《Arduino单片机实战》课件全套 仇高贺 任务1-1 点亮第一个LED灯 -7-2 农业智能监控的设计与实施

Arduino项目化教学点亮心中一盏神灯每课一思01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED一种颜色—5mm1

电阻220Ω0.25W1

插线—若干LED灯LED灯草帽形LED灯原则：正极引脚长，负极引脚短LED灯面包板的内部连线方式

面包板连线方式工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图主讲人：仇高贺高级工程师Arduino项目化教学点亮心中一盏神灯每课一思01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED一种颜色—5mm1

电阻220Ω0.25W1

插线—若干LED灯LED灯草帽形LED灯原则：正极引脚长，负极引脚短LED灯面包板的内部连线方式

面包板连线方式工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图按键灯制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED

单色—5mm1

按键开关

6mm×6mm直插式1电阻220Ω0.25W1

插线—若干

按键开关工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图流水灯01元件介绍02接线演示03编程讲解04实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED不同颜色—5mm共5个

电阻220Ω0.25W1

插线—若干PARTTWO02接线演示Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04ProgrammingexplanationArduinoIDEArduinoIDEArduino基本程序架构

Arduino语法1.分号;用于表示一句代码的结束。2.大括号{

}

被用来区分几个不同的结构。3.注释

//（注释单行）；/*.......*/（多行注释,成对出现）4.#define在程序编译之前给常量命名。如：#defineledPin35.#include用于调用程序以外的库。如：#include

<Servo.h>6.void

函数声明

Arduino常用的数据类型

Arduino常用的算术运算符符号功能符号功能>大于<=小于等于<小于==等于>=大于等于!=不等于

Arduino常用的关系运算符Arduino常用的逻辑运算符符号功能&&逻辑与||逻辑或！逻辑非ab!aa&&ba||b真真假真真真假假假真假真真假真假假真假假二进制

进制八进制

进制十六进制

进制if-else语句的运用1．if-else语句（双分支if语句）的语法格式if(表达式){语句序列1}else{语句序列2}2．if-else语句的执行过程if-else语句执行过程如图所示，当条件为真时，执行语句序列1，当条件为假时，执行语句序列2。switch语句的运用switch(<表达式>){case<常量表达式1>:<语句序列1>[break];case<常量表达式2>:<语句序列2>[break];……case<常量表达式n>:<语句序列n>[break];[default：<语句序列n+1>]}switch多分支结构执行过程

Arduino常用函数（1）pinMode(pin,mode)（2）digitalWrite(pin,value)（3）digitalRead（pin）（4）analogWrite(pin,value)（6）delay(value)（5）analogRead(pin)（7）Serial.begin(value)实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象渐变灯制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED

单色—5mm1

电位器WH148-11电阻220Ω0.25W1

插线—若干

电位器工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统工作原理PWM控制接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解编程讲解map()函数map(value,fromLow,fromHigh,toLow,toHigh)；把一个数从一个范围变换到另一个范围。实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图数码管显示键盘号01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

薄膜键盘1

数码管共阴极1电阻220Ω0.25W1

插线—若干

数码管

薄膜键盘工作原理PARTTWO02Workingprinciple

人视觉暂留现象

数码管接线数字数码管需要被点亮字段Arduino控制板对应端口号数字数码管需要被点亮字段Arduino控制板对应端口号0a、b、c、d、e、f5、4、9、10、11、65a、f、g、c、d5、6、7、9、101b、c4、96a、f、e、d、c、g5、6、11、10、9、72a、b、g、e、d5、4、7、11、107a、b、c5、4、93a、b、g、c、d5、4、7、9、108a、b、c、d、e、f、g5、4、9、10、11、6、74f、g、b、c6、7、4、99g、f、a、b、c、d7、6、5、4、9、10系统工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解键盘调试编程讲解清屏子程序显示“0”主程序实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象

直流电机的调速控制01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

电位器WH148-11

直流电机1301电阻220Ω0.25W1

插线—若干

直流电机工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统工作原理PWM控制系统工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解键盘调试编程讲解voidsetup(){pinMode(A0,INPUT);pinMode(3,OUTPUT);}voidloop(){analogWrite(3,map(analogRead(A0),0,1023,0,255));delay(10);}实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象简易风扇控制系统的设计与实施01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

矩阵键盘1

直流电机1301电阻220Ω0.25W1

数码管—1

直流电机工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统工作原理PWM控制系统工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解键盘调试编程讲解voidloop(){Serial.println(input_key);input_key=KEYPAD_4_4.getKey();if(input_key=='0'){display_0();analogWrite(3,0);}elseif(input_key=='1'){display_1();analogWrite(3,85);}elseif(input_key=='2'){display2();analogWrite(3,170);}elseif(input_key=='3'){display3();analogWrite(3,255);}}实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象红外遥控灯的制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED

单色—5mm1

红外接收器TSOP18381红外遥控器HX1838（NEC）1

插线—若干

红外通讯工作原理PARTTWO02Workingprinciple

十六进制十六进制（简写为hex或下标16）是一种基数为16的计数系统，是一种逢16进1的进位制。通常用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和字母A、B、C、D、E、F（a、b、c、d、e、f）表示，其中:A~F表示10~15，这些称作十六进制数字。

人体感应传感器接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解编程讲解voidloop(){if(irrecv.decode(&results)){//解码成功，把数据放入results变量中

Serial.println(results.value,HEX);//显示红外编码

if(results.value==0xFD30CF)//开灯的值

{digitalWrite(LED_PIN,LOW);}elseif(results.value==0xFD08F7)//开灯的值

{digitalWrite(LED_PIN,HIGH);}){digitalWrite(LED_PIN,LOW);}elseif(results.value==0xFF629D)//关灯的值

{digitalWrite(LED_PIN,HIGH);}irrecv.resume();//继续等待接收下一组信号

}delay(100);}实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图智能走廊灯制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

LED

单色—5mm1

人体红外感应HC-SR5011电阻220Ω0.25W1

插线—若干

人体感应传感器工作原理PARTTWO02Workingprinciple

人体感应传感器接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解编程讲解编程讲解volatileintlight_intensity;volatileintdistance;voidsetup(){pinMode(A1,INPUT);light_intensity=analogRead(A1);pinMode(A0,INPUT);distance=analogRead(A0);Serial.begin(9600);pinMode(A0,INPUT);pinMode(A1,INPUT);pinMode(3,OUTPUT);}voidloop(){Serial.println(analogRead(A0));Serial.println(analogRead(A1));if(light_intensity<=500){if(distance<=700){digitalWrite(3,HIGH);}delay(5000);}else{digitalWrite(3,LOW);}}实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图蜂鸣器的使用停止tone()函数发声tone(端子编号,频率)单元测试每个人必须做计入成绩模拟楼道灯继电器模块应用简单智能楼宇控制系统设计制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

烟雾传感器MQ21

光敏传感器

1

舵机

SG91

土壤湿度传感器—1

光敏传感器

舵机工作原理PARTTWO02Workingprinciple

土壤湿度传感器

烟雾传感器接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration硬件电路连接图接线演示编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图

智能循迹避障小车制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图Arduino开发板UnoR31

面包板840孔无焊板1

智能小车

/1

智能小车简介

智能小车简介工作原理PARTTWO02Workingprinciple系统总体架构图

红外循迹原理红外循迹传感器示意图接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration

智能小车实验-红外循迹接线编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象智能平衡车01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图控制芯片UNO1

平衡小车

/1

陀螺仪60501

霍尔减速电机/2

电机选择

电机驱动（DRV88332路）

电源模块TB6612FNG特性：发热小，无需散热片，

支持高达100KHz的PWM输入，外围器件少。最大输入电压：15V最大输出电流：1.2A（平均）/3.2A（峰值）

电机接线

电源模块与单片机接线

电源稳压模块LM2596开关电源模块---输出5V稳定电压给单片机及传感器供电

蓝牙模块

蓝牙模块

智能小车简介工作原理PARTTWO02Workingprinciple

小车保持平衡原理

小车保持平衡原理PID参数调节规律

小车平衡调节流程图接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration

智能平衡小车接线编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解MPU6050是6自由度或6轴的IMU传感器小车位姿控制小车位姿控制小车位姿控制小车位姿控制积分比例+++PAngleDAngle1/Tg++角度θ角速度ω+-相加相减+++积分PSpeedDSpeed+电机驱动速度给定+--相加+M左轮电机+电机驱动M右轮电机+加速度计速度测量脉冲信号+DDIR+CROT转动陀螺仪零点转动测量陀螺仪+-相减++-++相减相加-相减陀螺仪小车平衡总框图平衡小车构成图小车位姿控制参数整定寻最佳，从大到小顺序查；先是比例后积分，最后再把微分加；曲线振动很频繁，比例系数要放大；曲线浮漂绕大弯，比例系数往小扳；曲线偏离回复慢，积分时间往下降；曲线波动周期长，积分时间再加长；理想曲线两个波，调节过程高质量。小车位姿控制积分比例+++PAngleDAngle1/Tg++角度θ角速度ω+-相加相减+++积分PSpeedDSpeed+电机驱动速度给定+--相加+M左轮电机+电机驱动M右轮电机+加速度计速度测量脉冲信号+DDIR+CROT转动陀螺仪零点转动测量陀螺仪+-相减++-++相减相加-相减陀螺仪小车位姿控制#include"BluetoothSerial.h"#include<MPU6050_tockn.h>#include<Wire.h>#defineIN15#defineIN26#defineIN37#defineIN48intsda_pin=A4,scl_pin=A5;floatBalance_Angle_raw=-0.8;//测试出的静态机械平衡角度。intleftMotorPwmOffset=36,rightMotorPwmOffset=39;//测试出的左右轮的启动pwm值，pwm达到一定电压马达才开始转动。floatENERGY=3.5;//设定的前进后退倾倒角度幅度（越大，前冲后退越快）floatturn_ENERGY=600;//设定的转向幅度，转向的角速度幅度。floatkp=12,ki=0.7,kd=0.8;//根据调试测试得到设置kpkikd的值/*---调试和控制变量--------*/floatKeep_Angle,bias,integrate;//保持角度，角度偏差，偏差积分变量floatAngleX,GyroX,GyroZ;//mpu6050输出的角度值为浮点数，两位有效小数intvertical_PWM,turn_PWM,PWM,L_PWM,R_PWM;//各种PWM计算值floatturn_kp,turn_spd;//转向pwm比例向，转向速度设定BluetoothSerialSerialBT;//实例化esp32的蓝牙串口对象MPU6050mpu6050(Wire);//实例化mpu6050对象实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图智能机械臂制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图步进电机57

4233

分频器

TB6600DRV882511

控制芯片Mega25601

机械臂3D打印件/1套工业相机海康威视1套

分频器模块

系统整体结构

电机选择

电机驱动

驱动板选择工作原理PARTTWO02Workingprinciple

机械臂工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration

系统接线编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图任务5-2机械臂运动分析课前回顾提问：1.工业机器人的机构简图由哪些关节组成？a）直角坐标型b）圆柱坐标型c）极坐标型d）多关节型提问：2.什么是工业机器人的运动学？

从几何关系讲，手指的位置和关节变量之间的关系。提问：3.正运动学和逆运动学分别解决了什么问题？

关节变量到位置，位置到关节变量问题。

项目2.4工业机器人的机械臂运动学分析认知目标能力目标掌握并联机构的结构特征；掌握工业机器人的机构简图绘制；掌握机器人的运动学分析计算能够区别串联机器人和并联机器人；能够正确绘制机构简图；能对机器人进行运动学分析求解学习目标这是什么机器人？课程导入按机器人的关节连接布置形式分类串联机器人：杆件和关节是通过串联方式进行连接的，是一种开链式结构。其优点在于：工作空间较大、工作空间内精度一致性较高、对装配精度要求较低。串联机器人课程导入按机器人的关节连接布置形式分类并联机器人：杆件和关节是通过并联方式进行连接的，是一种闭链式结构。其优点在于：结构刚度较高、运动精度较高、响应速度快。并联机器人课程导入

在电子、轻工、食品和医药等行业中，需要以很高的速度完成插装、封装、包装等操作（pick-and-place）。外转动副驱动的并联机械手特别适合上述操作，以著名的并联机械手——Delta机构为代表。

本次课重点以Delta机构的平面机器人为研究对象进行讲解。课堂认知项目2.4工业机器人的机械臂运动学分析1、平面二自由度机械手1、主动臂2、从动臂（长平衡臂）3、平东盘4、减速机(减速比1:33)5、平衡杆（短）温州职业技术学院电子工程系并联机器人的连杆机构1.1、机器人的结构简图1.2、机器人的运动学分析255机器人运动控制以运动学正解和运动学反解为基础。

所谓运动学正解就是：知道机器人每根轴的旋转角度，推算出机器人的空间姿态以及工作端的空间位置。以串联式机器人为例：已知每个手臂的长度、角度，则能逐个计算出每个手臂前端的空间位置，直至末端的空间位置。(见下图)θ1θ2θ3θ4(X1,Y1)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)XY已知：θ1、θ2、θ3、θ4;L1、L2、L3、L4求解：(X4,Y4)L1L2L3L4256根据θ1、θ2;Lt、Lb计算出⊙1、⊙2的圆方程联立这两个圆方程，计算出(X,Y)

1.2、机器人的运动学分析-正解未移动时：已知θ1与Lt，求出⊙1的圆心（-Lt*cosθ1-0.5*L1，-Lt*sinθ1）已知θ2与Lt，求出⊙2的圆心（Lt*cosθ2+0.5*L1，Lt*sinθ2）移动至平动盘中心点时：求出⊙1的圆心（-Lt*cosθ1-0.5*L1+0.5*L2，-Lt*sinθ1）求出⊙2的圆心（Lt*cosθ2+0.5*L1-0.5*L2，Lt*sinθ2）1.2、机器人的运动学分析-正解(X-(-Lt*cosθ1-0.5*L1+0.5*L2))²+（Y-(-Lt*sinθ1)）²=Lb²(X-(Lt*cosθ2+0.5*L1-0.5*L2))²+（Y-(-Lt*sinθ2)）²=Lb²通过解方程，得到（X,Y）。1.2、机器人的运动学分析-正解1.2、机器人的运动学分析-逆解反解解法思路：已知:机械结构尺寸左主臂长Lt左从臂长Lb轴间距L1平动盘长度L2末端中心坐标(X,Y)求解：左电机角度θ1右电机角度θ2可以通过数学方法解出θ1、θ2。例如列举方程式求解等等，得到相应解的算式。1.3、机器人的运动空间1.4、机器人的运动学运用1、对攻机械手1

2、小球3、桌面4、对攻机械手2

5、视觉传感器6、视觉光源123426256网络结构图NJ301-1100R880-KN04H-ECT-Z*2NS8-TV01PC（Formonitorandcontrol)263FH-1050*1控制回路图：NJ301-1100伺服驱动NS8-TV01伺服电机中间继电器抱闸抱闸急停总开关264坐标应用思路以下是编程时由预设目标位置坐标到控制电机实际旋转角度的大致应用思路：实、虚轴上电MC_Power实、虚轴建立原点MC_Home实、虚轴运动同步MC_SynMoveAbsolute虚轴轴组运动（直线、圆弧插补等）启动保持反解

算式启动保持正解

算式实轴电机同步虚轴运动得到实轴角度位置注：虚轴运动位置用的是用户自己建立的X-Y坐标系坐标。机器人处于机械原点位置监控机器人实际位置，重新上电后获取机器人当前位置2、平面二自由度机械手-移动副驱动实物图2.1机构简图绘制2.2工作空间分析工作空间为一个矩形!2.3运动学分析2.3运动学分析3、机械臂运动学分析-结构简图绘制（a）直接驱动型（b）平行连杆型（c）偏置型（d）平面型本节小结重点：并联工业机器人的结构特点；工业机器人的结构简图绘制工业机器人的运动学分析

难点：运动学分析运用思考练习D-H在工业机器人运动学分析的应用？智能仓库的设计与实施01元件介绍02工作原理03系统结构04