KNRm智慧机器人控制实验(C语言)(附范例光碟)

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具体描述

本书以贝登堡国际开发的 KNRm 机器人控制器,搭配 C 语言函式库与模组,所编写之实验教材。实验项目包含基本之感测器应用、控制器设计与机器人控制实验等基础理论与实作。内容主要分为机器人基本元件的工作原理介绍、控制原理介绍以及程式设计。本书适用于大学、科大电机、资讯、电子、机械系智慧机器人实验课程。

本书特色

  1.本书为理论与实务结合所编写之实验教材。
  2.搭配贝登堡国际所开发的 KNRm 机器人控制器设备。
  3.透过10个不同单元的实验,读者可有效学习机器人相关知识及应用。
  4.借由 KNRm 机器人控制器与 C 语言程式设计,让读者可快速地整合硬体装置及程式设计。
智能系统与嵌入式实践:面向新一代开发者的编程范例精选 本书是一本专注于现代嵌入式系统开发、智能算法实现与底层硬件交互的综合性技术手册。 它旨在为致力于构建高效、可靠、智能化应用的新一代工程师和技术爱好者提供一套系统化、可操作的实践框架。全书内容紧密围绕当前主流的微控制器架构(如STM32系列、ESP32等)以及通用的嵌入式C/C++编程范式展开,深度覆盖了从硬件初始化到复杂任务调度的全过程。 本书结构清晰,分为四大核心模块,层层递进,确保读者能够建立扎实的理论基础并迅速转化为实际动手能力。 第一部分:嵌入式系统基础与高效C语言编程规范 本部分着重夯实读者在嵌入式环境下的基础编程能力,这是实现所有高级智能功能的前提。 1. 嵌入式C语言深度优化: 详细讲解了C语言在内存管理(栈、堆、静态存储区)、指针操作以及位操作(Bit-wise Operations)在寄存器配置中的关键作用。特别强调了volatile、const和static关键字在并发和资源受限环境下的正确用法。内容超越了标准C的教学,深入到嵌入式编译器对代码的优化策略,指导读者编写出更紧凑、执行效率更高的代码。 2. 硬件抽象层(HAL)设计哲学: 探讨如何设计健壮且可移植的硬件抽象层。这包括对GPIO、定时器(Timer)、中断(Interrupt)的底层驱动编写,并详细阐述了中断服务程序(ISR)的设计原则,包括如何最小化ISR的执行时间,以及如何使用原子操作或临界区来保护共享资源。 3. 启动流程与链接脚本解析: 深入剖析微控制器(MCU)从加电到执行`main()`函数之前的完整启动流程,包括复位向量、初始化堆栈、数据段和BSS段的复制与清零。提供了自定义链接脚本(Linker Script)的编写实例,用以精确控制程序在闪存和SRAM中的布局,为代码的固件升级和内存分区打下基础。 第二部分:实时操作系统(RTOS)与任务调度实践 现代复杂智能系统离不开多任务管理。本部分聚焦于实时操作系统的应用,确保系统的并发性、实时性和响应性。 1. FreeRTOS核心概念与内核机制: 详细介绍了任务(Task)的创建、删除、状态切换(就绪、运行、阻塞、挂起)的完整生命周期。深入分析了上下文切换(Context Switching)的底层实现,并用汇编伪代码辅助理解处理器状态的保存与恢复。 2. 任务间通信(IPC)机制: 全面覆盖了RTOS提供的多种IPC工具,包括: 队列(Queue): 适用于数据流和生产者-消费者模型的安全通信。 信号量(Semaphore)与互斥量(Mutex): 讲解了如何使用它们来管理资源访问和同步任务,重点对比了二值信号量与计数信号量的适用场景,并剖析了死锁(Deadlock)的预防与检测机制。 事件组(Event Groups): 用于一个任务等待多个独立事件的组合发生。 3. 资源管理与内存池: 讨论了在资源受限的嵌入式系统中如何高效利用内存。讲解了动态内存分配(如`pvPortMalloc`)的碎片化问题,并提供了内存池(Memory Pool)的定制化实现方案,以保证内存分配的确定性和快速性。 第三部分:传感器数据采集与信号处理基础 本模块将理论与实际的物理世界交互结合起来,是构建“智能”感知系统的关键步骤。 1. 模数转换(ADC)的高级应用: 不仅涵盖基础的单次转换,更深入讲解了多通道扫描模式、DMA(直接内存访问)在高速数据采集中的配置,以及如何利用硬件触发源(如定时器)实现精确时间戳的数据采样。 2. 通信协议栈的实现与调试: 提供了对主流串行通信协议的实战指导: UART/SPI/I2C: 重点讲解了主机/从机模式的配置、时序图分析以及错误校验机制的软件实现。 CAN总线(Controller Area Network): 介绍了CAN协议的帧结构、仲裁机制,以及如何在嵌入式设备上实现过滤器的配置,以应对车载或工业控制场景的需求。 3. 基础数字信号处理(DSP)在嵌入式中的实现: 探讨了如何利用定点运算(Fixed-Point Arithmetic)在不依赖浮点单元(FPU)的情况下实现数字滤波。提供了IIR和FIR滤波器的参数设计与C语言代码实现,用于去除传感器采集到的噪声,例如滑动平均滤波和低通/高通滤波器的应用实例。 第四部分:系统集成与嵌入式网络连接 本部分引导读者将前三部分的技术栈整合起来,构建具有联网能力的、能够响应外部指令的系统。 1. 嵌入式TCP/IP协议栈集成: 详细介绍了LwIP(Lightweight IP)协议栈的移植与配置流程。重点讲解了Socket编程模型在嵌入式环境下的异步化处理,特别是如何将网络事件集成到RTOS的任务模型中,以避免阻塞关键实时任务。 2. 边缘计算与轻量级安全: 讨论了在资源有限的设备上实现安全通信的必要性。提供了TLS/SSL库(如mbedTLS的精简裁剪)在嵌入式系统中的集成指南,以及如何管理和验证数字证书。 3. 固件的OTA(Over-The-Air)更新机制设计: 讲解了设计安全、可靠的远程固件升级流程所需的系统架构。这包括Bootloader的设计、双备份(A/B)分区的策略,以及数据校验(如CRC校验)在下载过程中的应用,确保系统在更新失败时仍能恢复到稳定状态。 本书的特点在于其高度的实践导向性。 全文穿插着经过验证的、可以直接移植到实际硬件平台上的代码片段和完整的项目结构示例,强调“如何做”而非仅仅“是什么”,是致力于构建高性能、高可靠性智能终端设备的开发者的必备参考资料。

著者信息

图书目录


智慧机器人介绍
Part 1 KNRm 机器人Eclipse 软体开发环境 & 机器人硬体元件介绍
Lab 1 Eclipse 整合开发环境
Lab 2 KNRm 机器人介绍
Part 2 机器人控制实验
Lab 3 PID 控制器理论介绍
Lab 4 PID 控制器实验
Lab 5 直流马达实验
Lab 6 RC 伺服马达实验
Lab 7 超音波测距环境扫描实验
Lab 8 红外线测距校正与类比讯号输入实验
Lab 9 机器人影像处理实验
Lab 10 机器人自主避障实验
参考资料

图书序言

图书试读

用户评价

评分

坦白說,一開始被《KNRm智慧機器人控制實驗(C語言)(附範例光碟)》這本書吸引,是因為我正在尋找一個能夠真正將C語言與實際硬體應用結合的學習材料。過去我學過一些C語言的基礎,但總覺得隔靴搔癢,離實際的工程應用還有段距離。而「智慧機器人控制」這個方向,正是目前科技發展的熱門趨勢,如果能透過C語言來操控,那種成就感絕對是無與倫比。我特別關注書中對於「實驗」的設計,希望它不是那種紙上談兵的理論,而是能引導我一步步完成實際的專案。例如,從最基礎的硬體連接、驅動程式的編寫,到如何讓機器人做出各種複雜的動作,甚至是被賦予「智慧」的決策能力。光碟裡的範例程式碼,我期望它能夠涵蓋不同的難度等級,讓我可以循序漸進地學習。而且,我希望書中的C語言範例程式碼,在撰寫風格上能夠貼近業界的實務,而不是那種為了教學而簡化的寫法。如果書中能有一些關於除錯技巧、程式優化、或是與感測器模組(例如超音波、紅外線、陀螺儀等)整合的實用建議,那就更完美了。台灣的創客文化正在興盛,這本書的出現,肯定能為許多想進入機器人領域的朋友提供一條清晰的學習路徑。

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哇,看到這本《KNRm智慧機器人控制實驗(C語言)(附範例光碟)》的書名,我整個眼睛都亮了!身為一個在台灣土生土長的科技愛好者,對於機器人控制這塊一直很有興趣,但總覺得市面上很多書都太過學術,不然就是寫得太基礎,很難真正動手做。這本書的名字直接點出了「智慧機器人控制」和「C語言」,這兩個關鍵詞對我來說就像是暗號一樣,馬上就引起了我的好奇心。而且還「附範例光碟」,這點真的太貼心了!我最怕那種只講理論,卻沒有實際範例可以參考的書了。想像一下,拿到光碟,裡面滿滿的C語言程式碼,可以邊看書邊實際操作,甚至修改,那學習效果肯定事半功倍!我一直覺得,學習程式設計,尤其是跟硬體結合的,一定要有「動手做」的感覺,才能真正理解其中的奧妙。C語言又是非常底層且強大的語言,用它來控制機器人,感覺就像是在駕馭一個充滿潛能的生物。我非常期待書中能有從零開始的引導,像是如何搭建開發環境、如何編寫基礎的運動控制指令,甚至是一些簡單的感測器應用,讓初學者也能夠快速上手。希望光碟裡的範例程式碼結構清晰,註解豐富,這樣即使我遇到困難,也能透過程式碼本身來理解。總之,光是看書名,我就對這本書充滿了期待!

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這本《KNRm智慧機器人控制實驗(C語言)(附範例光碟)》的出現,簡直是填補了我長久以來的一個學習缺口。我之前嘗試過一些跟嵌入式系統有關的書籍,但總覺得它們在「智慧」這個部分有所欠缺,或是C語言的應用層面不夠深入。KNRm這個名字聽起來就很專業,加上「智慧機器人控制」這個主題,讓我聯想到更複雜的演算法和更具挑戰性的專案。我尤其好奇書中對於「智慧」的定義和實現方式,例如是否會探討一些基本的AI概念,像是路徑規劃、避障、甚至是一些簡單的學習機制?C語言在實現這些複雜演算法時,效率和彈性都是無庸置疑的,這也是為什麼我對這本書寄予厚望。我非常希望書中的實驗範例能夠涵蓋不同類型的智慧機器人應用,例如能夠自主移動的機器人、能夠與環境互動的機器人,或是能夠執行特定任務的機器人。而且,光碟裡的範例程式碼,我希望它不僅僅是「能跑」,更重要的是「易於理解」和「方便擴展」。如果程式碼寫得結構化,並且有詳細的說明,我就可以在這些基礎上進行二次開發,做出更符合自己想法的專案。對於台灣的學生或是有志於投入機器人領域的創業者來說,這樣一本能夠提供實操經驗和深度知識的書籍,絕對是難得的資源。

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我對《KNRm智慧機器人控制實驗(C語言)(附範例光碟)》這本書的第一印象就是「扎實」!「C語言」本身就代表著一種對底層邏輯的掌握,而「智慧機器人控制」更是將這種掌握延伸到了實際的物理世界,這正是我一直在尋找的結合點。我常常覺得,要真正理解一個系統,就必須從它的核心語言開始。C語言作為許多嵌入式系統和控制軟體的基礎,用它來寫機器人控制程式,能夠讓我更深入地理解機器人在執行指令時的每一個細節。我非常期待書中能提供一些關於感測器資料的讀取與處理、馬達驅動與PID控制等核心技術的詳細講解。更重要的是,我希望書中的「實驗」部分能夠有足夠的廣度和深度,不只是簡單的開關燈那種程度,而是能夠讓我實際搭建出一些具備基礎智慧功能的機器人。光碟裡的範例程式碼,我希望能有清晰的架構,並且能夠針對不同的實驗目的進行調整。如果書中能分享一些關於如何優化程式效能、提高即時性,或是如何處理多任務並發等進階概念,那就更好了。對於台灣的科技教育而言,這樣一本結合理論與實踐的書籍,絕對是促進學生和業餘愛好者學習的好幫手。

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身為一個在台灣摸索機器人技術一段時間的學習者,我對《KNRm智慧機器人控制實驗(C語言)(附範例光碟)》這本書的期待,主要集中在「實操性」和「前瞻性」。C語言的應用範圍廣泛,用它來控制智慧機器人,意味著我們可以深入到硬體的細節,掌握更底層的控制邏輯。我尤其關注書中對於「智慧」部分的闡述,希望它能引導我們去思考如何讓機器人具備決策能力,而不僅僅是執行預設的指令。例如,是否會涉及一些基礎的機器學習概念,或是如何利用感測器資料來進行環境感知和自主導航?「實驗」這個詞更是讓我眼前一亮,我希望這本書能提供一系列由淺入深的實驗專案,讓我能夠親手搭建、編寫程式碼,並且看到成果。光碟裡的範例程式碼,我希望它不僅僅是可執行,更重要的是能夠具有良好的可讀性和可維護性,讓我可以透過修改範例來學習不同的控制策略。如果書中還能包含一些關於硬體選型、電路連接、或是常見問題排除的實用建議,那就更加完美了。對於台灣的創客社群和學術界來說,這樣一本能夠結合C語言、智慧控制和實際操作的書籍,無疑是一個寶貴的學習資源。

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