正版新书]Arduino案例实战(卷Ⅵ北京邮电大学精品教材)/清华开发

第1章 Arduino设计基础
1.1 开源硬件概述
1.2 Arduino开源硬件
1.2.1 Arduino开发板
1.2.2 Arduino扩展板
1.3 Arduino软件开发平台
1.3.1 Arduino平台特点
1.3.2 Arduino IDE的安装
1.3.3 Arduino IDE的使用
1.4 Arduino编程语言
1.4.1 Arduino编程基础
1.4.2 数字I/O引脚的操作函数
1.4.3 模拟I/O引脚的操作函数
1.4.4 高级I/O引脚的操作函数
1.4.5 时间函数
1.4.6 中断函数
1.4.7 串口通信函数
1.4.8 Arduino的库函数
1.5 Arduino硬件设计平台
1.5.1 Fritzing软件简介
1.5.2 Fritzing使用方法
1.5.3 Arduino电路设计
1.5.4 Arduino开发平台样例与编程
第2章 自动还原魔方人工智能项目设计
2.1 项目背景
2.2 创新描述
2.3 功能及总体设计
2.3.1 功能介绍
2.3.2 总体设计
2.3.3 模块介绍
2.4 产品展示
2.5 故障及问题分析
2.6 元器件清单
第3章 小花的饮料机项目设计
3.1 项目背景
3.2 创新描述
3.3 功能及总体设计
3.3.1 功能介绍
3.3.2 总体设计
3.3.3 模块介绍
3.4 产品展示
3.5 故障及问题分析
3.6 元器件清单
第4章 智能水杯项目设计
4.1 项目背景
4.2 创新描述
4.3 功能及总体设计
4.3.1 功能介绍
4.3.2 总体设计
4.3.3 模块介绍

李永华，现执教于北京邮电大学，拥有超过10年的嵌入式开发经验，致力于物联网和智能硬件的研究开发工作。在教学中以兴趣为导向，激发学生的创造性；以素质为基础，提高自身教学水平；以科研为手段，促进教学理念转变。通过信息工程专业综合改革，探索了以“学生学为中心”的教学模式，营造生动活泼的学习方法，提高学生独立思考问题、发现问题、解决问题的能力，激发学生的创造激情。在研发及教学实践中指导学生实现200余个创新案例，并指导着一支物联网开发团队，曾在物联网、开源硬件等技术领域进行了多场学术报告，并且出版了《AllJoyn技术原理及物联网程序开发指南》《Arduino实战指南——游戏开发、智能硬件、人机交互、智能家居与物联网设计30例》《Arduino软硬件协同设计实战指南》等多部物联网技术方向的著作。

第3章小花的饮料机项目设计3.1项目背景本章根据褚建红、陶曦的项目设计整理而成。
在宿舍里养绿植小花时，总是因为忘记浇水或者是不了解它的需求，而使绿植小花不能盛开。于是，本项目决定开发一款基于Arduino的自动浇花系统，方便浇灌绿植。
3.2创新描述搭建多个土壤湿度传感器和水管接口，满足用户实现对多盆植物同时浇灌的需求；还搭建了多个液体源，对不同植物的需求进行不同成分液体的灌溉；该系统可以实现无人控制的自动灌溉，同时采用了YK04模块，通过红外遥控器传送命令，从而手动控制对电磁阀的开关控制，实现智能浇花。基于本项目的功能实现，将该系统命名为“小花的饮料机”。
3.3功能及总体设计本系统主要实现对植物的实时监控，并控制继电器和电磁阀完成不同植物的浇灌功能，并添加了红外遥控、土壤湿度控制、温湿度传感功能。
3.3.1功能介绍要实现上述功能，本项目采用ArduinoUNO开发板和扩展板ArduinoSensorShieldV5.0作为电路板和土壤湿度传感器。设置好需要浇花的湿度，使传感器端口返回一个高电平信号，对继电器进行控制，操控电磁阀的开关，这样可以实现在无人管理的情况下自动灌溉。同时，也可以通过红外遥控模块直接控制电磁阀的开关，实现对植物的针对性灌溉(针对植物特需的成分)。本项目搭建了多条这样的灌溉线路，以实现对多盆植物的浇灌，并且通过LCD显示屏实时显示系统和小花的状况。
3.3.2总体设计要实现上述功能需要将作品分成三部分进行设计，包括湿度读取控制、红外遥控控制和LCD显示。
1.整体框架图项目整体框架如图31所示。
图31系统框架图2.系统流程图系统流程图如图32所示。
图32系统流程图3.总电路图系统总电路图如图33所示，模块引脚连线如表31和表32所示，“_”表示不接线。土壤湿度传感器从下到上编号0~2；LED由左向右编号1~7；电磁阀由左向右编号1~3；继电器由左向右编号1~3。
3.3.3模块介绍1.湿度控制模块1)功能介绍通过湿度传感器检测盆中土壤湿度，若湿度值未达到所设条件值，则传感器口返回一个高电平，控制继电器；再由继电器控制对应灌溉源口的电磁阀进行浇灌；一定时间后，关闭电磁阀，浇水完成。电路图如图34所示，传感器实物如图35所示，引脚连线如表33所示。
图33总电路图表31引脚连线（一）ArduinoUNO引脚土壤湿度传感器0土壤湿度传感器1土壤湿度传感器2DHT11LEDLCD1602显示屏SCL—————SCLSDA—————SDAA0A0—————A1—A0————A2——A0———2D0—————3—D0————4——D0———5———OUT——6————LED4正极—7————LED3正极—8————LED2正极—9————LED7正极—10————LED6正极—11————LED5正极—GNDGNDGNDGNDGND负极GNDVCCVCCVCCVCCVCC—VCC表32引脚连线（二）继电器1继电器2继电器3电磁阀1~3遥控接收板GND接GND；VCC接VCC；OUT接LED4正极；常开端接12V电源正极；公共端接到电磁阀的正极GND接GND；VCC接VCC；OUT接LED3正极；常开端接12V电源正极；公共端接到电磁阀的正极GND接GND；VCC接VCC；OUT接LED2正极；常开端接12V电源正极；公共端接到电磁阀的正极正极接公共端；负极接到外电源的负极VT接LED1正极；D0接LED2正极；D1接LED3正极；D2接LED4正极；GND接GND；VCC接VCC图34土壤湿度传感器电路图图35土壤湿度传感器表33湿度控制模块引脚连线土壤传感器引脚VCCGNDA0D0ArduinoUNO引脚5VGNDA0(接A0~A5均可)3(2~13均可)2)相关代码
//通过D0的值控制Arduino引脚3~5，置高电平时打开电磁阀
inta=analogRead(Moisture0);intb=analogRead(Moisture1);intc=analogRead(Moisture2);floatd=100*(1023-a)/1023;floate=100*(1023-b)/1023;floatf=100*(1023-c)/1023;//计算湿度的百分比if(d<=50||(float)DHT11.humidity<=20.00||(float)DHT11.temperature>=30.00){digitalWrite(5,HIGH);//当土壤湿度或空气温湿度达到临界值时，将继电器置高电位，打开电磁阀，以下同理}elsedigitalWrite(5,LOW);if(e<=50||(float)DHT11.humidity<=20.00||(float)DHT11.temperature>=30.00){digitalWrite(4,HIGH);}elsedigitalWrite(4,LOW);if(f<=50||(float)DHT11.humidity<=20.00||(float)DHT11.temperature>=30.00){digitalWrite(3,HIGH);}elsedigitalWrite(3,LOW);2.红外遥控模块由YK04接收卡接收遥控器发出的指令，选择不同的线路输出高电平到继电器，从而控制各继电器下游电磁阀，实现浇灌。电路如图36所示，实物如图37所示，引脚连线如表34所示。本部分不用编写代码，接收板与遥控器配套，按下不同的按键时，相应的引脚被置成高电平。遥控器的按键A、B、C、D分别控制接收板的D0~D3；当按键被按下时，相应的接口被置成高电平；VT用于监测信号是否有效，信号有效时被置成高电平