Arduino编程从入门到进阶实战

这本书笔者想从灯的话题说起。回忆一个现实中常见的场景：家里的灯是如何实现开和关的呢？大多数人的答案应该是通过按键开关控制。那马路上的路灯是通过什么方式控制的呢？通过细致的观察你会发现那些路灯夏天的时候开灯时间会比较晚，冬天开灯时间比较早，甚至是同一季节阴雨天比大晴天开灯早。总之规律就是路灯的开关和光照强度有关。回到家里的灯的问题，为什么说大多数的答案是开关控制呢？因为家里可能会有少量的通过声音控制的灯。另外，随着物理网应用的广泛发展，有的人家里已经具备可以用网络控制的物联网灯具。像这种通过光线、声音、物联网控制的灯具，可以称之为自动控制灯具。自己能不能制作它们呢？

通常可以通过焊接电路，在电路上加上光敏电阻来实现光控灯。这种焊接的方式需要有较高的动手操作能力。近几年有一种更方便、更有乐趣的实现方式，就是开源硬件。

开源硬件指以自由及开放源代码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。开源硬件开始考虑对软件以外的领域开源，是开源文化的一部分。Arduino的诞生可谓开源硬件发展史上的一个新的里程碑。

Arduino开源的特征，使开源硬件体系可以有数不胜数的传感器。Arduino软件体系也呈多元化趋势。Arduino代码编程环境类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。为简化编程难度，初学者也可以使用Mixly等图形化编程环境来进行编程。

本书采用图形化   代码编程对照的方式讲解，图形化的意义是让读者能轻易入门，代码编程能让读者有深入研究Arduino的能力。考虑到初学者对硬件知识了解非常有限，本书中采用Arduino传感器和集成化的传感器进行案例的实现，相对面包板连接，更容易了解相关知识点。

本书由刁彬斌著。北京市零九中学的桑圆圆老师、河北省黄骅市羊三木回族乡羊三木学校的高程老师、内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学的杨峻岳老师、北京师范大学实验中学丰台学校的郭丽杰老师、河南省濮阳市中学的刘晨阳老师为本书的资料整理、程序校对等做了大量工作，在此一并表示感谢。

开源硬件的平台是日新月异、不断发展的，笔者掌握的知识也是有限的。本书只起“抛砖引玉”的作用，“授之以渔”让大家更好地学习Arduino开源硬件知识。书中的不妥之处，还望广大读者批评指正。

刁彬斌

本书通过大量丰富有趣的实例，系统地介绍了Arduino开源硬件的编程及开发技巧。全书共分9章，第1章主要介绍了Arduino编程需要了解的基础知识；第2章介绍了常用的Arduino输出执行机构及其应用；第3章介绍了Arduino传感器的应用；第4章介绍了Arduino通信功能的实现；第5章介绍了Arduino的创意程序设计；第6章基于Mind 平台，介绍了Arduino交互式编程技巧；第7章介绍了Arduino在物联网领域中的应用；第8章介绍了Arduino在数学领域中的应用；第9章介绍了Arduino与3D打印结合的综合应用案例。

本书内容实用性及可操作性强，语言简洁凝练，图表直观易懂，讲解生动接地气，图形与代码对照的编程模式更易于初学者学习。同时，本书还附赠配套学习资源，包括所有程序源代码、重难点章节教学视频，扫书中二维码即可获取。

本书非常适合中小学创客师生、从事开源硬件开发的工程技术人员学习使用，也可用作大中专院校电子信息、电气工程、计算机等相关专业的教材或参考书。

入门篇

第1章Arduino入门

1.1 Arduino的起源及特点 / 002

1.2 多样性的Arduino / 003

1.3 Arduino编程准备 / 007

1.3.1 程序及程序基本结构 / 007

1.3.2 Arduino驱动安装 / 009

1.4 Arduino软件环境：Mixly和Arduino IDE / 010

1.5 Arduino个程序——点亮集成LED灯 / 016

1.5.1 Mixly环境下点亮LED程序 / 017

1.5.2 Arduino IDE环境下点亮LED / 018

1.6 Arduino的传感器扩展板使用 / 020

第2章Arduino的输出执行机构

2.1 LED的使用 / 024

2.1.1 单个LED灯的使用 / 024

2.1.2 连续多个引脚LED灯的使用——for循环结构 / 026

2.1.3 灯的模拟性——特殊数字引脚的PWM输出 / 029

2.2 蜂鸣器的使用 / 033

2.3 舵机的使用 / 037

2.4 直流减速电机的使用 / 040

2.5 1602显示器 / 043

2.6 继电器 / 047

 

第3章Arduino传感器的应用

3.1 Arduino的五感 / 050

3.2 传感器的连接 / 051

3.3 传感器数值的监测——串口调试 / 056

3.4 常用数字传感器的使用 / 059

3.4.1 数字大按钮模块（按钮控制灯） / 059

3.4.2 触摸传感器（触摸音乐门铃） / 066

3.4.3 人体热释电红外传感器（招财猫程序） / 068

3.4.4 数字钢球倾角传感器（数字沙漏） / 069

3.4.5 数字贴片磁感应传感器（入侵检测仪） / 072

3.4.6 红外数字避障传感器（简单计数器） / 074

3.4.7 数字振动传感器（中断程序的实现） / 076

3.5 常用模拟传感器的使用 / 080

3.5.1 模拟压电陶瓷振动传感器（电子鼓） / 080

3.5.2 模拟声音传感器（声控节奏灯） / 082

3.5.3 模拟环境光线传感器（智能光控灯） / 084

3.5.4 模拟角度传感器（可调光的智能灯） / 086

3.5.5 Flame sensor火焰传感器（火焰报警器） / 088

3.5.6 土壤湿度传感器（智能浇花） / 090

3.5.7 模拟一氧化碳气体传感器（气体报警器） / 091

3.5.8 红外距离传感器（电子测距仪） / 093

3.6 常用特殊传感器的使用 / 097

3.6.1 DHT11温湿度传感器（温湿度表的制作） / 097

3.6.2 超声波传感器（车距报警器） / 099

3.6.3 DS1307 RTC实时时钟模块（串口显示日期和时间） / 102

3.6.4 三轴加速度传感器（重力感应灯） / 105

3.6.5 JoyStick摇杆模块（摇杆控制双LED灯） / 107

3.6.6 移位模块Shiftout Module和移位LED（电子骰子） / 110

3.7 其他传感器的获取与库的配置（MP3模块） / 116

第4章Arduino通信功能

4.1 USB串口通信 / 122

4.1.1 Arduino串口读取数据——while循环语句 / 122

4.1.2 软件模拟串口通信——字符串的读取 / 127

4.2 红外线通信——switch语句结构 / 130

4.3 蓝牙通信 / 139

4.4 语音识别——扩展库的使用 / 141

4.5 语音合成——汉字取地址 / 147

4.6 Wi-Fi通信 / 152

进阶篇

第5章Arduino创意程序设计

5.1 智能出题器（随机数与字符串连接） / 158

5.2 遥控与自动双控LED灯（无限循环程序的中断） / 159

5.3 数据分析器（字符串转换） / 161

5.4 进制转换器（255以内十进制数到二进制数的转换） / 163

5.5 距离感知游戏（随机数与超声波） / 163

 

第6章Arduino交互式编程——基于Mind 

6.1 实时模式程序：休息与玩耍的小猫 / 169

6.2 上传模式程序：光敏LED灯 / 171

第7章Arduino在物联网中的应用

第8章Arduino在数学中的应用

8.1 十进制、二进制与十六进制 / 179

8.1.1 十进制、二进制与十六进制的定义 / 179

8.1.2 十进制转N进制 / 180

8.1.3 二进制转十六进制与十六进制转二进制 / 180

8.2 数学常用函数与三角函数 / 181

第9章Arduino与3D打印综合应用——智能语音留声机

9.1 设计思路 / 186

9.2 功能分配 / 187

9.3 电子元件尺寸 / 188

9.4 外壳部分的3D设计 / 188

9.5 电路连接与零件装配 / 201

9.6 程序设计 / 202

9.7 改进工作 / 204

附录：Arduino IDE代码学习要点汇总 / 205

参考文献 / 207

本书通过大量丰富有趣的实例，系统地介绍了Arduino开源硬件的编程及开发技巧。全书共分9章，第1章主要介绍了Arduino编程需要了解的基础知识；第2章介绍了常用的Arduino输出执行机构及其应用；第3章介绍了Arduino传感器的应用；第4章介绍了Arduino通信功能的实现；第5章介绍了Arduino的创意程序设计；第6章基于Mind 平台，介绍了Arduino交互式编程技巧；第7章介绍了Arduino在物联网领域中的应用；第8章介绍了Arduino在数学领域中的应用；第9章介绍了Arduino与3D打印结合的综合应用案例。

本书内容实用性及可操作性强，语言简洁凝练，图表直观易懂，讲解生动接地气，图形与代码对照的编程模式更易于初学者学习。同时，本书还附赠配套学习资源，包括所有程序源代码、重难点章节教学视频，扫书中二维码即可获取。

本书非常适合中小学创客师生、从事开源硬件开发的工程技术人员学习使用，也可用作大中专院校电子信息、电气工程、计算机等相关专业的教材或参考书。

本选题具有如下特色： 

1.全彩印刷，配套资源丰富，赠送教学视频、所有程序源代码、开发软件工具包等，方便读者学习与练习。 

2.零基础起步，入门-提高-应用一条龙，以“授之以渔”的方式启发读者，语言精简凝练，讲解通俗到位。 

3.干货满满，创意十足，摒弃多余的理论知识，大小案例20多个，在实战中轻松掌握编程的思想和硬件开发的技巧。 

4.打破常规，采用图形化编程与代码编程对照结合的方式编写，满足更多不同习惯读者的开发需求。