树莓派+传感器

树莓派+传感器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:[印度]鲁什 贾加 Rushi Gajjar
出品人:
页数:168
译者:胡训强
出版时间:2016-3-1
价格:49
装帧:平装
isbn号码:9787111529620
丛书系列:
图书标签:
  • 树莓派
  • 软件开发
  • 硬件
  • 智能硬件
  • 编程
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  • Python
  • 硬件开发
  • 智能家居
  • 项目实践
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具体描述

树莓派从2012年发行一个版本以来,由于其通用的架构、标准的接口和丰富的外围设备,吸引了无数硬件和软件工程师的眼球,将其视为投身物联网产业的必备法宝之一。本书详细讲解了如何将传感器集成到树莓派电脑板,创建令人难忘的交互式项目,并用Linux和Python深入挖掘树莓派的功能,为那些希望了解各种硬件和软件如何协同工作以及希望得到在树莓派上开发传感器和物联网项目的创造者们提供实用指南。

全书分为7章:第1章介绍市面上可找到的所有型号的树莓派,包括*新发布的B型树莓派,并讨论安装操作系统的方法以及将树莓派接入互联网的几种有趣的方式;第2章简要介绍树莓派的电子学基本知识;第3~7章则通过5个不同的项目分别详细讲解如何利用树莓派和传感器测量距离、监控温度和湿度、连接树莓派和传感器、在线上传数据以及图像与视频处理。书中最后的附录给出一份购物清单,可以作为读者进行项目开发时选购相应工具和元器件的参考。

《智联万物:不止于“派”的传感器技术深度解析》 本书旨在为广大电子爱好者、创客、工程师及技术开发者提供一本全面而深入的传感器技术实践指南。我们跳出单一硬件平台的局限,聚焦于传感器核心原理、接口协议、数据处理以及实际应用中的挑战与解决方案,为读者构建一个更加广阔和坚实的知识体系。 核心内容概述: 本书将从传感器最基础的物理原理讲起,深入剖析各类传感器的内部构造、工作机制及其对环境变化的响应特性。我们不回避复杂的物理学和电子学概念,但会用清晰易懂的语言和丰富的图示,帮助读者理解光、热、力、化学、生物等多种物理量是如何被转化为电信号的。 第一部分:传感器原理与基础 传感器基础理论: 详细介绍传感器的分类(电阻式、电容式、压电式、磁阻式、光学式、声学式、化学式、生物式等),各类传感器的核心转换原理,灵敏度、精度、线性度、迟滞、重复性等关键性能指标的含义与衡量方法。 关键物理量传感器深度解析: 温度传感器: 从热敏电阻(NTC/PTC)、热电偶、集成温度传感器(如LM35, DS18B20)的原理、选型、精度校准到实际应用中的干扰抑制。 湿度传感器: 电容式、电阻式湿度传感器的原理,湿度对材料特性的影响,以及如何在大气、土壤、食品等不同场景下进行精确测量。 光传感器: 光敏电阻、光电二极管、光电三极管、CCD/CMOS图像传感器的基本原理,光照强度、颜色、光谱等测量方法,以及在环境监测、自动化控制中的应用。 压力与力传感器: 压阻式、电容式、应变片式压力传感器的工作原理,力传感器的种类(测力电阻、扭矩传感器),以及如何进行动态和静态力的测量。 位移与距离传感器: 编码器、超声波传感器、红外测距传感器、激光测距传感器、LVDT(线性可变差动变压器)等的原理与应用。 气体与化学传感器: 半导体气体传感器(MOS)、电化学传感器、催化燃烧式传感器的工作原理,以及在空气质量监测、有毒气体检测中的应用。 加速度与陀螺仪传感器: MEMS(微机电系统)加速度计和陀螺仪的原理,惯性测量单元(IMU)的构成,以及在姿态测量、运动检测中的作用。 声音传感器: 麦克风的工作原理,声压级、频率的测量,以及在环境噪声监测、语音识别前端中的应用。 第二部分:接口与通信技术 模拟信号处理: 放大器、滤波器、ADC(模数转换器)的选型与设计,如何处理传感器输出的模拟信号,抑制噪声,提高信号质量。 数字接口协议: I2C (Inter-Integrated Circuit): 深入解析I2C协议的通信机制、主从设备、寻址、读写操作,以及在多传感器集成时的仲裁机制。 SPI (Serial Peripheral Interface): 详细讲解SPI的时序、主从模式、数据传输方式,以及其高速率、全双工的优势。 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): 介绍UART的串行通信原理、波特率、数据位、校验位等设置,以及其广泛的通用性。 PWM (Pulse Width Modulation): 讲解PWM信号的生成与控制,在模拟量输出、电机调速等领域的应用。 单线通信协议 (1-Wire): 介绍DS18B20等传感器使用的1-Wire协议,如何在有限的线路上实现数据通信。 无线通信模块接入: Wi-Fi 模块: ESP8266, ESP32 等模块的接入与配置,实现传感器数据的网络传输。 蓝牙模块: HC-05/06, BLE (低功耗蓝牙) 模块的配对、数据传输,构建无线传感网络。 LoRa/NB-IoT: 讲解低功耗广域网技术,适用于长距离、低功耗的物联网应用场景。 第三部分:数据采集与处理 嵌入式系统中的数据采集: 微控制器 (MCU) 基础: ARM Cortex-M系列、AVR系列等常用MCU的架构、寄存器、GPIO、定时器、中断等核心功能。 实时操作系统 (RTOS) 的应用: FreeRTOS, RT-Thread 等RTOS在多任务、实时性要求高的传感器数据处理中的作用。 直接内存访问 (DMA): 如何利用DMA提高数据传输效率,减轻CPU负担。 数据预处理与滤波: 采样定理与欠采样/过采样: 理解采样频率对数据真实性的影响。 数字滤波算法: 移动平均滤波、中值滤波、卡尔曼滤波、低通/高通/带通滤波等算法的原理与实现,用于去除噪声、平滑数据。 传感器数据融合: 目的与挑战: 结合多个传感器数据以获得更全面、更准确的信息。 常见融合算法: 简单的加权平均、基于统计学的方法、以及更复杂的如Kalman Filter, Particle Filter在多传感器融合中的应用。 数据存储与传输: 本地存储: SD卡、EEPROM、Flash存储器的数据读写。 云平台接入: MQTT, CoAP 等物联网通信协议,将传感器数据上传至云端进行存储、分析和可视化。 第四部分:实际应用与案例分析 智能家居系统: 基于各种传感器(温湿度、光照、人体感应、门窗状态)构建的智能照明、环境监测、安全防护系统。 环境监测: 空气质量监测(PM2.5, CO2, VOCs)、水质监测、土壤墒情监测系统设计。 工业自动化: 压力、液位、流量、温度传感器在生产过程中的应用,以及故障检测与预测性维护。 农业物联网: 利用温湿度、光照、土壤传感器实现精准灌溉、作物生长监测。 可穿戴设备: 心率、血氧、体温、运动传感器在健康监测领域的应用。 机器人与无人机: IMU、超声波、激光雷达等传感器在导航、避障、定位中的关键作用。 本书特色: 原理与实践并重: 深入剖析传感器背后的科学原理,同时提供大量实际操作指导和代码示例(语言不限,会覆盖多种主流平台与语言)。 跨平台视角: 摆脱对单一开发板的依赖,强调传感器技术在不同硬件平台上的通用性,帮助读者掌握核心技能,灵活应对各种项目需求。 问题导向: 聚焦于传感器应用中常见的痛点和难点,提供行之有效的解决方案和优化建议。 前沿技术展望: 简要介绍新兴传感器技术和物联网发展趋势,激发读者的创新思维。 无论您是初学者还是有一定基础的开发者,都能从本书中获得宝贵的知识和实践经验,掌握构建智能系统的核心技术,真正实现“智联万物”的愿景。

作者简介

Rushi Gajjar 是一位资深嵌入式系统硬件开发工程师,也是一名电子学爱好者,他的工作领域是针对物联网研究、开发高速单板嵌入式计算机以及传感器节点。除此以外,他还曾经在印度韦洛尔理工大学参与研究,并藉此获得嵌入式系统的工程硕士学位。

在此之前,他在电子硬件设计领域作为自由撰稿人从事了大量工作,这些工作让他开始涉足快速原型开发板(例如树莓派)。他在闲暇时间里喜欢在树莓派上开发项目,这些项目包括可视化、数据记录、Web服务器以及机器学习自动化系统。他热衷于向在校学生讲授树莓派项目。

他志在将世界上所有东西都接入互联网,以增强人们的生活体验,他的业余爱好是打手鼓、摄影和旅行。

目录信息

译者序
前言
致谢
第1章 认识你的小伙伴——树莓派1
1.1 树莓派板卡一览2
1.2 首次配置8
1.3 将树莓派接入互联网12
1.3.1 通过无线网卡接入互联网12
1.3.2 通过PC从以太网接入互联网14
1.4 Linux速成教程19
1.4.1 终端和shell20
1.4.2 常见的实用Linux命令20
1.5 安装实用库23
1.5.1 git-core24
1.5.2 wiringPi24
1.6 python-gpio25
1.7 准备学习Python和C26
1.7.1 编写和执行Python程序27
1.7.2 编写和执行C程序27
1.8 实战练习28
1.9 本章小结29
第2章 认识电子学世界31
2.1 电子学基本术语32
2.1.1 电压33
2.1.2 电流33
2.1.3 电阻33
2.1.4 电容34
2.1.5 断路和短路34
2.1.6 串联和并联35
2.1.7 上拉和下拉电阻36
2.2 通信协议37
2.2.1 UART38
2.2.2 SPI40
2.2.3 I2C41
2.3 实用技巧和注意事项43
2.4 理解GPIO端口44
2.5 点亮LED47
2.5.1 Shell脚本和GPIO49
2.5.2 LED闪烁和Python49
2.5.3 用C代码让LED闪烁51
2.6 本章小结51
第3章 用超声波传感器测量距离53
3.1 神秘的超声波传感器54
3.2 创建项目57
3.2.1 硬件设置59
3.2.2 软件设置62
3.2.3 计算距离64
3.3 解决常见问题66
3.3.1 不能正确显示距离66
3.3.2 树莓派是否做出了响应67
3.3.3 测量的距离是否小于2cm67
3.4 面向视力不佳人群的可穿戴设备67
3.4.1 制作硬件68
3.4.2 软件设置69
3.5 本章小结73
第4章 用传感器监控大气74
4.1 传感器选择过程75
4.1.1 应用的临界性76
4.1.2 选择传感器封装76
4.1.3 传感器属性76
4.1.4 购买传感器77
4.1.5 可用的传感器77
4.2 DHT内置的温度和湿度传感器78
4.3 引入光敏电阻(光敏元件)80
4.4 创建项目81
4.4.1 硬件设置81
4.4.2 准备代码84
4.4.3 综述90
4.5 解决常见问题94
4.5.1 接收到的DHT数据无效94
4.5.2 LDR传感器输出的值为094
4.5.3 电压是否正确95
4.6 本章小结95
第5章 用模数转换器连接模拟传感器和树莓派97
5.1 模数转换器98
5.1.1 数据接收和信号调理99
5.1.2 信号放大99
5.1.3 采样和量化100
5.1.4 模数转换器的类型100
5.1.5 模数转换器的分辨率100
5.1.6 模数转换器背后的数学知识101
5.1.7 数据输出102
5.2 MCP3008模数转换器103
5.2.1 通道103
5.2.2 接地端104
5.2.3 SPI104
5.2.4 参考电压104
5.2.5 供电电压105
5.3 制作你自己的传感器站105
5.4 准备通用软件109
5.5 使用你的传感器站—创建温度记录器114
5.5.1 了解LM36温度传感器114
5.5.2 编写应用程序115
5.6 本章小结117
第6章 在线上传数据——电子表格、移动设备和电子邮件119
6.1 物联网120
6.1.1 传感器节点121
6.1.2 通信123
6.1.3 云技术124
6.1.5 数据分析124
6.1.6 安全事务125
6.2 硬件设置125
6.3 用互联网进行时钟同步126
6.4 向Google电子表格上传数据127
6.5 通过电子邮件接收通知133
6.6 集成所有东西138
6.7 面临的常见问题138
6.8 本章小结140
第7章 用摄像头和OpenCV制作图像传感器141
7.1 图像处理142
7.2 OpenCV144
7.3 可与树莓派连接的摄像头145
7.3.1 树莓派摄像头模块145
7.3.2 USB网络摄像头146
7.4 用网络摄像头传输实时视频流147
7.5 安装OpenCV149
7.6 创建运动探测器157
7.7 一些令人惊叹不已的项目164
7.8 本章小结165
附录 购物清单167
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本《树莓派+传感器》的书,我是一口气读完的,真的太惊喜了!我一直对物联网和智能家居很感兴趣,也听说过树莓派这个小巧又强大的设备,但一直苦于没有一个好的入门指导。之前也看过一些零散的电子书或者网络教程,但总感觉不成体系,要么过于理论化,要么代码讲解不清。这本书的出现,简直就是为我这样的新手量身定做的。 首先,它的结构非常清晰。开篇就从树莓派的基础知识讲起,包括它的硬件组成、操作系统安装、基本操作等等,一点一点地引导读者上手。我尤其喜欢它对各种常用传感器的介绍,不只是列出名称和功能,而是深入讲解了传感器的原理、工作方式,甚至还有不同型号的优缺点对比,这让我对“传感器”这个概念有了更直观、更深刻的理解。比如,讲到温湿度传感器时,它不仅告诉你怎么连接,还解释了DHT11和DHT22在精度和成本上的差异,这一点对实际项目选择非常重要。 然后,书中的代码示例真是太给力了!每一个传感器都配有详细的Python代码,而且代码写得非常规范,注释也很详细,即使我不是专业的程序员,也能轻松读懂。更重要的是,它不仅仅是“复制粘贴”式的代码,作者还会解释每一行代码的作用,让你知道为什么这么写,而不是死记硬背。我跟着书上的例子,成功地让我的树莓派读取了光线强度,甚至还尝试了控制LED灯的闪烁,这种成就感是无与伦比的! 更让我惊喜的是,这本书还提供了一些进阶的实战案例,比如制作一个简易的智能天气站、一个自动浇水系统等等。这些案例非常有启发性,让我看到了将所学知识应用到实际生活中的可能性。我特别喜欢天气站的案例,它把前面学到的温湿度传感器、LCD显示屏、甚至可能用到的WiFi连接都串联起来了,形成了一个完整的项目。这让我不再觉得学习是零散的知识点,而是可以构建出有意义的成果。 总的来说,《树莓派+传感器》这本书是一本非常实用、非常接地气的入门书籍。它既有扎实的理论基础,又有丰富的实践指导,而且讲解细致入微,循序渐进,非常适合和我一样的初学者。读完这本书,我感觉自己对树莓派和传感器有了全面的认识,也充满了信心去探索更多有趣的物联网项目。强力推荐给所有对DIY、对智能设备感兴趣的朋友们!

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一直以来,我都对DIY电子项目和智能设备充满热情,但真正动手实践的时候,总是会遇到各种各样的问题,特别是树莓派和各种传感器的连接与编程。市面上有很多相关的教程,但往往要么太过于理论化,要么就是代码晦涩难懂。《树莓派+传感器》这本书的出现,可以说是为我这样的爱好者们带来了福音。 这本书的编排方式非常有逻辑性,它首先从树莓派的基础知识入手,详细介绍了树莓派的硬件组成、操作系统安装、以及如何进行基本的网络配置。我特别喜欢书中关于树莓派各个接口的讲解,不仅仅是告诉你这些接口有什么用,还解释了它们的电气特性和使用注意事项,这为后续连接各种传感器打下了坚实的基础。 随后,书中对各种常见的传感器进行了详细的介绍。作者在讲解每一种传感器时,都付出了极大的心血。他不仅仅是简单地列出传感器的型号和功能,而是深入剖析了传感器的物理原理,比如,讲解超声波测距传感器时,它就详细解释了声波的发射、反射以及时间差与距离的换算关系。并且,对于不同的传感器,作者还提供了多种连接方式和编程思路,让我能够根据自己的实际需求进行选择。 最令我感到兴奋的是,书中提供的实践项目。这些项目不是简单的“你好,世界”级别的演示,而是真正能够解决实际问题的实用项目,比如构建一个智能的植物浇水系统,或者设计一个家庭安防监测设备。我尝试着跟着书中的教程,用几个传感器搭建了一个简单的“智能垃圾桶”,当手靠近时,盖子会自动打开。这个小项目虽然简单,但让我充分体验到了从想法到实现的整个过程,这种成就感是无与伦比的。 总的来说,《树莓派+传感器》这本书是一本真正能够帮助读者将理论知识转化为实践能力的优秀教材。它的内容详实,讲解清晰,而且充满了实际的指导意义。无论你是初学者还是有一定基础的爱好者,都能从中获益良多。我非常推荐这本书给所有对树莓派和传感器技术感兴趣的朋友们。

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收到《树莓派+传感器》这本书,我简直如获至宝。我一直都想涉足物联网领域,但苦于没有一个系统性的学习路径。网上零散的资料太多,很多都讲得不清不楚,或者需要一定的编程基础才能看懂。这本书恰好填补了我的需求。 这本书的开篇部分,为我详细地介绍了树莓派的方方面面。从硬件接口的图解,到操作系统的安装指南,再到远程连接的设置方法,都写得非常细致。我尤其赞赏作者在讲解SD卡刷写系统时,给出了不同系统的选择和优缺点分析,并且还提供了详细的步骤,让我这个对Linux系统不太熟悉的读者也能轻松完成。 接着,书中对各种传感器的介绍更是让我大开眼界。它不是简单地罗列出传感器的名称和参数,而是深入浅出地讲解了每一种传感器的核心工作原理。例如,在介绍土壤湿度传感器时,作者不仅解释了它是如何通过测量土壤的电阻值来判断湿度,还提供了不同型号传感器的选型建议,以及如何避免水分侵蚀等细节。这种细致入微的讲解,让我对传感器的理解不再停留在表面。 最令我激动的是,书中提供了大量真实可行的项目案例。从简单的LED灯控制,到稍微复杂一些的温湿度监测系统,再到能够联网的智能家居设备,每一个项目都配有清晰的原理图、元器件清单和详细的Python代码。而且,作者还会对代码中的关键函数和逻辑进行讲解,让我不仅知道如何实现,更能理解其背后的逻辑。我跟着书中的例子,用几行代码就让我的树莓派成功地读取了光线传感器的数值,这种即时反馈让我非常有成就感。 《树莓派+传感器》这本书,无疑是一本兼具理论深度和实践指导意义的佳作。它用通俗易懂的语言,将复杂的硬件知识和编程技术巧妙地融合在一起。对于想要学习树莓派和传感器技术,并动手实现物联网项目的读者来说,这本书绝对是一个不容错过的宝藏。我真心推荐这本书给所有渴望将想法变为现实的朋友们。

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我最近入手了这本《树莓派+传感器》,说实话,在翻开它之前,我其实对树莓派和传感器的了解还停留在“知道有这么回事”的阶段。我平时喜欢捣鼓一些小玩意儿,也想尝试一下自己搭建一些智能设备,但总是觉得无从下手,网上零散的信息太多,要么太深奥,要么不够系统。这本书的出现,恰好填补了我的这个空白。 书的语言风格非常亲切,不像很多技术书籍那样枯燥乏味,读起来就像和一个经验丰富的朋友聊天一样,他耐心地告诉你这个东西是什么,为什么这么做,以及这样做的好处。这一点对于我这样的非技术背景的读者来说,真的太友好了。比如,它在介绍GPIO接口的时候,用了很形象的比喻,把它们比作树莓派和外界交流的“触手”,让我一下子就明白了它们的功能。 而且,这本书在讲解传感器部分,做得非常到位。它不是简单地把传感器罗列出来,而是根据不同的功能类型,比如环境感知类、运动检测类、输入输出类等等,进行了分类讲解。对于每一种传感器,它都详细介绍了其工作原理,比如超声波测距传感器是如何工作的,利用的是声波的反射原理;或者陀螺仪是如何感知旋转的,涉及到了角速度的测量。这种深入浅出的讲解,让我不仅知道怎么用,更知道为什么这么用,对知识的理解更加牢固。 最让我印象深刻的是,书中的项目实践部分。它提供了很多可以落地的小项目,从简单的LED灯控制,到稍微复杂一点的温湿度监控系统,再到能够与网络交互的智能设备。每一个项目都配有清晰的电路连接图和详细的代码实现,而且作者还会对代码中的关键部分进行逐行讲解,让你明白每一条指令的含义。我跟着书里的教程,成功地搭建了一个能够检测光线强弱并自动开关LED灯的小装置,那种从无到有实现功能的喜悦感,真的是难以言喻。 总体而言,《树莓派+传感器》这本书是一本非常优秀的入门读物,它成功地将复杂的硬件知识和编程技术,以一种易于理解和实践的方式呈现给读者。它不仅提供了技术指导,更重要的是激发了读者的创造力和实践热情。我强烈推荐给任何想要学习树莓派和传感器技术,并希望动手制作一些酷炫小玩意儿的朋友们。

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刚拿到《树莓派+传感器》这本书,我就被它扎实的内容和清晰的脉络所吸引。我一直对嵌入式系统和物联网领域充满了好奇,也曾尝试过自己学习相关知识,但总是感觉缺乏一个系统的指引。这本书的出版,就像是一盏明灯,为我指明了方向。 这本书的开篇部分,对树莓派的硬件平台进行了非常详尽的介绍,从不同型号的树莓派的特点,到其核心的SoC(System on Chip)架构,再到各种接口的详细说明,如GPIO、USB、HDMI等,都做了深入浅出的讲解。我尤其赞赏作者在讲解GPIO时,没有仅仅停留在“可以控制引脚”的层面,而是详细阐述了GPIO的电气特性、电压等级、复用功能等,这对于后续进行更复杂的电路连接和硬件调试非常有帮助。 在传感器部分,作者的功力可见一斑。他并没有局限于罗列市面上常见的几种传感器,而是从传感器的基本原理出发,讲解了不同类型传感器的分类和工作方式。比如,在讲解气体传感器时,不仅介绍了不同种类的气体传感器(如半导体式、电化学式),还分析了它们各自的优缺点和适用场景。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,让我受益匪浅。 最让我感到惊喜的是,书中提供的项目案例。作者精心设计了一系列具有代表性的项目,从简单的环境监测到更复杂的自动化控制。这些项目不仅能让读者巩固所学的知识,更能激发他们的创新灵感。例如,书中关于“智能环境监测站”的项目,它整合了温度、湿度、光照、甚至PM2.5等多种传感器,并通过WiFi将数据上传到云端进行可视化展示。这个项目的设计非常完整,涵盖了硬件连接、数据采集、数据传输和数据展示等多个环节,能够让读者全面体验物联网项目的开发流程。 阅读这本书的过程中,我感到作者在技术深度和易懂性之间找到了一个绝佳的平衡点。他既能深入剖析技术细节,又能用通俗易懂的语言解释清楚,让读者在学习过程中不会感到吃力。这本书无疑是一本能够帮助我从入门到进阶的优质读物,极大地提升了我对树莓派和传感器技术的理解和实践能力。

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一台机器人身上有许多的传感器

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入门了解

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