Arduino与通用技术/青少年科技创新丛书 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

（1）多元结合，综合实践：信息技术和通用技术融合，实现综合能力提升。
（2）来源生活，服务生活：案例难度适中，紧密联系生活。
（3）立足技术，实现整合：实现 Arduino教学与技术课程的整合。
（4）学习制作，学习创作：帮助学生实现从“学习制作”到“学习创作”的改变。
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内容简介

本书以Arduino为载体，以通用技术知识点为导向，围绕Arduino电子制作展开介绍，通过具体的案例制作，介绍了控制方式、系统组成、控制系统分类等通用技术的知识点。本书作为安徽省省级课题“基于Arduino平台的普通高中通用技术课程开发”研究成果，经过3年实践，取得了良好的效果。
本书的适用对象为普通高级中学学生。现行通用技术教材内容中缺少学生动手实验的平台，而Arduino又是一个注重实际动手的产品，本书将Arduino与通用技术知识点融合，通过一个个项目制作让学生在制作中理论联系实际，完成知识的构建。因此，本书可作为普通高中学生通用技术学习的实验指导书。

作者简介

陈杰，淮南市技术科目兼职教研员，淮南市学科带头人，DF创客社区Arduino板块版主，淮南一中中级教师。致力于创客教育研究，主持省级课题2项。曾获安徽省优秀教科研成果评选二等奖。指导学生参与青少年科技创新大赛，多次获得省一等奖。

姚琦，淮南市第十六小学信息技术高级教师。淮南市信息技术学科带头人，曾多次获得国家、省、市优质课评比一等奖。

李晓坤，淮南一中信息技术高级教师，淮南市学科带头人、安徽省“电化教育先进工作者”，安徽省电教馆专家组成员，在CN刊物上发表的有20多篇，负责课题多个《网络环境下信息技术教学模式的研究》《基于数字化校园网研究——信息技术课程管理系统》《信息技术学科教学多元评价方法的实施研究》。曾辅导学生参加全省电脑作品竞赛，获全省“机器人足球”比赛高中组一等奖。

目录

第1章初识Arduino1
1.1Arduino概述1
1.2Arduino的特色3
1.3Arduino快速上手9
1.4Arduino基本函数15
第2章感受多样控制方式——玩转LED21
2.1LED延迟开关21
2.2“呼吸灯”26
2.3感知颜色的灯29
2.4手势控制的灯35
2.5网络控制的灯38
第3章系统的组成——“黏土怪”与“盒仔”45
3.1系统的组成45
3.2人体红外监测装置——“黏土怪”46
3.3“包装”人体红外监测装置——“黏土怪”49
3.4桌面“气象怪”55
3.5包装桌面气象台59
第4章控制系统分类——传感器在日常生活中的应用62
4.1天然气检测报警处理装置62
4.2火焰检测灭火装置66
4.3随光线强度自动调整的灯68
4.4电控升降衣架模型71
4.5恒温房间73
第5章基于物联网平台的禁烟防火预警系统80
5.1基于物联网平台的禁烟防火预警系统设计80目录 Arduino与通用技术〖2〗〖2〗 〖1〗
5.2通过网络采集温度数据82
5.3采集多路传感器数据87
5.4通过微博播报室内温度90
5.5通过发送微博控制电器93
5.6系统的技术试验及优化95
第6章基于蓝牙的遥控系统设计与制作102
6.1基于蓝牙的数据收发103
6.2基于蓝牙控制的遥控项目106
6.3蓝牙多功能夜灯的创意设计112
6.4BLE无线编程114
6.5基于蓝牙的转向指示器119
第7章电子控制系统综合应用——智能小车126
7.1驱动小车——走“8”字127
7.2避障小车132
7.3防跌落小车136
7.4巡线小车138
7.5无线遥控小车142
7.6创意小车方案147
参考文献149

精彩书摘

第1章初识Arduino
本章将带你了解什么是Arduino，Arduino可以用来做哪些事情，怎样使用Arduino快速上手，以及Arduino的常用函数。快让我们一起来认识一下神奇的Arduino吧！
1.1Arduino概述
如果认为编程就是坐在计算机屏幕前不停地敲键盘，利用电子计算机自动处理问题，那就落伍了。今天的Arduino已使人对编程的看法“耳目一新”。因为在编写程序前要设置好自己的电路，然后再编写程序代码，并且这些程序可以控制和感知外围世界。例如，图1��1“智能家居控制系统”模型，可实现火焰报警、烟雾报警、自动门、光控灯、恒温屋等功能。
图1��1智能家居系统
Arduino是一款开源电子平台，包含各种型号的Arduino板和Arduino IDE软件。它由意大利教师Massimo Banzi和西班牙籍晶片工程师David Cuartielles联手开发设计电路板，并引入Banzi的学生提供的程序设计语言。起初他们是为了解决学生们在做试验时找不到便宜好用的微控制器这一问题。但随后3人又秉承设计时的开放源代码理念，把设计图放到了网上，任何人都可以生产这种电路板，还能重新设计，为现在市场上大量的Arduino控制板奠定了坚实基础。Arduino不仅是一个基于开放源代码的软硬件平台，并且具有类似Java、C语言的开发环境。几乎任何人，即使不懂计算机编程，也能用Arduino做出很酷的东西。例如，对传感器侦测数据作出回应，闪烁灯光，控制电动机……实质上Arduino就是一块单片机。图1��2所示为一块Aduino Uno R3控制板。
第1章初识Arduino Arduino与通用技术〖2〗〖2〗 〖1〗 图1��2Arduino Uno R3板
【知识拓展】什么是单片机？它与PC有什么不同？
一台完整的计算机系统通常由以下几部分构成: 中央处理器CPU进行运算、控制工作；随机存储器RAM、只读存储器ROM，合称存储器，用于存储数据；输入设备；输出设备。在PC上这些部件被分成若干块芯片，安装在一块称为主板的印制线路板上。而在单片机中，这些部件全部被做到一块集成电路芯片中，所以称为单片机，而且有一些单片机中除了上述部件外，还集成了其他部件，如模拟量/数字量转换(A/D)和数字量/模拟量转换(D/A)等。
单片机在生活中有何应用？
实际工作生活中并不是所有需要计算机的场合都要求PC有很高的性能，对于一个控制房间温度的控制器，如果要用酷睿处理器，那绝对是一种浪费，应用的关键是看是否够用，是否有很好的性价比。如果一台空调都需要用酷睿来进行温度控制，那空调的价格就是天价了。单片机通常用于工业生产的控制、生活中与程序和控制有关(如电子玩具、电子琴、冰箱、智能空调等)的场合。图1��3所示的Atmega328P|PU单片机，是基于AVR指令集的8位处理器，频率20MHz，存储器空间32KB。
图1��3Atmega328P-PU单片机
【小任务】请你从日常生活中所使用的电气设备中找到单片机的身影。
1.2Arduino的特色〖*2〗1. 开放的电路板设计Arduino控制板是采用开放源代码的电路图设计，所以有经验的电路设计师能够根据需求设计自己的模块，可以对其扩展或改进；甚至对于一些没有经验的用户，也可以通过制作试验板来理解Arduino是怎么工作的。而且版权法只监管开源软件，却很难用在硬件上，于是Arduino采用Creative Commons许可。任何人都可以生产电路板，还能重新设计，甚至销售，而这一切都不需要付版税。然而，如果你重新发布了引用设计，必须说明原始Arduino团队的贡献。如果你调整或改动了电路板，你的最新设计必须使用相同或类似的 Creative Commons许可，以保证新版本的Arduino电路板也是自由和开放的。图1��4～图1��6是各类Arduino板。
图1��4Arduino Yun板
图1��5DFRduino UNO V3.0 R3板
图1��6OCROBOT MANGO板
如果想熟悉Arduino的电路设计，并想亲自动手，完全能够从网上找到一些Arduino的电器元件，依据布局分布图把它们组合在一起，如图1��7和图1��8所示。
图1��7焊接原型板
图1��8电子元器件
2. 跨平台编程方式多样
Arduino IDE可以运行在Windows、Macintosh OSX和Linux操作系统上，其编程主要有以下几种方式。
(1) 使用官网Arduino IDE编程环境，可在官网(http://www.arduino.cc)下载，支持Windows、MacOS、Linux操作系统。Arduino是基于AVR平台，对AVR库进行了二次编译封装，把端口都打包好，抛开寄存器、地址指针之类汇编语言等，取而代之的是高级语言的简单函数。大大降低了软件开发难度，适宜非专业爱好者使用。Arduino软件是开源的，同时与C、Java语言在语法上有很大的相似性，有经验的程序员可以对其进行扩展。图1��9所示为Arduino IDE编程界面，其功能为每隔1s循环打开或关闭LED。
图1��9Arduino IDE编程界面
(2) 使用微软的Visual Studio环境，也有Arduino for Microsoft Visual Studio的插件，安装后可以在Visual Studio里面进行Arduino的开发。图1��10所示为Arduino for Microsoft Visual Studio。
图1��10Arduino for Microsoft Visual Studio界面
(3) 如果不太喜欢写代码，或者是教小孩子玩Arduino，可以使用ArduBlock(图1��11所示的ArduBlock编程界面)或S4A。ArduBlock软件是Arduino官方编程环境的第三方软件，目前必须依附于Arduino软件运行，区别于Arduino文本式编程环境，ArduBlock是以图形化积木搭建的方式编程的，这样的方式会使编程的可视化和交互性加强，编程门槛降低，即使没有编程经验的人也可以尝试给Arduino控制器编写程序。
图1��11Ardublock编程界面
以上3种编程环境对初学者来说很容易就能学会。同时Arduino编程环境又能为高级用户提供足够的高级应用。
3. 价格便宜
与其他平台相比，Arduino控制板算是相当便宜了。最便宜的Arduino版本可以自己动手制作，即使是组装好的成品，其价格也不会很高，目前DRROBOT推出的Arduino入门套件(图1|12)Beginner KIT for Arduino为210元。
图1��12Beginner KIT for Arduino
试验所用器材如表1��1所示。表1��1试验器材清单
序号名称数目1DFRdunio UNO Rev312Prototyping Shield for Arduino13红外接收头IRM3638T144脚直插轻触按键45环保光敏电阻16振动开关（绿色）27数码管共阳1序号名称数目8LM35DZ精密温度传感器19高品质试验跳线1106节AA电池盒111直插电阻220R2012直插电阻4.7kΩ2013直插电阻4.7kΩ2014直插电阻10kΩ20
序号名称数目15直插电阻1kΩ2016红、黄、绿色各3个直插LED17R、G、B LED共阴1189g微型舵机119微型遥控器120USB线 AtoB方口1续表
序号名称数目21继电器122无源蜂鸣器123电动机的扇叶124直流电动机125电位器326公母头面包线14. 线上烧录、感知外围世界
Arduino可使用ICSP线上烧入器，将编制程序烧入芯片，只需一根连接线就可以随时随地向芯片中刷入程序，实现相应的功能。同时利用Arduino控制板可简单地与传感器、各式各样的电子元件连接，如红外线、超声波、热敏电阻、光敏电阻、电动机等，从而实现感知外围世界、控制外围世界的目的。例如，图1��13所示的温度报警器中，当温度达到设定的极限值时，蜂鸣器发出警报声。
图1��13温度报警器
Arduino还有很多优点。例如，支持安卓系统、支持多种互动程序，如Flash、Max/Msp、PD、Processing等，并且由于其在软硬件上都采用开源的理念，使得Arduino拥有大量的资源。
【小任务】请你观察图1��14所示的提示温度的水杯设计，了解其工作原理，想一想水杯采用了哪些电器元件？
图1��14提示温度的水杯
1.3Arduino快速上手〖*2〗1. 下载Arduino IDE编译器打开网页输入网址http://arduino.cc/en/Main/Software,进入页面后，找到图1��15所示的Arduino IDE下载界面。对于Windows用户，单击下载Windows(ZIP file)；对于Mac、Linux用户，则选择相应的系统。下载完成后，解压文件，打开Arduino 1.0.6文件夹，单击Arduino就可以直接使用了。
2. 安装驱动
准备一块Arduino UNO控制板，把USB一端插到UNO上，另一端连到计算机。当第一次将Arduino UNO与计算机相连接时，计算机上会出现“找到新硬件向导”对话框，连接成功后，Arduino UNO板的红色电源指示灯亮起。然后，打开控制面板，选择设备管理器。图1��16所示为Arduino设备识别界面。
……

前言/序言

吹响信息科学技术基础教育改革的号角
（一）
信息科学技术是信息时代的标志性科学技术。信息科学技术在社会各个活动领域广泛而深入的应用，就是人们所熟知的信息化。信息化是21世纪最为重要的时代特征。作为信息时代的必然要求，它的经济、政治、文化、民生和安全都要接受信息化的洗礼。因此，生活在信息时代的人们应当具备信息科学的基本知识和应用信息技术的基础能力。
理论和实践表明，信息时代是一个优胜劣汰、激烈竞争的时代。谁先掌握了信息科学技术，谁就可能在激烈的竞争中赢得制胜的先机。因此，对于一个国家来说，信息科学技术教育的成败优劣，就成为关系国家兴衰和民族存亡的根本所在。
同其他学科的教育一样，信息科学技术的教育也包含基础教育和高等教育两个相互联系、相互作用、相辅相成的阶段。少年强则国强，少年智则国智。因此，信息科学技术的基础教育不仅具有基础性意义，而且具有全局性意义。
（二）
为了搞好信息科学技术的基础教育，首先需要明确: 什么是信息科学技术？信息科学技术在整个科学技术体系中处于什么地位？在此基础上，明确： 什么是基础教育阶段应当掌握的信息科学技术？
众所周知，人类一切活动的目的归根结底就是要通过认识世界和改造世界，不断地改善自身的生存环境和发展条件。为了认识世界，就必须获得世界（具体表现为外部世界存在的各种事物和问题）的信息，并把这些信息通过处理提炼成为相应的知识；为了改造世界（表现为变革各种具体的事物和解决各种具体的问题），就必须根据改善生存环境和发展条件的目的，利用所获得的信息和知识，制定能够解决问题的策略并把策略转换为可以实践的行为，通过行为解决问题、达到目的。
可见，在人类认识世界和改造世界的活动中，不断改善人类生存环境和发展条件这个目的是根本的出发点与归宿，获得信息是实现这个目的的基础和前提，处理信息、提炼知识和制定策略是实现目的的关键与核心，而把策略转换成行为则是解决问题、实现目的的最终手段。不难明白，认识世界所需要的知识、改造世界所需要的策略以及执行策略的行为是由信息加工分别提炼出来的产物。于是，确定目的、获得信息、处理信息、提炼知识、制定策略、执行策略、解决问题、实现目的，就自然地成为信息科学技术的基本任务。
这样，信息科学技术的基本内涵就应当包括： ①信息的概念和理论； ②信息的地位和序（1） Arduino与通用技术〖2〗〖2〗 〖1〗 作用，包括信息资源与物质资源的关系以及信息资源与人类社会的关系； ③信息运动的基本规律与原理，包括获得信息、传递信息、处理信息、提炼知识、制定策略、生成行为、解决问题、实现目的的规律和原理； ④利用上述规律构造认识世界和改造世界所需要的各种信息工具的原理和方法； ⑤信息科学技术特有的方法论。
鉴于信息科学技术在人类认识世界和改造世界活动中所扮演的主导角色，同时鉴于信息资源在人类认识世界和改造世界活动中所处的基础地位，信息科学技术在整个科学技术体系中显然应当处于主导与基础双重地位。信息科学技术与物质科学技术的关系，可以表现为信息科学工具与物质科学工具之间的关系： 一方面，信息科学工具与物质科学工具同样都是人类认识世界和改造世界的基本工具；另一方面，信息科学工具又是驾驭物质科学的工具。
参照信息科学技术的基本内涵，信息科学技术基础教育的内容可以归结为： ①信息的基本概念； ②信息的基本作用； ③信息运动规律的基本概念和可能的实现方法； ④构造各种简单信息工具的可能方法； ⑤信息工具在日常活动中的典型应用。
（三）
与信息科学技术基础教育内容同样重要甚至更为重要的问题是要研究： 怎样才能使中小学生真正喜爱并能够掌握基础信息科学技术？其实，这就是如何认识和实践信息科学技术基础教育的基本规律的问题。
信息科学技术基础教育的基本规律有很丰富的内容，其中有两个重要问题： 一是如何理解中小学生的一般认知规律；二是如何理解信息科学技术知识特有的认知规律和相应能力的形成规律。
在人类（包括中小学生）一般的认知规律中，有两个普遍的共识： 一是“兴趣决定取舍”；二是“方法决定成败”。前者表明，一个人如果对某种活动有了浓厚的兴趣和好奇心，就会主动、积极地探寻奥秘；如果没有兴趣，就会放弃或者消极应付。后者表明，即使有了浓厚的兴趣，如果方法不恰当，最终也会导致失败。所以，为了成功地培育人才，激发浓厚的兴趣和启示良好的方法都非常重要。
小学教育处于由学前的非正规、非系统教育转为正规的系统教育的阶段，原则上属于启蒙教育。在这个阶段，调动兴趣和激发好奇心理更加重要。中学教育的基本要求同样是要不断调动学生的学习兴趣和激发他们的好奇心理，但是这一阶段越来越重要的任务是要培养他们的科学思维方法。
与物质科学技术学科相比，信息科学技术学科的特点是比较抽象、比较新颖。因此，信息科学技术的基础教育还要特别重视人类认识活动的另一个重要规律： 人们的认识过程通常是由个别上升到一般，由直观上升到抽象，由简单上升到复杂。所以，从个别的、简单的、直观的学习内容开始，经过量变到质变的飞跃和升华，才能掌握一般的、抽象的、复杂的学习内容。其中，亲身实践是实现由直观到抽象过程的良好途径。
综合以上几方面的认知规律，小学的教育应当从个别的、简单的、直观的、实际的、有趣的学习内容开始，循序渐进，由此及彼，由表及里，由浅入深，边做边学，由低年级到高年级，由小学到中学，由初中到高中，逐步向一般的、抽象的、复杂的学习内容过渡。
（四）
我们欣喜地看到，在信息化需求的推动下，信息科学技术的基础教育已在我国众多的中小学校试行多年。感谢全国各中小学校的领导和教师的重视，特别感谢广大一线教师们坚持不懈的努力，克服了各种困难，展开了积极的探索，使我国信息科学技术的基础教育在摸索中不断前进，取得了不少可喜的成绩。
由于信息科学技术本身还在迅速发展，人们对它的认识还在不断深化。由于受“重书本”“重灌输”等传统教育思想和教学方法的影响，学生学习的主动性、积极性尚未得到充分发挥，加上部分学校的教学师资、教学设施和条件还不够充足，教学效果尚不能令人满意。总之，我国信息科学技术基础教育存在不少问题，亟须研究和解决。
针对这种情况，在教育部基础司的领导下，我国从事信息科学技术基础教育与研究的广大教育工作者正在积极探索解决这些问题的有效途径。与此同时，北京、上海、广东、浙江等省市的部分教师也在自下而上地联合起来，共同交流和梳理信息科学技术基础教育的知识体系与知识要点， Arduino与通用技术/青少年科技创新丛书 下载 mobi epub pdf txt 电子书 格式

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