Arduino可穿戴设备开发.html.pdf

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1、译者序 进入21世纪以来，IT行业，尤其是互联网和智能化技术以人们难以预料的速度蓬勃发展，2007年，第一部智能手机问世， 激起了人们的深厚兴趣，时至今日，智能手机已不足为奇，可穿戴设备成为人们新的追捧对象，智能手表、智能手环等产品的销 量节节攀高也从侧面证明了这一点。 基于各种因素，绝大多数用户，尤其是国内用户目前所能真正用上的可穿戴设备也就是智能手环和智能手表，“高端”一些 的也无非就是Google眼镜，这充分说明可穿戴设备的市场还有很大潜力可供挖掘，而Arduino正是进入这一领域的绝佳跳板。 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的微控制器开发平台，包含硬件（各种型号的Arduino板

2、）和软件（Arduino IDE），以 C/C+为编程语言，用户只需连接好硬件电路，然后在Arduino IDE中用C/C+编写程序，就能让Arduino做任何工作，所以 有人说Arduino的最大特点就是：你想让它变成什么，它就会变成什么。随着近两年Arduino在国内的普及，很多想弥补自己硬 件短板的软件工程师或想增强自己编程能力的硬件工程师都将其视为心爱之物，并强烈希望能够进一步利用它敲开可穿戴设备世 界的大门。正是在此背景下，机械工业出版社独具慧眼，引入了这本书，以飨读者。 全书共分为9章。第1章介绍了Arduino的基本概念、组成部分和开发流程；第2章介绍了可与Arduino搭配工作

3、的一些传感 器及其连接方式，为项目开发打下基础；第36章分别介绍如何用Arduino制作自行车手套、LED眼镜、定位装置和智能钥匙等 可穿戴设备；第78章讲述如何让Arduino与手机和互联网进行交互，使得所制作的可穿戴设备成为物联网中的一个节点；第9 章以制作一块智能手表为例，串联起全书所有知识点。全书语言轻松、实践性极强，尤其对每章的项目事件介绍得尤为详尽，作 者甚至列出了所需要的非电子元器件的材料及其所需裁剪的尺寸与形状，可以说本书在某种意义上更像是用Arduino板制作可穿 戴设备的一本“Step by Step”手册，读者只需按照书中步骤进行操作，最后一定能获得让自己惊喜的成果。 全

4、书由胡训强翻译，首先要感谢机械工业出版社缪杰编辑的信任，还要感谢他在我遇到困难时给予的支持和帮助，翻译过程 中与缪杰编辑的交流也让我获益匪浅。 由于Arduino和可穿戴设备技术都在不断发展，加之译者的技术和语言水平有限，书中难免存在疏漏，恳请读者批评指正， 我的邮箱是10185014，在此向读者表示感谢！ 最后，感谢所有为本书顺利付梓而付出艰辛劳动的人们！ 胡训强 2016年2月于广州 前言 从我拿起第一块Arduino板算起，时间差不多已经过去了10年，那时我还是马尔默大学交互设计专业的一名学生，有一天教 室来了一个大胡子西班牙人，他说，（更确切地说是宣布）他能在一周之内传授给我们电子学的

5、全部知识，并教会我们如何针对 微处理器编写程序。当然，由于我一点也不了解电子学，也从未想过学习它，所以我对他的话不以为然。 那个西班牙人有一套新颖的教学方法，也是我之前从未见识过的教学方法。他希望不是通过书本而是通过实践来教我们。有 一个同学当时指出我们中的大多数人对电子学一窍不通，那么怎么能指望我们用它来做事？西班牙人的回答是：这并没有关系， 即使你们对正在做的事情一无所知，也同样能够做事，你们可以通过做来进行学习。 一刻钟后，我们都将一个小灯泡连接到了Arduino板上，并且成功地为这个灯泡编好了程序，使得它能够自行打开和关闭。 让我困惑的不仅是在如此之短的时间内所取得的成果，还包括接下来

6、真正具有意义的那部分内容，我们正在通过实践进行学习。 大胡子西班牙人就是David Cuartielles，2005年冬，他刚刚和Massimo Banzi一起发明了Arduino板，在他们发明了 Arduino板后不久，Tome Igoe和David Mellis加入了他们的团队。正如他们所说，其余的事情都是过眼烟云。我仍然记得那一 天当看到闪闪发亮的灯光时自己内心受到的触动，就如同发生在昨天一般。我希望能学习更多知识，做更多的事情。然后David 第二次给我们讲了重要的课，即学习更多知识的最佳途径就是和别人分享知识。然而，因为我没有什么知识可以谈论，所以我再 次产生了疑问，但是在接下来的一

7、课中我明白了：即使你只知道一点，也足以帮助那些完全不懂的人。 不久之后，我发现一个被称为可穿戴计算的领域，它的理念是用不同的方式发明一项技术并将其应用到人体上去，这听上去 就如同你没有任何先验知识就能学习电子学并进行程序设计一样疯狂。由于受到Arduino和它的团队成员的启示，我一头扎进了 这个领域。在这个新领域，我从Steve Mann和Leah Buechley的工作中找到了新的灵感。Mann现在是多伦多大学的教授，他 在20世纪80年代研制出了自己的可穿戴计算机，当时大部分工作都是他独立完成的。Buechley是MIT的教授，他曾经利用 Arduino开发出了一个专门针对可穿戴环境的原型

8、平台。他们都迎难而上地完成了自己的工作。我再次受到启发，也开始开发自 己的可穿戴设备，同时还教别人如何开发可穿戴设备。当我收获了足够多的技能，便开始将它们记录下来。当开始分享自己的作 品时，我发现Arduino社区真正令人惊奇的是全世界热衷于利用电子学干点事情的人们。 可以肯定地说，如果没有这些人，我永远也不可能写出一本书，所以我要向所有人表达我的谢意。我还要感谢你拿起了这本 书，你也许是个新手，也许是个行家，但这没有关系，本书基于的理念就是任何人都能通过实际去“做”这一简单原则学习任何 知识。如果你已经是一个行家了，那么在“做”事情的过程中总能学到一些东西。 所以我希望你能够从本书创建的项目

9、中获得知识和灵感，并祝愿你在创建项目的过程中一帆风顺。 本书内容 第1章介绍安装开发环境的基本步骤以及如何开始编写代码，还有如何制作一块电路板来控制LED。 第2章讲授传感器连接以及从传感器中获取数据的相关内容，还会介绍从简单到复杂的数字和模拟传感器。 第3章介绍本书的第一个项目，其目标是制作一副自行车手套，首先，我们将介绍LED的使用以及如何控制LED，然后介绍 如何应用传感器进行一些简单的手势识别。 第4章将教你制作一副可编程的LED眼镜，这副眼镜的前方覆盖有可编程的LED以显示不同的图案和形状，此外还会介绍制 作一副太阳镜的过程。 第5章重点讨论如何制作一个腕戴式GPS跟踪设备，信息被显

10、示在一个小型的LCD屏幕上。该章还包括如何制作一个将元器 件容纳其中的盒子，以便能将GPS跟踪设备佩戴在手腕上。 第6章讨论近场通信（Near Field Communication，NFC）技术和伺服电动机，以及如何将它们组合装入智能门锁。该章 还包括如何设计NFC标签以及制作可充当门锁钥匙的可佩戴的首饰。 第7章讨论低功耗蓝牙技术以及如何在可穿戴项目中实现该技术，该章介绍了Blend Micro电路板以及如何使用该电路板创 建项目，连接你的手机。 第8章介绍Wi-Fi Particle Core电路板以及它的Web集成开发环境（IDE），该章还将讨论如何连接在线服务。 第9章讨论智能手表的

11、制作，智能手表会接入互联网并应用在线服务创建可在小型OLED显示屏上显示的定制消息。 在线章节（第10章）是在第7章的基础上进行扩展的，讨论了小型屏幕以及如何通过蓝牙与屏幕进行交互，从而使其变身为 交互式姓名牌，本章可 在 你需要为本书所做的准备 从Adafruit网站 Arduino集成开发环境。 在https:/build.particle.io/login上注册一个免费账号获得Particle Build Web IDE。 在IFTTT网站 电路板 下面是本书需要的电路板清单： Adafruit Trinket（迷你微控制器），5V逻辑电平 Adafruit Pro Trinket，5V

12、、16MHz FLORA可穿戴电子平台：兼容Arduino 有片上天线Rev 1.0的Spark核心板 Redbear Blend Micro BLE电路板 元器件和工具 下面是本书所需的所有元器件和工具的清单： 电烙铁 GA1A12S202对数尺度模拟光线传感器 长弯曲传感器 光敏电阻 Adafruit公司的TSL2561数字亮度/照明度/光线传感器 面包板接线套装 Flora可穿戴终极GPS模块 分辨率为12832的I2C OLED单色图形显示器 Adafruit片状LED 3.56MHz RFID/NFC标签 面向Arduino的Adafruit PN532 NFC/RFID控制器面板及

13、附件 锂高分子电池，3.7V、1200mAh SHARP内存显示器，1.3英寸1、分辨率9696、银色机身、单色显示 小型鳄鱼夹测试导线 锂高分子电池，3.7V、500mAh 分辨率为12864的13英寸单色OLED图形显示器 Adafruit Micro Lipo w/MicroUSB接头USB锂充电器（V1） 全尺寸面包板 OLED分线板，0.96英寸，16位色/带microSD卡托 半尺寸面包板 USB连接，6英寸A/MiniB FLORA 9自由度加速计/陀螺仪/磁力计LSM9DS0（V1.0） 锂高分子电池，3.7V、150mAh 绕线组挂钩（22 AWG2单芯线），625英尺3 对

14、角剪线钳 W形三臂辅助放大镜/放大镜工具 本书的读者对象 本书的读者要熟悉Arduino原型制造平台，并且具有一般硬件工具的使用经验。 本书约定 新术语和重要字词用黑体表示。例如，在屏幕上的菜单或对话框中显示的文本就像这样：“单击Next按钮转到下一个屏 幕”。 注意 警告或重要的注意事项显示在这样的文本框中。 提示 技巧和窍门显示在这样的文本框中。 读者反馈 时刻欢迎来自读者的反馈，以让我们知道你对本书的想法喜欢哪些内容或者不喜欢哪些内容，读者反馈对于我们改进 书籍以便让你从中得到更多的收获非常重要。 只要向feedback发送电子邮件并在邮件主题中注明书名，就可以向我们提供一般性反馈。 如

15、果你在某个主题上具有专长，并且有兴趣写一本书或者为某本书贡献部分内容，请在 我们的作者指南。 读者支持 既然你已经成为Packt出版社的尊敬读者，我们就应该告诉你一些事情，以便你能通过购买本书获得最大的价值。 下载示例代码 可以用你在上的账号下载所有你购买的Packt出版社的图书的示例代码文件。 下载本书的彩色插图 我们还提供带有本书英文原书所用截屏/图表的彩色插图的PDF文件，彩色插图可以帮助你更好地理解输出的变化，你可以 从 问题 如果你对本书的任何内容有疑问，请向questions发送邮件，我们将竭尽所能解答你的疑问。 1 1英寸=25.4mm。编辑注 2 AWG（American Wi

16、re Gauge），即美国线规，是一种定义导线直径的标准，AWG 前的数值表示导线形成最后直径前所需通过 的孔的数量，数值越大，通过的孔就越多，直径也就越小。译者注 3 1英尺=0.3048m。编辑注 第1章 初次相识与闪烁的灯光 本书的基础是Arduino平台，它表示3种不同的事物：软件、硬件和Arduino哲学。硬件即Arduino板，并且针对不同需求有 多种版本的Arduino板，在本书中，我们将关注考虑了可穿戴需求的版本。用于为Arduino板编写程序的软件也被称为Arduino IDE，IDE（Integrated Development Environment）表示集成开发环境，是

17、用程序代码编写程序的程序，为Arduino板编写 的程序被称为草图，这一理念有助于编写程序，其工作方式类似于画板。如果你手头上有IDE，那么你可以很快就试着用它编写 出代码，这也是Arduino哲学的一部分。Arduino基于开源哲学，这反映了我们该如何学习Arduino。Arduino有一个庞大的社 区，可以从其中大量的项目中进行学习。 首先我们要有Arduino硬件，我们将用它和其他各种电子元器件创建本书中的实例。当Arduino于2005年启动之时，只有一 种硬件可供谈论，即串行Arduino板。从那时开始，Arduino板经过了几次演进，鼓励人们对Arduino硬件进行新的设计以适应

18、不同需求，如果你对Arduino有一定的了解，也许可以从标准的Arduino板开始。今天已经出现了许多可满足不同需求的 Arduino板，针对特定需求还出现了不计其数的“山寨”货，在本书中，我们将使用不同的专用Arduino板，例如FLORA板和 Spark Core板。 Arduino软件（即Arduino IDE）是为项目编写程序的工具，IDE是为硬件编写程序的软件。一旦程序在IDE中编译好之后， 就可以将其上传到Arduino板中，板载处理器将完成程序规定的工作。Arduino程序也被称为草图，草图这个名称借用了另一个 被称为Processing的开源项目和软件。Processing是一

19、个为数字艺术家们开发的工具，其理念就是将Processing当作一个数字 画板使用。 草图以及Arduino背后其他方面的理念被我们称为Arduino哲学，它是构成Arduino的第三项事物。Arduino是基于开源 的，开源是一种授权模型的类型，在这种授权模型中你可以基于原始的Arduino板免费开发自己的设计，这也是为何你会发现大 量不同型号的Arduino板及其“山寨”货的原因之一。开源还是一种免费共享想法和知识的哲学，Arduino社区已经茁壮成长， 在其中可以找到大量的优秀资源，还可以结识志同道合的朋友。 唯一的问题也许是从何处入手？类似于本书的书籍有益于入门或进一步提升自己的能力。

20、本书的每一章都是基于从零开始直 到一个“原型”完成的项目，我将所有的项目称为原型是因为它们都是半成品，本书还有一个目标，就是让你在学完一章后，对 这些项目能进行进一步开发。随着知识的增长，你可以开发能在原型上运行的新草图、开发新的功能，或者改变其物理外观以满 足你的需求和偏好。 在本章中你将会看到： 安装IDE。 用IDE进行工作，编写草图。 FLORA板的布局。 将FLORA板连接到计算机上。 将LED连接到FLORA板上并进行控制。 1.1 可穿戴设备 本书是关于可穿戴设备的，所谓可穿戴设备的定义是可穿戴在身体上的计算设备，计算设备可以进行任何种类的计算，一些 人认为机械式时钟就是第一种计

21、算机，因为它对时间进行了计算。根据这个定义，可穿戴设备已经出现了几个世纪了。怀表是在 16世纪发明的，表就是一种计算时间的小型设备。你的脑海中可能还会闪现出另外一个可穿戴技术的例子：眼镜，眼镜也已经 出现很久了。即使眼镜不符合可穿戴设备更明确的定义，还是可以将其当作人类如何对材料进行加工使其适应自己的身体，从而 获得新能力的一个不错的例子。如果我们感觉寒冷，就会穿上衣服保暖；如果我们摔断了腿，就会利用拐杖行走；甚至即使某个 器官坏掉了，我们同样可以植入一个仿照其功能的设备。人类具有开发新技术以扩充人体功能的悠久传统。 伴随着军事、医疗以及专业运动等领域的技术发展，可穿戴设备具有悠久的传统。但在

22、最近几年，面向消费者市场，越来越 多的设备被开发出来了，今天我们拥有了智能手表、智能眼镜以及各种不同类型的智能服装。 在本书中，我们将继续坚持老传统，为了让你学习电子学和编程知识，开发若干可穿戴设备项目，其中的一些项目只是为了 自娱自乐，而另一些项目则有特定的应用。本书所有章节的知识都是由前面的章节发展而来的，一开始的讲解进度会较慢，而后 面的章节无论从硬件还是软件方面都会逐渐变得复杂。假如你已经熟悉了Arduino，那么你可以从任意一个项目入手，如果你发 现所选的项目太难了，那么你可以看看之前的章节。如果你彻头彻尾是一个Arduino新手，那么请继续阅读本章，因为我们将详 细介绍Arduin

23、o IDE的安装以及如何开始编写程序。 1.2 安装和使用软件 本书的项目都是以Adafruit公司制造的不同的电路板为基础，在本章的后面将会详细介绍其中的一种FLORA板，同时 还会介绍一下其他不同的电路板。这些电路板自身都带有Arduino IDE的某个修改版本，这也是我们将在本章中使用的IDE。 Adafruit IDE看上去和Arduino IDE几乎一模一样，例如，FLORA板所基于的微处理器和Arduino Leonardo板相同，也可以使 用标准的Arduino IDE，但在编程时要应用Leonardo板的选项。由于使用的是Adafruit IDE，所以使用FLORA板也就名正言

24、顺 了。 为了下载IDE并获取安装指南，请转到Adafruit网站 flora/downloadsoftware，按照网站的步骤执行。 请根据你的操作系统下载相应的软件，安装软件的过程取决于你的操作系统。安装指南可能会随着时间有所变化，并且针对 不同的操作系统有所不同。如果你使用OS X操作系统工作，那么安装将是一个相当简单直接的过程。在Windows操作系统上， 你需要安装一些附加的USB驱动程序。在Linux上的安装过程取决于你使用的Linux发行版本。要想获取最新的安装指南，请查看 Arduino网站上针对不同操作系统的相关内容。 1.3 本章小结 在本章中，我们已经见识了FLORA板的

25、各种部件以及如何安装IDE，我们还制作了几个小型草图让板载LED工作，另外还搭 建了第一个使用外接LED的电子电路。 下一章将介绍一些适用于可穿戴设备的模拟传感器，我们将继续用LED作为输出，以展示如何与从传感器采集而来的数据进 行交互以及如何控制LED的亮度。 第2章 用传感器进行工作 传感器是一种能够探测变化或事件并提供相应输出的设备，它的输出通常是一种电子信号，例如，光敏电阻（Light Dependent Resistor，LDR）会输出电压，电压值取决于投射到传感器上的光照程度。当与电子元器件一起工作时，传感器通 常分为模拟传感器和数字传感器，数字传感器只能探测两种状态：要么是开，要

26、么是关。数字传感器只能区分是否有电压流入其 中，在代码中，转换为1意味着有电压流入，而转换为0意味着没有电压，这就是它们被称为数字传感器的原因，因为它们只能 在0和1下进行工作，这意味着这些传感器只具有两种状态：开或关。例如按钮就是一种数字传感器，它只有两种状态，即是否 被按下。 但是模拟传感器可以探测一定范围内的值，例如，LDR就是一种根据投射到传感器表面上的光照程度改变输出电压的模拟传 感器。微处理器的问题在于其与生俱来就是数字式的，默认情况下不知道如何处理模拟信息，这也是几乎所有Arduino板上都有 模拟引脚的原因，这些Arduino板内置了模数转换功能。这些引脚能够读取01023的数

27、值，在本章，我们将要看一看一些对于 可穿戴项目非常有用的不同的传感器，并向还不怎么熟悉编程的读者介绍这些传感器。 在本章，我们将会看到一组模拟传感器，它们用于跟踪运动和光线。在头两个例子中我们将关注独立的传感器，在用面包板 搭建电路时将用到它。剩下来的例子将用到包含搭建在PCB上的预制电路的传感器。在本章，我们还会看到与原型电路板通信的 不同方法以及如何将数据送回计算机。 提示 如果用完了数字引脚，那么总是可以使用模拟引脚来读取数字传感器，如果将其当作模拟引脚进行读取，只要记 住，读取的输出是01023的某个值，而并非HIGH或LOW。模拟引脚也可以当作数字引脚使用，例如模拟引脚A1与数字引脚

28、14 相同，等等。 2.1 传感器 本章将介绍弯曲传感器、压力传感器、光线传感器、加速计、陀螺仪和罗盘传感器，传感器是一种可以探测各种不同种类的 事件或变化并能提供相应输出的设备，这种设备会根据外部条件改变一些特性，并可连接到电路上对信号进行转换，以便可让微 处理器进行解读。 在使用某些传感器时，你需要自行搭建电路并通过代码解读传感器提供的数据，一些复杂的传感器具有内置通信协议，可以 让它们提供与其功能相对应的数据。传感器的灵敏度指的是输出数据能产生多少变化。 2.2 光敏电阻 在这个示例中，我们将仔细研究一下光敏电阻（LDR），它背后的原理与在前面弯曲传感器示例中用到的弯曲传感器的原理 相同

29、。根据投射到传感器上的光照程度，传感器将改变其输出电压值。LDR具有各种不同的形状和尺寸，图2-8中用到的LDR事 先贴装在一个由Adafruit制造的小型PCB上，并且这个PCB上还有一个表面贴装的电阻。PCB的原理与图2-3中使用面包板和元 器件搭建的电路类似。 图2-8 搭建在PCB上的LDR和电阻 本例中PCB的不同之处在于所有元器件都贴装得非常好，我们只需要用鳄鱼夹将其与FLORA板进行连接即可。如图2-8所 示，这个LDR PCB有三个接头：VCC、OUT和GND，有时VCC用于表示供电输入，这里的OUT表示输出信号，它是一个模拟信 号。在图2-9中，你会看到它与FLORA板所进行

30、的必要连接，这些连接间的间隙并不大，所以请确保不要让鳄鱼夹彼此接触。 图2-9 连接到FLORA板上的LDR 既然我们使用的连线与本章前面示例中的相同，所以你可以使用相同的代码来测试你的传感器。如下所示的草图就是基于与 弯曲/柔性传感器示例中的相同代码的，但是我们增加了一些代码以将从传感器得到的数值范围重新映射到一个新的更大的数值 范围中。 代码中的map（）函数用于获取一个数值范围并将其重新映射到一个新的数值范围。为了让这个函数起作用，你需要知道 从所使用的传感器可能获取到的数值范围，利用弯曲传感器示例中的代码就可以做到这一点。为了检查LDR传感器的数值范围， 需要将数据输出到串口监视器上。

31、首先检查LDR没有被覆盖时的数据并记下它；然后尽可能多地盖住LDR并检查数值，最好确保 能够记住该值，因为在后面将要用到它。 映射函数带有5个参数：map（sensorValue，sensorMin，sensorMax，desiredMin和desiredMax）。第一个参数是传 感器的实际数据，第二和第三个参数是能够从传感器获取的数据的最小值和最大值，第4和第5个参数是你所需要的数值范围的 最小值和最大值。以我所使用的LDR为例，它能给出的数值范围为130430，我们选择将其重新映射到数值范围02000。 当你希望使用从传感器得到的数据但是默认的数值范围无法满足你的要求时，在很多情况下映射函

32、数都会派上用场，你可以 使用映射函数将其转换到任意所需的范围内。 2.3 加速计、罗盘和陀螺仪 在接下来的示例中我们尝试一下加速计，它是一种用于感知G力的设备。加速计可以感知不同方向上的运动。一般而言，有 两种类型的加速计：2轴和3轴。2轴加速计在两个方向上进行测量，即从左到右以及从前到后，这两个方向通常被称为x轴和y 轴；3轴加速计还能在z轴上进行测量，即从上到下。加速计可以测量相对其自身位置的运动，这就意味着当移动它的时候，它 就能测量移动方向上的G力。 本示例中所使用的是FLORA加速计/罗盘/陀螺仪，它是三合一的传感器。除了加速计之外，它还有被称为磁力计的罗盘， 用来感知最强的磁场源自

33、何处。如果附近没有其他磁体，那么最强的磁场就源自地球的北极。 第三个传感器是陀螺仪，它是一种通过外转矩感知某个旋转轴上的旋转速度的设备。相比于感知你在哪个方向上推动传感 器，这本质上就意味着陀螺仪可以感知你在哪个方向上进行旋转。 在前面的示例中，一直都使用串行通信与传感器进行通信，但是在FLORA加速计/罗盘/陀螺仪这个示例中，我们准备使用 另一种通信协议I2C。I2C是由Philips公司研发的一种协议，用于将低速设备连接到微处理器，它使用的是主从系统，其中一台 设备用作主设备，而所有连接到通信通道上的其他设备则作为从设备，主设备可以与所有从设备进行会话，但从设备只能与主设 备进行会话。I2

34、C是一种双线协议，在其中，用户可以按照所想的任意顺序将多个从设备挂接到相同的通信线路上，这是因为所 有的从设备都被分配了一个唯一的ID，以便对其进行跟踪。对通信进行跟踪是主设备的任务，这样就可以有不止一台从设备同 时进行通信。在本示例中我们只有两台设备，FLORA板将作为主设备，加速计/罗盘/陀螺仪将作为从设备。利用I2C，就可以与 这三个传感器进行通信，而不必将它们连接到单独的通信通道上。 FLORA加速计/罗盘/陀螺仪的基础芯片是LSM9DS0，默认情况下与该芯片通信存在一定困难。不过，有很多基于 LSM9DS0的印制电路板可用，其中大部分都提供了Arduino库，甚至提供了FLORA库。

35、在GitHub链 接 Towsend编写的Adafruit LSM9DS0 库，它是一个非常优秀的库，简化了与LSM9DS0的通信。只要在GitHub代码库上单击Download ZIP按钮就可以开始下载该 库。 正如之前提到的那样，库通常包含太长、太复杂而难以复制的代码。在大多数情况下，这些代码用于各种不同的功能，并且 不需要进行修改。为了方便其他人应用这些代码，一些好心人将这些代码集成到库里，以便它们可以很容易地得到共享。 LSM9DS0库下载完成之后，需要对目录进行解压并将其重命名为Adafruit_LSM9DS0，然后转到Arduino|libraries菜单， 将其放入Arduino

36、目录下的库目录中。如果这是你首次安装库，那么该目录可能不存在，在这种情况下，你只要在Arduino目录 下创建一个名为libraries的目录即可。为了找到库目录位于何处，可以在Arduino IDE中转到Arduino|preferences进行查看。 这样就会打开一个新窗口，以显示库目录的完整路径。 LSM9DS0库依赖于Adafruit的另一个库，这些库同样需要安装，可以在如下所示的链接上找到这个 库： 按照与安装LSM9DS0库相同的方法安装该库，并将其重命名为Adafruit_Sensor。在安装库时，可以继续将传感器连接到 FLORA板上，如图2-10所示。 图2-10 将传感器连

37、接到FLORA板 第一个需要完成的连线是3.3V电源，将其连接到FLORA板上的3.3V引脚上，然后将SDA、SCL和GND分别连接到FLORA板 上的同名引脚上。当所有连线都完成后，可以在IDE中输入如下所示的代码并上传到FLORA板中。 上面的代码对加速计进行了初始化，并将数据在串口监视器上进行了显示。别忘了打开监视器查看数据流。如果没人触碰这 个传感器，那么你会看到传感器数据没什么变化，以我的传感器为例，由于一些可预期的噪声，3个轴上的数据值都在+3030 之间变化。如果向左侧移动传感器，x轴上的数值就开始增长；如果向右侧移动，x轴上的数值则开始减少。你所用的传感器上的 数值变化范围或许

38、有所不同，所以请自行尝试着在不同方向上移动传感器，同时观察串口监视器以获取你所用传感器的数值变化 范围。加速计只能感知180之内的运动，所以一旦你将其翻转了180，其数据值将从另一侧的对应值重新开始。 在接下来的代码示例中，在加速计代码中添加了罗盘和陀螺仪的功能，以展示传感器的完整功能。 在上述代码的帮助下，我们现在能够展示这一传感器的完整功能。 2.4 本章小结 在本章，我们已经见识了一些适用于可穿戴设备的不同模拟传感器。模拟传感器的定义是其能输出一定范围的数值，而不仅 仅输出0和1。本章所选择的传感器只是可从市场上获取的传感器中的一小部分，如果你能考虑到将来或许要感知的事物，那么 备有一个

39、可用于这种感知的传感器很不错。 本章的目的是向不熟悉Arduino编程的读者介绍一些新命令以及与更为复杂的传感器进行交互的两种不同的通信协议。使用 某种形式的通信协议的传感器通常被称为复杂传感器，这种传感器与本章中使用的弯曲传感器和LDR不同，其正式的名称只能是 传感器。 为你的项目找到合适的传感器有时也许比较麻烦，有些能用的传感器可能比较昂贵。在选择传感器之前请三思。有时用更便 宜的元器件也可能达到相同的目的，例如，如果需要非常精确地跟踪运动，那么本章中的加速计/罗盘/陀螺仪这样的组合传感器 就非常不错。但是如果你的目的是观察基本运动或者静止状态，那么使用廉价的倾斜传感器也许就能满足，倾斜传

40、感器就如同内 部带有一个金属球的按钮，当倾斜传感器运动时，金属球就会滚动并形成一个闭合电路。它可以被用作一个在“高”和“低”之 间进行切换的数字开关，能够取代具有大量连续变量需要进行处理的传感器。这个更为简单的选择也许可以帮你节省时间和金 钱。 本章的所有传感器从功能上而言都是由于具有“可穿戴性”而被选中的，它们之所以被选中，还因为很容易上手。当涉及可 穿戴项目开发时，你会发现这些传感器非常有用。当涉及人体的时候，我们通常会四处移动，这也是加速计/陀螺仪/罗盘派上用 场的地方。如果你想跟踪身体的特定运动，那么弯曲/柔性传感器就能派上用场，尤其是如果将其放在合适的地方，例如手臂的 关节处或膝盖上

41、更是如此。即使是LDR这样简单的传感器，对于区分一个人是在室内还是在室外表现得也足够好。 正如我刚刚所提到的，假如你对于电子学和编程完全是个新手，本章和第1章的目的都是让你能够继续学习下去。在下一章 中，将创建第一个项目，该项目依次实现了模拟传感器和LED，以制作出一副带自动化转向灯的自行车手套。 第3章 自行车手套 在本章，我们将要看看如何为自行车转向指示制作一个自动化照明系统。当在黑夜中骑车时，有时车手在转弯或停车时很难 被看到，本项目就是通过在车手的手中添加灯光，以便在这种情况下提供帮助，其目标是制作一套可与以及不与手套配套工作的 设备，这套设备可戴在手上。既然我们具有应用微控制器的优势

42、，那么也能制作出这样的自行车手套，以便让其能探测到是否需 要照明。 在本章，你将学习更多有关加速计和光线传感器的知识以及一些更高级的代码。本章也介绍手势识别的基本概念以及针对交 互性如何编写程序。我们还将看到如何完成你的项目并使用外接电源为设备供电。 3.1 所需的电子元器件 对于本项目，我们需要用到如图3-1中所示的元器件，在右上角的是之前章节中所用的FLORA板。图3-1底部的圆形传感器 看上去很熟悉，它就是前一章所使用的加速计/罗盘/陀螺仪，我们将用这个传感器跟踪一些基本的手势，以便能让我们知道何时 打开灯光以及是要转弯还是停下来。加速计/罗盘/陀螺仪的左右两边是一组红色和白色的LED，

43、它们是专门针对可穿戴制造的贴 片式LED。对于本项目而言，你可以使用任意数量和任意颜色的LED，但要点是用白色的LED指明方向，用红色的LED表示停下 来，当选择LED的颜色时，请首先遵守你所在国家的骑行法律。一些国家对于自行车上有关位置的灯光颜色有专门的规定，例 如，在一些国家只允许你在车头使用绿灯而在车尾使用红灯。 图3-1 FLORA板、LED、加速计/罗盘/陀螺仪和TSL2561 位于左上角的最后一个器件是基于TSL2561芯片的光线传感器，该传感器能够感知照明度，是一种高级的数字传感器。 光线通常用单位坎德拉来衡量，而流明则衡量光线的总量。勒克斯（Lux）则是一个由单位面积上的流明所

44、定义的单位，1 Lux相当于每平方米1流明。TSL2561传感器能在0.1+40000 Lux范围内进行测量，这使得它成为用于探测光照等级的相当不 错的一种传感器。 你现在也许正在疑惑：为何我们不使用之前示例中所用的光线传感器？原因是前一章所用的模拟光线传感器不是十分精确， 并且由于骑车时需要在多种光线条件下运动，因此它还经常需要进行校正。TSL2561传感器能有效读取光照等级，使其更加可靠 并且针对应用能提供更有趣的方案。本章所需的其他元器件有： 220电阻。 大约4cm宽的绑带或腕带。 电烙铁。 导线。 老虎钳和剪子。 3.2 尝试使用TSL2561 由于TSL2561是一种高级数字传感器

45、，我们则需要通过I2C与其通信，因为我们无法将其作为模拟传感器进行读取。与其他 较为简单的光线传感器不同，TSL2561芯片既可以测量红外光，也可以测量可见光，以此能更好地接近我们自身眼睛的反应。与 本书中所用的众多元器件一样，TSL2561印制电路板也是由Adafruit提供的，Adafruit还针对该传感器提供了一个库。这让与该 传感器的通信变得稍微容易了些，可以在GitHub的 下载这个库并将其安装到你的Arduino库目录下，如果忘了怎么做或者是第一次安装库，那么请参见第2章介绍的安装库的 过程。 在安装好库之后，就可以将TSL2561传感器连接到FLORA板上。为了测试TSL2561

46、传感器，我们将使用鳄鱼夹导线连接 FLORA板，请记住引脚之间没有多大间隔，所以请确保鳄鱼夹不会连接到其他引脚。图3-2展示了接至FLORA板的必要连线。 TSL2561板上的3.3V引脚与FLORA板上的3.3V引脚连接，TSL2561板上的SDA和SCL引脚分别与FLORA板上的SDA和SCL引 脚连接。另外，不要忘了连接TSL2561和FLORA板上的GND引脚。为了闭合电路，各元器件之间必须共享接地。 图3-2 TSL2561到FLORA板的连线 所有的连线都完成后，我们就可以将下述代码上传到FLORA板上，以检测是否能够接收到数据： 请注意：可以设置传感器的增益，用增益可度量信号功率

47、或幅值增加的能力，这意味着你可以通过增加或减少增益来设置传 感器的灵敏度，TSL2561也可以通过如下所示的命令来自动设置增益： 为了弄清楚传感器在不同的光线条件下是如何起作用的，建议用户在户外对传感器进行一些测试。 3.3 检测手势 在接下来的这部分中，我们将要看一看如何用加速计检测手势。对于本项目而言，将不会用到陀螺仪和罗盘。但是请记住， 尽管本章最终会结束，但并不意味着你的项目也会结束。在完成本章的项目之后，你可以进一步开发这个项目，在自行车手套中 加上罗盘，这也许在将来会派上用场。 首先来看看如何才能够检测到手势，我们需要三种不同的交互：握住车把、表明转弯以及停车。之所以需要知道正在握

48、住车 把，是因为这将作为默认状态，此时灯光应该关闭。为了打开白色的LED，我们需要知道手在何时举起表示转弯，并且还需要知 道手在何时处于垂直位置，以便能够打开红色LED，表示正在停车。请参见第2章的内容连接加速计，正如之前所提到的那样， 从加速计到FLORA板的连线分别是3.3V到3.3V、GND到GND、SDA到SDA以及SCL到SCL。 在这个草图中，使用x轴和y轴的组合来检测手势。请注意，上面的草图中所使用的值是由我的传感器的方向生成的，你所需 要的参考值也许完全不同，它完全取决于你的传感器所放置的方向。断定手势最简单的方法是将传感器平放在桌面上，并读取x 轴和y轴的值，这将作为你的默认

49、状态或者“握住车把”状态。在我的例子中，我进行的是稳定的负值读取，所以代码中出现的 任何趋向正值或大于0的变化都将表示手正在移动。垂直握住传感器而读取到的值适合于表示停车手势。从停车时传感器所在的 位置开始，将传感器转动大约45，你就会看到转弯时传感器所在的位置。 上面的草图只是一个粗略的估值，向你展示了如何在代码中实现简单的手势识别。手势所基于的数值取决于我们调整的是左 手手套还是右手手套。在本项目的最终版本代码中，我们需要修正这些值。为了对所有的元器件进行微调，我们需要将所有元器 件组合到一起。 3.4 制作手套 作为第一个项目，它显得相当简单。具体到你自己的情况，你可以尽情发挥创意，使用任何合适的材料。自行车手套灯光的 要领是封装电子元器件，然后将它们黏附到一副手套上，这样做的理由是为了能够在较热的天气里将其换成一个腕带。 在图3-3中，你将会看到如何将所有的LED、TSL2561以及加速计连接到FLORA板上。 图3-3 所有的元器件连线 LED是并联的，其中包含了三个或两个LED。连接电子元器件的