单片机控制项目训练教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:330

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出版时间:2010-3

价格:27.30元

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isbn号码:9787040287424

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• C语言
• 项目实战
• 电子制作
• DIY
• Arduino
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• 51单片机
• 教程

机械之魂：嵌入式系统实战探索 本书是一本面向对机械原理与现代控制技术感兴趣的读者的实战训练教程。它将带领读者深入探究嵌入式系统在驱动和控制复杂机械结构方面的强大能力，从基础的传感器数据采集到精密的电机驱动与反馈调控，全面揭示机械之魂的奥秘。 内容梗概： 全书分为四大模块，循序渐进地构建起读者对嵌入式系统控制机械项目的理解和实践能力。 第一部分：感知世界——传感器与数据采集 本部分旨在建立读者对如何让嵌入式系统“看”、“听”、“触”世界的认知。我们将从最基础的模拟和数字信号入手，讲解不同类型传感器的基本原理、选型原则以及连接方式。 电阻式传感器： 深入剖析电位器、应变片、温度传感器（如NTC/PTC）的工作机制，以及如何通过分压电路、Wheatstone电桥等基本电路进行信号调理，并利用单片机的ADC（模数转换器）将其转化为可识别的数字信号。将通过实际案例，如角度测量、力感应、温度监测等，演示如何获取准确可靠的传感器数据。 电容式传感器： 介绍电容式触摸传感器、液位传感器的工作原理，以及电容变化如何被检测和量化。读者将学习如何设计简单的电容传感电路，并理解其在无接触测量和用户交互中的应用。 光学传感器： 探索红外传感器（如接近传感器、对射传感器）、光敏电阻、光电耦合器等光学器件。学习如何利用它们进行物体检测、距离测量、光强度监测，并了解光电耦合器在隔离和信号传输中的关键作用。 声学传感器： 讲解超声波传感器的工作原理，包括发射和接收超声波脉冲，以及通过测量回波时间来计算距离。读者将学习如何实现超声波测距功能，并将其应用于避障、液位测量等场景。 惯性测量单元（IMU）： 深入理解加速度计和陀螺仪的工作原理，学习如何将它们集成到嵌入式系统中，并获取物体的加速度、角速度等信息。将介绍如何进行简单的姿态解算，理解卡尔曼滤波等高级算法在提高测量精度中的作用（虽不深入讲解算法细节，但会展示其应用效果）。 数据采集与预处理： 强调采样频率、量化误差、噪声过滤等关键概念。读者将学习如何根据实际需求选择合适的采样策略，并掌握一些基本的数字滤波技术（如移动平均滤波、中值滤波），以提升传感器数据的质量。 第二部分：驱动力量——电机控制与执行 本部分聚焦于如何让嵌入式系统“动起来”，控制各种电机实现精确的运动。我们将从直流电机入手，逐步深入到更复杂的步进电机和伺服电机。 直流电机控制： 详细讲解直流电机的基本工作原理、反电动势等概念。介绍PWM（脉冲宽度调制）技术在调速中的应用，以及如何使用H桥电路实现直流电机的正反转和刹车。读者将学习如何通过调节PWM占空比来控制电机的转速。 步进电机控制： 阐述步进电机的相原理、驱动方式（全步、半步、微步）以及驱动器的工作模式。读者将学习如何连接步进电机驱动器，并通过编程发送步进指令来控制电机的旋转角度和速度，实现精密的定位。 伺服电机控制： 讲解伺服电机与普通电机的主要区别，重点介绍其反馈控制机制（如PID控制）在位置和速度控制中的应用。读者将学习如何通过PWM信号控制伺服电机的角度，并了解其在机器人手臂、云台等精密运动场景中的优势。 电机驱动电路设计： 提供不同功率需求的电机驱动电路设计指导，包括功率器件（MOSFET、IGBT）的选择、保护电路的设计（如续流二极管、过流保护）以及散热问题。 闭环控制基础： 引入闭环控制的概念，强调反馈在电机控制中的重要性。将通过简单的反馈回路，例如使用编码器或电位器作为位置反馈，讲解如何实现恒定速度或恒定位置的控制。 第三部分：智慧决策——逻辑控制与算法实现 本部分将引导读者将传感器数据转化为有意义的控制指令，实现智能化的机械运动。 状态机设计： 讲解状态机的概念和设计方法，以及如何用状态机来管理和组织复杂的控制逻辑，确保系统按照预期的顺序和条件进行动作。 PID控制器原理与应用： 深入浅出地讲解PID（比例-积分-微分）控制器的核心思想、参数调整方法（如手动整定法、 Ziegler-Nichols方法）以及在电机速度、位置控制中的实际应用。读者将学习如何通过调整PID参数来优化系统的响应速度、稳定性和精度。 运动规划与轨迹生成： 介绍简单的运动规划思路，例如匀速直线运动、匀加速直线运动的轨迹生成。学习如何根据预设的目标点和运动要求，计算出电机所需的转速或步进序列。 简单决策算法： 探讨基于传感器数据的简单决策算法，例如根据距离传感器判断是否需要避障，根据光照传感器控制灯光亮度等。 中断与定时器： 详细讲解中断机制在响应外部事件（如按钮按下、传感器触发）和定时器在周期性任务执行（如PWM生成、数据采样）中的重要性，以及如何合理地使用它们来提高系统的实时性和效率。 第四部分：集成项目实战 本部分将前面所学知识融会贯通，通过若干个综合性的项目，让读者在实践中巩固和提升技能。 智能避障小车： 集成超声波传感器、直流电机、电机驱动模块，实现小车在遇到障碍物时自动改变方向和规避。 自动跟随机器人： 利用红外传感器或视觉传感器（如简单的颜色识别），使机器人能够追踪特定目标。 精密轨迹控制平台： 使用步进电机或伺服电机，结合编码器反馈，实现二维或三维空间的精确运动轨迹控制，例如模拟激光雕刻机的工作过程。 环境监测与反馈系统： 结合温度、湿度、光照等传感器，根据环境参数自动调整风扇转速、LED亮度或触发报警。 学习目标： 通过本书的学习，读者将能够： 1. 理解嵌入式系统与机械控制的基本原理。 2. 熟练掌握不同类型传感器的连接、数据采集与处理方法。 3. 深入理解直流电机、步进电机、伺服电机的控制原理和驱动方式。 4. 学会设计和实现基本的电机控制电路。 5. 掌握PID等常用控制算法的原理和应用。 6. 具备独立设计和实现小型嵌入式机械控制项目的能力。 本书强调动手实践，每一章都配有详细的实验步骤和代码示例，旨在帮助读者将理论知识转化为实际技能。无论您是学生、业余爱好者还是希望将嵌入式技术应用于机械领域的工程师，本书都将是您探索机械控制世界的理想伙伴。

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