Practical Arduino Engineering

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出版者:Apress
作者:Harold Timmis
出品人:
页数:328
译者:
出版时间:2011-11-9
价格:USD 49.99
装帧:Paperback
isbn号码:9781430238850
丛书系列:
图书标签:
  • 电子
  • arduino
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  • 工程
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具体描述

Arduino boards have impressed both hackers and professional engineers. Whether you're a hobbyist or a professional, it isn't just a breadboard and a hazy idea that keeps you going. It's essential to institute a proper design, device instrumentation and, indeed, test your project thoroughly before committing to a particular prototype. Practical Arduino Engineering begins by outlining the engineering process, from the basic requirements and preliminary design to prototyping and testing. Each and every chapter exemplifies this process and demonstrates how you can profit from the implementation solid engineering principles--regardless of whether you just play in your basement or you want to publicize and sell your devices. Arduino is a brilliant prototyping platform that allows users to test and iterate design ideas. Imitation by other Arduino makers, hackers and engineers often proves your design's popularity. Practical Arduino Engineering will teach you to follow the engineering process carefully; over time, you will be able to review and improve this process, and even extend its scope. Practical Arduino Engineering is not purely theoretical. In addition, you'll learn the process of hardware engineering as applicable to Arduino projects, and the importance of the process in each and every project presented in this book. To set the stage, Practical Arduino Engineering begins by reviewing the Arduino software landscape, then shows how to set up an Arduino project for testing. Even if you already know your compiler toolchain and the basics of Arduino programming, this refresher course can help fill in the gaps and explain why your compiler may spit out certain error messages. Practical Arduino Engineering then gradually builds up the engineering process, from single devices like LCDs, potentiometers and GPS modules, to the integration of several modules into larger projects, such as a wireless temperature measurement system, and ultimately an entire robot. The engineering projects become progressively more challenging throughout the first 4 engineering chapters. Next, you'll proceed with simple steps towards the first intelligent part of a robot: the object detector. You'll find yourself teaching your robot how to avoid very hot objects or insurmountable obstacles. The basic design requirements for a complete robot and, indeed, the detailed design and prototyping for robots can be extremely tricky, which is why engineering discipline is invaluable. Practical Arduino Engineering then enters the world of domestic engineering by introducing home alarm systems--not quite as simple as they seem. A solid, robust system can only be built by following the engineering process detailed in previous chapters, and this section reinforces that process. You'll then take a step further in your Arduino engineering process: instrumentation and control, and some error messaging using GSM. Control is introduced via the Xbox controller, a very powerful piece of technology able to play a considerable role in robotics projects. Having already learned to control motion and to sense and avoid objects, you'll learn how to debug your Arduino projects of varying complexities via the hardware instrumentation software LabVIEW. To complete the journey into Practical Arduino Engineering, you'll discover how to use a special Arduino board to rely on Bluetooth Mate Silver for control of domestic and mobile Arduino projects. Using Bluetooth Mate Silver, you'll learn to implement basic engineering design with almost any Arduino project, and be able to justify, build, debug, and extend Arduino-based designs using a solid engineering approach. Please note: the print version of this title is black & white; the eBook is full color. What you'll learn * Practical engineering principles: from collecting requirements onwards * To instrument Arduino hardware for debugging * To build stationary Arduino home projects with varying degrees of complexity * To construct Arduino-based robots and vary your design until an optimal solution is reached * To add instrumentation software to the hardware design process * How to move from being a good hacker to being a solid engineer Who this book is for This book is geared toward engineers and makers used to a rigorous approach to hardware hacking, Arduino hackers aiming to get to the next level, and Arduino hackers interested in instrumenting their projects using Arduino and other software. Table of Contents * The Process of Arduino Engineering * An Arduino Software Review * Controlling Robot Motion with a Potentiometer * Adding an LCD to the Robot * Engineering a GPS Module for the Robot * Home Engineering I: Temperature Sensors * Object Detection for the Robot * Home Engineering II: Alarm System Using Arduino * Integrating GSM Technology with the Robot * Xbox Controller and the LabVIEW Process * Controlling Your Robot: Bluetooth Arduino

《实践Arduino工程》:开启您的创客之旅 您是否对电子世界的奇妙充满好奇,渴望亲手创造属于自己的智能设备?您是否曾构思一个绝妙的点子,却苦于缺乏实现它的技术支持?《实践Arduino工程》正是为您量身打造的入门与进阶指南,它将引领您踏入一个充满无限可能性的创造领域。 本书并非枯燥的技术手册,而是以实操为核心,以项目为驱动,将复杂的电子工程知识转化为生动有趣的实践体验。我们将从零开始,为您系统梳理Arduino这个开源硬件平台的精髓,让您快速掌握其核心概念和编程技巧。无论您是拥有丰富编程经验的开发者,还是刚刚接触电子技术的初学者,都能在这本书中找到适合自己的学习路径。 核心内容概览: Arduino基础入门: 我们将从最基础的Arduino硬件平台介绍开始,包括不同型号的Arduino板卡(如UNO、Mega、Nano等)的特点与选择,以及常用的输入输出设备(如LED、按键、传感器、电机等)的连接与控制。您将学习到Arduino IDE的安装与使用,熟悉C/C++语言在Arduino环境下的基础语法,包括变量、数据类型、运算符、控制流语句(if-else, for, while)、函数等,为后续的项目开发打下坚实的基础。 传感器与数据采集: 传感器是Arduino的“眼睛”和“耳朵”,让您的项目能够感知周围的世界。本书将深入讲解各类常用传感器的原理与应用,包括: 环境传感器: 温度传感器(如DS18B20, DHT11/22)、湿度传感器、光线传感器(LDR)、压力传感器等,让您的项目能够监测和响应环境变化。 运动与距离传感器: PIR人体红外感应器、超声波测距传感器(HC-SR04)、陀螺仪与加速度计(MPU6050)等,实现对物体运动的检测与定位。 输入设备: 按钮、摇杆、电位器、触摸传感器等,为您的项目提供多样化的交互方式。 数据采集与处理: 您将学习如何读取传感器数据,进行数据滤波、校准和处理,将其转化为有意义的信息,为做出决策提供依据。 执行器与运动控制: 了解了如何感知世界,下一步就是如何与世界互动。《实践Arduino工程》将带您深入探索各类执行器,赋予您的项目行动能力: LED与显示: 不仅是简单的点亮,还将学习如何通过PWM(脉冲宽度调制)实现LED的亮度调节,以及如何驱动数码管、LCD液晶显示屏、OLED显示屏等,进行信息的直观展示。 电机控制: 直流电机、步进电机、伺服电机是实现运动的关键。您将学习如何使用电机驱动模块(如L298N)控制电机的转速、方向,以及如何精确控制伺服电机的角度,实现机械臂、小车等运动平台的搭建。 蜂鸣器与声音: 通过蜂鸣器发出提示音或简单的音乐,为您的项目增加听觉反馈。 通信协议与互联: 现代智能设备离不开通信。《实践Arduino工程》将为您揭示Arduino的通信奥秘: 串行通信(Serial): Arduino与电脑之间最基础的通信方式,用于调试和数据传输。 I2C协议: 一种用于连接多个设备的总线协议,广泛应用于传感器和外围设备之间。 SPI协议: 另一种高效的总线协议,常用于高速数据传输。 无线通信: 学习使用NRF24L01、ESP8266/ESP32模块实现蓝牙、Wi-Fi通信,构建智能家居、远程控制系统。 项目实战: 本书的核心价值在于丰富的项目实践。我们将从入门级的“LED闪烁”开始,逐步引导您完成一系列具有挑战性但又充满成就感的项目: 智能小车: 集成传感器、电机控制,实现自主避障、循迹等功能。 温湿度监测与报警系统: 利用传感器实时监测环境数据,并通过网络或短信进行报警。 智能灯光控制: 通过光线传感器、人体感应器、网络远程控制,实现自动调节和个性化设置。 DIY机器人手臂: 利用伺服电机和精密的控制,实现简单的抓取和操作。 交互式艺术装置: 结合传感器和执行器,创造富有创意和互动性的艺术作品。 互联网+项目: 将您的Arduino项目连接到互联网,实现远程数据查看、控制和云平台交互。 进阶主题与工程实践: 在掌握了基础知识和完成典型项目后,本书还将触及一些进阶主题,帮助您从“创客”迈向“工程师”: 嵌入式系统设计原则: 学习如何进行模块化设计,优化代码结构,提高系统的稳定性和可维护性。 低功耗设计: 了解如何优化电源管理,延长电池供电时间,适用于电池供电的便携式设备。 PCB设计入门: 简单介绍如何设计定制的Arduino扩展板,实现更紧凑和专业化的解决方案。 故障排除与调试技巧: 掌握系统性的调试方法,快速定位和解决项目开发中遇到的问题。 为何选择《实践Arduino工程》? 由浅入深,结构清晰: 本书内容循序渐进,从基础概念到复杂项目,逻辑严谨,易于理解和学习。 理论与实践相结合: 每一章节都配有丰富的代码示例和硬件连接图,让您能够边学边做,巩固知识。 项目驱动,学以致用: 通过完成一系列真实世界的项目,您不仅能掌握技术,更能体验到创造的乐趣和成就感。 面向未来,技能拓展: 本书内容涵盖了当前热门的物联网、嵌入式开发等领域,为您的未来职业发展打下坚实基础。 社区支持与资源共享: Arduino拥有庞大的开源社区,本书将引导您如何利用这些资源,与其他创客交流学习,共同进步。 无论您是想为您的学习或工作增添一项实用技能,还是想将脑海中的奇思妙想变为触手可及的现实,《实践Arduino工程》都将是您不可或缺的伙伴。准备好迎接一场激动人心的工程冒险了吗?让我们一起,用Arduino点亮创造的火花!

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用户评价

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如果用一句话来概括我的阅读体验,那就是“颠覆性重塑了我对‘工程’的理解”。这本书并不是教你如何‘玩转’Arduino,而是教你如何像一个真正的嵌入式工程师那样去‘构建’一个可靠、可维护、可扩展的系统。我过去总觉得Arduino只是一个很“玩具化”的平台,但读完这本书后,我明白了只要运用正确的工程原则,它完全可以支撑起相当复杂的任务。书中对于错误处理和异常恢复机制的探讨尤其深刻,它不像其他书只是简单地加一个`if`语句就完事了,而是详细论述了看门狗定时器(WDT)在确保系统鲁棒性中的作用,以及如何设计优雅的故障上报机制。这种对系统可靠性的执着追求,是这本书与其他同类书籍拉开档次的关键。它不仅仅是关于代码和电路,它更像是一本关于“构建质量”的哲学书,强烈推荐给所有打算从“创客”迈向“工程师”的实践者。

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这本书的配套资源和实验设置部分,体现了作者极高的职业素养。很多技术书籍在配套方面往往草草了事,但这本书的附录部分做得堪称典范。它不仅提供了所有示例代码的Git仓库链接,而且还附带了一个非常详细的物料清单(BOM),精确到每一个电阻的封装和功率等级,甚至给出了几个可靠的供应商参考。更令人印象深刻的是,书中描述的几个大型项目——比如一个基于CAN总线的工业监控单元——的PCB设计文件是开放的,我甚至可以对照着学习布局布线的心得。这对于那些想把自己的作品推向实际应用的读者来说,提供了巨大的便利。我尝试着按照书中的指导搭建了一个中等复杂度的传感器阵列,整个过程的顺畅程度让我惊叹。作者似乎预见到了读者在搭建过程中可能遇到的所有常见错误——从面包板接触不良到软件库的版本冲突,都在后续的“故障排除与优化”环节中被提前预警和解决了。这使得整个学习过程的挫败感被降到了最低,完全可以专注于学习核心逻辑。

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这本书的语言风格,说实话,一开始让我有些“紧张”。它不像市面上很多Arduino书籍那样,用一种非常口语化、甚至有点卖萌的语气来降低读者的门槛。恰恰相反,它的措辞非常精准、严谨,充满了工程文档的专业气息。举个例子,当它描述PID控制算法的实现时,几乎没有使用任何多余的形容词,直接就切入了数学模型和硬件接口的耦合点。这对于我这种目标明确、希望快速掌握工业级应用技巧的学习者来说,简直是太对胃口了。它不浪费时间在不必要的背景介绍上,而是直奔核心技术点。我最喜欢的部分是关于电源管理和电磁兼容性(EMC)那一章。很多初级读物会忽略这些“不那么酷”但却是决定项目能否商业化的关键环节,但这本书却花了大量的篇幅去探讨如何设计一个健壮的PCB布局,以及如何有效过滤噪声。读到这里,我真切地感受到作者不仅仅是一个业余爱好者,他绝对是带着解决真实世界问题的经验来撰写这本书的。读起来虽然需要一定的专注力,但每读完一页,都会有一种“我的知识体系又坚实了一块”的踏实感,这比读十本浮于表面的教程都有用。

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这本书的封面设计简洁有力,封面上那块标志性的Arduino Uno板子,带着一种工业设计的硬朗美感,一下子就抓住了我的眼球。我拿到书的时候,首先感受到的是它的重量——挺实在的,这通常意味着内容是扎实的,不是那种轻飘飘的入门速成读物。内页的排版非常清晰,代码块和电路图的对比度做得很好,即使在不太明亮的环境下阅读也不会感到吃力。而且,我注意到这本书的插图质量非常高,那些复杂的模块连接图,每一个焊点、每一条导线都画得一丝不苟,对于像我这种动手能力还处于“菜鸟”阶段的人来说,简直是救星。我尤其欣赏作者在介绍基础概念时所采用的类比手法,他没有直接抛出那些晦涩的术语,而是将它们融入到实际的工程案例中去解释,比如讲解定时器中断时,那个关于“工厂流水线调度”的比喻,让我瞬间就理解了它的核心逻辑。这本书的结构安排也很合理,它不是简单地罗列各个传感器的使用方法,而是围绕着几个大型的、具有实际应用价值的项目逐步深入,这种由浅入深的学习路径,极大地增强了我完成整个学习过程的信心。它给人的感觉就像是一位经验丰富的老工程师,耐心地坐在你旁边,手把手地教你如何将理论知识转化为可靠的产品原型。

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坦白讲,这本书的深度远超我的预期,它简直就像是一本面向准专业人士的参考手册,而不是一本面向初学者的指南。我原以为它会涵盖像“点亮一个LED”或者“读取一个按钮”这样基础到不能再基础的内容,但出乎意料的是,它几乎是从“如何选择合适的微控制器架构以满足特定功耗要求”这个层面开始的。特别是关于实时操作系统(RTOS)在嵌入式系统中的应用那一节,讲解得极其透彻,它没有停留在理论层面,而是详细对比了FreeRTOS和Zephyr在资源受限环境下的优劣,并给出了实际的移植和调试步骤。这种级别的深入探讨,在市面上流通的Arduino相关书籍中是极为罕见的。我甚至发现,书中引用的很多技术细节,我都需要回溯去查阅更底层的Datasheet才能完全理解,这迫使我不仅仅是会用Arduino库函数,而是真正开始去理解底层硬件是如何响应我的指令的。这本书更像是一个引路人,它不会把所有答案都喂给你,而是告诉你如何通过严谨的工程思维去推导出这些答案,极大地提升了我解决未知问题的能力。

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