CAPTER01 认识Arduino

2005年时，任教于意大利北部伊夫雷亚(Ivrea)一所互动设计学院(Interaction Design Institute Ivrea)的 Massimo Banzi和 David Cuartielles教授，希望能替学生和互动艺术设计师，找到一种能帮助他们学习电子和传感器基本知识，并快速地设计、集成互动作品原型(prototype)的微电脑装置。

"原型"是在新产品开发阶段所制作的模型或实验电路，用来试验新产品的功能、造型和材料。

有鉴于当时市面上的微电脑控制相关产品众多，而有些产品采用的程序语言深奥难懂，也不适合设计学院的学生使用。所以他们找来几个志同道合的伙伴和学生，以 11世纪北意大利的一个国王 "Arduino"为名，设计出开放式(open source)微电脑控制板(以下简称"微电脑板"或"控制板")以及程序开发工具。

Arduino微电脑板价格低廉，一块不到两百元(若是自己买零件组装，几十元左右)，程序设计容易上手，因此广受世界各地的电子爱好者和互动设计师的喜爱，运用 Arduino创造出各种新奇有趣的互动装置。

读者可以在网络上搜索到各种 Arduino衍生的创意发明，例如：

●声光玩具，搜索关键词：arduino toy。

●防盗∕防灾警报器；

●自动化机械，如：宠物喂食器。

●四轴飞行器，搜索关键词：arduino quadcopter。

●人造卫星，搜索关键词：ArduSat。

●被喻为第三次工业革命的 3D打印机，搜索关键词：3D Printer。例如，开放源代码的RepRap(www.reprap.org)，以及 MarkerBot打印机(www.markerbot.com/)的控制板都采用 Arduino微电脑板。你可以在家用 3D打印机制造齿轮、曲柄等机械零件、手机保护壳、公仔模型等各种有用或有趣的创作。

还有让盆栽在缺水时，自动 Twitter(推特)信息的装置(搜索关键词：botanicalls)。也有人将 Arduino缝制在衣服上，搭配 EL冷光线材，做出像电影 TRON主角的高科技炫光服饰(搜索关键词："arduino EL wire"以及"wearable arduino"，代表"可穿戴的Arduino")。

想知道更多 Arduino在世界各地蔚为风潮的故事吗？请看创始人Massimo Banzi在 TED大会(ted.com)上现身说法，网址：goo.gl/JbZtwN。

导演 Rodrigo Calvo和 Raul Alejos拍摄了一部纪录片，由 Arduino的创始者诉说 Arduino的诞生过程，还有运用 Arduino制作出开放软∕硬件源代码的3D打印机 "MakerBot"的创办人Zach Smith，和其他互动设计师的访谈记录，以及在工厂大量生产 Arduino微电脑的片段，有兴趣的读者可在这个网址免费观看(有英文和西班牙文字幕)和下载：arduinothedocumentary.org/。

Arduino创始人在 TED大会的演说

Arduino纪录片

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Arduino微电脑板

就像计算机一样，Arduino的软硬件都持续推出新的版本，每个硬件版本都有不同的名字，如 Arduino Leonardo、Arduino Uno、Arduino Mini等，本书采用的是 2009年推出的Arduino Duemilanove。

完整的官方硬件产品列表、外观和说明，请到 arduino.cc网页，点击"Products"(产品)链接。

下图是 Arduino Uno和 Leonardo微电脑控制板的正面外观。

不同 Arduino控制板的主要差异在于微处理器以及连接 USB接口的 IC(集成电路，参阅第 7章说明)不一样，但是程序的写法，以及硬件的连接方式几乎都一样。

除了购买"官方版"的 Arduino之外，任何人都可以在 arduino.cc网站下载免费的电路图(以及程序开发软件)，自己 DIY一个 Arduino，也能在网上购得各种形式的 Arduino兼容板。

兼容板和官方版的主要差异是，兼容版必须额外支付一笔权利金，才能替产品冠上 "Arduino"的名字和商标。因此 Arduino兼容硬件板大多以 "duino"或 "ino"名称结尾，例如：Freeduino、Japanino、Zigduino等。本书第 5章将介绍一种自行组装 Arduino的简易方法，下图是笔者自行焊接的 Arduino微电脑板。

使用 Arduino微电脑板的注意事项

Arduino板不同于其他 3C产品，它没有精美的外壳保护。出厂时，厂商通常会用防静电袋(外观像褐色半透明塑料袋)来包装微电脑板。若翻到

Arduino板子背面，你会看到许多圆圆亮亮的焊接点。

平常拿取 Arduino板子的时候，请尽量不要碰触到组件的引脚与焊接点，尤其在冬季比较干燥的时节，我们身上容易带静电，可能会损坏板子上的集成电路(注：就是板子上黑黑一块，两旁或四周有许多引脚的组件)。

做实验时，桌子上请不要放饮料和水，万一打翻或者滴到运行中的Arduino板，可能会因短路而损坏。此外，Arduino板底下好垫一张白纸或塑料垫，也是为了避免板子背后的接点碰触到导电物质而短路。

Arduino的扩展板(Shield)

基本上，微电脑控制板就像是一个具有大脑和神经，但是没有感官和行动能力的物体。我们可以替它加上眼睛(如：红外线或超音波传感器)、耳朵(如：麦克风)和手脚(如：舵机)，再加上自行撰写的控制程序，就能做出各种自动控制应用。例如，加上温度传感器和一些控制线路，以及判断条件的程序代码，就能让 Arduino自动控制电风扇的运转；加上舵机∕步进电机，以及障碍物传感器，即可组装一台自走车或机器人。

微电脑板子上下两侧的黑色插槽，叫做杜邦接头、杜邦迷你连接器或杜邦单排母座，是 Arduino的扩充接口槽，用来衔接传感器和接口设备控制电路。市面上有许多和 Arduino插槽兼容的扩展板(统称为 Shield)，买回家之后，将它插在 Arduino上面，再自行编写一些程序代码即可使用。下图是在Arduino板子叠上以太网络扩展卡的样子。

杜邦接头

Arduino控制板的功能简介

若依照功能区分，Arduino控制板可以简化成底下的方块结构。