2022年Arduino可穿戴开发入门教程 .pdf
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1、Ard duinArduino 可穿no 可戴开发入门教程可穿(内ww程(内部资料穿戴开内部资料大学霸ww.daxue) daxueba开发料)霸 版权所有发入门有门教教程 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有前 言 在可穿戴技术高度被关注的今天,可穿戴技术与最热开源硬件Arduino 碰撞到一起,迸发闪亮的火花 LilyPad 。LilyPad 是 Ardui
2、no 官方出品的一款为可穿戴和电子织设计的微控制器板。除了微控制器之外,它还提供了配套的一系列外设,如LED 、振动马达、蜂鸣器以及三轴陀螺仪等。在本教材中, 针对 LilyPad 的特点和定位, 以不同于其他Arduino 系列控制板的方式对LilyPad 是什么,以及它可以做什么进行了详细的介绍。最后,在教程中还实现了3 个切实可用的项目。大家只要将他们缝纫起来就可以使用了。特别是最后的 POV 手环,那是非常炫酷的。许多教材是在学习的同时做出项目,而本教材则更偏向在做项目的同时学习。在做完所有这些项目之后,你的眼界将会被开阔,各种奇思妙想会接踵而至。你一定会在有限的LilyPad 硬件上
3、做出无限可能的设计。1.学习所需的系统和软件Arduino的开发可以在三大主流操作系统Windows 、OS X 和 Linux 上进行,本教材主要集中在 Windows 操作系统;Arduino的开发环境是Arduino IDE ,它的安装和使用都非常方便,在教材中也有所介绍。2.学习建议大家购买器件之前,建议大家先初略阅读本书内容,以确定项目中可能需要用到的器件。这样可以避免重复多次购买,或者购买到不需要的器件。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 39 页
4、 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有目 录 第 1 章 LilyPad Arduino 概览 . 11.1 可穿戴技术和电子织物 . 11.2 LilyPad各模块简介 . 11.2.1 控制器板 . 11.2.3 输出模块 . 31.2.4 输入模块 . 31.2.5 电源模块 . 41.2.6 编程器模块 . 51.2.7 LilyPad套装 . 51.3 缝纫基础 . 61.4 LilyPad和 LilyPad Simple . 101.4.1 LilyPad. 101.4.2 LilyPad Simple . 111.5 本书写作
5、思想 . 12第 2 章开发环境 . 132.1 Arduino IDE . 132.1.1 安装包下载 . 132.1.2 Windows平台下安装Arduino IDE . 152.1.3 Linux平台下安装Arduino IDE . 182.2 认识 IDE . 182.2.1 启动 Arduino IDE . 182.2.2 新建源文件 . 202.2.3 编辑源文件 . 212.2.4 保存源文件 . 232.2.5 打开已经存在的源文件 . 242.3 连接 LilyPad . 252.3.1 Windows平台的驱动 . 252.3.2 Linux平台的驱动 . 262.4 第
6、一个程序Blink . 272.4.1 打开官方示例 . 272.4.2 连接硬件 . 282.4.3 选择板子 . 282.4.4 选择端口 . 292.4.5 上传程序 . 312.4.6 观察运行结果 . 31第 3 章Arduino 语言基础 . 33名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有23.1 变量 . 333.1.1 数据类型 . 333.1.2 预
7、定义常量 . 363.1.3 变量作用域和限定符 . 373.2 运算符 . 383.2.1 算术运算符 . 383.2.2 比较运算符 . 383.2.3 指针运算符 . 393.2.4 布尔运算符 . 393.2.5 按位运算符 . 393.2.6 复合运算符 . 413.3 函数 . 423.3.1 函数基础 . 423.3.2 时间相关函数 . 433.3.3 数学相关函数 . 433.3.4 三角学相关函数 . 443.3.5 随机数相关函数 . 443.3.6 类型转换相关函数 . 443.3.7 位和字节相关函数 . 443.4 程序结构 . 453.4.1 setup() 和
8、loop() . 453.4.2 控制结构 . 463.4.3 更多语法 . 51第 4 章信号 I/O . 544.1 数字信号 I/O . 544.1.1 数字信号 . 544.1.2 设置数字端口模式 . 544.1.3 数字端口输出 . 544.1.4 使用数字端口输出控制LED . 554.1.5 使用数字端口输出控制振动马达 . 594.1.6 数字端口输入 . 604.1.7 使用数字端口从按钮读取输入 . 614.1.8 使用上拉 /下拉电阻 . 624.2 模拟信号 I/O . 634.2.1 模拟信号 . 634.2.2 脉宽调制 PWM . 634.2.3 模拟数字转换器
9、ADC . 664.2.4 模拟信号输出 . 674.2.5 使用模拟端口控制LED 亮度 . 684.2.6 使用模拟端口控制振动马达振动强度 . 694.2.7 模拟信号输入 . 70名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有34.3 tone() 和 noTone() . 70第 5 章串行通信 . 745.1 LilyPad的串口硬件 . 745.2 串口软件
10、控制 . 755.3 串口通信示例使用电脑控制三色LED 模块 . 785.3.1 三色 LED 模块 . 785.3.2 接线方式 . 785.3.3 驱动三色 LED 模块 . 795.4 模拟输入信号知识的完善 . 825.4.1 亮度传感器 . 825.4.2 温度传感器 . 845.4.3 加速度计 . 855.5 中断 . 875.5.1 绑定中断 . 875.5.2 取消中断 . 89第 6 章项目 1 番茄闹钟 . 906.1 番茄时间管理法 . 906.2 整体实现思路 . 906.3 模块选择 . 916.4 电路连接 . 926.5 软件实现 . 926.6 使用方法 .
11、 956.7 造型设计建议 . 956.8 持续改进 . 95第 7 章项目 2二进制时钟 . 997.1 在 LilyPad 上追踪时间 . 997.2 硬件设计 . 1017.3 读取时间 . 1027.4 电路连接 . 1037.5 软件实现 . 104第 8 章项目 3POV 手环 . 1108.1 实现原理 . 1118.2 硬件设计 . 1118.3 软件设计 . 1128.4 实际测试 . 117名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 39 页 -
12、- - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有4第 1 章 LilyPad Arduino概览 作为本书的第一章,在这里将为读者介绍LilyPad Arduino相关的基础知识。例如,LilyPad Arduino是什么、 它可以做什么。 除此之外, 还将介绍要完成后续学习需要预备的一些技能, 例如缝纫基础和本书的写作思想。在读完本章之后,读者就可以成竹在胸地进行学习和创作了。1.1 可穿戴技术和电子织物LilyPad Arduino是为可穿戴技术和电子织物设计的微控制器板。所以在使用LilyPad 之前,我们首先需要明确什么是可穿戴和电子织物。1.可穿
13、戴技术可穿戴技术主要探索和创造能直接穿在身上、或是整合进用户的衣服或配件的科学技术。它强调的是穿和戴。例如,最近流行的智能手环、智能手表、Google Glass 都属于可穿戴技术。2.电子织物电子织物与可穿戴技术的定义非常接近。它只强调在织物上集成微控制器、传感器或者致动器等外设,所以它不必是可穿戴的。例如,你可以自己使用LilyPad 制作一个二进制时钟,并将它集成在刺绣壁画上,这就是电子织物。1.2 LilyPad各模块简介LilyPad 家族有多种形式和各种相应的模块。所以,在读者选购之前,应该大致了解一下 LilyPad 家族的成员,以使自己可以按照需求进行购买。1.2.1 控制器板
14、LilyPad 共有 4 种不同型号的控制器板,他们分别为LilyPad Arduino USB(图 1.1)、LilyPad Arduino SimpleSnap (图 1.2)、LilyPad Arduino Simple (图 1.3)和 LilyPad Arduino Main (图 1.4)。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有5图 1.1 LilyP
15、ad Arduino USB 图 1.2 LilyPad Arduino SimpleSnap 图 1.3 LilyPad Arduino Simple 图 1.4 LilyPad Arduino Main 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有6这四种型号的板子主体部分都是类似的,他们之间的差别从命名上也是可以看出一些端倪的。 LilyPad Arduino M
16、ain是主要的微控制器板,其他三种都是在它的基础上进行了一些定制化以适应不同的需求:LilyPad Arduino Simple与 LilyPad Arduino Main的不同之处就是添加了外接电池的接口,但是接出的引脚有所减少;LilyPad Arduino USB在 LilyPad Arduino Simple的基础上集成了USB 功能,这使得为它编程不再需要FTDI 编程器;LilyPad Arduino SimpleSnap引出的引脚数和LilyPad Arduino Simple一致,只是它的各个引脚不再是穿孔而是纽扣。并且, LilyPad Arduino SimpleSnap已
17、经板载了电池。在本教程的编写过程中主要使用的是LilyPad Arduino Main, 由于它是LilyPad 家族主要的板子,所以在教程中我们简称他为LilyPad 。其他三种板子由于接出的引脚都和LilyPad Arduino Simple是相同的,所以统称他们为LilyPad Simple 。1.2.3 输出模块LilyPad 官方共提供了4 种输出模块,他们分别是单色LED 模块(图1.5)、三色 LED模块(图 1.6)、蜂鸣器模块(图1.7)和振动马达模块(图1.8)。图 1.5 单色 LED 模块图 1.6 三色 LED 模块图 1.7 蜂鸣器模块图 1.8 振动马达模块输出模
18、块的作用就是输出一些信息。这些信息可以以声音、光和振动的方式传播,从而适应各种应用。在我们后续的项目中,所有这些模块都会被介绍到,所以,在这里就不再进行详细介绍。1.2.4 输入模块LilyPad 官方提供的输入模块共有5 种,他们分别是开关模块(图1.9)、按钮模块(图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有71.10)、光敏电阻模块(图1.11)、温度计模块(图
19、1.12)和三轴陀螺仪模块(图1.13)。图 1.9 开关模块图 1.10 按钮模块图 1.11 光敏电阻模块图 1.12 温度计模块图 1.13 三轴陀螺仪模块这些输入模块的作用就是将周围环境中的一些物理量(如温度、光照强度、位移)转换为控制可以识别的电信号的设备。在后续的内容中,同样会介绍到所有这些模块。所以,感兴趣的读者建议全部购入。1.2.5 电源模块LilyPad 提供了四种电源模块,分别是简易电池插座(图 1.14)、纽扣电池座 (图 1.15)、AAA 电池升压模块(图1.16)和锂电池升压模块(图1.17)。图 1.14 简易电池模块图 1.15 纽扣电池座名师资料总结 - -
20、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有8图 1.16 AAA电池升压模块图 1.17 锂电池升压模块电池模块负责为LilyPad 和所有的外设供电,所以,笔者最建议购买AAA 电池升压模块,因为 AAA 电池最容易购买。其次是锂电池升压模块,因为锂电池是可重复充电的。当然,这两个模块在使用上是完全可以互换的。至于简易电池模块和纽扣电池座笔者不建议购买,原因之一就是他们不具备升压能力,
21、所以项目的运行可能不稳定。1.2.6 编程器模块编程器模块用来为没有集成USB 功能的 LilyPad 编程,它的外形如图1.18 所示。图 1.18 编程器模块如果你购买的不是LilyPad Arduino USB ,那么它是必须要购买的,否则无法为LilyPad编程。1.2.7 LilyPad套装为了方便学习,LilyPad 官方提供了LilyPad 一站式的套件,它包括了LilyPad 提供的绝大多数模块,如图1.19 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10
22、 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有9图 1.19 LilyPad套装如果你想全面地了解和学习,那么笔者建议你购入LilyPad 套装。本书的编写过程中使用的核心就是LilyPad 套装。1.3 缝纫基础可穿戴和电子织物项目免不了需要使用到缝纫技术。所以在本节就介绍一下基本的缝纫技术。1.穿针将缝纫线穿过针孔,并拉出大约20 厘米,如图1.20 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共
23、 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有10图 1.20 穿针在线的另外一头打一个结以防止滑脱,如图1.21 所示。图 1.21 打结2.引线从织物的背面穿针,如图1.22 所示。图 1.22 穿针并将线拉紧到打结处,如图1.23 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有11图 1.23 拉紧在从
24、前面大约距离上一针脚5 毫米处穿针,如图1.24 所示。图 1.24 穿针重复上面的步骤,直到到达目的地, 需要注意的就是针脚的距离保持在5 毫米左右, 并且避免导线打结,如图1.25 所示是期望的效果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有12图 1.25 引线效果如果自己对走线没有十足的把握,则可以在织物上画线辅助走线。3.打结在走线完成后,就需要在结尾打一
25、个结来防止线松脱。打结的过程分为三步:(1)将针穿过最后一个针脚的下方,如图1.26 所示。图 1.26 穿过针脚下方(2)拉线直到导线形成一个圆扣,并将针穿过圆扣,如图1.27 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页,共 39 页 - - - - - - - - - Arduino 可穿戴开发入门教程(内部资料)版权所有13图 1.27 穿过圆扣(3)将线拉紧,并重复上面的步骤多打几个扣,如图1.28 所示。图 1.28 重复打结4.剪线在最后的打结完成后,
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