本書系統(tǒng)介紹了智能產(chǎn)品設計的基本概念、軟件、硬件、平臺和控制開發(fā)方法及完整的項目設計案例。全書共13章,內(nèi)容包括智能產(chǎn)品設計基礎、智能產(chǎn)品軟件設計平臺、智能產(chǎn)品硬件設計平臺、智能產(chǎn)品云平臺、智能產(chǎn)品前端開發(fā)方法以及3個完整智能產(chǎn)品設計案例。
在編排方式上,全書側重對智能產(chǎn)品的項目開發(fā)過程中,每個開發(fā)方法和技術進行介紹。分別從智能產(chǎn)品設計與實現(xiàn)等角度論述硬件電路、軟件設計、傳感器和功能模塊等,并剖析產(chǎn)品的功能、使用、電路連接和程序代碼。為便于讀者高效學習,快速掌握開發(fā)方法,本書配套提供項目設計的硬件電路圖、程序代碼,可供讀者舉一反三,二次開發(fā)。
隨著社會智能化程度的不斷提高,智能產(chǎn)品必然是未來的發(fā)展方向,在產(chǎn)品制造過程的各個環(huán)節(jié)將廣泛應用智能技術。智能產(chǎn)品可以定義為一個目標或者一個系統(tǒng),采用先進的計算機、網(wǎng)絡通信、自動控制等技術,將與生產(chǎn)生活有關的各種應用子系統(tǒng)有機地結合在一起,通過綜合管理,讓生產(chǎn)生活更舒適、安全、有效和節(jié)能。智能產(chǎn)品不僅具有傳統(tǒng)的功能,還具有高度的人性化;將原來被動靜止的設備轉變?yōu)榫哂兄腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能,幫助人們與外部信息交流暢通,提高生產(chǎn)效率和生活品質,優(yōu)化人們的生產(chǎn)生活方式。因此,本書試圖探索基于創(chuàng)新工程教育的基本方法,并將其提煉為適合我國國情、具有自身特色的創(chuàng)新實踐教材,對實際教學中應用智能產(chǎn)品設計的工程教學經(jīng)驗進行總結,包括具體的智能產(chǎn)品設計方法和開發(fā)案例,本書可作為高校電子信息類專業(yè)智能產(chǎn)品設計開源硬件設計電子系統(tǒng)設計創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等課程的教材,也可作為創(chuàng)客及智能硬件愛好者的參考用書,還可作為從事物聯(lián)網(wǎng)、創(chuàng)新開發(fā)和設計專業(yè)人員的技術參考書。
物聯(lián)網(wǎng)、智能硬件和大數(shù)據(jù)技術給社會帶來了巨大的沖擊,個性化、定制化和智能化的硬件設備成為未來的發(fā)展趨勢。中國制造2025計劃、德國的工業(yè)4.0及美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都是將人、數(shù)據(jù)和機器連接起來,其本質是工業(yè)的深度智能化,為未來智能社會的發(fā)展提供制造技術基礎。
隨著社會智能化程度的不斷提高,智能產(chǎn)品必然是未來的發(fā)展方向,在產(chǎn)品制造過程的各個環(huán)節(jié)將廣泛應用智能技術。智能產(chǎn)品可以定義為一個目標或者一個系統(tǒng),采用先進的計算機、網(wǎng)絡通信、自動控制等技術,將與生產(chǎn)生活有關的各種應用子系統(tǒng)有機地結合在一起,通過綜合管理,讓生產(chǎn)生活更舒適、安全、有效和節(jié)能。智能產(chǎn)品不僅具有傳統(tǒng)的功能,還具有高度的人性化。
在產(chǎn)品智能化的背景下,人才培養(yǎng)方法、模式和教材也應該適應當前時代的發(fā)展。作者依據(jù)當今社會智能化的發(fā)展趨勢,結合智能產(chǎn)品的發(fā)展要求,采取激勵創(chuàng)新的工程教育方法,培養(yǎng)適應未來工業(yè)發(fā)展的人才。因此,本書試圖探索基于創(chuàng)新工程教育的基本方法,并將其提煉為適合我國國情、具有自身特色的創(chuàng)新實踐教材,對實際教學中應用智能產(chǎn)品設計的工程教學經(jīng)驗進行總結,包括具體的智能產(chǎn)品設計方法和開發(fā)案例,希望對教育教學及工業(yè)界有所幫助,起到拋磚引玉的作用。
本書側重對智能產(chǎn)品的項目開發(fā)過程中每個開發(fā)方法和技術進行介紹。分別從智能產(chǎn)品設計與實現(xiàn)等角度論述硬件電路、軟件設計、傳感器和功能模塊等,并剖析產(chǎn)品的功能、使用、電路連接和程序代碼。為便于讀者高效學習、快速掌握開發(fā)方法,本書配套提供項目設計的硬件電路圖、程序代碼、實現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題及解決方法,可供讀者舉一反三,二次開發(fā)。
本書的素材主要來源于作者所在學校近幾年承擔的 和北京市的教育、教學改革項目和成果,也是北京郵電大學信息與通信工程學院同學們創(chuàng)新產(chǎn)品的設計成果。書中系統(tǒng)地介紹了如何進行智能產(chǎn)品設計,如何利用多種平臺進行智能產(chǎn)品開發(fā),如何進行產(chǎn)品相關的設計、實現(xiàn)與應用。
本書由北京郵電大學十四五規(guī)劃教材項目資助。本書的編寫也得到了 電子信息類專業(yè)教學指導委員會、國家第一類特色專業(yè)建設項目、國家第二類特色專業(yè)建設項目、 CDIO工程教育模式研究與實踐項目、 本科教學工程項目、北京市特色專業(yè)建設、北京市教育教學改革項目、北京市教育科學規(guī)劃項目的大力支持,在此一并表示感謝!
由于作者水平有限,書中不妥之處在所難免,衷心希望各位讀者多提寶貴意見及具體的整改措施,以便作者進一步修改和完善。
李永華
2024年3月
于北京郵電大學
李永華,現(xiàn)執(zhí)教于北京郵電大學,信息通信學院,教授,擁有超過10年的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗,致力于物聯(lián)網(wǎng)、云計算與大數(shù)據(jù)的研究工作。在教學中善于以興趣為導向,激發(fā)學生的創(chuàng)造性;以素質為基礎,提高自身教學水平;以科研為手段,促進教學理念的轉變。在研發(fā)及教學實踐中指導學生實現(xiàn)500個創(chuàng)新案例,承擔參與了30余項國家級、企業(yè)組織的理論研究和工程項目沒在國內(nèi)外學術期刊以及會議發(fā)表論文60余篇,申請專利40余項,出版教材30余部。
第1章智能產(chǎn)品設計基礎
1.1智能產(chǎn)品概述
1.1.1智能產(chǎn)品基本概念
1.1.2智能產(chǎn)品設計模型
1.1.3智能產(chǎn)品設計原則
1.2創(chuàng)新方法概述
1.2.1創(chuàng)新基本概念
1.2.2創(chuàng)新思維方法
1.3產(chǎn)品開發(fā)技術
1.3.1嵌入式技術
1.3.2物聯(lián)網(wǎng)技術
1.3.3云計算技術
1.3.4大數(shù)據(jù)技術
1.3.5人工智能技術
第2章智能產(chǎn)品開發(fā)平臺
2.1ESP32開發(fā)板
2.1.1ESP32模組
2.1.2ESP32開發(fā)板引腳
2.2Arduino IDE的安裝
2.3Arduino開發(fā)環(huán)境
2.3.1Arduino插件安裝
2.3.2運行第一個程序
2.4Arduino程序結構
2.5Arduino程序控制
2.5.1基本語法
2.5.2控制結構語句
2.5.3運算符
2.6Arduino數(shù)據(jù)結構
2.6.1常量定義
2.6.2數(shù)據(jù)類型
2.6.3變量修飾
2.7Arduino常用函數(shù)
2.7.1數(shù)字I/O函數(shù)
2.7.2模擬I/O函數(shù)
2.7.3時間函數(shù)
2.7.4中斷函數(shù)
2.7.5串口通信函數(shù)
2.7.6數(shù)學函數(shù)
2.7.7字符函數(shù)
2.7.8字符串函數(shù)
第3章硬件設計平臺
3.1Fritzing軟件簡介
3.1.1主界面
3.1.2項目視圖
3.1.3工具欄
3.2Fritzing使用方法
3.2.1查看元件庫已有元件
3.2.2添加新元件到元件庫
3.2.3添加新元件庫
3.2.4添加或刪除元件
3.2.5添加元件間連線
3.3ESP32開發(fā)板電路設計
第4章軟件設計方法
4.1流程圖符號
4.2流程圖基本結構
4.2.1順序結構
4.2.2條件結構
4.2.3循環(huán)結構
4.3NS圖基本結構
4.3.1順序結構
4.3.2選擇結構
4.3.3循環(huán)結構
4.4NS圖示例
4.5PAD圖基本結構
4.5.1順序結構
4.5.2選擇結構
4.5.3循環(huán)結構
4.6PAD圖示例
第5章基礎外設開發(fā)
5.1IO_MUX和GPIO矩陣
5.1.1通過GPIO矩陣的外設輸入
5.1.2通過GPIO矩陣的外設輸出
5.1.3IO_MUX的直接I/O功能
5.1.4GPIO示例程序
5.2ESP32系統(tǒng)中斷矩陣
5.2.1中斷矩陣概述
5.2.2中斷功能概述
5.2.3中斷示例
5.3ADC
5.3.1ADC概述
5.3.2ADC示例
5.4DAC
5.4.1DAC概述
5.4.2DAC示例
5.5定時器
5.5.1定時器概述
5.5.2定時器示例
5.6UART
5.6.1UART概述
5.6.2UART示例
5.7I2C
5.7.1I2C概述
5.7.2I2C示例
5.8I2S
5.8.1I2S概述
5.8.2I2S示例
5.9SPI
5.9.1SPI概述
5.9.2SPI示例
第6章網(wǎng)絡連接開發(fā)
6.1ESP32芯片WiFi概述
6.2WiFi網(wǎng)絡連接數(shù)據(jù)類型
6.2.1設置WiFi的AP模式示例
6.2.2設置WiFi的STA模式示例
6.2.3掃描AP示例
6.3網(wǎng)絡接口
6.3.1網(wǎng)絡接口概述
6.3.2基于TCP的Socket通信示例
6.3.3基于UDP的Socket通信示例
第7章應用層技術開發(fā)
7.1基于HTTP開發(fā)
7.1.1HTTP服務器端示例
7.1.2HTTP客戶端請求示例
7.2基于WebSocket協(xié)議開發(fā)
7.3基于MQTT協(xié)議開發(fā)
第8章藍牙技術開發(fā)
8.1藍牙協(xié)議基礎
8.2ESP32藍牙架構
8.2.1藍牙應用結構
8.2.2ESP32 BLE
8.3ESP32藍牙示例
第9章OneNET云平臺
9.1OneNET云平臺簡介
9.2OneNET云平臺產(chǎn)品開發(fā)
9.2.1創(chuàng)建產(chǎn)品
9.2.2物模型
9.2.3設備接入
9.2.4MQTT協(xié)議接入
9.2.5數(shù)據(jù)解析
9.3OneNET云平臺設備管理
9.3.1創(chuàng)建設備
9.3.2設備管理
9.3.3設備分組
9.3.4設備轉移
9.3.5文件管理
9.3.6IMEI申訴
9.4OneNET云平臺應用開發(fā)
9.4.1應用開發(fā)簡介
9.4.2安全鑒權
9.4.3錯誤碼
9.4.4接口列表
第10章微信小程序開發(fā)
10.1小程序注冊
10.2開發(fā)工具安裝及使用
10.3小程序基本結構
10.4事件綁定
10.4.1事件的含義
10.4.2事件中的組件
10.4.3按鈕組件
10.4.4事件中的使用方式
10.4.5相關示例
10.5小程序與云平臺交互
10.5.1wx.request函數(shù)
10.5.2請求方法
第11章智能溫濕度計開發(fā)
11.1總體設計
11.1.1整體框架
11.1.2系統(tǒng)流程
11.2模塊介紹
11.2.1主程序模塊
11.2.2DHT11模塊
11.2.3OneNET云平臺模塊
11.2.4前端模塊
11.3產(chǎn)品展示
第12章智能控制LED開發(fā)
12.1總體設計
12.1.1整體框架
12.1.2系統(tǒng)流程
12.2模塊介紹
12.2.1主程序模塊
12.2.2LED模塊
12.2.3OneNET云平臺模塊
12.2.4前端模塊
12.3產(chǎn)品展示
第13章智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)開發(fā)
13.1總體設計
13.1.1整體框架
13.1.2系統(tǒng)流程
13.2模塊介紹
13.2.1主程序模塊
13.2.2傳感器模塊
13.2.3WiFi模塊
13.2.4LED模塊
13.2.5OneNET云平臺模塊
13.2.6前端模塊
13.3產(chǎn)品展示
視頻目錄
視 頻 名 稱時長/分鐘位置
第1集 1.191.1節(jié)節(jié)首
第2集 1.2121.2節(jié)節(jié)首
第3集 1.3121.3節(jié)節(jié)首
第4集 2.152.1節(jié)節(jié)首
第5集 2.2142.2節(jié)節(jié)首
第6集 2.3122.3節(jié)節(jié)首
第7集 2.422.4節(jié)節(jié)首
第8集 2.5252.5節(jié)節(jié)首
第9集 2.6172.6節(jié)節(jié)首
第10集 2.7.1172.7.1節(jié)節(jié)首
第11集 2.7.2162.7.2節(jié)節(jié)首
第12集 2.7.3422.7.3節(jié)節(jié)首
第13集 2.7.472.7.4節(jié)節(jié)首
第14集 2.7.5162.7.5節(jié)節(jié)首
第15集 2.7.6282.7.6節(jié)節(jié)首
第16集 2.7.752.7.7節(jié)節(jié)首
第17集 2.7.832.7.8節(jié)節(jié)首
第18集 317第3章章首
第19集 412第4章章首
第20集 5.1125.1節(jié)節(jié)首
第21集 5.2255.2節(jié)節(jié)首
第22集 5.3335.3節(jié)節(jié)首
第23集 5.4315.4節(jié)節(jié)首
第24集 5.5345.5節(jié)節(jié)首
第25集 5.6455.6節(jié)節(jié)首
第26集 5.7335.7節(jié)節(jié)首
第27集 5.8325.8節(jié)節(jié)首
第28集 5.9365.9節(jié)節(jié)首
第29集 6.156.1節(jié)節(jié)首
第30集 6.2486.2節(jié)節(jié)首
第31集 6.3926.3節(jié)節(jié)首
第32集 7.1607.1節(jié)節(jié)首
第33集 7.2327.2節(jié)節(jié)首
第34集 7.3337.3節(jié)節(jié)首
第35集 8.1128.1節(jié)節(jié)首
第36集 8.2178.2節(jié)節(jié)首
第37集 8.3278.3節(jié)節(jié)首
第38集 9.189.1節(jié)節(jié)首
第39集 9.2.139.2.1節(jié)節(jié)首
第40集 9.2.2129.2.2節(jié)節(jié)首
第41集 9.2.399.2.3節(jié)節(jié)首
第42集 9.2.439.2.4節(jié)節(jié)首
第43集 9.2.539.2.5節(jié)節(jié)首
第44集 9.379.3節(jié)節(jié)首
第45集 9.439.4節(jié)節(jié)首
第46集 10.1510.1節(jié)節(jié)首
第47集 10.2410.2節(jié)節(jié)首
第48集 10.3710.3節(jié)節(jié)首
第49集 10.4710.4節(jié)節(jié)首
第50集 10.51710.5節(jié)節(jié)首
第51集 115第11章章首
第52集 1210第12章章首
第53集 1311第13章章首