Arduino創意產品編程與開發

本書是在總結創新創業教育、學科競賽及教學科研成果的基礎上編寫而成的。全書共8章，第1～3章作為Arduino開發的基礎，主要介紹Arduino概述、開發板、通用元器件及其相關編程語言；第4章介紹輸出的案例，通過不同的案例學習LED的控制方法及軟硬件設計；第5章介紹輸入的案例，以此學習各種類型傳感器的使用；第6章介紹較大功率元器件的案例，以此瞭解控制各種電動機的方法；第7章介紹各種創新項目、學科競賽中廣泛使用的圖形圖像識別、處理的知識與案例；第8章通過一個綜合性案例——智能物流機器人小車的設計與製作來學習綜合項目的軟硬件開發。本書配有模擬動畫、電子課件、示例程序源文件等資源，讀者可登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）下載或掃描二維碼觀看。本書可作為應用型本科和高職高專院校機械設計製造及其自動化、電子信息工程、機器人工程、電腦科學與技術等專業的教材或者各學校創新創業教育相關教材，也可作為學生參加機器人創新大賽、工程實踐與創新大賽、物理創新競賽、機械設計大賽、挑戰杯科技作品競賽等的指導性教材。

何洋
浙江農林大學教務部副主任。曾主持2018年浙江省"十三五”省級教學改革項目、浙江省自然科學基金項目、浙江省一流本科課程"數控加工技術”。講授"Arduino技術開發”課程多年，自2017年開始指導學生參與以Arduino為平台的一類科技競賽，獲省級獎項11項，其中一等獎3項；指導學生授權發明專利2項，實用新型專利5項。2020年出版《新編機器人學教程》。

第1章Arduino概述 1
1.1 Arduino簡介 1
1.2 Arduino由來 3
1.3 選用Arduino作為開發平台的優勢 4
1.4 安裝Arduino IDE軟件 4
1.5 加載第一個Arduino程序——Blink 7
1.6 本章函數小結 10
練習 10

第2章Arduino開發板、通用元器件及其開發環境 11
2.1 Arduino開發板 11
2.1.1 Arduino Uno開發板 11
2.1.2 Arduino Mega2560開發板 13
2.1.3 Arduino Nano開發板 14
2.1.4 Arduino Leonardo開發板 14
2.1.5 Arduino Micro開發板 15
2.1.6 Arduino Due開發板 15
2.1.7 Arduino開發板的選擇 16
2.2 Arduino擴展板 16
2.2.1 Arduino Uno擴展板 16
2.2.2 Arduino Mega2560擴展板 17
2.3 Arduino通用元器件簡介 19
2.3.1 常用電子元器件 19
2.3.2 麵包板與杜邦線 21
2.4 Arduino開發環境 22
2.4.1 Arduino IDE簡介 22
2.4.2 Arduino 圖形編程開發環境 24
2.4.3 Fritzing電路圖製作軟件簡介 25
2.4.4 Autodesk TinkerCAD仿真平台簡介 27
練習 28

第3章Arduino編程語言基礎 29
3.1 Arduino語言及其程序結構 29
3.1.1 Arduino語言 29
3.1.2 Arduino程序結構 29
3.2 Arduino C語言程序基礎 30
3.2.1 常量與變量 30
3.2.2 運算符 34
3.2.3 表達式和語句 34
3.2.4 函數 35
3.2.5 控制結構 36
3.3 Arduino基本函數 44
練習 48

第4章LED的控制 49
4.1 點亮LED 49
4.1.1 硬件設計 49
4.1.2 代碼實現 51
4.1.3 代碼解析 52
4.2 按鍵控制LED 54
4.2.1 硬件設計 54
4.2.2 代碼實現 56
4.2.3 代碼解析 56
4.3 “會呼吸”的LED 57
4.3.1 硬件設計 58
4.3.2 代碼實現 59
4.3.3 代碼解析 59
4.4 可調光的LED 60
4.4.1 硬件設計 60
4.4.2 代碼實現 61
4.4.3 代碼解析 61
4.5 交通燈 62
4.5.1 硬件設計 62
4.5.2 代碼實現 63
4.5.3 代碼解析 64
4.6 交互式交通燈 66
4.6.1 硬件設計 66
4.6.2 代碼實現 67
4.6.3 代碼解析 68
4.7 LED數碼管的使用 74
4.7.1 硬件設計 74
4.7.2 代碼實現 75
4.7.3 代碼解析 76
4.8 本章函數小結 78
練習 80

第5章Arduino常見傳感器應用 81
5.1 光控燈與光敏電阻 81
5.1.1 硬件設計 81
5.1.2 代碼實現 83
5.1.3 代碼解析 84
5.2 簡單的顏色識別與灰度傳感器 85
5.2.1 硬件設計 85
5.2.2 代碼實現 86
5.2.3 代碼解析 87
5.3 距離檢測與紅外測距傳感器 89
5.3.1 硬件設計 89
5.3.2 代碼實現 91
5.3.3 代碼解析 93
5.4 距離檢測與超聲測距傳感器 93
5.4.1 硬件設計 93
5.4.2 代碼實現 95
5.4.3 代碼解析 96
5.5 酒精檢測報警器與MQ-3酒精濃度傳感器 97
5.5.1 硬件設計 97
5.5.2 代碼實現 99
5.5.3 代碼解析 100
5.6 溫濕度計與DHT11數字溫濕度傳感器 101
5.6.1 硬件設計 101
5.6.2 代碼實現 105
5.6.3 代碼解析 106
5.7 角運動測量儀與單軸陀螺儀傳感器 108
5.7.1 硬件設計 108
5.7.2 代碼實現 110
5.7.3 代碼解析 111
5.8 本章函數小結 112
練習 115

第6章Arduino驅動電動機 116
6.1 直流電動機驅動 116
6.1.1 直流電動機驅動的基本原理 116
6.1.2 MOS管或三極管驅動直流電動機 119
6.1.3 L298N驅動直流電動機 120
6.1.4 TB6612FNG驅動直流電動機 124
6.2 步進電動機驅動 128
6.2.1 步進電動機驅動原理 128
6.2.2 ULN2003驅動步進電動機 128
6.2.3 A4988驅動步進電動機 130
6.3 舵機驅動 133
6.3.1 Arduino引腳直接驅動舵機 133
6.3.2 幻爾科技LSC-16舵機控制板驅動舵機 135
6.3.3 PCA9685舵機控制板控制舵機 138
練習 142

第7章圖形圖像處理模塊 143
7.1 圖像的基本知識 143
7.1.1 圖像的存儲形式 143
7.1.2 圖像的顏色模型 146
7.2 OpenMV及其視覺模塊 148
7.2.1 OpenMV概述 148
7.2.2 硬件設置 152
7.2.3 OpenMV IDE概述 153
7.2.4 腳本結構 159
7.2.5 I/O教程 160
7.2.6 OpenMV 顏色識別實例 161
7.2.7 OpenMV 形狀識別實例 164
7.2.8 二維碼與條形碼識別實例 169
7.2.9 OpenMV與Arduino通信 173
7.3 基於樹莓派+OpenCV計算機視覺庫的圖像識別 177
7.3.1 樹莓派簡介 177
7.3.2 樹莓派OpenCV環境配置 179
7.3.3 OpenCV-Python圖像處理基本操作 181
7.3.4 OpenCV-Python形狀識別編程實例 184
7.3.5 OpenCV-Python顏色形狀識別測量綜合編程實例 188

第8章智能物流機器人小車的設計與製作 193
8.1 智能物流機器人小車的設計要求 193
8.1.1 智能物流機器人小車的運行場地 193
8.1.2 物料識別與搬運任務要求 195
8.2 總體方案設計 196
8.2.1 系統模塊組成 196
8.2.2 控制系統設計思路 196
8.3 機械結構設計 198
8.3.1 車體設計 198
8.3.2 機械臂設計 199
8.4 電動機驅動電路 199
8.5 機器人小車巡線系統設計 200
8.6 機械臂控制系統 208
8.7 圖形圖像處理模塊 210
練習 212