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物聯網系統課程設計方案(編輯修改稿)

2026-06-11 02:57 本頁面

　

【文章內容簡介】件溝通的接口，例如說：flash、processing、Max/MSP、VVVV 或其他互動軟件…。Arduino開發IDE接口基于開放源代碼原，可以讓您免費下載使用開發出更多令人驚艷的互動作品。 Arduino單片機特色:開放源代碼的電路圖設計，程序開發接口免費下載，也可依需求自己修改。使用低價格的微處理控制器(ATMEGA8或ATmega128)。可以采用USB接口供電，不需外接電源。也可以使用外部9VDC輸入 Arduino支持ISP在線燒，可以將新的“bootloader”固件燒入ATmega8或ATmega128芯片。有了bootloader之后，可以通過串口或者USB to Rs232線更新固件。可依據官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖，簡化Arduino模組，完成獨立運作的微處理控制。可簡單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接(EX：紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達,…等) 支持多種互動程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等應用方面，利用Arduino，突破以往只能使用鼠標，鍵盤，CCD等輸入的裝置的互動內容，可以更簡單地達成單人或多人游戲互動。 Arduino單片機引腳簡介Arduino的數字I/O被分成兩個部分，其中每個部分都包含有6個可用的I/O管腳，即管腳2到管腳7和管腳8到管腳13。在數字電路中開關（switch）是一種基本的輸入形式，它的作用是保持電路的連接或者斷開。Arduino從數字I/O管腳上只能讀出高電平（5V）或者低電平（0V），因此我們首先面臨到的一個問題就是如何將開關的開/斷狀態轉變成Arduino能夠讀取的高/低電平。解決的辦法是通過上/下拉電阻，按照電路的不同通常又可以分為正邏輯（Positive Logic）和負邏輯（Inverted Logic）兩種。Arduino的優勢在于對數字信號的識別和處理，但我們所生活的真實世界并不是數字（digital）化的，簡單到只要用0和1就能夠表示所有的現象。例如溫度這一我們已經司空見慣的概念，它只能在一個范圍之內連續變化，而不可能發生像從0到1這樣的瞬時跳變，類似這樣的物理量被人們稱為是模擬（analog）的。Arduino是無法理解這些模擬量的，它們必須在經過模數轉換后變成數字量后，才能被Arduino進一步處理。像溫度這樣的數據必須先被轉換成微處理器能夠處理的形式（比如電壓），才能被Arduino處理，這一任務通常由各類傳感器（sensor）來完成的。例如，電路中的溫度傳感器能夠將溫度值轉換成0V到5V間的某個電壓，、。由于傳感器表達的是模擬信號，它不會像數字信號那樣只有簡單的高電平和低電平，而有可能是在這兩者之間的任何一個數值。至于到底有多少可能的值則取決于模數轉換的精度，精度越高能夠得到的值就會越多。Arduino所采用的ATmega8微處理器一其有6個模數轉換器（ADC，Analog to Digital Converter），每一個模數轉換器的精度都是10bit，也就是說能夠讀取1024（2^10 = 1024）個狀態。在Arduino的每一個模擬輸入管腳上，電壓的變化范疇是從0V到5V，（5/1024 = ）。 Arduino單片機引腳定義就像模擬輸入一樣，在現實的物理世界中我們經常需要輸出除了0和1之外的其他數值。例如，除了想用微控制器找開或者關閉電燈之外，我們還會想控制燈光的亮度，這時就需要用到模擬輸出。由于Arduino的微控制器只能產生高電壓（5V）或者低電壓（0V），而不能產生變化的電壓，因此必須采用脈寬度調制技術（PWM，Pulse Width Modulation）來模仿模擬電壓。PWM是一種開關式穩壓電源應用，它是借助微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常用效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法，它通過對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等但寬度不相等的脈沖，而這些脈沖能夠被用來代替正弦波或其它所需要的波形。在Arduino數字I/O管腳10和11上，我們可以通過analogWrite()函數來產生模擬輸出。該函數有兩個參數，其中第一個參數是要產生模擬信號的引腳（10或者11）；第二個參數是用于產生模擬信號的脈沖寬度，取值范圍是0到255。脈沖寬度的值取0可以產生0V的模擬電壓，取255則可以產生5V的模擬電壓。不難看出，脈沖寬度的取值變化1，（5/255 = ）。 Arduino單片機引腳功能表在許多實際應用場合中我們會要求在Arduino和其它設備之間實現相互通信，而最常見通常也是最簡單的辦法就是使用串行通信。在串行通信中，兩個設備之間一個接一個地來回發送數字脈沖，它們之間必須嚴格遵循相應的協議以保證通信的正確性。在PC機上上最常見的串行通信協議是RS232串行協議，而在各種微控制器（單片機）上采用的則是TTL串行協議。由于這兩者的電平有很大的不同，因此在實現PC機和微控制器的通信時，必須進行相應的轉換。完成RS232電平和TTL電平之間的轉換一般采用專用芯片，如MAX232等，但在Arduino上是用相應的電平轉換電路來完成的。根據Arduino的原理圖我們不難看出，ATmega的RX和TX引腳一方面直接接到了數字I/O端口的0號和1號管腳，另一方面又通過電平轉換電路接到了串口的母頭上。因此，當我們需要用Arduino與PC機通信時，可以用串口線將兩者連接起來；當我們需要用Arduino與微控制器（如另一塊Arduino）通信時，則可以用數字I/O端口的0號和1號管腳。串行通信

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