2023年元旦新篇章——我的Arduino C 硬件编程入门,献给家长朋友们(arduino编程指南75个硬件pdf)

—— 本文献给2023新年里想和孩子一起学习、成长的家长朋友们!

一、Arduino C是什么?

很多人把Arduino编程语言称为Arduino C,大概是因为它的语言是基于C/C 的。Arduino C封装了Arduino各种硬件的API接口,不需要学习底层知识就可以控制Arduino硬件,这样对孩子和硬件入门者都是非常友好的。

经过多年的开源,Arduino C有非常多实用的开源库,可以直接使用,用来方便的控制各类传感器,比如舵机超声波、红外等,当然你也可以自己编写好用、实用的库,开源给别人使用,这也是Arduino的精神。

二、Arduino C的开发工具是什么?

我是使用官方的Arduino IDE工具开发和调试Arduino程序的,我在头条发过几期短视频《2分钟硬件编程系列》,里面就是使用的Arduino IDE。虽然相对于我工作中经常使用的VS和Eclipse,Arduino IDE的功能过于简单,不够智能化,但对于简单的硬件接口编程来说,已经够用了。

我目前使用的Arduino IDE工具版本是1.8.9,不过arduino.cc已经推出了最新的稳定版本2.0.3,社区反馈不错,我比较看重的是增加了自动纠错和自动补充功能,可以有效减少代码错误并提高效率,等我试用过后,下期单独写一篇文章详细介绍给大家。

IDE工具怎么得到:Arduino IDE官方 https://www.arduino.cc/en/software

2023年元旦新篇章——我的Arduino C 硬件编程入门,献给家长朋友们(arduino编程指南75个硬件pdf)

我的Arduino IDE1.8.9主界面

三、Arduino C的程序结构

我在《2分钟硬件编程系列》中,每个短视频都详细介绍了每一句代码,和我们大学时代学习的C语言相比,Arduino C非常简单,很容易入门,包括10岁左右的孩子。

一个简单而完整的Arduino C程序,只需编写setup和loop函数就可以了。Setup函数里做初始化工作,而loop函数里则是主程序,所以一个完整的Arduino C程序结构就是这样简单:

  • 结构第1部分:引入第三方库,定义引脚。
  • 结构第2部分:setup()初始化代码,只运行一次。
  • 结构第3部分:loop()主程序代码,可反复执行。

四、Arduino C 源码例子详解——超声波避障小车

下面看一段《2分钟硬件编程系列》中超声波小车的源代码,这段代码实现的功能很简单,就是超声波探测到小车前方有障碍物体时,完成自动停车。

源码:

//结构第1部分:

const int leftPin1=5;// 左侧电机引脚

const int leftPin2=6; // 左侧电机引脚

const int rightPin1=11; // 右侧电机引脚

const int rightPin2=3; // 右侧电机引脚

const int trigPin=7; // 超声波trig引脚

const int echoPin=8; // 超声波echo引脚

int disVal=0;//超声波探测距离变量

//问题(1):为什么定义引脚需要const修饰,而定义disVal不需要const修饰呢?我在后面再讲。

//结构第2部分:

void setup() {

//初始化代码,这里只运行一次:

pinMode(leftPin1,OUTPUT);//电机引脚设置为输出模式

pinMode(leftPin2,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(rightPin1,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(rightPin2,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(trigPin,OUTPUT); //超声波trig引脚设置为输出模式

pinMode(echoPin,INPUT); //超声波echo引脚设置为输入模式

}

//结构第3部分:

void loop() {

//主程序代码,会反复运行:

digitalWrite(trigPin,LOW); //超声波trig引脚输出低电平初始化,以便得到干净的高电平。

delayMicroseconds(2); //延时2微秒。

digitalWrite(trigPin,HIGH); //超声波trig引脚输出高电平,触发超声波发射8个40KHz的方波。

delayMicroseconds(10); //延时10微秒。

digitalWrite(trigPin,LOW); //超声波trig引脚输出低电平结束本次触发动作。

disVal = pulseIn(echoPin,HIGH)/58.0;

//问题(2):这里通过一个通用的公式得到超声波探测前方障碍物的距离(单位cm),那么,这个公式原理是什么呢?这个问题也放在后面讲。

//判断前方障碍物的距离

if(disVal >10){

//如果前方障碍物的距离超过10厘米,则执行如下前进操作:

analogWrite(leftPin1,0);

analogWrite(leftPin2,130);//启动左侧电机(带动小车左轮)

analogWrite(rightPin1,0);

analogWrite(rightPin2,130); //启动右侧电机(带动小车右轮)

}else{

//如果前方障碍物的距离不超过10厘米,则执行如下停止操作:

analogWrite(leftPin1,0);

analogWrite(leftPin2,0);//停止

analogWrite(rightPin1,0);

analogWrite(rightPin2,0); //停止

}

}

这样就是一个完整的程序了,Arduino IDE编译完成后,通过串口上传至Arduino主控板即可调试。运行效果:2分钟硬件编程(3):超声波主动避障

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我搭建的超声波小车

在前面还留了两个问题:

(1) 为什么定义引脚需要const修饰,而定义disVal不需要const修饰呢?

const作为C语言中的常变量修饰符,一个变量使用const修饰之后,其值将不允许再次被改变,否则编程会出现错误。

比如用const修饰int变量leftPin1(电机引脚):const int leftPin1=5;

这时leftPin1成为了常变量,其引脚值不能在程序中动态修改。

而超声波探测距离是实时在改变着的,所以变量disVal也是需要不停改变的,所以不能用const修饰,直接这样定义即可:int disVal=0;

(2) pulseIn(echoPin,HIGH)/58.0这个公式原理是什么呢?

超声波发射8个40KHz的方波完成探测后,echo引脚会持续输出高电平,持续时间就是方波发射到返回的时间,pulseIn()函数可以得到这个时间(微秒单位)。

那么我们如果把这个时间(微秒)转换成距离(厘米)呢?

方波的速度(也就是声速)是340 米/秒,可以换算为0.034cm/微秒,速度乘以时间就是距离,所以0.034*pulseIn()得到的是方波往返的距离,然后需要除2,才是真正到前方障碍物的距离,因此完整的公式是:

0.034*pulseIn()/2

这个公式可以进一步简化为:

pulseIn()/58

五、Arduino C 近期一些源码例子推荐

2分钟硬件编程(4):一起动手制作Arduino C红外遥控超声波小车

2分钟硬件编程(5):随动小车出现车身抖动现象,看如何完美解决?

2分钟硬件编程(6):自己动手做一辆追着光飞驰的小车(Arduino C)

2023年元旦新篇章——我的Arduino C 硬件编程入门,献给家长朋友们(arduino编程指南75个硬件pdf)

我的红外超声波小车

再有10分钟就是新年了!

2022年注定是所有人刻骨铭心的一年,很多人永远地离开了,包括自己的一些亲人。但我们依旧希望这个世界一年比一年好。

虽然会很难,但”希望“永远是人类存在的价值,我们相信希望,我们带着美好的希望在新的2023年里继续努力,希望可以激发学习和生活的动力,希望可以激发创造的力量,希望可以让文明更进步。

借用《基督山伯爵》的结尾,人生的智慧都集中在两个词,希望与等待。

所有人,2023,新年好!

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