学Arduino玩转机器人制作

学Arduino玩转机器人制作 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:人民邮电出版社
作者:Michael Margolis
出品人:
页数:140
译者:臧海波
出版时间:2014-5
价格:59
装帧:平装
isbn号码:9787115349293
丛书系列:
图书标签:
  • 机器人
  • 育儿绘本
  • arduino
  • Arduino
  • 机器人
  • DIY
  • 电子制作
  • STEM教育
  • 青少年
  • 开源硬件
  • 嵌入式系统
  • 项目制作
  • 实践教程
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具体描述

《爱上机器人:学Arduino玩转机器人制作》以一个由Arduino控制的遥控车轮机器人为范例,讲述了机器人从无到有的完整制作过程,包括对基础电子元件的使用、电路的设计、机器人外部结构的组装、Arduino的编程、无线电遥控等,最终组成完整的机器人作品,本书适合初高中生、机器人非专业爱好者和初学者阅读。

Arduino俗称“电子积木”,本书说的是如何在Arduino的基础上用搭积木的方法制作机器人,培养读者模块化的设计思想。

创客时代的技术启蒙:深度探索电子制作与编程实践 书籍名称:《创客时代的技术启蒙:深度探索电子制作与编程实践》 书籍简介 在这个技术日新月异的时代,创客精神正以前所未有的速度渗透到教育、设计乃至日常生活的方方面面。本书旨在为所有对电子制作、编程实践抱有浓厚兴趣的读者,提供一套系统、深入且极具实操性的学习路径。我们不聚焦于某一特定平台或某一特定领域的应用,而是着眼于构建扎实的底层技术理解与培养独立解决复杂问题的能力。本书的内容覆盖了从基础电路理论到高级嵌入式系统编程的完整知识链条,确保读者在完成阅读后,不仅能“做出东西”,更能“理解原理”。 本书的撰写理念是“理论与实践并重,深度挖掘技术内核”。我们深知,徒有代码和元件并不能造就真正的创客,清晰的逻辑思维和对物理世界的深刻洞察才是创新的源泉。因此,全书结构设计上遵循了“概念导入——原理剖析——工具掌握——项目实战——进阶拓展”的递进模式。 第一部分:电子学基础的坚实地基 开篇,本书将带领读者回归电子工程学的本源。我们不会止步于简单的“欧姆定律是什么”,而是深入探讨元件的物理特性与工作机制。 1. 元器件的“性格”解析: 对电阻、电容、电感这三大基础元件进行深度剖析。讲解它们的材料学基础、在交流与直流电路中的动态响应,特别是电容的等效电路模型(ESR/ESL)对高频电路设计的影响。我们甚至会探讨一些不常见的元件,如瞬态电压抑制器(TVS)和热敏电阻(NTC/PTC)的工作机理。 2. 信号与电磁兼容性(EMC): 现代电子系统无处不在的电磁干扰问题是必须正视的挑战。本章将讲解信号的完整性(Signal Integrity)基础,讨论串扰(Crosstalk)、反射(Reflection)等现象的产生原因,并介绍基本的屏蔽、接地和滤波技术,为读者打下设计可靠系统的基础。 3. 模拟电路的入门精髓: 重点讲解运算放大器(Op-Amp)的理想模型与实际非理想特性(如输入失调电压、共模抑制比)。通过大量的图示和数学推导,阐明反相放大器、跟随器、比较器等基本构架在实际电路中如何工作、如何选型,以及它们的局限性。 第二部分:微控制器与编程思维的系统构建 不同于侧重特定开发板的教程,本书将着力于培养读者对微控制器架构的宏观理解,并精炼高效的编程习惯。 1. 嵌入式系统架构概览: 详细介绍冯·诺依曼与哈佛架构的区别,以及它们在现代微控制器中的应用。深入讲解CPU、存储器(RAM/Flash/EEPROM)的组织方式,以及I/O端口的内部结构(如推挽、开漏、上下拉配置的物理意义)。 2. 汇编语言与底层驱动: 尽管高级语言流行,但理解底层操作至关重要。本书会选取一种经典的8位或32位架构(如ARM Cortex-M系列)的简化汇编指令集,演示如何直接操作寄存器来点亮一个LED或读取一个按键状态。这能极大地增强读者对“代码如何变成物理动作”的认知。 3. C/C++在嵌入式中的高效应用: 讲解如何编写“资源友好型”的代码。包括位操作的高效运用、内存对齐(Memory Alignment)对性能的影响、避免栈溢出(Stack Overflow)的设计原则,以及使用中断服务程序(ISR)时的注意事项(如使用volatile关键字的必要性)。 第三部分:传感器、执行器与人机交互 这一部分是连接数字世界与物理世界的桥梁,侧重于数据采集与精准控制。 1. 数据采集的艺术:模拟信号数字化: 深入讲解模数转换器(ADC)的原理,包括采样定理(Nyquist Rate)、量化误差,以及如何通过过采样(Oversampling)或平均滤波来提高信噪比。同时,也会探讨高精度传感器接口,如SPI、I2C、UART的通信协议细节与时序要求。 2. 精准驱动与运动控制: 不仅仅是驱动一个简单的直流电机。本书将详细分析脉冲宽度调制(PWM)的理论深度,解释其在电机速度控制和LED亮度调节中的数学模型。对于步进电机和伺服电机,会分析其控制算法,如闭环反馈机制和PID控制的基本概念。 3. 人机界面的高级设计: 讨论如何设计直观且功能强大的用户界面。除了基础的LCD/OLED驱动外,会介绍如何利用触摸屏的电容感应原理,并探讨如何通过声音信号(如麦克风阵列的初步处理)获取环境信息。 第四部分:系统集成与项目管理 真正的挑战在于将各个模块无缝集成并确保系统的长期稳定性。 1. 固件调试与故障排除: 介绍调试技术,包括使用逻辑分析仪(Logic Analyzer)捕获通信协议时序,以及使用示波器(Oscilloscope)观察信号质量。讲解常见的“悬浮输入”、“看门狗定时器复位”等棘手问题的排查流程。 2. 低功耗设计与电源管理: 对于任何便携式设备,电源管理是核心。本章将探讨睡眠模式(Sleep Modes)、时钟门控技术,以及如何选择合适的DC-DC或LDO稳压器,以延长电池寿命。 3. 面向未来的技术展望: 探讨物联网(IoT)的基础网络协议栈(如MQTT、CoAP)在嵌入式设备上的实现方式,以及数据安全和固件空中升级(OTA)面临的工程挑战。 本书的特色在于其大量的“为什么”与“如何更优”的探讨,而非简单的“怎么做”。它致力于将读者从一个简单的“元件组装者”培养成一个能够理解、设计和优化复杂电子系统的“系统工程师”。无论是电子专业的学生,还是寻求跨界技能提升的工程师,亦或是对技术有终极好奇心的爱好者,都将在这本全面、深入的实践指南中找到属于自己的技术突破点。

作者简介

目录信息

第1章 机器人项目简介 1
1.1 为什么制作机器人? 3
1.2 机器人的移动方式 3
1.3 工具 4
第2章 搭建电路 5
2.1 硬件需求 6
2.2 制作方法 6
第3章 制作两轮移动平台 11
3.1 硬件需求 12
3.2 结构组装 12
3.3 安装红外传感器 19
3.4 后续工作 21
第4章 制作四轮移动平台 22
4.1 硬件需求 23
4.2 结构组装 23
4.3 安装红外传感器 30
4.4 后续工作 31
第5章 Arduino入门 33
5.1 硬件需求 34
5.2 Arduino软件 34
5.3 Arduino硬件 34
5.4 安装集成开发环境(IDE) 35
5.5 连接Arduino电路板 37
5.6 使用IDE 37
5.7 上传运行Blink草绘 38
5.8 使用标签 39
5.9 安装第三方库文件 39
第6章 测试机器人的基本功能 41
6.1 硬件需求 42
6.2 软件需求 42
6.3 本章使用的程序 43
6.4 上传运行helloRobot.ino 43
6.5 程序说明 48
6.6 故障排查 50
6.7 提高程序的可扩展性 50
第7章 速度和方向控制 54
7.1 硬件需求 55
7.2 本章使用的程序 55
7.3 电机类型 55
7.4 电机控制器 55
7.5 控制电机转速 57
7.6 机器人机动软件结构 62
7.7 机器人运动函数 66
第8章 认识传感器 72
8.1 硬件介绍 73
8.2 软件 73
8.3 红外反射传感器 73
8.4 声纳测距传感器 75
8.5 Maxbotix EZ1声呐测距传感器 76
8.6 夏普红外测距传感器 76
8.7 接近传感器 77
8.8 声音传感器 78
8.9 Arduino Cookbook 80
第9章 让机器人对边沿和路线做出反应 81
9.1 硬件需求 82
9.2 本章使用的程序 82
9.3 Look代码 82
9.4 边沿检测 83
9.5 循线 85
9.6 查看程序数据 89
第10章 自主运动 91
10.1 硬件需求 92
10.2 本章使用的程序 92
10.3 安装超声波测距传感器 93
10.4 让机器人自由活动 95
10.5 增加扫描功能 100
第11章 遥控 105
11.1 硬件需求 106
11.2 本章使用的程序 106
11.3 设计遥控代码 106
11.4 用电视遥控器控制机器人 109
附录A 机器人功能扩展 117
A.1 设计 118
A.2 如何实现复杂项目 118
附录B 在机器人上使用其他硬件 119
B.0 其他电机控制器 120
附录C 调试机器人 123
C.0 根据症状判断问题 124
附录D 电源 131
D.1 监控电池电压 132
D.2 涓流冲电 137
附录E 程序结构 138
E.1 数字I/O 139
E.2 模拟I/O 139
E.3 计算函数 139
E.4 其他函数和结构 139
附录F Arduino引脚和定时器资源 141
F.1 解决资源冲突 142
F.2 引脚和定时器列表 143
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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哎呀,最近入了本关于电子制作的入门书,虽然书名听起来挺唬人的,是什么“玩转机器人”,但实际内容可比我想象的要扎实和细致得多。这本书简直就是一本手把手教你从零开始搭建电子项目的实战指南。它没有那些晦涩难懂的理论堆砌,而是直接从最基础的元件讲起,比如电阻、电容这些“小家伙”,是怎么在电路板上各司其职的。我记得里面有一章节详细讲解了面包板的使用,图文并茂,连我这种动手能力几乎为零的新手都能一眼看明白,怎么把那些零散的导线和模块准确地插到位。更让我惊喜的是,它对于基础编程逻辑的梳理,简直是化繁为简的高手。作者似乎深知初学者的痛点,把复杂的条件判断和循环结构,通过一个个生动的例子串联起来,比如让一个小灯按照特定的节奏闪烁,或是让一个小马达以不同的速度转动。读完这部分,我感觉自己对程序的“黑箱”操作少了一份恐惧,多了一份掌控感。它真的做到了把“玩”和“学”完美结合,让你在调试每一个小功能的过程中,不知不觉就掌握了核心的技术要点。那种亲手点亮第一个LED灯泡,或者让一个传感器开始输出数据的成就感,是任何理论书籍都无法给予的。这本书的结构安排非常合理,每完成一个小项目,都会有一个“知识回顾”的小节,帮你巩固刚刚学到的新技能,而不是让你学完就忘。

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这本书在工具和材料的准备方面,也给出了极其人性化的指导,这点对于初次涉足这个领域的读者来说太重要了。很多教材只告诉你需要“一个开发板”和“一些元件”,但对具体型号、购买渠道、甚至替代方案都语焉不详,导致读者需要花费大量时间在论坛和电商网站上比对、筛选。这本书则提供了一个详尽的“物料清单”(BOM),而且非常贴心地标注了不同等级的推荐:有“基础入门配置”(最经济实惠,能跑所有示例)和“进阶扩展配置”(包含更多常用模块,方便后续升级)。更绝的是,它甚至给出了某些特定元件的“注意事项”,比如某个电阻的功率要求,或某个电容的耐压范围,这些都是教科书里常被忽略,但在实际焊接或通电时极易“烧毁”元件的关键细节。通过这种细致的预先指导,它极大地降低了初学者的试错成本。我按照清单采购后,发现所有元件都能完美匹配书中的案例,省去了我来回折腾的麻烦,让我能把精力完全集中在电路逻辑的学习上,这无疑是提升学习效率的绝佳保障。

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我之前尝试过几本号称是给“电子小白”准备的书,结果不是内容太浅,让我觉得浪费时间,就是突然拔高,直接跳到了我不理解的抽象概念。然而,这本书在内容进阶的设计上,展现出了非常成熟的编排思路。它采用的是一种渐进式的难度攀升策略。开篇基础部分极其稳健,专注于打地基,让你熟悉各种输入输出的原理。接着,它开始引入一些稍微复杂一点的概念,比如如何处理模拟信号和数字信号的区别,以及如何通过软件模拟来预测硬件行为。最让我眼前一亮的是,它在讲解传感器应用时,不仅仅是教你“如何读取数据”,而是深入到“如何优化读取的准确性”和“如何过滤噪声”。比如,如何针对不同的环境光线调整一个光敏电阻的灵敏度曲线,这已经不是简单的“入门”范畴了,而是触及到了初级工程优化的层面。这种由浅入深,层层递进的设计,让你在不知不觉中,技能树就被点亮了好几层,感觉自己真的在“玩转”这个领域,而不是被动地接受信息。

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我一直认为,一本好的技术书,其价值不仅在于教会你“做什么”,更在于教会你“如何思考”和“如何解决未知问题”。这本书在这方面做得尤为出色。它没有把每一个问题的解决方案都写得板上钉钉,而是设置了大量的“挑战环节”和“进阶思考题”。例如,在完成了一个基础的避障小车项目后,它会抛出一个问题:“如果光线变化很大,你现有的超声波传感器方案是否依然可靠?如何改进?” 这种引导式的提问,迫使读者必须跳出书本给出的固定代码框架,去查阅相关文档,理解不同传感器的工作原理,并尝试进行算法上的调整。我体会到,这本书培养的不是一个只会复制粘贴代码的“操作员”,而是一个拥有初步问题拆解和系统设计能力的“创作者”。它鼓励你犯错,然后教你如何通过逻辑推理和工具调试来定位并修复错误,这种“自主学习能力”的培养,才是学习机器人制作这项技能最核心的价值所在,也是这本书带给我最深刻的收获。

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这本书的排版和插图设计,真的是业界良心级别的存在,这一点我必须大书特书。很多技术类书籍,内容是干货,但阅读体验却是一场灾难,不是字体太小,就是电路图画得跟意大利面一样乱。但拿到这本,我立刻被它清晰的视觉引导吸引住了。无论是模块的实物图、焊接示意图,还是最终的电路连接图,都采用了高分辨率的彩色印刷,而且关键的连接点和信号线都有明确的颜色标识和粗细区分。这对于我们这些需要对照实物操作的人来说,简直是救命稻草。我特别喜欢它在讲解某个复杂模块时,会用一个“断层剖面图”的方式来展示内部结构,让你能直观理解信号是如何流动的。而且,每一个代码示例,都配有详细的注释,这些注释不仅仅是简单地翻译代码行,而是深入解释了“为什么”要这么写,背后的工程逻辑是什么。这种对细节的极致追求,让我在调试过程中,极大地减少了因为看错线路或理解错代码逻辑而浪费的时间。它仿佛是你身旁一个耐心且眼力极好的导师,时刻为你指明方向,确保你的每一步操作都精确无误。

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机器人用书

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想照着书上的内容做个机器人,可惜没成功,书中没有从最基础开始介绍,直接跳到了高级别内容。

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想照着书上的内容做个机器人,可惜没成功,书中没有从最基础开始介绍,直接跳到了高级别内容。

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想照着书上的内容做个机器人,可惜没成功,书中没有从最基础开始介绍,直接跳到了高级别内容。

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