作者：隋金雪,邢建平
出版社：清华大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Arduino思维大爆炸——物联网创客综合能力实训教程试读：
前言
创新是时代的产物，在人类发展历史当中，我们看到无数创新者为人类社会做出了极高的贡献。科技、教育、娱乐、生活服务，各行各业都充满了人们思维的火花，点燃一颗又一颗希望的种子，这些种子被赋予了一个响亮的名字——创客。
今天的青少年最需要教授的能力是什么？不是应付各种考试的应试能力，而是他在一生中最需要运用到的：从小到大形成的创新思维与实践能力。教育不是为社会机器塑造一个个合适的螺丝钉。教育应该是倾听孩子的声音，帮助他成为自己，帮助他在未来生活中，找到自己想要的幸福。
创客教育对青少年的培养着力于提高学生解决未知问题的能力，没有标准答案，所有问题都需要自己探索、讨论、总结、升华，让学生真正参与到创新与实践的过程，并在此过程中获得自我提升与历练，找到未来的方向。
本书就是创客们的指导书，是创新学习者、创客指导教师、所有带着梦想的青少年的“工具箱”和“指路牌”。
创客教育是未来的学习模式，素质教育提倡个性化教学，而每个青少年的认知程度不尽相同，让青少年自我提升的关键在于面对问题的积极态度以及探究的热情。本书的创客教学模式融合了STEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）教学理论，通过创意电子设计的教学指导，让青少年的创造力、学习力、执行力、组织力、表达力为主体的五维能力得到综合提升。
本书采用项目型研究课题的教学模式，通过完成逐步进阶的项目课题，让不同认知程度的青少年在自己的领域推开创新的大门。第1编开启奇妙物联网1-1奇思妙想物联网
随着互联网技术飞速发展，基于互联网的创新科技日新月异。目前最受瞩目的互联网衍生领域就是物联网。那什么是物联网呢？物联网跟人们的生活有怎样的联系呢？下面开启物联网的世界。本课目标认识物联网技术生活中的物联网用物联网思维思考认识物联网技术什么是物联网
现代生活的方方面面都离不开互联网。无论是通过“优酷”看一集动画片，还是通过“QQ游戏大厅”跟好友来一场象棋对战，都离不开互联网的支持。从原理上看，这些行为都是通过互联网传递数据。那么，所谓的物联网，应该是什么样子呢？物联网
试想，每次你一回到家，开门之后，灯就自动亮起；你坐到沙发上，电视机自动打开，并切换到你想看的节目；电视看了一半，你想起晚上要洗澡还没开热水器，只需拿出手机，通过软件打开开关，设定好温度，就可以远程控制热水器开始烧水；洗完澡要睡觉了，你躺在床上发现还没关灯，不必下床按开关，拿出手机按一下，灯就会自动关闭。与生活相关的各种物品，都可以通过网络紧密地结合在一起。物联网技术
物联网的定义是：利用局部网络或互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及其网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（所有的设备、资源及通信等）都是个性化和私有化的。生活中的物联网
物联网技术渗透到生活的方方面面，那么，如何划分物联网涉及的领域呢？根据国家的发展规划，圈定九大领域物联网重点示范工程，分别是：智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居。围绕这些领域，衍生出大量的物联网新产品。下面选出四类领域详细说明。智能家居智能家居
智能家居是指通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。智能农业2
智能农业产品通过实时采集温室内温度、土壤温湿度、CO浓度、湿度信号以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时处理，为实施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。智能农业还包括智能粮库系统，通过将粮库内温湿度变化感知与计算机或手机相连，进行实时观察，记录现场情况，保证粮库的温湿度平衡。农业物联网智能交通
智能交通系统是未来交通系统的发展方向。它是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。智能交通智能医疗
智能医疗通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。在不久的将来，医疗行业将融入更多人工智能、传感技术等高科技，使医疗服务走向真正意义的智能化，推动医疗事业繁荣发展。在中国新医改的大背景下，智能医疗将逐步走进寻常百姓的生活。机器人大白
另外，大家熟悉的机器人“大白”也是智能医疗机器人。用物联网思维思考
通过上述内容，相信大家对物联网有了一定了解。那么，如何利用物联网思维来解决生活中的问题呢？
请大家思考几个问题。
如果从物联网的角度去思考这些问题，解决方案都会变得很简单。解决方案1：户外环境实时监测
将物联网技术中常用的温湿度传感器安置在窗外或者庭院中，通过Wi-Fi将采集到的温湿度数据上传到网络，用手机连接到云端实时查看，就知道家门外的温度、湿度情况。如果使用多种传感器组合，可以装配一个小型气象站，用于预报住家周围的天气变化情况。解决方案2:Wi-Fi控制插座
利用Wi-Fi连接家用电器的技术已经很普遍。因此，可以通过手机联网后控制Wi-Fi智能插座，即使不回家，也能启动热水器自动烧水。智能插座
目前的家用热水器自带Wi-Fi功能，可以通过手机远程设定水温、保温时间等。顺着这个思路，不只是热水器，电饭锅、空调等家用电器都可以通过Wi-Fi联网远程控制，从而实现智能家居的物联网。解决方案3：门窗传感器
利用门窗传感器模块可以自动识别当前门窗的开关状态，并实时上传至网络，然后通过手机查看门窗开关情况。
在窗户上安装控制开关的小电动机，就能够通过手机控制开窗和关窗。门窗传感器解决方案4：智能花卉灌溉
既然物联网技术应用广泛，可以控制家用电器，检测门窗开关，那么，控制小水泵肯定很容易！想让心爱的花草永不缺水，可以利用物联网技术设计一个自动灌溉设施。
可以通过Wi-Fi远程控制水泵开关，给花浇水。如果安装了传感器，系统可根据温度和湿度的变化自动给花浇水。
采用物联网技术，可以解决很多生活中的小问题，改进生活质量，提高生活舒适度。想让你的生活更加随心惬意，开动脑筋吧，用物联网思维去思考。上面提出的解决方案现在对大家来说还只是构想，等学完本教材所有的课程，相信每个人都可以用掌握的物联网技术创造出得心应手的作品。
物联网世界的大门已经打开，你准备好了吗？本课总结
了解物联网定义
认识物联网涉及的领域
学会用物联网思维思考
学完本课，你想完成一个怎样的物联网作品？请在下面画出示意图。作品名称：________________________________1-2Macduino与物联网《Arduino思维大爆炸——机器人创客综合能力实训教程》介绍了很多Macduino的使用方法，全方位讲述了基于Macduino开发的机器人。本书将继续使用Macduino探索物联网世界。本课目标Macduino物联网创新学生作品赏析串口通信的使用你好！Macduino！
炫酷的黑色外壳，接口灵活，功能丰富，这就是功能强大的Macduino平台。Macduino分为入门级的Macduino UNO和竞赛级的Macduino PRO。Macduino PRO可以同时连接16路模拟传感器、12路数字传感器、8个舵机、2个直流电动机，以及板载蓝牙通信、显示屏、五向摇杆。Macduino UNO可以同时连接8路模拟传感器、12路数字传感器、2个舵机、2个直流电动机。Macduino UNOMacduino PRO
两款平台还有更多丰富的功能等待发掘！无论是资深创客还是新入门的“小白”，这款平台都让人爱不释手。创客们，在Macduino上尽情发挥创造力吧！Macduino物联网创新学生作品赏析作品1：智能温控小风扇
夜晚睡觉开空调容易得空调病，不健康；开风扇又容易得风寒，而定时关闭风扇可能会被热醒。怎样才能解决这个问题，使得在保证健康的情况下让风扇自动开关？设计思路
智能小风扇模型，根据温度自动开关，并且自动调整风力。夜晚使用时，在前半夜智能调整风速工作，在后半夜温度下降后关闭风扇。智能温控小风扇材料清单
Macduino UNO控制器、电池盒、电动机、软叶风扇、显示屏、温湿度传感器、旋钮电位器，以及杜邦线若干、白色PVC板若干。智能小温室作品2：智能小温室
在什么样的环境下农作物才能更好地生长，这是科学家们一直在研究的问题。于是有了现在的温室大棚。那么，农业温室大棚究竟是怎样工作的呢？设计思路
了解农业大棚的原理，利用塑料箱、纸板、小风扇等材料模拟大棚的运作，制作一套智能小温室，实现自动调节温度、通风及水源灌溉。通过显示屏实时显示环境情况。材料清单
Macduino UNO控制器、电池盒、电动机、小风扇、水泵、继电器、旋钮电位器、显示屏、亚克力板、PCV板、软管、杜邦线。作品3：智能小台灯
如果作业写到一半离开了课桌，台灯忘记关闭，会一直浪费电能。能否通过一个简单的设计，让台灯感知你的存在？设计思路
台灯开启后，可以检测课桌前是否有人。如果没人超过20秒，则自动关闭。有人在课桌前学习时，累计时间；累计40分钟后自动报警，提醒人休息一下。智能小台灯材料清单
Macduino UNO控制器、电池盒、红外测距开关、蜂鸣器、LED灯、旋钮电位器、PCV板、杜邦线。串口通信的使用
在设计物联网作品的过程中，数据采集是个重要的环节。想要更好地设计物联网系统，就要在设计之前采集到足够的数据。那么，如何看到芯片采集到的数据呢？常用的方法是串口通信。
串口通信在工业控制中经常用到，Macduino也不例外。下面通过一个例子来展示串口通信。
功能要求：采集模拟口A0数据后，通过串口将其发送到计算机显示。
首先介绍串口通信模块。在Ardublock中找到“串口输出”模块套在主程序中，如下图所示。串口输出
主程序运行时，芯片不断地向计算机发送message字符。输出信息截图
将蓝色的信息换成所需要的A0口采集的模拟数据。主程序模拟引脚输出
这样，程序将不断地读取A0口的模拟引脚值，然后通过串口发送到计算机端。注意，这里用到了一个“和模拟量结合”模块。该模块必须使用，因为模拟数据的接口是三角形的，串口数据是方形的，通过该模块相结合，才能将数据发送出来。输出信息截图见下图。
若不使用此模块，“模拟针脚值”模块无法和“串口输出”模块直接连接，导致无法发送数据。输出信息截图程序对应源代码：
本书给出图形化编程范例的同时，给出代码编程及简单的解释，请参考课本注释以及图形化编程生成的代码例程循序渐进地学习代码编程。掌握基本的代码编程更有利于灵活地设计程序结构及功能。串口通信使用方法总结
串口发送模块
通过串口发送模块，可以将芯片内的数据发送到计算机上查看，以便调试传感器和程序。
数据连接模块
在Ardublock中，数据分为模拟量和数字量两种。采用数据连接模块，可以将数据通过串口发送。
尝试认识代码
Ardublock程序下载到芯片之前会生成功能对应的C语言代码，同学们要循序渐进地认识C语言代码。思考下列问题，在框中写出想法。你想用Macduino做什么？________________________________串口通信可以用在哪些地方？________________________________1-3学习力训练——探究物联网
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段，其英文名称是Internet of Things。顾名思义，物联网就是物物相联的互联网。本课目标了解物联网的概念了解物联网的发展史物联网的应用及展望物联网物联网的含义
物联网是指利用局部网络或互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人员和物品等通过新的方式连在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，包括互联网及其上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（包括设备、资源及通信等）都是个性化和私有化的。物联网实体网络起源与发展
物联网实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机——Networked Coke Machine。
1991年，美国麻省理工学院（MIT）的Kevin Ashton教授首次提出物联网的概念。
1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网，但未引起广泛重视。
2004年，日本总务省（MIC）提出u-Japan计划，力求实现人与人、物与物、人与物之间的连接，希望将日本建设成一个随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会。
2009年，欧盟执委会发表了欧洲物联网行动计划，描绘了物联网技术的应用前景，提出欧盟政府要加强对物联网的管理，促进物联网的发展。可乐贩售机
2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。物联网的应用
2009年8月，温家宝“感知中国”的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向高潮，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院，无锡市江南大学还建立了全国首家实体物联网工厂学院。自时任总理温家宝提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”。物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟以及其他各国不可比拟的。物联网思维感知中国物联网的用途
物联网用途广泛，涉及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦察和情报搜集等多个领域。花卉栽培家居智能
国际电信联盟在2005年的报告中描绘了物联网时代的图景：当司机出现操作失误时，汽车自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求，等等。比如，物联网在物流领域内的应用：一家物流公司选用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动报告超载了，包括超载多少，还有多少空间剩余，轻重货物该怎样搭配；当搬运人员卸货时，某些货物包装可能大叫“你扔疼我了”。仓储管理
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]