据说，99.99%的程序员都干过这事儿

2018 年 8 月 24 日 图灵教育

拆电子设备.....

不管是因为研究电子设备的工作原理还是因为电子设备需要维修，大多数人都拆过电子设备，好像我们天生都喜欢研究电路。

还记得小时候总是以好奇为由，无所畏惧地拆掉家里的各种遥控器，收音机以及所有带电的东西，去研究他们的工作原理，然后把它们重新组装。那时的我们总会有很多关于电子制作的创意和想法，想通过这样的探索去实现。

而现在我们生活在一个无比便利的时代，聊天、购物、打车、生活缴费、转账理财、预约各种门店服务甚至挂号就诊……只要有互联网和智能手机，这些都可以轻松搞定。可是也正因为太过便利，我们往往不再爱开动脑筋，更懒得自己动手制作什么。偶尔有“要是有这样的东西就好了”的感慨，也只是坐等想要的产品上市。

是时候重新捡起玩转电子制作的乐趣了，其实电子制作并没有我们想象中那么难，大家有没有听过Arduino？一款开源硬件，我们只需将Arduino与传感器组合起来，然后编写命令，就能制作出自己想要的装置。将该装置连接到互联网上，就能随时随地查看家中情况或者对家居设施进行操控。想想都觉得是件很爽的事情。

电子制作是指，将电子元件搭建成电子电路（硬件）并在其中烧写控制程序（软件）,从而制作出一个完整的作品。硬件和软件的开发都需要很多专业知识，电子制作初学者往往不知该从何下手。

什么是Arduino？

Arduino是具有代表性的开源硬件之一，所谓的“开源硬件”就是类似于菜肴秘方的硬件设计图，可以由其他人随意查看和修改。根据需要参考开源硬件中某一部分的设计图，之后做出一模一样的再卖给其他人。

Arduino是一款为不具备电子知识的人进行电子制作而开发出来的开源平台。在一块叫作Arduino开发板的电子电路板上，装有用于连接计算机的USB连接器、用于连接传感器等电子元件以进行数据交换的输入输出（I/O）引脚，以及控制各种处理的微型计算机。

你无须购买零部件，然后一个个焊上去，Arduino开发板一到手，立即就能在其上插入传感器等电子元件搭建电子电路。至于控制电子电路的软件，只要将可在Windows、OS X或Linux 环境中运行的Arduino IDE应用程序安装到计算机上，就能进行开发了。将Arduino IDE开发出来的Sketch（Arduino开发板的控制程序）通过USB连接线上传到Arduino开发板后，搭建好的电子电路就可以开始工作了。

创客运动中的Arduino

Arduino和创客运动密不可分，所以先简单介绍创客运动。创客运动的意义在于，无论男女老幼，任何人都可以成为发明家或创造者。

创客运动的代表案例是“火人节”（Burning Man）活动。很多硅谷人士都会前往参加，甚至造成硅谷“万人空巷”的场景。之所以命名为“火人节”是因为，在活动最后一天，人们会将木头制作的雕像放在沙滩中央，将其与活动期间制作的艺术品全部烧光。

和“火人节”一样深受创客喜爱的还有《爱上制作》杂志，它被誉为创客界的“圣经”，主要收录了利用身边常见材料制作好玩项目的方法。另外，因为普通人用Arduino可以轻松制作自己想要的东西，所以也有很多内容与Arduino有关，比如咖啡机和 Arduino的连接方法、脑电波状态分析机器的制作方法、预报小区天气的机器制作方法等。《爱上制作》杂志创刊人Dale Dougherty也说过：“Arduino是创作项目的大脑。”

前面介绍了“火人节”，与之类似的还有《爱上制作》杂志创办的Maker Faire活动，也是全球创客最期待、最喜欢的活动。这个活动和《爱上制作》杂志一样，有许多富有创意的有趣项目。Maker Faire的举办地比较多，主要在美国举办大的Maker Faire，在其他国家和地区举办的规模较小。据说非洲也举办过Maker Faire（虽然不是正式的），美国白宫也举办过。

在全世界创客聚集的Maker Faire上，Arduino依然是当之无愧的主角，活动中随处可见利用Arduino创作的项目。不仅如此，参加Maker Faire还能遇到开发Arduino的Massimo Banzi及其同事，Arduino团队经常会在Maker Faire上公布他们新的Arduino模型。因此，在博览会上收到全新Arduino 模型礼物也是Maker Faire上的又一乐趣。

利用Arduino制作的有趣项目

在Arduino的官方博客，我们可以看到很多利用Arduino制作的有趣项目。因为附有制作方法，所以可以据此制作一样的作品。下面介绍其中几个代表性案例。

1. 自动玩手机游戏的Arduino

这款Timberman 伐木游戏中，Arduino 会自动使用双指交替按屏幕。该项目利用了能感应光或颜色变化的光敏达林顿放大器（photodarlington）传感器，以及能在电子信号断掉后重新连接的继电器（Relay）。

2. 自行车计速器

这款自行车计速器由便当盒、可以调节角度的伺服机、能显示文字的LCD、遇到磁铁就能连接电线的簧片开关（reed switch）制作而成，在轮胎外缘挂上磁铁后，轮胎每旋转1 圈，磁铁和簧片开关就会触碰1 次，簧片开关的电线感应到连接后，以此测量自行车的速度。伺服机制作的仪表盘和LCD 上显示自行车当前速度。

3. 动画装置“费纳奇镜”

“费纳奇镜”（Phenakistoscope）动画装置指的是，在圆盘上连续作画，转动后就像动画一样形成连续动作。该项目用Arduino制作“费纳奇镜”，由旋转CD-ROM 的发动机和LED 制作而成。

4. 跟着手做动作的机器

这款机器手能够根据人的手部动作活动，由伺服机和鱼线制作而成，戴在人手上的手套由可以感应手部弯曲的弯曲传感器（Flex sensor）制成。人弯曲手指后，机器手可以通过弯曲传感器感应弯曲程度，从而随之弯曲。

Arduino必备常识

1. Arduino 利用电力运行

Arduino利用电力运行，连接Arduino的电子元器件也利用电力运行。因此，应当先了解电是如何运行的。电力和水非常相似，水往低处流，电也如此。以干电池为例，正极（+）电压高，负极（-）电压低。

电子元器件：依靠电力运行的零件。传感器和执行器也是电子元器件的一种。

电压：指的是电的势能差，可简单用水压比喻。假设有一个水桶，在桶底钻一个洞，水桶装满水时和只有少量水时，水流流出的速度有什么不同呢？当然是装满时能更快流出。高电压正像水桶里装着许多水一样，所以高压比低压能流出更多电力。在电压值后面用V（伏特）标识。

仔细观察Arduino板可以发现，POWER（电源）字样下方有3V3（或3.3 V），也能看到写着5 V的Header Socket（头插座）。头插座上写着3V3、5 V表示电压分别为3.3 V、5 V。像3.3 V这样带着小数点的电压的情况，通常略去小数点，而用V代替。这样标识电压的地方就像干电池正极部分一样，将其想象为电流流出的地方即可。

头插座：能够插入插针的部分，可以连接跳线。跳线的尾部分为公接头和母接头，公接头是针头，母接头是洞。

电压头插座右侧有两个写着GND的头插座，标有DIGITAL的最左侧也有GND头插座。GND以Ground（接地）表示电压为0 V，就像是干电池的负极一样，是电流的排出口。如果连接电子元器件，那么电子元器件的正极和3V3或5 V的头插座连接，负极和接地端连接即可。选择3V3或5 V均可，但常规Arduino模型常用5 V。

Arduino UND等常规Arduino模型使用的是Atmel公司出品的Atmega处理器。处理器就像是人的大脑。Atmega在5 V电压下运行，所以常规Arduino模型也在5 V电压下运行。反之也有不是Atmega的处理器，比如Arduino DUE和Arduino ZERO，这些模型使用的处理器是ARM。各位可能不知道，智能手机使用的处理器几乎都是ARM。ARM在3.3 V电压下运行，所以Arduino DUE和Arduino ZERO也在3.3 V下运行。如果电子板连接电压大于3.3 V会烧坏主板，请各位注意。

2. Arduino的眼睛、鼻子、嘴巴：传感器

人是如何看到前方、闻到气味、尝到味道的呢？因为有眼睛、鼻子和嘴巴。Arduino也和人一样，为了感知周围环境，需要有相当于眼睛、鼻子和嘴的电子元器件，这就是传感器。传感器确定周围环境相关信息后，利用电子信号告知Arduino等计算机。感知周围温度的电子元器件就是传感器的一种。

人有多种感觉器官，传感器也一样。有些传感器能够感应周围亮度，有些能够感应温度，还有的能够感应弯曲度。利用这些传感器，Arduino可以得知关于周围环境的信息。

3. Arduino的胳膊和腿：执行器

人不止要闻气味和尝味道，还要看书、运动或者唱歌。Arduino也一样，可以做出我们要求的动作。此处使用的电子元器件就是执行器。通过执行器，人们可以利用电子信号让Arduino等计算机做出需要的动作。玩具里常用的发动机也是执行器。

执行器也和传感器一样有许多种类，比如能够发光或者发声、转圈等。利用执行器可以使Arduino做出想要的某种动作。

4. 其他的重要电子元器件

除传感器和执行器外，还有许多常用的电子元器件，下面逐一进行介绍。

电阻

以后和Arduino一起最常用的电子元器件可能是电阻，它将电能转变为热能。电阻有至少4个色环标识，这些色环代表阻值。阻值越高，可以使越多电能转化为热能。阻值后面用Ω（欧姆）记号标识。

如果用水比喻电流，那电阻就是水流里的障碍物。障碍物会使水流减弱，用电阻也能使电流减弱。那为什么还要使用电阻呢？如果小孩子在水流湍急的地方玩耍，那么会出现被卷走的意外。因此，年纪小的孩子要在水势弱的地方玩耍才行。同样，电子元器件如果连接了自身无法承受的高强度电流，就会因发热而烧坏。电阻就在这样的过电流里保护电子元器件。但如果使用的电阻比需要的阻值小很多，那么就没有使用的意义。因此，应当事先确定适当的电阻。

电流：电力的流动，可以理解为像水一样的流动。电流值后面用A（安培）标识。

过电流：超过额定电流的电流。

二极管

二极管是让电流单向流动的电子元器件，可以将其视为道路上的单行道标识。二极管的一边画有白线，表示负极，没有白线的一边是正极。因此，要对准位置连接电源和接地端。电流只从没有白线的一端流向有白线的一端。

使用二极管的原因在于，就像水会倒流一样，电也会倒流。特别是使用发动机等电子元器件时，偶尔会出现电的倒流。问题在于，这种电的倒流会烧坏Arduino或者电子元器件，此时就需要使用二极管。

倒流：表示水或电向反方向回流。

面包板

许多人使用电子元器件时都存在误区，认为必须学会焊接。当然，为了连接特定的电子元器件，有时确实需要焊接。但不用焊接也能轻松连接电子元器件——使用面包板（bread board）。面包板上有很多插孔，直接插入跳线或者电子元器件即可。

焊接：将焊条熔化后连接电子元器件。熔化焊条时使用的是烙铁等发热机器，儿童单独使用易发生意外，请尽可能在家长帮助下操作。

面包板能连接电子元器件的原理很简单：板内在横竖方向均嵌有金属条。拆开面包板底部可以看到内部结构，同组金属条上的洞孔相互连接，一般中间的孔每5个为一组，外圈的孔以长的两行连接。这两行中，红线连接电源，蓝线连接地线，这样能连接更多。要注意的是，长面包板里的长线中间部分有可能断开，最好提前确认。

玩转Arduino必备

아두이노, 상상을 현실로 만드는 프로젝트 입문편

Arduino：从想象到现实（入门篇）

作者：崔在奎李俊焃

译者：郑泽坤

定价：69.00元

入门Arduino不二之选
从概念到方法，从图解到代码，帮助初学者轻松搞定开源硬件

本书非常适合Arduino的入门者，书中介绍了Arduino的定义和分类，制作 Arduino时的必需品及购买方法，还讲解了Arduino与PC的连接，不同传感器和执行器的实际操作，配有大量电路图，展示了Arduino的多种实现。通过多个项目示例和作者亲自制作的免费视频，读者能够更深入地理解Arduino。

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センサーでなんでもできる

Arduino+传感器：玩转电子制作

作者：藏下雅之
译者：曾薇薇
定价：79.00元 / 电子书 39.99元

Arduino+传感器+互联网
从生活中的小烦恼出发，创建实用性强的简易智能家居装置
穿插大量插图、照片，详细介绍Arduino和11种电子元件的基础知识
公开电子电路图和实物布线图，图文直观，清晰易懂

本书首先对Arduino的用法进行了简单的介绍；然后详细解说了电子制作的基础知识、各种传感器的用法、电子电路的搭建方法和Sketch等；接着介绍了将Arduino连接网络的两种方法：一是难度稍高的使用Arduino M0 Pro和ESP-WROOM-02的方法，二是更为方便的使用Web服务BaaS的方法；最后介绍了4个电子制作的具体例子。

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《Arduino+传感器：玩转电子制作》译者曾薇薇说：互联网为我们带来了前所未有的便利，但互联网正在快速地从人向物延伸和扩展，其结果就是物联网。物联网将各种信息传感设备，比如 RFID 装置（身份证、门禁系统等）、GPS、激光扫描仪等与互联网结合起来，形成一个庞大的物物相连的通信网络。简单粗暴地说，这就是“智慧城市”乃至“智慧地球”的基本构想。

本书就是教你如何从身边的小痛点出发建立实用性较强的迷你物联网，实现对物品及其性状的智能识别、监控和管理。互联网巨头谷歌公司的执行董事长埃里克·施密特预言过：“互联网将消失，物联网将无所不能。”进行全球 IT 市场研究的高德纳咨询公司也曾预测：“到 2020 年，物联网将带来每年 300 亿美元的市场利润，届时将会有 25 亿个设备连接到物联网上，而且这个数量将继续快速增长。”想象一下，这里面也许就有你亲手设计制作的逆天设备！

文末福利

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