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面的著作。

本书系统论述了Arduino开源硬件的架构、原理和开发方法，并给出了14个完整的项目设计案例。本书共15章，内容包括Arduino设计基础、无线寻址智能车项目设计、自助饮料机项目设计、星空水杯垫项目设计、外卖箱系统项目设计、多功能蓝牙时钟项目设计、“拆弹”机器人项目设计、智能指纹密码锁项目设计、电子扫地宠物项目设计、二轮平衡小车项目设计、智能农场项目设计、看门狗项目设计、超声波引导智能车项目设计、抢红包机械臂项目设计和智能玩具车项目设计。
在编排方式上，全书侧重对创新产品的项目设计过程进行介绍，分别从需求、分析、设计与实现等角度论述硬件电路、软件设计、传感器和功能模块等，并剖析产品的功能、应用、电路连接和程序代码等。为便于读者高效学习，快速掌握Arduino开发方法，本书配套提供项目设计的硬件电路图和程序代码，可供读者举一反三和二次开发。
本书可作为高校电子信息类专业“开源硬件设计”“电子系统设计”“创新创业”等课程的教材，也可以作为创客及智能硬件爱好者的参考用书，还可作为从事物联网、创新开发和设计专业人员的技术参考书。

　　第3章
　　自助饮料机项目设计
　　本章根据
　　潘辉江、曾致远
　　项目设计整理而成。
　　3.1项目背景
　　在日常生活中常常能看到自动售货机，却很少看到自助饮料机。通常情况下，饮料需要特定的店铺或水吧等有专门售货员的场所才能提供，既不方便客户，也占用了比较多的场地和人力资源。因此，本项目设计一款可以定量提供饮料、支持线上支付的自助饮料机。
　　3.2创新描述
　　用户可以通过线上支付，使用自己的水杯或者饮料机提供一次性水杯，从饮料机接一杯饮料(200~300ml)。实验中通过计算机发送指令，经WiFi模块处理，达到控制饮料机的目的。
　　用户需要做的只是完成安全支付，然后使用饮料机的按键(触摸传感器)或者通过网页单击“出水”按钮，即可对饮料机进行操作，用水杯完成接水动作。饮料机的维护相对简单，每天剩余的饮料进行处理并将饮料机的储水箱加满即可。
　　3.3功能及总体设计
　　本项目主要分两部分进行设计： 实体执行部分和WiFi模块执行部分。实体执行部分完成饮料机的基本功能，通过开关按钮、水位传感器和触摸传感器完成定量出水的功能； WiFi模块执行部分实现Arduino开发板与其他设备在同一热点下的信息传输。
　　3.3.1功能介绍
　　本项目设计的饮料机通过WiFi传输数据，对饮料机进行无线控制且控制定量出水，既节省了人力，又可以避免用户过量接水等现实问题。
　　3.3.2总体设计
　　实现上述功能需要将作品分三部分进行设计： 出水开关部分、分层传感器部分和WiFi模块控制部分。出水开关部分采用直流电机和齿轮组，控制出水口的开关； 分层传感器部分为两个水位传感器的过渡层，通过水位的变化决定上下开关的状态； WiFi模块控制部分使用ESP826601模块，在STA模式下与计算机连接同一个服务器，实现物联网的功能，完成WiFi数据传输。
　　3个功能模块最后集成于Arduino开发板，通过对ESP826601模块的调试和Arduino开发板的编程实现预期功能。实体部分简易结构示意图如图31所示。
　　图31实体部分简易结构示意图
　　1. 整体框架图
　　整体框架如图32所示。
　　图32整体框架图
　　2. 系统流程图
　　系统流程图如图33所示。
　　图33系统流程图
　　接通电源以后，装置进入待机模式。若接收到触摸传感器或WiFi模块开始工作的信号，则主程序开始工作，判断水位是否高于注水水位，若是则继续出水，若否则进入注水模式。判断水位是否高于待机水位，若是则继续注水； 若否则进入待机模式。至此，装置的一个工作流程执行完毕，若有信号将循环执行。
　　3. 总电路图
　　系统总电路如图34所示，元件间的连线如表31所示。
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目录
第1章Arduino设计基础
1.1开源硬件概述
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
1.3.3Arduino IDE的使用
1.4Arduino编程语言
1.4.1Arduino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
1.4.8Arduino的库文件
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开发平台样例与编程
第2章无线寻址智能车项目设计
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元件清单
第3章自助饮料机项目设计
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元件清单
第4章星空水杯垫项目设计
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
4.4产品展示
4.5故障及问题分析
4.6元件清单
第5章外卖箱系统项目设计
5.1项目背景
5.2创新描述
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元件清单
第6章多功能蓝牙时钟项目设计
6.1项目背景
6.2创新描述
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元件清单
第7章“拆弹”机器人项目设计
7.1项目背景
7.2创新描述
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元件清单
第8章智能指纹密码锁项目设计
8.1项目背景
8.2创新描述
8.3功能及总体设计
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元件清单
第9章电子扫地宠物项目设计
9.1项目背景
9.2创新描述
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元件清单
第10章二轮平衡小车项目设计
10.1项目背景
10.2创新描述
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元件清单
第11章智能农场项目设计
11.1项目背景
11.2创新描述
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元件清单
第12章看门狗项目设计
12.1项目背景
12.2创新描述
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元件清单
第13章超声波引导智能车项目设计
13.1项目背景
13.2创新描述
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元件清单
第14章抢红包机械臂项目设计
14.1项目背景
14.2创新描述
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元件清单
第15章智能玩具车项目设计
15.1项目背景
15.2创新描述
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元件清单
参考