快速具備Raspberry Pi的程式設計知識 輕鬆掌握機器人專案的實作技巧
輕鬆進入Raspberry Pi的世界 建構專屬於你的智慧型機器人
◎內容編排由淺入深，透過本書學習Raspberry Pi，可充分理解程式設計的精髓
◎建置專屬開發環境及超酷機器人專案，從專案設計與開發的過程中獲得操作樂趣
◎著重機器人電腦視覺的應用，引導你進入智慧型機器人的領域
Raspberry Pi是套價格低廉但高效能的電腦系統，大小不過就像信用卡一樣，由於迷你，因此可應用於任何你所能想到的地方。本書將介紹如何運用這台神奇的小電腦，來建置你專屬的開發環境、製作超酷的機器人專案，從專案設計與開發的過程中獲得實作的樂趣。
本書內容的編排由淺入深，你不需要有Raspberry Pi的基礎，即可經由本書進入Raspberry Pi的世界。而關於機器人的製作方面，則是以坊間常見的馬達、驅動電路板以及感測器來製作，如此可用最少的錢、最方便的方式來建構機器人。另外，本書特別強調機器人電腦視覺的應用，希望慢慢引導你進入智慧型機器人的領域。
本書適用於大專院校「微處理機」、「機電整合」、「專題製作」等課程，可提供老師教學、學生研習之用。若你是業餘玩家、專案設計者，也很適合閱讀本書。本書的內容以Linux作業系統及Python程式設計為主，而機器人的應用則以伺服馬達控制以及直流馬達控制為主，並導入OpenCV電腦視覺的概念於機器人的設計應用中。本書內容淺顯易懂，程式內容小而實用，閱讀後可以充分理解程式設計的精髓。
閱讀本書後，你將學到下列的精彩內容：
＊建置Raspberry Pi 3開發環境。
＊Linux基本系統管理。
＊透過網路遠端管理Raspberry Pi 3。
＊Python基本程式設計。
＊Raspberry Pi GPIO程式設計。
＊Raspberry Pi攝影機程式設計。
＊Raspberry Pi與Arduino的整合應用。
＊六軸機械手臂控制。
＊四軸兩足機器人控制。
＊輪型機器人控制。
＊Python OpenCV基本影像處理：
＊OpenCV人臉辨識。
＊機器人電腦視覺應用。
具体描述
好的，这是一本涵盖了树莓派（Raspberry Pi）基础入门知识，并深入探讨其实践应用，特别是与机器人制作相结合的综合性电子书的详细内容介绍。 --- 树莓派与机器人实战应用：从零开始的系统构建与实践指南 (电子书内容概述) 本书旨在为对嵌入式系统、物联网（IoT）以及机器人技术感兴趣的初学者和进阶爱好者提供一个全面且实用的学习路径。我们不专注于某一特定型号的树莓派，而是着重于通用的系统构建理念、编程技巧以及项目实现方法。 第一部分：树莓派硬件与系统基础（根基的奠定） 本部分详细介绍了树莓派作为核心计算平台的必要知识，确保读者能够快速搭建起工作环境并理解其工作原理。 第一章：认识树莓派——不仅仅是一块电路板 树莓派家族概览： 简要对比不同型号（如Pi 4、Pi Zero W等）的性能差异、接口布局及其适用场景。强调选择合适的硬件平台对于项目成功的重要性。 硬件组件详解： 深入解析核心组件，包括CPU/GPU架构、内存配置、GPIO（通用输入输出）引脚的功能划分（数字I/O、模拟输入/输出——通过外部ADC实现、PWM脉冲宽度调制等）。 供电与散热： 探讨不同工作负载下的电源需求，以及保证系统稳定运行的散热策略，避免因过热导致的性能下降或系统崩溃。 第二章：操作系统安装与环境配置 选择合适的操作系统： 详细介绍树莓派官方推荐的Raspberry Pi OS（原名Raspbian）的优势，并探讨安装其他轻量级或专用操作系统的可行性。 SD卡准备与系统烧录： 步骤指导如何使用官方工具或其他第三方软件安全、高效地将系统镜像写入SD卡。 首次启动与基础网络配置： 引导读者完成初始的桌面环境设置、SSH远程访问的启用、Wi-Fi与有线网络的连接，为后续的无头（Headless）操作打下基础。 软件源管理与系统更新： 教授如何使用`apt`包管理器进行软件安装、升级和维护系统安全。 第三章：Python编程入门与GPIO控制 Python环境搭建与基础语法回顾： 针对嵌入式开发的特性，快速回顾必要的Python知识，重点放在数据结构、函数和面向对象编程的概念。 使用GPIO Zero库进行快速原型设计： 深入讲解如何利用高级抽象库（如`gpiozero`）快速地对LED、按钮、继电器等基础元件进行控制，极大地简化了入门难度。 低级控制与RPi.GPIO库的应用： 在需要更高性能或更精细控制时，介绍传统的`RPi.GPIO`库的使用方法，包括中断处理和时序控制。 PWM应用实例： 通过代码示例演示如何利用PWM控制舵机（Servo Motor）的角度变化，这是机器人运动控制的基础。 第二部分：传感器接口与数据采集（感知世界） 机器人和自动化系统必须能够“感知”环境，本部分专注于如何将各种传感器集成到树莓派系统中。 第四章：模拟与数字传感器的连接 数字传感器实践： 连接和读取超声波测距模块（HC-SR04）、红外对射模块（用于循迹）等，解析其输出数据。 模拟信号处理的挑战与解决方案： 树莓派原生不具备ADC（模数转换器）。详细介绍如何选用和配置外部I2C或SPI接口的ADC芯片（如MCP3008），实现温度、光照强度等模拟信号的准确采集。 串行通信协议实践： 重点讲解I2C和SPI协议，包括如何在Python中利用`smbus2`或相关库与传感器芯片进行双向通信，读取复杂数据。 第五章：高级感知模块集成 视觉处理基础（OpenCV与PiCamera）： 介绍如何配置树莓派摄像头模块，并使用OpenCV库进行图像捕获、处理和基础的对象识别。探讨如何在树莓派上优化实时视频流的处理效率。 IMU惯性测量单元应用： 讲解如何连接和读取MPU6050等六轴或九轴传感器，获取机器人的姿态、加速度和角速度数据，为后续的姿态解算做准备。 第三部分：机器人系统构建与核心控制（行动的实现） 本部分将理论知识转化为具体的机器人项目实践，涵盖运动控制、电机驱动和系统集成。 第六章：电机驱动与运动控制理论 直流电机与步进电机驱动原理： 详细解析H桥（如L298N或更高效的MOSFET驱动板）的工作原理，以及如何通过PWM信号精确控制直流电机的转速和方向。 步进电机的高精度定位： 介绍步进电机的驱动模式（全步、半步），并提供使用专用驱动芯片（如A4988）控制步进电机进行精确角度定位的代码示例。 舵机（Servo）的精确控制： 再次深入PWM在舵机控制中的应用，强调如何避免不同PWM输出之间的信号干扰。 第七章：移动机器人平台实战 底盘选型与机械装配： 讨论两轮差速驱动、四轮麦克纳姆轮等常见机器人底盘的优缺点，以及装配时的机械结构注意事项。 PID控制基础与速度环实现： 引入比例-积分-微分（PID）控制算法。重点讲解如何利用编码器反馈（如霍尔效应传感器或光学编码器）获取实际速度，并使用PID算法实现对电机速度的闭环精确控制，解决打滑和漂移问题。 里程计与航位推算（Odometry）： 基于轮速和时间积分，编写代码实时估算机器人在平面上的位置和朝向。 第八章：机器人系统集成与高级应用 集成化项目——自主导航基础： 将传感器数据（超声波、编码器）与电机控制结合，实现简单的避障和定点巡航功能。 无线远程控制： 介绍如何利用网络协议（如Socket编程或MQTT）在本地网络或互联网上构建一个控制界面（如Web服务器或手机App），实现对机器人的实时遥控。 电源管理与系统健壮性： 讨论如何为树莓派和高功率电机提供独立且稳定的电源，以及在项目长时间运行时确保系统的稳定性和数据可靠性。 --- 本书特色总结： 本书侧重于实践性和系统性。它不仅仅是API的罗列，而是通过贯穿始终的实战案例，引导读者理解从底层硬件通信到上层控制算法的全过程。读者将学会如何“诊断”硬件连接问题，如何优化Python代码以适应嵌入式环境的资源限制，并最终构建一个具备感知、决策和执行能力的完整机器人系统。学习完成后，读者将具备独立设计、实现和调试基于树莓派的自动化与机器人项目所需的关键技能。
著者信息
图书目录
Chapter01 Raspberry Pi開發板
1.1 簡介
1.2 組裝Raspberry Pi
1.3 Raspbian簡介
1.4 在Windows上燒錄映像檔
1.5 啟動Raspbian作業系統
1.6 Raspbian環境設定
1.7 圖形化檔案管理
1.8 啟動終端機
Chapter02 Linux基本操作
2.1 簡介
2.2 Linux檔案系統
2.3 檔案管理指令
2.4 編輯文字檔案
2.5 目錄管理
2.6 了解檔案權限
2.7 系統管理
2.8 更新作業系統
2.9 尋找及安裝軟體套件
2.10 自動執行程式
2.11 捕捉螢幕畫面
2.12 Shell Script簡介
Chapter03 Raspberry Pi連上網路
3.1 簡介
3.2 以網路線連上網路
3.3 配置靜態IP位址
3.4 Wi-Fi無線網路
3.5 SSH簡介
3.6 致能Pi的SSH Server
3.7 Linux主機遠端存取Pi
3.8 Windows主機遠端連結Pi
3.9 使用SFTP傳送檔案至Pi
3.10 VNC簡介
3.11 安裝VNC伺服器
3.12 下載VNC Viewer
3.13 自動執行VNC伺服器
Chapter04 Python基本語法
4.1 簡介
4.2 啟動Python
4.3 Python基礎
4.4 Python字串處理
4.5 Python控制敘述
4.6 自定義函數
4.7 List串列
4.8 Dictionary字典
4.9 格式化數值
4.10 返回多個數值
4.11 使用模組
4.12 在Python中執行Linux指令
4.13 寫入檔案
4.14 讀取檔案
4.15 例外處理
Chapter05 Python GPIO控制
5.1 簡介
5.2 點亮LED
5.3 LED閃爍程式
5.4 控制LED的亮度
5.5 連接按鈕開關
5.6 切換LED亮滅
Chapter06 Python攝影機控制
6.1 簡介
6.2 安裝Webcam
6.3 使用fswebcam
6.4 fswebcam定時捕捉影像
6.5 使用Webcam錄製視訊
6.6 以PyGame控制Webcam
6.7 連接Pi相機模組
6.8 使用raspistill及raspivid
6.9 建立縮時攝影
6.10 自動執行縮時攝影
Chapter07 伺服馬達控制
7.1 簡介
7.2 舵機結構
7.3 舵機工作原理
7.4 Raspberry Pi控制舵機
7.5 舵機控制板
7.6 舵機控制板命令格式
7.7 Raspberry Pi控制舵機控制板
Chapter08 六軸機械手臂控制
8.1 簡介
8.2 組裝六軸機械手臂
8.3 控制六軸機械手臂取放物
Chapter09 四軸兩足機器人控制
9.1 簡介
9.2 組裝四軸兩足機器人
9.3 步行原理
9.4 控制四軸兩足機器人前進後退
9.5 控制四軸兩足機器人左轉與右轉
Chapter10 直流馬達控制
10.1 簡介
10.2 直流馬達特性
10.3 Raspberry Pi 3控制直流馬達
10.4 RaspiRobot驅動板
10.5 連接RRB3及Raspberry Pi
Chapter11 輪型機器人控制
11.1 簡介
11.2 輪型機器人組裝
11.3 Robot驅動板
11.4 Raspberry Pi連接Robot驅動板
11.5 控制輪型機器人
11.6 超音波感測器模組
11.7 Raspberry Pi超音波測距
11.8 輪型機器人自動避開障礙物
Chapter12 Raspberry Pi與Arduino
12.1 簡介
12.2 在Pi中安裝Arduino IDE
12.3 Pi與Arduino序列傳輸
12.4 Arduino序列傳送類比值給Pi
12.5 Pi與Arduino整合：使用Firmata
12.6 使用Firmata
12.7 Pi控制Arduino數位輸出
12.8 Pi讀取Arduino數位輸入
12.9 Pi讀取Arduino的類比輸入
12.10 Pi控制Arduino PWM輸出
Chapter13 OpenCV簡介
13.1 簡介
13.2 安裝OpenCV
13.3 OpenCV基本操作
13.4 色彩空間轉換
13.5 影像平移
13.6 影像旋轉
13.7 影像放大縮小
13.8 仿射轉換
13.9 投影轉換
13.10 2D卷積
13.11 模糊化
13.12 邊緣偵測
13.13 侵蝕和膨脹
Chapter14 OpenCV人臉辨識
14.1 簡介
14.2 使用Haar cascades來檢測事物
14.3 積分影像
14.4 人臉辨識
14.5 偵測眼睛
14.6 偵測嘴巴
14.7 偵測鼻子
14.8 偵測耳朵
14.9 偵測貓臉
Chapter15 機器人電腦視覺應用
15.1 簡介
15.2 OpenCV連接Webcam
15.3 色彩空間
15.4 OpenCV偵測球的顏色
15.5 OpenCV顯示球的位置
15.6 OpenCV動態人臉辨識
1.1 簡介
1.2 組裝Raspberry Pi
1.3 Raspbian簡介
1.4 在Windows上燒錄映像檔
1.5 啟動Raspbian作業系統
1.6 Raspbian環境設定
1.7 圖形化檔案管理
1.8 啟動終端機
Chapter02 Linux基本操作
2.1 簡介
2.2 Linux檔案系統
2.3 檔案管理指令
2.4 編輯文字檔案
2.5 目錄管理
2.6 了解檔案權限
2.7 系統管理
2.8 更新作業系統
2.9 尋找及安裝軟體套件
2.10 自動執行程式
2.11 捕捉螢幕畫面
2.12 Shell Script簡介
Chapter03 Raspberry Pi連上網路
3.1 簡介
3.2 以網路線連上網路
3.3 配置靜態IP位址
3.4 Wi-Fi無線網路
3.5 SSH簡介
3.6 致能Pi的SSH Server
3.7 Linux主機遠端存取Pi
3.8 Windows主機遠端連結Pi
3.9 使用SFTP傳送檔案至Pi
3.10 VNC簡介
3.11 安裝VNC伺服器
3.12 下載VNC Viewer
3.13 自動執行VNC伺服器
Chapter04 Python基本語法
4.1 簡介
4.2 啟動Python
4.3 Python基礎
4.4 Python字串處理
4.5 Python控制敘述
4.6 自定義函數
4.7 List串列
4.8 Dictionary字典
4.9 格式化數值
4.10 返回多個數值
4.11 使用模組
4.12 在Python中執行Linux指令
4.13 寫入檔案
4.14 讀取檔案
4.15 例外處理
Chapter05 Python GPIO控制
5.1 簡介
5.2 點亮LED
5.3 LED閃爍程式
5.4 控制LED的亮度
5.5 連接按鈕開關
5.6 切換LED亮滅
Chapter06 Python攝影機控制
6.1 簡介
6.2 安裝Webcam
6.3 使用fswebcam
6.4 fswebcam定時捕捉影像
6.5 使用Webcam錄製視訊
6.6 以PyGame控制Webcam
6.7 連接Pi相機模組
6.8 使用raspistill及raspivid
6.9 建立縮時攝影
6.10 自動執行縮時攝影
Chapter07 伺服馬達控制
7.1 簡介
7.2 舵機結構
7.3 舵機工作原理
7.4 Raspberry Pi控制舵機
7.5 舵機控制板
7.6 舵機控制板命令格式
7.7 Raspberry Pi控制舵機控制板
Chapter08 六軸機械手臂控制
8.1 簡介
8.2 組裝六軸機械手臂
8.3 控制六軸機械手臂取放物
Chapter09 四軸兩足機器人控制
9.1 簡介
9.2 組裝四軸兩足機器人
9.3 步行原理
9.4 控制四軸兩足機器人前進後退
9.5 控制四軸兩足機器人左轉與右轉
Chapter10 直流馬達控制
10.1 簡介
10.2 直流馬達特性
10.3 Raspberry Pi 3控制直流馬達
10.4 RaspiRobot驅動板
10.5 連接RRB3及Raspberry Pi
Chapter11 輪型機器人控制
11.1 簡介
11.2 輪型機器人組裝
11.3 Robot驅動板
11.4 Raspberry Pi連接Robot驅動板
11.5 控制輪型機器人
11.6 超音波感測器模組
11.7 Raspberry Pi超音波測距
11.8 輪型機器人自動避開障礙物
Chapter12 Raspberry Pi與Arduino
12.1 簡介
12.2 在Pi中安裝Arduino IDE
12.3 Pi與Arduino序列傳輸
12.4 Arduino序列傳送類比值給Pi
12.5 Pi與Arduino整合：使用Firmata
12.6 使用Firmata
12.7 Pi控制Arduino數位輸出
12.8 Pi讀取Arduino數位輸入
12.9 Pi讀取Arduino的類比輸入
12.10 Pi控制Arduino PWM輸出
Chapter13 OpenCV簡介
13.1 簡介
13.2 安裝OpenCV
13.3 OpenCV基本操作
13.4 色彩空間轉換
13.5 影像平移
13.6 影像旋轉
13.7 影像放大縮小
13.8 仿射轉換
13.9 投影轉換
13.10 2D卷積
13.11 模糊化
13.12 邊緣偵測
13.13 侵蝕和膨脹
Chapter14 OpenCV人臉辨識
14.1 簡介
14.2 使用Haar cascades來檢測事物
14.3 積分影像
14.4 人臉辨識
14.5 偵測眼睛
14.6 偵測嘴巴
14.7 偵測鼻子
14.8 偵測耳朵
14.9 偵測貓臉
Chapter15 機器人電腦視覺應用
15.1 簡介
15.2 OpenCV連接Webcam
15.3 色彩空間
15.4 OpenCV偵測球的顏色
15.5 OpenCV顯示球的位置
15.6 OpenCV動態人臉辨識
图书试读
用户评价
评分
身為一個對電子DIY有點涉獵，但對樹莓派的生態系統還在摸索中的老手，我特別關注這類書籍的「深度與廣度」平衡。很多入門書通常會把「入門」做得太淺，一下子就跳到進階主題，結果兩邊都沒講透。我希望這本《樹莓派入門與機器人實作應用》能在基礎的作業系統安裝、Python環境設定這些基礎功上，給出足夠詳盡的截圖和操作流程，最好能涵蓋目前主流的幾種Pi機型（例如Pi 4或Pi 5）在設定上有哪些細微差異。更重要的是，既然主打「機器人實作」，那在馬達控制、感測器讀取（像是超音波或紅外線）的章節，我非常期待看到對常見模組（如L298N或更現代的驅動板）的具體接線圖和控制程式碼範例。如果能附帶一些常見故障排除的Q&A，那就更完美了，這會大大提升實作過程中的挫折忍受度。
评分台灣的電子DIY社群非常活躍，很多學習資源都是透過網路論壇或部落格零散散落的。因此，一本結構化、有系統的實體（或電子）書籍的價值就在於它的「整合性」與「可靠性」。我非常重視作者在程式碼撰寫上的風格——是否遵守PEP 8規範、變數命名是否清晰易懂，以及最關鍵的——註解是否足夠豐富。對於機器人控制這種需要時間序列處理和即時反應的應用，程式碼的可讀性直接決定了後續除錯的難易度。我希望能看到作者在介紹完基本概念後，馬上就能接上一個「動起來」的小範例，讓讀者快速獲得成就感，而不是在理論的海洋中漂流太久。這種即時回饋的設計，是讓讀者願意持續鑽研下去的催化劑。
评分閱讀電子書的好處就是方便搜尋關鍵字，但相對地，它也考驗著作者的組織架構能力。從目錄結構來看，這本書似乎採取了「先軟體後硬體，最後整合應用」的邏輯，這是一個很穩健的編排方式。對於完全新手來說，先熟悉操作系統和基礎的命令列操作是必要的暖身。我比較好奇的是，在進入「機器人實作」的部分，它會選用哪種等級難度的專案作為範例？是簡單的循線小車，還是涉及到較複雜的機械結構與運動學控制？如果範例專案的複雜度適中，且材料清單（BOM List）能列得非常清楚，甚至能提供台灣在地容易取得的零件採購連結或建議，那對讀者來說實用性會瞬間飆升。畢竟，光是找齊所有零組件，很多時候就耗費了入門者大量的時間和耐心。
评分這本書的封面設計很有吸引力，尤其是那種結合了科技感和一點點復古的排版風格，讓人一眼就能感受到它想傳達的「動手做」精神。我手上這本是電子書版本，翻閱起來非常方便，隨時隨地都可以點開來看，這點對我這種通勤族來說簡直是救星。從書名來看，它瞄準的客群非常明確，就是那些對樹莓派（Raspberry Pi）有興趣，但可能還停留在「聽過」階段的入門者，同時還帶入了「機器人實作」這個非常實際的應用場景。這讓我覺得，這本書不只是停留在軟體或硬體的理論介紹，而是有很強的實戰導向。我期待它能幫我打好基礎，讓我未來在嘗試自己的專案時，可以少走一些彎路，尤其是在硬體介面和基本程式語言的整合部分，希望作者能用非常生活化、好懂的方式來解釋，而不是堆砌一堆艱澀的技術名詞。畢竟，入門書最怕的就是讓人一看就打退堂鼓，期待它能提供足夠的鼓勵和清晰的步驟指引。
评分最後，談談對於「應用」層面的期望。樹莓派的魅力不僅在於它能控制硬體，更在於它能連上網路，實現物聯網（IoT）的概念。我衷心期盼這本書在後面的章節，能夠將機器人實作提升到一個更高的層次，例如如何將機器人透過網路遠端監控，或者加入簡單的資料採集功能，讓這個機器人「活」起來，而不只是一個被寫死的自動裝置。如果作者能提及如何結合一些雲端服務（像是免費的IoT平台串接），那就太棒了。這將會是從單純的「電子製作」躍升到「智慧系統整合」的關鍵一步，充分體現樹莓派作為一台微型電腦的真正潛力，而不僅僅是一個單片機的替代品。這會讓整本書的價值感從入門工具書，提升到具有前瞻性的實作參考指南。
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