Arduino 引言：移動互聯(lián)外設(shè)傳感展望

分類： Arduino 2011-11-21 19:12 4847人閱讀 評論(28) 收藏 舉報(bào)

      作者：mznewfacer (Wolf Geek)             時(shí)間：2011年 11月20日           轉(zhuǎn)載需說明出處，謝謝              

    本人上學(xué)時(shí)學(xué)的都是軟的，作為硬件白癡的我，還是決定接觸些硬件吧，趁著現(xiàn)在有空。

    其實(shí)想學(xué)點(diǎn)微控制器（Microcontroller）還是源于偶爾看到了國外Ye-Sheng Kuo, Sonal Verma, Thomas Schmid, and Prabal Dutta等人的hijiack項(xiàng)目，簡要來說他們就是想通過設(shè)計(jì)的音頻耳機(jī)硬件接口，來接受傳感生活中的數(shù)字、模擬信號。這個(gè)方向未來一定是迫切的需要，我們已經(jīng)看到了許多的應(yīng)用，不管是sixsensth(雖然只是demo,兩年多了也沒傳上去程序），iphone的siri，android 的ADK，當(dāng)然Microsoft的kinect(也有與wp7的整合應(yīng)用），很成功的Bump(不知微信的搖一搖何時(shí)能完美）?？傊?，人們需要與虛擬世界更多樣的交互，我們需要的不僅僅是簡單的鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏，我們的生活中無時(shí)無刻都需要更直接的交互。天天喊著云計(jì)算，是啊，我們更需要更直接的收集生活中有意義的數(shù)據(jù)利用所謂（數(shù)據(jù)挖掘/機(jī)器學(xué)習(xí)/模式識別 ， 這三者概念區(qū)別至今我笨的沒搞清）來為我們生活的決策、聯(lián)系，提供多種清晰的選擇可能和服務(wù)。 就拿iphone來舉例，如果像digifit ,AliveCor這種應(yīng)用能夠快點(diǎn)有醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)出來，可以對收集的血壓心電等數(shù)據(jù)采集后實(shí)時(shí)分析，建立動態(tài)家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，相信會挽救不少人的性命。多的不扯了，作為小白的我，要腳踏實(shí)地，從最基礎(chǔ)的開始。

    回到hijiack項(xiàng)目，再簡單說一下他們的設(shè)計(jì)思路，下圖為系統(tǒng)架構(gòu)圖，

 

可以看到，從手機(jī)耳機(jī)端引出了四個(gè)線路，分別是左聲道、右聲道、公用信道信號、麥克風(fēng)。右聲道為能量收集電路（energy harvesting circuit）提供電源，左聲道將手機(jī)輸出的數(shù)據(jù)輸入到微處理芯片。麥克風(fēng)將微處理器的數(shù)據(jù)輸入回手機(jī)上。手機(jī)和微處理器都采用了頻移鍵控 （FSK）調(diào)制解調(diào)器。具體的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，請參考http://www.eecs./~prabal/pubs/papers/kuo10hijack.pdf。

以下是其簡單的示波應(yīng)用硬件搭建圖：

 

   其中，微處理器是搭載了電阻式傳感器的電位計(jì)，當(dāng)電阻傳感器改變時(shí)，我們會看到手機(jī)上變換的相應(yīng)電壓波形。這里使用的微處理器是德州儀器的MSP430F1611。

  以下是他們項(xiàng)目的兩個(gè)應(yīng)用，左圖為心電監(jiān)護(hù)裝置，右圖為土壤濕度傳感器。

 

以上就是他們做的移動傳感項(xiàng)目，像這樣的項(xiàng)目現(xiàn)在應(yīng)該很多。當(dāng)然，google也自從Android 3.1就引入了Android Open Accessory Development Kit（ADK)，它就是推薦了Arduino作為外設(shè)選擇。

Arduino目前的應(yīng)用就很多，遠(yuǎn)程泡茶，觸控門，無線監(jiān)控小車都還比較有意思，最后我們來看看Arduino的hello world 程序。

1.首先，下載Arduino 0023，解壓后直接能夠運(yùn)行。

2.將arduino 控制器用USB接入電腦（這里還用不上電源供電）。

3.安裝驅(qū)動，安裝成功后，會顯示端口。

   4.IDE上選擇Tools->Board，控制器類型，在這里我用的就是Arduino Duemilanove Mega328。

5.配件安接

因?yàn)閺脑韴D上可以看出13管腳與ATmega的引腳之間連接了一個(gè)1K的電阻，能夠起到限流的作用，以保護(hù)二極管不被燒壞。發(fā)光二極管是有正負(fù)極性的，因此必須連接正確才能夠讓其正常發(fā)光。發(fā)光二極管腿比較長的一端是正極，需要接在Arduino數(shù)字I/O的13號管腳上；腿比較短的一端是負(fù)極，需要接在GND管腳上。

6.程序部分

好了，看看程序吧，

程序很簡單，其中有兩個(gè)函數(shù)setup()和loop()。setup()這個(gè)函數(shù)主要用來完成相應(yīng)的初始化工作，在上面的例子中是將數(shù)字I/O的13號管腳設(shè)置為數(shù)字輸出。loop()這個(gè)函數(shù)則是Arduino程序的主函數(shù)，相當(dāng)于C語言中的main() 函數(shù)，一個(gè)Arduino程序要完成的主要功能都在該函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，在上面的例子中是通過變換13號管腳的高低電平，并設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)，從而使發(fā)光二極管能夠間歇性地不斷亮滅。值得注意的是，HIGH時(shí)給LED燈供給5V電壓，LOW則關(guān)閉。

7.上傳用AVR-GCC編譯后的程序到板子上，值得一提的是，編譯后的文件，存儲于C:\Users\newfacer\AppData\Local\Temp\build3206993456004941706.tmp目錄下，

打開Blink.cpp可以看到，包含了 "WProgram.h"的頭文件，其在Arduino IDE\arduino-0023\arduino-0023\hardware\arduino\cores\arduino 目錄下，具體如何調(diào)用編譯器以及函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，有興趣的可以自己搭建源代碼環(huán)境，當(dāng)然win下Cygwin，Java JDK，和ant是必須的，源碼在這里下載。

    另外，相關(guān)配置參數(shù)的位置都在preferences.txt文件中，我的在C:\Users\newfacer\AppData\Roaming\Arduino文件夾下面。

為甚么會這樣，具體可以去看arduinoIDE\lib\preferences.txt 的內(nèi)容說明，可以照著說明更改相關(guān)屬性：

你可以更改這個(gè)配置文件以修改相關(guān)IDE編輯器的字體，硬件的板卡類型，控制臺輸出等等屬性，但是當(dāng)Arduino沒運(yùn)行的時(shí)候，改了才不會有問題。具體為什么會這樣，就只好請你去看IDE的源碼了，這里就不做多余解釋了。

8.運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)上傳程序成功后，會發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管立即閃了一下，表明bootloader正常工作了。接著再過一段時(shí)間，會看到發(fā)光二極管間歇性地不斷亮滅，這就表明第一個(gè)Arduino程序已經(jīng)成功地運(yùn)行起來了。

面包板的連接也好弄，看下正負(fù)極別接反了，當(dāng)led燈的陽極通過限流電阻與板子上的數(shù)字I/O口相連，數(shù)字口輸出高電平時(shí)，led接通，發(fā)光二極管發(fā)出亮光。這里二極管負(fù)極接GND，正極接PIN 4, 中間要加個(gè)220歐姆，讓二極管在正常范圍工作。當(dāng)然程序也就要重新改動LED_PIN=4，編譯后重新上傳。

后記：

如果覺得沒玩夠的，其實(shí)一個(gè)LED燈還能玩點(diǎn)東西，摩斯電碼。易懂的對照表是二叉樹的結(jié)構(gòu)，如下圖

左子樹為短.，右子樹為長-。例如Wolf 為

 

· — —— — —· — · ·· · — ·

我們可以通過設(shè)置LED燈亮的長短來表示不同的字母。

附加資料：

1.對自己微控制器硬件詳細(xì)接口感興趣的，可以到官網(wǎng)上下載相關(guān)文檔，我的板子在這里，其他的也可以在相應(yīng)的地方找到。

2.Arduino與Processing的接口：processing-arduino.zip，processing在這就不多介紹了，其支持 Java 語言架構(gòu)，創(chuàng)始人Ben Fry， Casey Reas 都是mit media laboratory aesthetics + computation group  Laboratory 的成員，鏈接里相信有不少資料。