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。

本书以“大众创业万众创新”为时代背景，以物联网和智能开源硬件发展为技术背景，总结信息时代创新模式、创新方法和创新产品。以CDIO（ConceiveDesignImplementoperate）方法为指导，构建创新产品，将北京邮电大学信息工程专业同学的创新产品开发案例进行总结，其基本内容包括Arduino设计基础和22个案例，主要涉及智能控制类开发案例、生活便捷类开发案例、物联网络类开发案例、人机交互类开发案例和其他创意类开发案例。
本书主要针对创新产品的实际开发案例进行描述，包括软件设计流程图、硬件电路图、各种传感器和模块，从功能、使用方法、电路连接和实例程序等方面介绍其使用方法； 综合应用各种技术，提高产品的总体性能和可实现性。本书案例的内容由总到分、先模块后代码，创新思维与实践案例相结合，以满足不同层次人员的需求； 同时，本书附有实际项目的硬件设计图和软件实现代码，可供读者自我学习和自我提高使用。
本书可作为高等院校信息与通信工程及相关专业的本科生教材，也可以作为智能硬件爱好者创新手册使用，还可以为创客的需求产生、分析产品、设计生产、实现产品提供帮助。对于从事物联网创新开发和设计的专业技术人员，本书也可以作为主要的技术参考书。

第5章

北邮艇




设计者： 白帅邢瑞波凌通
5.1项目背景
常见Arduino应用主要局限于陆地和天上，将基于Arduino进行水中的创意项目则很少，基于以上事实设计制作一个微型舰艇。水中项目最大的挑战是防水，对防水进行评估后，决定设计并制作——北邮艇，以求实现远程操作、动力控制、超声波探测、武器攻击、音乐娱乐等功能，并实现蓝牙手控和系统自动扫描两种工作模式。
5.2创意描述
本项目在网络上进行了基于Arduino的遥控船的搜索，发现几乎没有基于Arduino板的舰艇产品。因此发挥想象为北邮艇设计了以下几个系统： 动力系统、蓝牙远程操控系统、侦察系统、攻击系统、庆祝系统。其中，动力与蓝牙远程操控系统是本艇的核心，而侦察与攻击系统相互配合使用。
本项目的创新点在于： 当侦察系统启动后，会对周围进行探测，当发现目标后水炮发射，攻击目标，若攻击结束，音乐响起，为胜利而庆祝。通过Arduino Uno板的指令进行控制操作，完成舰艇的所有功能。
5.3功能及总体设计
本产品主要分为4个部分进行设计： 动力系统、侦察系统、攻击系统以及庆祝系统。动力系统方面提供的电压和功率要能够带动舰艇的电机，同时负责船体的方向控制； 侦察系统方面，通过舵机控制方向，带动超声波探测敌方战舰，前方180°准确扫描，不断返回前方障碍物距离，一旦侦察到敌方目标，启动攻击系统进行攻击； 本舰的攻击系统由一门水炮构成，当超声波探测到目标后，舵机停止转动，水炮向目标发射水柱攻击目标;庆祝系统通过控制播放“无敌”之歌，“传邮万里”来宣扬校训，以及在成功攻击的时候庆祝胜利。
5.3.1功能介绍
当超声波探测系统启动后，会对周围进行探测，发现目标(返回值小于定量)后水炮发射，攻击目标，攻击结束，音乐响起，为胜利而庆祝。这一系列功能也可以通过手机端发送的指令进行操作。
舰艇的动力系统会在客户端发送指令后启动，当两个电机同时启动后，船会前行； 当左侧电机单独启动，船将右转； 当右侧电机单独启动，船将左转。
5.3.2总体设计
本作品分成4部分进行设计： 动力系统、侦察系统、攻击系统以及庆祝系统。
1. 整体框架图
项目整体框架如图51所示。通过Arduino Uno板串联整体，蓝牙起到远程操控作用。驱动板控制两个电机的运转来整体控制舰艇的行进方向。超声波探测到目标后，舵机停止运转，继电器接通，水泵开始工作，当水泵停止工作，音乐播放。


图51整体框架图


2. 系统流程图
系统流程如图52所示。

目录
第1章Arduino项目设计基础

1.1开源硬件简介

1.2Arduino开源硬件

1.2.1Arduino开发板

1.2.2Arduino扩展板

1.3Arduino软件开发平台

1.3.1Arduino平台特点

1.3.2Arduino IDE的安装步骤

1.3.3Arduino IDE的使用方法

1.4Arduino编程语言

1.4.1Arduino编程基础

1.4.2数字I/O口的操作函数

1.4.3模拟I/O口的操作函数

1.4.4高级I/O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

1.4.8Arduino的库函数

1.5Arduino硬件设计平台

1.5.1Fritzing软件简介

1.5.2Fritzing使用方法

1.5.3Arduino电路设计

1.5.4Arduino样例与编程

第2章基于Arduino的四轴飞行器

2.1项目背景

2.2创意描述

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章智能自动捡球机

3.1项目背景

3.2创意描述

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章智能泊车系统

4.1项目背景

4.2创意描述

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

4.4产品展示

4.5故障及问题分析

4.6元器件清单

第5章北邮艇

5.1项目背景

5.2创意描述

5.3功能及总体设计

5.3.1功能介绍

5.3.2总体设计

5.3.3模块介绍

5.4产品展示

5.5故障及问题分析

5.6元器件清单

第6章无人停车库

6.1项目背景

6.2创意描述

6.3功能及总体设计

6.3.1功能介绍

6.3.2总体设计

6.3.3模块介绍

6.4产品展示

6.5故障及问题分析

6.6元器件清单

第7章多功能模型小车

7.1项目背景

7.2创意描述

7.3功能及总体设计

7.3.1功能介绍

7.3.2总体设计

7.3.3模块介绍

7.4产品展示

7.5故障及问题分析

7.6元器件清单

第8章App遥控四轴飞行器

8.1项目背景

8.2创意描述

8.3功能与整体设计

8.3.1功能介绍

8.3.2总体设计

8.3.3模块介绍

8.4产品展示

8.5故障及问题分析

8.6元器件清单

第9章红外遥控智能小车

9.1项目背景

9.2创意描述

9.3功能及总体设计

9.3.1功能介绍

9.3.2总体设计

9.3.3模块介绍

9.4产品展示

9.5故障及问题分析

9.6元器件清单

第10章蓝牙手柄避障小车

10.1项目背景

10.2创意描述

10.3功能及总体设计

10.3.1功能介绍

10.3.2总体设计

10.3.3模块介绍

10.4产品展示

10.5故障及问题分析

10.6元器件清单

第11章红外遥控自动避障小车

11.1项目背景

11.2创意描述

11.3功能及总体设计

11.3.1功能介绍

11.3.2总体设计

11.3.3模块介绍

11.4产品展示

11.5故障及问题分析

11.6元器件清单

第12章自行车测速里程计

12.1项目背景

12.2创意描述

12.3功能及总体设计

12.3.1功能介绍

12.3.2总体设计

12.3.3模块介绍

12.4产品展示

12.5故障及问题分析

12.6元器件清单

第13章超声波自动避障小车

13.1项目背景

13.2创意描述

13.3功能及总体设计

13.3.1功能介绍

13.3.2总体设计

13.3.3模块介绍

13.4产品展示

13.5故障及问题分析

13.6元器件清单

第14章DIY四轴飞行器

14.1项目背景

14.2创意描述

14.3功能及总体设计

14.3.1功能介绍

14.3.2总体设计

14.3.3模块介绍

14.4产品展示

14.5故障及问题分析

14.6元器件清单

第15章拍照密码锁

15.1项目背景

15.2创意描述

15.3功能及总体设计

15.3.1功能介绍

15.3.2总体设计

15.3.3模块介绍

15.4产品展示

15.5故障及问题分析

15.6元器件清单