单片机应用系统开发综合实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:张萌

出品人:

页数:477

译者:

出版时间:2007-7

价格:42.00元

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isbn号码:9787302154587

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智能家居系统的设计与实现 内容提要 本书全面深入地介绍了如何构建一个功能完善、安全可靠的现代智能家居系统。从系统架构的顶层设计到核心硬件平台的选型与搭建，再到各个关键子系统的软件算法实现与系统集成，本书提供了详尽的理论指导和大量的实战案例。内容涵盖了物联网（IoT）通信协议的选择与优化、嵌入式设备的安全机制设计、基于云计算的数据存储与远程控制架构，以及用户友好的移动端与Web端应用开发。特别强调了系统在实际部署中面临的功耗优化、实时性保证和隐私数据保护等工程化难题的解决策略。 第一部分：智能家居系统基础与架构设计 第一章：智能家居系统的概念、发展历程与技术栈 本章首先界定了智能家居的核心概念，探讨了从早期自动化系统到当前万物互联的智能家居的演进脉络。深入分析了当前市场上的主流技术标准，如Wi-Fi、Zigbee、蓝牙Mesh以及新兴的Thread协议的优缺点及其在不同场景下的适用性。 1.1 智能家居的定义与核心价值： 探讨居住环境智能化带来的舒适性、能源效率和安全性提升。 1.2 关键技术栈梳理： 详细对比分析了传感器技术、微控制器选型（如高性能ARM Cortex-M系列与低功耗ESP32系列）、网络通信模块和云服务平台的集成需求。 1.3 系统架构模型： 介绍并对比了三种主流的架构模型：中心化（Hub-based）、去中心化（Peer-to-Peer）和混合式架构。重点剖析了如何基于实际项目需求（如响应速度、设备数量、离线能力）来选择最优的架构。 第二章：嵌入式硬件平台选型与基础固件开发环境搭建 本章侧重于智能家居系统中“端”的构建。指导读者如何根据具体功能需求（如高精度数据采集、复杂图像处理或简单开关控制）选择合适的微控制器（MCU/MPU）。 2.1 微控制器选型策略： 针对功耗、处理能力、内存和外设接口的全面对比。 2.2 嵌入式开发环境的搭建： 详细介绍基于FreeRTOS或Zephyr等实时操作系统的开发流程，包括交叉编译工具链的配置和底层驱动程序的编写基础。 2.3 低功耗设计基础： 探讨睡眠模式（Sleep Modes）、唤醒源管理和电源管理单元（PMU）的配置，为电池供电设备的长期续航提供技术支撑。 第二部分：核心通信机制与网络协议实现 第三章：物联网通信协议的深入应用 本章是构建智能家居系统的关键，专注于数据如何在设备、网关和云端之间可靠传输。 3.1 MQTT协议的实战部署： 详细解析MQTT的QoS等级、主题（Topic）结构设计和遗嘱消息（Last Will and Testament）的应用，确保消息的可靠投递。 3.2 CoAP与HTTP/2的比较： 讨论在资源受限设备上CoAP的应用优势，以及在需要更高带宽和更强安全性的场景下HTTP/2的优化潜力。 3.3 局域网通信技术： 深入讲解Zigbee网络拓扑的建立、路由机制的维护，以及如何通过本地网关实现局域网内的设备发现与控制，降低对外部网络的依赖。 第四章：网络安全与设备身份认证 在物联网环境中，安全是不可妥协的首要任务。本章聚焦于如何保护设备免受未授权访问和数据窃听。 4.1 传输层安全（TLS/SSL）： 讲解如何在资源受限的MCU上实现轻量级的TLS握手，以及证书的管理与验证。 4.2 设备身份认证机制： 探讨基于公钥基础设施（PKI）的设备身份证明，以及OAuth 2.0在API访问控制中的应用。 4.3 安全固件更新（OTA）： 设计一个安全的空中下载（OTA）机制，确保固件更新包的完整性校验和加密传输，防止恶意代码注入。 第三部分：关键子系统的软硬件集成与算法实现 第五章：环境监测与数据采集子系统 本章详细介绍了温度、湿度、空气质量（如PM2.5、VOCs）等传感器的选型、校准和数据预处理技术。 5.1 传感器接口设计： 重点讲解I2C、SPI和模拟/数字转换（ADC）的精确读取方法，以及如何处理传感器信号的噪声。 5.2 数据融合与滤波算法： 介绍卡尔曼滤波（Kalman Filter）和移动平均滤波在消除环境噪声、提高数据准确性中的应用。 5.3 阈值警报系统的实现： 基于实时数据流，设计低延迟的本地警报触发逻辑，实现快速响应。 第六章：智能照明与能源管理模块 本章侧重于实现高效、人性化的光照控制和能源消耗的可视化管理。 6.1 智能调光与色温控制： 讲解PWM调光技术的原理和如何通过闭环控制实现平滑的亮度过渡，以及RGBW灯珠的色彩管理算法。 6.2 能源计量芯片的接口与数据解析： 指导读者如何接入高精度电能计量芯片，解析其寄存器数据，实现家庭用电的实时计量。 6.3 场景模式的灵活配置： 设计一个用户自定义场景切换逻辑，确保设备状态在不同预设模式间平稳、快速地切换。 第七章：语音交互与本地边缘计算 探讨如何将复杂的人机交互功能从云端下沉到本地网关，以提高响应速度和保护用户隐私。 7.1 麦克风阵列与噪声抑制： 介绍远场语音采集的技术要求，以及波束形成（Beamforming）和回声消除（AEC）的基础实现思路。 7.2 边缘AI在语音识别中的应用： 简述如何部署轻量级的语音唤醒词模型和基础命令识别模型到嵌入式设备上。 7.3 本地指令解析器： 设计一个基于有限状态机（FSM）的本地指令解析器，用于处理脱网环境下的基本设备控制请求。 第四部分：系统集成、云服务与用户界面开发 第八章：云平台对接与数据可视化 本章指导读者如何选择和部署物联网云平台（如阿里云IoT、AWS IoT或自建MQTT Broker），并将设备数据安全高效地上报。 8.1 设备影子（Device Shadow）机制： 详细说明如何使用设备影子服务来实现状态同步和远程命令的持久化存储。 8.2 规则引擎与数据流转： 利用云端规则引擎（Rule Engine）对采集的数据进行初步处理、存储到时序数据库（如InfluxDB）或关系型数据库。 8.3 数据可视化界面设计： 介绍使用Node-RED或Grafana等工具，快速搭建设备状态仪表盘和历史数据趋势图。 第九章：移动端与Web端应用接口设计 本章关注用户如何通过手机或电脑远程控制和管理整个系统。 9.1 RESTful API与WebSocket设计： 定义清晰的设备控制API接口，并使用WebSocket实现云端到移动应用的实时状态推送。 9.2 用户权限与多用户管理： 实现基于角色的访问控制（RBAC），确保不同家庭成员拥有合理的设备操作权限。 9.3 离线与在线状态的切换处理： 客户端应用如何优雅地处理网络中断和恢复，确保用户操作的连续性。 第十章：系统测试、部署与长期维护 10.1 压力测试与可靠性验证： 介绍如何模拟大规模设备并发连接和数据洪流，测试系统的最大承载能力和稳定性。 10.2 现场部署与调试指南： 针对实际安装中可能遇到的射频干扰、网络穿透能力等问题提供实用的诊断和解决步骤。 10.3 固件版本管理与长期维护策略： 建立完善的设备日志记录系统和远程诊断工具，确保系统在多年运行中的安全性和可用性。 适用读者 本书适合具有一定C/C++编程基础，并希望深入理解和实践物联网（IoT）技术在智能家居领域应用的嵌入式工程师、电子设计专业学生以及系统集成技术人员。阅读本书后，读者将能够独立设计、开发、部署和维护一个具备复杂功能和高可靠性的现代智能家居系统。

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**评测四：** 对于我这样一个有着几年单片机开发经验的老鸟来说，《单片机应用系统开发综合实例》这本书依然带来了不少惊喜。我一直觉得，要衡量一本技术书籍的好坏，关键在于它能否教会读者“举一反三”的能力。这本书在这方面做得非常出色。它提供的“综合实例”并非那种一眼就能看穿的简单范例，而是蕴含着许多值得深入研究的设计思路和技术细节。以书中那个“嵌入式语音识别控制模块”为例，它不仅仅是简单地调用一个现成的语音识别库，而是深入讲解了如何进行声学信号的预处理、特征提取、以及如何将这些特征与单片机的处理能力相结合，实现本地化的简单语音指令识别。这让我意识到，即使是看似简单的功能，其背后也可能涉及到复杂的算法和精巧的设计。书中对不同类型单片机（如ARM Cortex-M系列）的特性分析以及如何根据项目需求选择合适的芯片，也让我受益匪浅。另外，对于一些高级的应用场景，比如实时操作系统（RTOS）在单片机上的应用，书中也给出了非常清晰的介绍和实例，这对于开发更复杂的嵌入式系统非常有帮助。读完这本书，我感觉自己对单片机的理解又上升了一个层次，也激发了我对一些前沿技术的兴趣。

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**评测二：** 说实话，我拿到《单片机应用系统开发综合实例》这本书的时候，心里其实是抱着一丝怀疑的。毕竟“综合实例”这四个字很容易让人联想到那些拼凑起来的、缺乏深度的小项目。《单片机应用系统开发综合实例》这本书，我只能说，我错了，而且错得离谱！这本书的实例设计是其最大的亮点，它提供了一系列非常有代表性的、能体现单片机在实际应用中价值的项目。我特别喜欢其中关于“低功耗无线数据传输模块”和“嵌入式Web服务器”的章节。前者对于物联网领域的应用非常有指导意义，书中详细讲解了如何选择合适的低功耗芯片、如何优化代码以达到极致的省电效果，以及如何处理通信协议的细节，这些都是在实际项目中经常会遇到的难题。后者则展示了单片机强大的扩展能力，能够搭建一个简单的Web服务器，实现远程监控和控制，这对于一些小型自动化设备或者数据展示非常有实用价值。作者在讲解每个实例时，都非常注重原理与实践的结合，理论知识点穿插在项目实现的各个环节，让人在动手实践的过程中不知不觉地掌握了相关的知识。更让我印象深刻的是，书中对一些“不那么光鲜”但至关重要的环节也进行了详细阐述，比如固件更新机制、错误处理与日志记录、以及如何进行单元测试和集成测试，这些细节往往是决定项目成败的关键。

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**评测三：** 如果你是那种需要“上手就用”的开发者，那么《单片机应用系统开发综合实例》这本书简直是为你量身定做的。我之前也看过不少关于单片机的书籍，但很多要么是理论过于抽象，要么就是实例过于零散，很难形成一个完整的开发思路。这本书最大的优点在于它的“综合”二字，它不仅仅是罗列了几个独立的例子，而是将不同的功能模块巧妙地整合在一起，构成了一个个具有实际应用价值的系统。例如，书中有一个“智能交通信号灯控制系统”的实例，它不仅仅是简单的定时器控制，还引入了红外传感器进行车辆检测，并根据检测到的车辆数量动态调整信号灯时长，甚至还可以与相邻路口的信号灯进行联动，实现交通流量的优化。这种将多种技术和算法融合在一起的实例，极大地拓展了我的视野，也让我看到了单片机在复杂系统中的潜力。而且，作者在讲解过程中，非常注重代码的规范性和可读性，大量的注释和清晰的逻辑结构，让我在理解代码的同时，也学到了很多良好的编程习惯。对于一些关键的硬件接口和通信协议，书中也提供了非常详尽的原理分析和接口调试技巧，让我能够快速上手，避免走弯路。

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**评测五：** 《单片机应用系统开发综合实例》这本书，简直是我近期在嵌入式开发领域最满意的一本参考书了。市面上很多关于单片机的书籍，要么过于陈旧，要么就是针对特定系列单片机的，而这本书的优点在于其内容的“综合性”和“前瞻性”。它覆盖了从基础的硬件接口、通信协议，到相对复杂的应用场景，比如物联网设备开发、人机交互设计，甚至是基础的嵌入式AI应用。我尤其对书中关于“智能传感器网络节点”的实例印象深刻，它详细讲解了如何将多个传感器（如温湿度、光照、空气质量）集成到一个节点中，并通过低功耗无线通信技术（如LoRa）将数据汇集起来。这对于构建大规模的监测系统非常有启发意义。作者在讲解过程中，不仅仅关注代码实现，更注重对整个系统架构的思考，比如如何进行模块化设计，如何保证系统的稳定性和可靠性，以及如何进行软件的升级和维护。书中对于一些调试技巧和故障排除方法的介绍，也非常到位，能够帮助读者快速定位和解决问题。总而言之，这本书是一本非常难得的、能够真正帮助读者提升实战能力的单片机开发指南，它为我打开了通往更广阔的嵌入式开发世界的大门。

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**评测一：** 这本《单片机应用系统开发综合实例》简直是我近期遇到的宝藏！作为一个对嵌入式开发充满好奇但又缺乏实操经验的初学者，我一直觉得市面上的书籍要么过于理论化，要么实例过于简单，难以触及实际项目的复杂性。然而，这本书的出现彻底改变了我的看法。它不像很多教材那样堆砌枯燥的术语和晦涩的公式，而是从最基础的单片机原理讲起，循序渐进地引入了各种核心概念。最让我惊喜的是，书中提供的那些“综合实例”真的名副其实！不再是简单的LED闪烁或按键识别，而是涉及到了更贴近实际应用场景的系统，比如智能家居控制器、工业数据采集模块、甚至是简单的机器人控制。每个实例都配有详细的硬件设计图、PCB布局参考、以及完整的C语言源代码。作者在讲解过程中，没有回避实际开发中会遇到的各种坑，例如时序问题、功耗优化、不同传感器接口的调试方法等等，都给出了非常实用的解决方案和经验分享。更重要的是，它不仅仅是教你如何“照着做”，更是在引导你理解“为什么这么做”，培养解决问题的能力。读完这本书，我感觉自己对单片机开发的整体脉络有了清晰的认识，也敢于去尝试设计和实现自己的小项目了，这种成就感是无与伦比的。

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