.4产品展示
13.5问题及故障分析
13.6元件清单
第14章球形机器人项目设计
14.1项目背景
14.2创新描述
14.3功能及总体设计
14.3.1功能介绍
14.3.2总体设计
14.3.3模块介绍
14.4产品展示
14.5故障及问题分析
14.6元件清单
第15章多功能蓝牙小车项目设计
15.1项目背景
15.2创新描述
15.3功能及总体设计
15.3.1功能介绍
15.3.2总体设计
15.3.3模块介绍
15.4产品展示
15.5故障及问题分析
15.6元件清单
参考文献
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清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ) 节选

　　第3章　　机械臂控制图像识别项目设计　　第3章机械臂控制图像识别　　设计者：刘泽萱马铭阳　　3.1项目背景　　本章根据刘泽萱、马铭阳项目设计整理而成。　　机械臂是一类能够模仿人手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。**代机械臂能够按事先示教的位置和姿态重复地执行动作。目前，国际上使用的机械臂大多仍是这种工作方式。人脸肖像绘制机器人是当今的热点研究方向之一，基于机器视觉的技术在生产和生活等各个方面都有广泛的应用。本项目基于Arduino开发板，通过蓝牙控制摄像头，在后台对人脸进行艺术化处理。　　3.2创新描述　　外接摄像头搭载在可控的机械臂上，通过调节机械臂来调控摄像头朝向，以寻找*佳的取图角度。当找到合适角度后进行拍照并将照片存储在后台，进而识别程序可以自动识别图片中的人脸，并进行精确的器官识别，进行艺术化处理。　　与网上常见的处理方法相比，本项目的程序可以自动识别图片相关部分并进行处理，不需要额外的人为调控，节约了时间与人力成本。另外，处理后的彩图效果较为美观，对于边缘部分与细节的处理比较好。　　3.3功能及总体设计　　本作品主要分为三部分进行设计： 可自由调控的机械臂与摄像头； 图像采集程序； 人脸识别与图像处理程序。通过控制机械臂的转动可以调节摄像头角度； 图像采集程序可以通过摄像头进行拍照； 人脸识别与图像处理程序可以对已拍下的照片进行艺术化处理。搭载摄像头的机械臂可以在人工操控下调节方向，寻找一个合适的角度进行拍照； 图像采集程序可以实时显示摄像头拍摄的内容，以确定拍照时存储照片； 人脸识别与图像处理程序可以读取拍下的照片并对照片中的人脸进行识别，精确地分析并提取出人脸器官轮廓后进行预设的艺术化处理。　　3.3.1功能介绍　　人脸识别与图像处理程序可以读取预定目录中的图片，并识别图片中的人脸。当图中有人脸时，程序可以继续运行并精确地识别出图中的左眼、右眼、鼻子与嘴巴。在识别完五官后，可以按照设定的方法对图片进行处理并输出处理好的图片。　　3.3.2总体设计　　要实现上述功能需要将作品分成输入与处理两部分进行设计。输入部分选用基于Arduino开发板可自由转动的机械臂搭载USB摄像头进行图像采集； 处理部分由基于OpenCV的库文件完成。　　1. 整体框架图　　项目整体框图如图31所示。　　图31整体框架图　　2. 系统流程图　　系统流程图如图32所示。　　图32系统流程图　　3. 总电路图　　系统总电路图如图33所示。　　图33总电路图　　扩展板与Arduino开发板直接连接，底部旋转舵机连接扩展板的9引脚，右边舵机接5引脚，　　左边舵机接6引脚。蓝牙模块的T、R、G和V 4个引脚直接与扩展板对应的引脚相连。　　3.3.3模块介绍　　本项目包括机械臂模块，图像采集模块、人脸识别模块、图像预处理模块和添加文字模块。下面对各模块的功能和相关代码进行介绍。　　1. 机械臂模块　　1) 功能介绍　　通过编程和Arduino开发板的控制,完成对USB摄像头的蓝牙控制，为获取不同角度的照片，提供角度的旋转等功能。可通过手机控制机械臂转动，由蓝牙进行通信。安装APP ServoControl，打开APP后，选取HC06蓝牙编号，实现手机与舵机的连接，手机操控界面如图34所示，通过拖动滑块可调节舵机角度。　　图34舵机控制界面　　2) 相关代码　　#include"CommProtocolData.h"//通信协议　　BYTE buf_len = 0;　　BYTE buffer［10］;　　void PrintChar(BYTE c)　　{　　Serial.print(c);　　}　　void copyBuf(BYTE *data)　　{　　for (int i = 0; i　　{　　data［i］ = buffer［i］;　　}　　//写入二进制数据(data,buf_len)到串口　　}　　void InitComm(int Baud)　　{　　Serial.begin(Baud);　　}　　BYTE GetBuffer(BYTE *data)　　{　　while (Serial.available())　　{　　buffer［buf_len］ = Serial.read();　　//串口输出数据函数，写二进制数据到串口　　buf_len++;　　}　　return buf_len;　　}　　BYTE GetFrameDataPart(BYTE *data)　　{　　//串口输出数据函数，写二进制数据到串口　　GetBuffer(data);　　if ((buf_len >= 8) && (buffer［buf_len - 1］ == 0X0A))　　{　　copyBuf(data);　　for (int i = 6; i　　{　　if (data［i］ == 0X0D)　　{　　data［9］ = i;　　break;　　}　　}　　data［1］ -= '0';　　data［3］ -= '0';　　data［4］ -= '0';　　data［5］ -= '0';　　if (data［9］ == 7)　　{　　data［6］ -= '0';　　}　　buf_len = 0;　　return 1;　　}　　else　　{　　return 0;　　}　　}　　void ClearBuffer()　　{　　buf_len = 0;　　}　　#include"def.h"　　#include　　#ifndef MEM_H_　　#defineMEM_H_　　#defineMEM_LEN 512　　#defineMEM_START 0x10　　#defineMEM_ENDMEM_LEN　　BYTE Write_section(uint16_t addr, BYTE *buf, BYTE len); //设定舵机旋转角度　　BYTE Read_section(uint16_t addr, BYTE *buf, BYTE len); //读取舵机旋转角度　　BYTE Save_toE2PROM(Servo_info* pInfo); //保存舵机的旋转模式　　BYTE Read_fromE2PROM(Servo_info* pInfo); //读取保存舵机的旋转模式　　BYTE Write_section(uint16_t addr, BYTE *buf, BYTE len) //设定舵机旋转角度　　……

清华开发者书库ARDUINO案例实战(卷Ⅷ) 作者简介

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面的著作。

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