开源硬件DIY

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出版者:机械工业出版社
作者:Alicia Gibb
出品人:
页数:264
译者:辛海洋
出版时间:2016-4-15
价格:69.00 元
装帧:平装
isbn号码:9787111534310
丛书系列:
图书标签:
  • 开源硬件
  • 创客
  • 硬件
  • diy
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  • 电子制作
  • Arduino
  • 树莓派
  • 创客空间
  • 嵌入式系统
  • 硬件开发
  • 项目实践
  • 电子爱好者
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具体描述

这是第一本指导设计和制造开源硬件全过程的动手指南。广泛的行业人物通过在DIY、制造商和硬件骇客项目上的丰富经验,分享了经过实际检验的方法,来进行设计、重新组合、制造、生产、故障排除、许可、记录和开展开源硬件业务。

《创客的炼金术:从零到一的嵌入式系统设计与实践》 简介 在这个数字浪潮汹涌澎湃的时代,我们生活在一个被智能设备渗透的奇妙世界。从指尖轻触的智能手机,到居家服务的物联网终端,再到驱动工业自动化的精密仪器,这一切的背后,都离不开一个核心的驱动力——嵌入式系统。它们如同沉默的工匠,默默地将抽象的代码转化为 tangible 的功能,让冰冷的硬件焕发出勃勃生机。 然而,对于无数心怀探索与创造热情的创客而言,嵌入式系统的世界往往显得既神秘又充满挑战。琳琅满目的微控制器、传感器、执行器,复杂的通信协议,以及烧脑的底层代码,似乎都构成了一道道难以逾越的门槛。我们渴望亲手打造属于自己的智能设备,却常常止步于“如何开始”的迷茫,或者因为枯燥的理论和晦涩的文档而感到力不从心。 《创客的炼金术:从零到一的嵌入式系统设计与实践》正是一本为所有渴望点燃创造火花,将奇思妙想转化为真实作品的创客而量身打造的指南。它并非是一本高深的理论教科书,也不是一份罗列堆砌的技术手册,而更像是一位经验丰富的导师,一位循循善诱的朋友,带你一步步揭开嵌入式系统设计的神秘面纱,掌握从概念到落地的全过程。 本书的核心在于“实践”与“精炼”。我们深知,真正的学习来自于动手操作,来自于解决实际问题的过程。因此,我们摒弃了冗长空泛的理论陈述,而是将重点聚焦于那些最实用、最核心的设计理念与技术技巧。通过一系列精心设计的、难度循序渐进的项目,你将亲身体验嵌入式系统的魅力,感受从一块空白的电路板,到能够感知世界、执行指令的智能体,这一令人振奋的蜕变过程。 本书内容概述: 第一部分:启航——嵌入式系统的基石 在踏上这段精彩的旅程之前,我们需要为我们的“炼金术”打下坚实的基础。 认识你的工具箱: 我们将从最基础的硬件组件入手,深入了解微控制器(MCU)的架构与工作原理。你将学会识别不同类型的MCU,理解CPU、内存、I/O端口等核心概念。我们将以一款广泛应用且易于上手的开发板为例,例如Arduino或STM32系列,让你快速建立起对硬件的直观认知。 “代码”的魔法符文: 软件是赋予硬件生命的关键。本书将引导你掌握C/C++等主流的嵌入式开发语言,并侧重于那些在嵌入式环境中至关重要的编程技巧,例如位操作、中断处理、定时器应用等。我们将通过清晰的代码示例,让你理解每一行代码背后的逻辑,并学会如何编写高效、健壮的程序。 连接世界的语言: 传感器是嵌入式系统的“眼睛”和“耳朵”,它们让设备能够感知环境。我们将系统地介绍各类常用传感器,如温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、加速度计、陀螺仪等,并详细讲解它们的工作原理、接口类型以及如何在你的项目中集成它们。你将学会如何读取传感器数据,并将其转化为有意义的信息。 指令的执行者: 执行器则是嵌入式系统的“手”和“脚”,它们让设备能够对环境做出响应。我们将深入探讨电机驱动、LED控制、继电器控制等常见执行器的工作原理和控制方法。你将学会如何精确地控制电机的转速和方向,如何点亮炫酷的LED灯效,以及如何通过继电器控制高功率设备。 第二部分:熔炼——核心嵌入式系统设计 掌握了基础之后,我们将进入更深层次的设计与实现。 通信的桥梁: 现代嵌入式系统很少孤立存在,它们需要与其他设备甚至云端进行信息交换。本书将详细解析几种至关重要的通信协议,包括: UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): 最基础的串行通信方式,常用于设备间的点对点通信,例如与电脑的串口调试。 I2C (Inter-Integrated Circuit): 一种简便的、多主多从的总线通信协议,非常适合连接多个传感器和外设。 SPI (Serial Peripheral Interface): 一种高速的同步串行通信协议,常用于连接高性能传感器和存储器。 CAN (Controller Area Network): 在汽车和工业自动化领域广泛应用的、鲁棒性极强的通信总线。 Wi-Fi 和 Bluetooth: 无线通信技术,赋予你的设备连接互联网和进行无线交互的能力。 我们将通过实例演示,让你理解这些协议的报文结构、通信时序以及如何在代码中实现它们。 数据的脉络: 嵌入式系统需要处理和存储大量数据。我们将探讨: 数据采集与处理: 如何从传感器高效地采集数据,并进行滤波、校准等预处理。 数据存储: SD卡、EEPROM、Flash Memory等存储介质的原理与使用,以及如何设计有效的数据记录方案。 实时操作系统 (RTOS) 的初步接触: 对于更复杂的项目,RTOS能够帮助你有效地管理任务、协调资源,提高系统的响应速度和稳定性。我们将介绍RTOS的核心概念,如任务、调度、信号量、互斥锁等,并通过简单的示例展示其应用。 电源的智慧: 嵌入式系统的功耗管理至关重要,尤其是在电池供电的设备中。我们将学习: 电源管理的基本原理: 理解不同电源模块的工作方式,如LDO、DC-DC转换器。 低功耗设计策略: 如何通过软件和硬件协同优化,最大限度地降低设备的能耗,延长电池寿命。 安全用电: 学习基本的电路保护知识,确保你的项目在安全可靠的电源环境下运行。 第三部分:升华——创意无限的实践项目 理论的海洋终将汇入实践的江河。本书将通过一系列精心设计的、兼具趣味性和实用性的项目,让你在实战中巩固所学,激发无限创意。 智能环境监测站: 集成温湿度传感器、光照传感器,并将数据通过UART或Wi-Fi发送到电脑或云端,实时监测室内环境。 DIY智能家居控制面板: 利用按钮、LED和继电器,构建一个可以控制家中灯光、风扇等电器的简单智能家居控制系统。 基于姿态传感器的创意互动装置: 使用加速度计和陀螺仪,制作一个能够根据你的动作做出反应的艺术装置或游戏控制器。 便携式数据记录仪: 将传感器数据存储到SD卡中,方便后期分析,可应用于科学实验、野外考察等场景。 简单的机器人导航系统(进阶): 学习如何集成电机、驱动模块和传感器,让你的机器人能够自主避障或按照预设路径移动。 本书的独特之处: “由浅入深”的学习路径: 告别碎片化的知识点,本书提供了一个清晰、连贯的学习脉络,让你能够循序渐进地掌握嵌入式系统设计的各个环节。 “理论与实践”的完美融合: 我们不仅会讲解必要的技术原理,更重要的是,会通过大量的代码示例和项目实践,让你将理论知识转化为实际能力。 “面向创客”的语言: 我们使用清晰易懂的语言,避免过多的学术术语,让你在轻松愉快的氛围中学习。 “解决问题”导向: 本书聚焦于解决创客在实际制作过程中可能遇到的问题,提供实用的技巧和解决方案。 “激发创意”的土壤: 通过丰富多样的项目,我们旨在为你打开一扇通往无限创意的大门,鼓励你将自己的奇思妙想付诸实践。 无论你是对电子技术充满好奇的初学者,还是希望系统提升嵌入式开发技能的业余爱好者,亦或是想要将自己的创意产品化为现实的创客,“创客的炼金术”都将是你手中不可或缺的宝贵资源。让我们一起,用智慧与双手,点亮数字世界的每一个角落!

作者简介

Alicia Gibb,是一位开源硬件的倡导者,同时也是一名研究员和一名硬件黑客。Alicia自2008年起就在开源硬件社区工作。她是开源硬件协会的创始人和执行董事,该组织教育并推广创建和使用开源硬件。她指导着科罗 拉多大学博尔德分校的BTU实验室,在那里她教授计算物理和信息技术课程。在服务于开源硬件协会之前,Alicia是Bug实验室的一名研究员和原型设计师,并曾被授予国家科学基金会的SBIR奖金,以资助她基于传感器进行数据采集的模块项目的研究工作。她还是“纽约电阻协会”的成员,在那里她策划了两个国际艺术展,创办了两届开放硬件峰会并担任联合主席,并且还是Ada Initiative的董事。她在电子元件领域的研究成果先后刊登在Wired杂志、IEEESpectrum、Hackaday和纽约时报。

辛海洋,香港中文大学信息工程系博士,麻省理工学院访问学者。微信公众号MaKerlog作者。长期关注机器人、开源硬件、创新理论,热爱阅读和分享,相信技术的力量。目前正在创业。致力于打造一家“1OOX Better”的机器人公司。

辛海林,工程师,目前在国有大型企业从事工程设计工作。喜欢尝试不同的事情,体验不同的生活。信奉开源和自由的精神。

目录信息

前言
致谢
作者简介
第一部分 开源硬件理论
第1章 开源硬件运动的历史 2
1.1 第一批项目、组织及其定义 3
1.2 TAPR OHL 4
1.3 OHANDA 5
1.4 OSHW的定义、峰会和图标 5
1.5 CERN OHL 7
1.6 开放硬件与开源硬件的区别 7
1.7 OSHWA的创立 8
1.8 参考文献 9
第2章 开源硬件的定义和最佳实践 11
2.1 开源硬件的定义 11
2.2 最佳实践 14
2.3 总结 26
第3章 开源硬件许可 27
3.1 专利许可 27
3.2 OSHW框架下的开放许可 28
3.3 版权、专利和商标:你可以许可的权利 29
3.4 实际许可版权、专利和商标 32
3.5 现在该做什么 35
3.6 总结 36
3.7 资源 36
第4章 开源硬件的标准化 38
4.1 稳固软的部分:让软件更加可靠 39
4.2 软化硬的部分:更灵活地制作硬件 42
4.3 其他标准和规范 44
4.4 总结 45
第二部分 动手
第5章 设计的流程:如何从零开始做出产品 48
5.1 项目的阶段性 49
5.2 精制设计迭代和产品 51
5.3 设定工作流程 52
5.4 管理频繁的迭代过程 54
5.5 每个大型计划都有退出策略 54
5.6 准备生产 55
5.7 总结 55
5.8 资源 56
第6章 制作衍生产品 57
6.1 衍生工具和开源硬件 57
6.2 Blinky Buildings项目 61
6.3 总结 72
第7章 修改Arduino的形态 74
7.1 Arduino衍生品的形态 75
7.2 动手之前 76
7.3 决定电路板轮廓 77
7.4 在Eagle工具中对Arduino衍生板进行置板 80
7.5 生产电路板 82
7.6 总结 83
7.7 资源 83
第8章 混合3D打印 84
8.1 桌面3D打印机的黎明 84
8.2 3D打印技术的开放硬件设计 87
8.3 接下来的几步 95
8.4 总结 97
8.5 资源 97
第9章 可穿戴设备 98
9.1 可穿戴设备的历史 98
9.2 传导性织物 103
9.3 可缝制的微控制器和零部件 104
9.4 EL 电线/磁带/嵌板 105
9.5 工具和技巧 106
9.6 管理预期 111
9.7 可穿戴设备的未来 111
9.8 总结 112
9.9 资源 112
第10章 物理材料 114
10.1 信息共享的集中式在线中心 114
10.2 带给设计师和客户的好处 115
10.3 灵活地定义开源硬件以适应其他混合多种制造类型的物理实体和产品 115
10.4 产品和行业的范围 118
10.5 总结 133
第三部分 生产要素
第11章 数字时代的个人化生产 136
11.1 个人制造、流程、零件和材料 137
11.2 案例分析 140
11.3 未来的问题 146
11.4 总结 147
第12章 从创造到制造的加速 148
12.1 选择制造合作方 149
12.2 SparkFun电子是如何扩大规模的 150
12.3 套件组装 154
12.4 可制造性设计 154
12.5 设备选型和实施 157
12.6 供应链/采购 161
12.7 资源规划和调度 162
12.8 测试和质量控制 164
12.9 开源的未来,小规模制造 166
12.10 总结 170
第13章 解决从设计到制造的问题 171
13.1 可制造性设计 172
13.2 选择制造商 178
13.3 制造切换 179
13.4 真实场景下会发生哪些错误 182
13.5 质量控制 184
13.6 创意修复 185
13.7 总结 187
第14章 硬件文档的分类 189
14.1 README文档 190
14.2 产品网页 191
14.3 硬件源文件 194
14.4 展现每个零部件:物料清单 194
14.5 教程 195
14.6 创建社群 198
14.7 总结 199
14.8 资源 199
第15章 商业 200
15.1 一个自然的商业模式 200
15.2 品牌 201
15.3 开源硬件和开放式设计的商业模式矩阵 202
15.4 总结 216
第16章 在学术界创建开源硬件 217
16.1 象牙塔生活:概述 218
16.2 开源硬件应用于学术界的好处 219
16.3 提高知名度、被引频次和公共关系 224
16.4 增加资金支持和招生的机会 225
16.5 良性循环 227
16.6 开源硬件教学和服务 228
16.7 总结 233
16.8 参考文献 233
结束语 236
附录A 开源硬件清单 240
附录B 开源硬件的安全守则 242
附录C 设计过程清单 245
附录D 面向制造的设计清单 247
附录E Mach 30的文档基本规则 251
附录F Blinky Buildings源文件 254
词汇表 262
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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说实话,我平时对动手类的书不太感冒,总觉得那些东西太“硬核”,但这本书真的让我刮目相看。我本来只是想找本入门书随便看看,没想到越看越上瘾。作者的写作风格非常幽默风趣,读起来完全没有压力。书中介绍了很多实用的小项目,比如自制一个可以自动浇花的小装置,或者一个可以提醒你喝水的提醒器。这些项目不仅有趣,而且真的能解决生活中的小痛点。书里对工具的选择和使用也有很详细的介绍,连我这个“小白”都能很快上手。这本书真正做到了“授人以渔”,让我掌握了独立思考和解决问题的能力,而不是单纯地复制粘贴别人的代码和电路。

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这本书真是为我们这些“动手党”量身定制的!我特别喜欢书中对各种开源平台和社区资源的介绍。现在做硬件DIY,光靠一本书是不够的,你需要了解整个生态系统。这本书在这方面做得非常到位,它推荐了几个非常活跃的开发者社区,还分享了一些实用的调试技巧。我记得有一次我遇到了一个困扰很久的软件兼容性问题,按照书里提到的方法,去社区寻求帮助,很快就得到了解决方案。这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一个经验丰富的导师在身边指导你。它教会我的,是如何更好地利用现有的资源,去实现自己的创意。对于那些想要把想法变成现实的朋友来说,这本书的价值无可估量。

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我给这本书打五星,因为它真的是一本能让人“坐得住”的技术书。我通常看技术书很容易走神,但这本书的排版和设计非常精美,图文并茂,阅读体验极佳。作者似乎非常了解初学者的困惑,总是在关键步骤给出“友情提示”,避免你走弯路。比如,在讲解如何焊接元器件时,它不仅展示了正确的姿势,还特别提醒了容易出现虚焊的常见错误。这种细致入微的关怀,让我在制作过程中感到非常安心。通过这本书,我不仅学会了基础的电路知识,更重要的是,培养了耐心和严谨的科学态度。这本书绝对值得我放在书架最显眼的位置,时不时拿出来翻阅。

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我最近在整理书架,发现这本关于硬件制作的书,简直是“挖到宝了”!我之前对这类技术书籍总是有点畏惧,觉得太枯燥,但这本书完全颠覆了我的印象。它的内容组织非常有趣,不像传统教科书那样死板。作者把复杂的概念用生动的生活实例来比喻,让你在轻松阅读的过程中就掌握了核心知识。特别是关于如何搭建一个小型自动化控制系统的章节,简直是教科书级别的范例。它不仅提供了详细的步骤,还深入探讨了背后的设计理念,让我明白了“为什么”要这么做,而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。读完这本书,我感觉自己的技术视野都开阔了,对未来更复杂的项目充满了信心。这本书的价值,远超出了它的价格。

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哇,这本书真是太棒了,我简直爱不释手!我最近迷上了电子制作,想自己动手做一个智能家居系统。我本来以为需要懂很多复杂的编程和电路知识,结果翻开这本书,发现作者的讲解非常清晰易懂,完全是从零开始教起。书里详细介绍了各种常用传感器的原理和接线方法,比如温湿度传感器、光敏电阻等等。最让我惊喜的是,书中还配有大量的实物图片和电路图,每一个步骤都讲解得细致入微,根本不用担心会做错。我按照书中的步骤,很快就成功点亮了第一个LED灯,那种成就感简直无与伦比。这本书不仅教会了我如何操作,更重要的是培养了我解决实际问题的能力。如果想入门电子DIY领域,这本书绝对是你的不二之选,强烈推荐给所有对动手制作感兴趣的朋友们!

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通过这本书了解了什么叫开源,对文科生来说,提供了一个非常好的思维角度。

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不是很适合我

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2.5颗星,作为一本指南是不错的,但是相对其他的书而言这本书对我的启发有限,收获不大。

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不是原教旨主义的开源运动,也不是漫无边际的创客运动。这是一本掏心掏肺的指南,告诉你一个非常原汁原味的创客如何从零到商业化玩转开源硬件。awesome cool!

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不是很适合我

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