Arduino穿戴式装置专案制作 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书一开始会先带您认识基本的电子元件，包括LED与感测器，熟悉各种元件，学会建构电子专案的基本知识。然后实际动手；打造第一个穿戴式电子装置，从一个自行车手套开始，这双手套能够提昇您在夜间骑车的安全性；接下来，还会带您制作LED眼镜，以及酷炫的GPS手表；另外也会钻研其他类型的专案，包括无钥门锁、可配戴在身上的NFC标签、健身资讯追踪装置、以及具备Wi-Fi无线连网能力的Spark开发板；最终的专案，将会结合上述种种概念，建构专属于你的智慧型手表，採用的技术含有健身资讯、网路通知功能、GPS。

　　透过本书，您可以了解：
　　．何谓穿戴式运算，以及其基本知识
　　．如何利用Arduino进行穿戴式装置的原型开发
　　．建构穿戴式装置时，所需要的设计程序与步骤
　　．深入了解适合开发穿戴式电子装置的材料与材质
　　．制作互动式自行车手套、GPS定位器手表等穿戴式装置
　　．学习程式设计，撰写人机互动功能
　　．学习如何经由蓝牙和Wi-Fi无线技术，连接到穿戴式电子装置并与之传输沟通
　　．亲手制作的实际经验，设计个人化风格

电子设计与编程的广阔天地：探秘嵌入式系统、传感器应用及现代电子技术 本书系一套面向电子工程、计算机科学、自动化控制乃至创客（Maker）群体的综合性技术读物。它旨在系统性地介绍现代电子技术的核心原理、主流开发平台的应用实践，以及如何将理论知识转化为功能强大的实际系统。全书内容涵盖了从基础的电路理论到复杂的嵌入式系统架构，重点强调动手能力、问题解决策略以及前沿技术的整合应用。 第一部分：电子电路基础与数字逻辑重构 本部分作为后续深入学习的技术基石，将严格而详尽地回顾并深化读者对电子学基础的理解。 1. 模拟电路与元件特性解析： 我们将从最基本的电子元件入手，深入探讨电阻、电容、电感在不同电路中的行为模式。重点分析有源器件如二极管、双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性曲线及其在开关和放大电路中的应用。针对运算放大器（Op-Amp）的特性，将详细讲解其在滤波、积分、微分以及高精度比较器电路中的数学模型与实际搭建技巧，包括如何处理噪声和失真问题。 2. 基础数字电子学与逻辑设计： 本章将构建现代计算系统的逻辑骨架。内容包括布尔代数、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的物理实现与逻辑功能。随后深入讲解组合逻辑电路（如加法器、译码器、多路选择器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器）的设计与分析。特别关注如何使用硬件描述语言（HDL，如VHDL或Verilog的简化概念）来描述和验证复杂的数字系统，为后续的微控制器编程打下硬件抽象层面的认知基础。 3. 信号调理与数据采集基础： 在将真实世界信号接入数字系统前，信号的预处理至关重要。本节详述了如何利用滤波器（RC、LC以及有源滤波器）进行抗混叠和去噪处理。接着，详细阐述了关键的信号转换技术，包括电压基准的建立、运算放大器在差分放大与仪表放大电路中的配置，为理解模数转换器（ADC）的工作原理和精度要求做好铺垫。 第二部分：嵌入式系统核心架构与微控制器技术 本部分将焦点集中于现代嵌入式系统的“大脑”——微控制器（MCU）的结构、编程范式和底层驱动开发。 1. 微控制器架构与指令集精讲： 本书不局限于某一特定系列，而是对主流微控制器家族（如CISC与RISC架构的差异）进行宏观对比。详细剖析CPU、存储器（RAM、Flash、EEPROM）和外设模块之间的交互机制。深入讲解汇编语言在理解底层操作中的作用，并分析不同寻址模式对程序效率的影响。 2. 寄存器级编程与中断系统管理： 真正的嵌入式开发往往需要绕过高级抽象层，直接操作硬件寄存器。本章将指导读者如何通过查阅数据手册，直接配置MCU的关键功能模块，例如通用输入输出端口（GPIO）、定时器/脉冲宽度调制（PWM）模块以及串行通信接口。重点讲解中断服务程序（ISR）的编写规范、优先级管理以及如何避免竞态条件和栈溢出等嵌入式系统特有的软件问题。 3. 通信协议栈的深度实践： 现代设备间的互联是系统功能实现的关键。本书将全面覆盖同步（如SPI、I2C）和异步（如UART）串行通信协议。更进一步，将涉及更复杂的总线协议，如CAN（控制器局域网）在分布式系统中的应用原理，以及USB或以太网等高级协议栈的软件实现概述，强调数据包的封装、校验和错误恢复机制。 第三部分：传感器、执行器与人机交互接口 本部分侧重于系统如何感知环境并做出响应，是实现“智能”功能的核心内容。 1. 传感器原理与信号解析： 详细介绍各类主流传感器的物理-电学转换模型。内容包括： 环境感知： 温度（热敏电阻、RTD、热电偶）、湿度、光照传感器（光敏电阻、光电二极管）的工作特性与线性化处理方法。 运动与定位： 加速度计、陀螺仪（MEMS技术基础）和磁力计的九轴融合算法（如互补滤波或卡尔曼滤波的简化概念介绍，用于姿态估计）。 距离与成像： 超声波测距、红外对射和基础的ToF（飞行时间）传感器的数据解析。 本章强调的重点是噪声过滤和动态范围校准，以确保采集数据的可靠性。 2. 执行机构控制与功率驱动： 系统输出需要驱动电机、继电器或高功率负载。我们将讲解如何使用PWM信号精确控制直流电机速度和步进电机角度。重点分析电机驱动电路的设计，包括H桥电路的选择、散热考量以及反电动势保护电路的搭建。对于固态继电器和晶体管阵列的应用，将阐述其在隔离高低电压电路中的重要性。 3. 基础人机界面设计： 涵盖了从最简单的LED指示到复杂字符型和图形型液晶显示屏（LCD/OLED）的驱动方法。重点讲解如何通过软件驱动程序来实现高效的屏幕刷新率，并介绍按键矩阵的消抖算法和编码器接口的精确读取技术，以确保输入系统的鲁棒性。 第四部分：操作系统、内存管理与系统优化 本部分将读者从裸机编程的限制中解放出来，引入实时性、并发性和资源管理的先进概念。 1. 实时操作系统（RTOS）导论： 解释RTOS与传统裸机程序的根本区别，强调任务调度、上下文切换的机制。介绍多任务系统中的关键概念，如信号量、互斥锁（Mutex）和消息队列，并演示如何使用它们来协调并发任务，避免死锁和资源竞争。 2. 内存与代码优化策略： 嵌入式系统资源受限，高效利用内存是性能关键。本章探讨栈（Stack）与堆（Heap）的管理，讲解静态分配与动态分配的优缺点。针对代码执行效率，将分析编译器优化选项对代码大小和运行速度的影响，并提供针对特定MCU架构的低级代码优化技巧。 3. 调试、测试与系统可靠性工程： 强调系统在实际环境中稳定运行的重要性。详细介绍硬件调试工具（如逻辑分析仪、示波器）在定位底层错误中的应用。讲解固件更新机制（OTA的简化概念）和故障恢复策略，确保系统在出现异常输入或意外中断后能够安全重启或恢复正常工作状态。 全书通过大量的理论推导、电路图示、伪代码示例和实践案例分析，旨在培养读者将跨学科知识融会贯通，设计并实现复杂、可靠的嵌入式电子系统的综合能力。

作者简介

Tony Olsson

　　瑞典马尔默大学教师，授课范围包括多种设计领域，以实感原型和穿戴式计算装置为中心，研究议题包括触觉互动和电子触觉沟通。除了在大学工作，也是独立艺术家∕设计师和作者。

第1章 初探Arduino与灯光闪烁
介绍如何安装开发环境的基本步骤，如何起手开始撰写程式，也会建构我们第一个电子电路：控制LED。

第2章 感测器
介绍如何连接感测器并沟通，从感测器取得资料；也会介绍各种数位与类比感测器，简单的、复杂的都有。

第3章 自行车手套
引领读者建构本书第一个专案，目标是打造自行车手套，运用LED并说明如何操控，并且介绍感测器进行简单的手势辨认。

第4章 LED眼镜
学习如何打造能受程式操控的LED眼镜，镜面满佈LED，由程式控制、显示不同的样式与形状，也会逐一描述建构太阳眼镜的步骤。

第5章 茫茫世界我在何处？
聚焦在可戴在手腕上的GPS追踪装置，以小型LCD萤幕显示资讯；此章还包含详细的指引与技巧，解说如何建构外壳容纳零件，让你戴在手腕上。

第6章 亲手体验NFC
介绍NFC技术与伺服马达，结合成为智慧型门锁，本章还包含了围绕NFC标签的设计，制作可配戴的指环，作为门锁的钥匙。

第7章 低功耗蓝牙
介绍耗电量极低的智慧蓝牙技术，实际运用制作穿戴专案；内容包括Blend Micro开发板，拿来打造专案连接到你的智慧型手机。

第8章 乘Wi-Fi飞翔
介绍具备Wi-Fi能力的Particle Core开发板，以及它的网页介面IDE，还介绍如何连接各种线上服务。

第9章 时间也能有智慧
专心致力打造智慧型手表，连接到网际网路，使用线上服务自订通知功能，并把通知资讯显示在小型OLED萤幕上头。

序

　　从我初次接触Arduino以来，已历经十年之久，想当初，我还是个大学生，那一天，教室前方站着蓄胡的西班牙教师，宣称他能够在一週内，教完关于电子电路和微控制器程式设计的所有知识，当然啦，当时的我对于电子学一无所知，也从未想过会有一天需要学习，所以只当做耳边风，根本不相信他。

　　那位西班牙教师採用全新的教学法，我以前从未体验过，他想要以实际动手做的方式、而非书本与教材，来教导我们，有一位同学指出，大部分学生完全没有电子领域方面的知识，那么又该如何能够动手做呢？西班牙教师回说那根本没关系，即便不知道你正在做些什么、也可以动手做，借由动手做，你就学会了。15分钟之后，学生都已经能够连接小灯泡到Arduino开发板，而且能够撰写程式，控制灯泡的亮与灭，困扰我的，不仅是能够在这么短的时间内完成上述功能，此外，做中学那部分的概念，也的确可行，嘿，我们真的从实际动手做的过程学到东西。

　　没多久之后，我发现新领域，叫做穿戴运算（wearable computing），其概念是在人类身上以不同方式进行设计与运用科技，听起来犹如天方夜谭，如同有人告诉你即便没有任何预备知识，也可以学习电子学和程式设计。受到Arduino与其团队成员的启发，我一头栽进该领域，在这个新天地里，我再次受到启发，动手自行开发穿戴装置，教导其他人，告诉他们也同样办得到，最后，收集足够的制作教材，我开始起笔撰写，当我开始分享教学文章时，发现Arduino社群的确是世界上最棒最令人惊奇的一群人，时时分享运用电子零件制作专案的热爱心情。

　　我想我绝对可以这么说，如果没有这群人，就大概不可能写出这一本书，所以希望能在此感谢所有人，还要感谢你拿起这本书，或许是位初学者、或许是位专家，但我希望那不会造成阻碍，这本书的基本理念就是，任何人都学得会，只要遵循简单的原则：真正动手去做，如此即可。若您已经是位专家，那么应该晓得动手做时总会有新的做法，便可从中学习。所以，本书包含了许多穿戴电子装置专案，笔者希望你能获得新知识与灵感，在动手制作时，乐在其中。

评分☆☆☆☆☆

我必须要说，这本《Arduino穿戴式装置专案制作》完全超出了我的预期。作为一名对电子工程有初步了解的人，我一直在寻找能够将我所学知识应用到实际、有趣的项目中的机会。市面上有很多Arduino的书籍，但大多数要么过于理论化，要么项目过于简单，很难满足我深入探索的欲望。这本书的出现，恰恰填补了这个空白。它提供的专案都非常有创意，而且具备一定的复杂度，能够让你在解决实际问题中学习更高级的Arduino编程技巧和硬件知识。例如，书中关于如何集成多种传感器来构建一个能够进行复杂数据分析的穿戴设备，让我学到了很多关于数据融合和算法应用的内容。而且，这本书的作者在讲解时，不仅仅是给出“是什么”，更会深入分析“为什么”，让你理解每一步操作背后的原理。另外，书中还涉及到一些关于低功耗设计和优化电源管理的技巧，这对于开发真正的穿戴式设备来说至关重要。我感觉读完这本书，我不仅仅是学会了做几个东西，更是对整个穿戴式技术领域有了更全面的认识，也为我未来更深入的研究打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

天啊，我最近翻阅的这本《Arduino穿戴式装置专案制作》真的太棒了！它不像我之前看过的那些Arduino教程，只会教你亮个LED灯，或者让蜂鸣器响一下。这本书简直是把Arduino的潜力发挥到了极致，特别是在“穿戴式装置”这个领域。它给出的专案都非常有意思，而且非常贴近我们的生活。我最喜欢的一个专案是那个能监测空气质量的智能口罩，这在现在这个时代简直太实用了！作者在讲解过程中，把很多复杂的技术都分解得很简单，比如怎么用Arduino控制各种传感器，怎么用蓝牙把数据传到手机上，甚至是怎么给装置设计一个既好看又好用的外壳。最重要的是，这本书的思路非常开放，它不只教你照着做，更鼓励你去思考，去创新，去把书中的技术应用到你自己的想法上。我感觉我不仅仅是在学做东西，更是在培养一种解决问题的能力和创造力。这本书对我来说，就像是一把钥匙，打开了我通往更广阔的电子DIY世界的大门。如果你也对科技、对DIY充满热情，这本书绝对值得你拥有！

评分☆☆☆☆☆

老实说，我一开始买这本《Arduino穿戴式装置专案制作》是有期待的，但没想到它能带来这么大的惊喜。我一直觉得Arduino是个很棒的平台，但市面上大部分的Arduino书都停留在基础教学，要不就是一些偏向理论的讲解，对于我这种想要快速做出点“看得见摸得着”的成品的人来说，总觉得缺了点什么。这本刚好弥补了我的这个缺憾。它不是那种堆砌大量代码让你死记硬背的书，而是通过一个个生动有趣的穿戴式专案，引导你学习Arduino的实际应用。比如，书中有一个利用Arduino制作的智能衣物，可以根据环境温度自动调整散热，这个听起来就超酷的！更重要的是，它在讲解过程中，对于各种传感器、执行器的工作原理，还有电源管理、无线通信等关键技术的应用，都讲解得非常透彻，而且都是结合实际专案来讲解的，让你在动手做的过程中，自然而然地就掌握了这些知识。书中给出的代码也都有详细的注释，很多地方还提供了优化建议，让你了解如何让作品更稳定、更有效率。我感觉读完这本书，我不仅学会了怎么做几个酷炫的穿戴装置，更重要的是，我对Arduino的理解上升了一个层次，以后再面对其他项目，应该能举一反三。

评分☆☆☆☆☆

啊，我最近真的挖到一本宝！我之前对Arduino有点兴趣，但总是觉得那些基础教程太枯燥了，做出来的东西也感觉有点“玩具”感。这本《Arduino穿戴式装置专案制作》彻底颠覆了我的想法。一开始我只是抱着试试看的心态，结果一头栽进去就出不来了。书中介绍的几个专案，像那个智能手环，不光是记录步数那么简单，还能根据心率变化给点小提示，甚至能跟手机连上，接受通知。最让我惊喜的是，它没有那种复杂的理论轰炸，而是直接上手，从最基础的传感器连接讲起，每一步都讲得非常清楚，而且图文并茂，我这种手残党看了也觉得很有信心。书里用的零组件也都比较常见，去电子材料行基本都能买到，这点对于初学者来说真的太友好了，不用到处找稀奇古怪的东西。而且，它讲的很多技巧，像怎么样让电池续航更久，怎么样让外壳更贴合人体，这些细节的处理，让本来可能很“宅男”的电子专案，一下子变得很有设计感和实用性，感觉真的能做成能穿戴出门的东西。我强烈推荐给所有对DIY电子有兴趣，尤其是想做点不一样的东西的朋友们，绝对值回票价！

评分☆☆☆☆☆

这本《Arduino穿戴式装置专案制作》真的是一本打开我新世界大门的宝藏。我一直以来对科技产品都很好奇，尤其是那些能够与我们身体互动、提升生活便利性的穿戴式设备，像是智能手表、运动手环之类的。但一直觉得这些东西离我很遥远，自己没办法动手制作。直到我偶然间看到了这本书，它就彻底改变了我的看法。书中不仅仅是教你连接线路，它更像是带你走进一个充满无限可能的DIY实验室。从一个非常基础的概念出发，一步步引导你实现一个完整的穿戴式装置。让我印象最深刻的是，它不只关注核心功能，还非常注重用户体验和设计美学。书中的案例，比如一个可以监测情绪变化的智能饰品，或者是一个能与环境互联的智能服饰，都非常具有前瞻性，而且在制作过程中，作者也会分享很多关于如何让装置更小巧、更舒适、更具时尚感的技巧。这对我来说太重要了，因为我一直觉得DIY的东西很容易显得粗糙，但这本书记住了如何将科技与生活方式完美结合。它让我相信，只要有创意和耐心，人人都可以成为未来的穿戴式设备设计师。