前 言
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》中有关电子学的内容借鉴了备受推崇的O'Reilly Cookbook 的制作实践,并分为许多案例。这些案例可以提高读者阅读《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的自由程度,遵循这些案例可以学习相关的理论基础知识并解决实际问题。
电子学十分复杂,科目广泛,不可能在一《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》中涵盖所有内容,但我尽可能在《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》中收录了我与其他电子产品制作者、爱好者和开发者交谈时最常出现的案例。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》读者对象
如果你身处电子行业或者想要进入电子行业,那么《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》可以帮助你从爱好中获得更多知识。《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》有很多设计和测试案例,无论你的专业知识水准如何,都可以按照案例进行实践和设计。
撰写《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的原因
这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》已经构思一段时间了。最初的理念源于Tim O'Reilly 本人。这个想法就是为了填补Arduino Cookbook、Raspberry Pi Cookbook 和重量级电子教科书之间的书籍在市场上的空白。
换句话说,《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》旨在涵盖经典电子书籍没有涉及的更多电子技术综合实践和通常被忽视的微控制器外围电路使用实践。主要内容包括构造各种类型的电源,使用合适的晶体管进行开关控制,使用模拟和数字电路,构造项目和模型,以及使用测试设备等。
当今的电子技术
像Arduino 和Raspberry Pi 这样的开发板吸引了新生代的电子产品制作者、业余爱好者和开发者进入电子世界。当前,元器件和工具的成本都很低,而且接触的人比以往任何时候都多。Hackspaces 和Fab labs 就有使用工具实现个人项目的电子工作站。
详细的设计方案等信息的免费获取,意味着你可以根据自己的需要从别人的案例中学习甚至进行修改。
许多人刚开始将电子产品设计作为一种业余爱好,去接受电子工程的正规教育,或者直接从事产品设计,成为一名开发者和创业者。毕竟,如果你有一台电脑、一些工具和元器件,就可以构建一个工程样机,然后找到一个制造商,所有这些都是在众筹的帮助下进行的。进入电子行业的门槛处于历史最低水平。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》内容安排
作为一本创客案例书籍,你可以查阅并使用其中的任何案例,而不是按顺序阅读这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》。如果你参考的案例依赖于其他案例中的一些知识或技能,那么其中会有一个链接指向该先决条件的案例。
这些案例是按章节安排的,第1 ~ 6 章提供了相对基础的案例,主要是关于不同种类元器件的理论知识( 案例的基本材料)。这些章节是:
? 第1 章:“原理”。该章的案例提供了一些理论上你无法避开的概念,如欧姆定律和能量守恒定律。
? 第2 章:“电阻”。解释了最常见的电子元器件,并提供了它们的一些用途案例。
? 第3 章:“电容与电感”。在该章你将找到解释这些元器件如何工作的案例,如何识别它们,以及如何使用它们。
? 第4 章:“二极管”。在该章中你会找到解释二极管的案例,适用于不同类型的二极管,包括齐纳二极管、光电二极管和发光二极管。
? 第5 章:“晶体管和集成电路”。该章主要包含了使用晶体管的基本案例,以及在不同的环境下使用不同类型的晶体管的指南。引入了集成电路,但是你会发现个别的集成电路案例分散在书的其他章节中。
? 第6 章:“开关与继电器”。介绍常见但经常被忽略的器件。
下一部分中的章节介绍如何将第一部分中介绍的组件应用于各种各样的案例中,这些案例涵盖了你可能想要设计的电子产品。
? 第7 章:“电源”。无论你的项目产品是什么,都需要进行供电。可在该章中找到传统电源设计和开关模式电源(Switched Mode Power Supplies,SMPS) 以及更独特的高压电源的案例。
? 第8 章:“电池”。该章包含了选择电池的案例,以及用于充电电池( 包括LiPo 电池)和自动电池备份的实用电路。
? 第9 章:“太阳能”。该章提供了使用太阳能板为项目供电的案例,包括为Arduino和Raspberry Pi 提供太阳能。
? 第10 章:“Arduino 和Raspberry Pi”。目前,大多数电子产品制作者的项目都使用诸如Arduino 或Raspberry Pi 的开发板。案例中引入了这种开发板及其控制外部电路的相关内容。
? 第11 章:“开关”。章名“开关”是动词,不是名词,该章提供了一些诀窍,告诉你如何使用晶体管、机电式继电器和固态继电器通过 Arduino 或Raspberry Pi 来开启和关断被控对象。
? 第12 章:“传感器”。该章提供了使用许多不同类型传感器的案例,包括如何使用Arduino 和Raspberry Pi 来控制它们。
? 第13 章:“电机”。该章提供了使用Arduino 和Raspberry Pi 驱动不同类型的电机的案例( 直流、步进和伺服),并介绍了如何控制电机速度和方向。
? 第14 章:“LED 和显示器”。除了通过Arduino 或Raspberry Pi 控制标准LED 的案例之外,该章还提供了使用各种类型的发光二极管和各种显示器的使用案例,包括OLED 图形显示器、可寻址的LED 条(NeoPixels) 和LCD 显示器。
? 第15 章:“数字集成电路”。该章包含一些数字集成电路的案例,尽管受微控制器出现的影响,但仍在电路设计中广泛使用。
? 第16 章:“模拟电路”。在该章中,你将找到各种有用的模拟电路设计案例,从简单的滤波器到一系列振荡器和定时器设计。
? 第17 章:“运算放大器”。属于模拟电路器件,该章提供了直接放大、滤波设计、缓冲和比较器等各种案例。
? 第18 章:“音频”。该章提供了通过麦克风播放从Arduino 或Raspberry Pi 中发出并通过功率放大器(模拟和数字) 放大的声音信号的案例。
? 第19 章:“无线电”。该章提供一些关于FM 发射器和接收器的有趣案例,比如怎样完成从一个Arduino 到另一个Arduino 的数据发送。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的最后一部分包含构建和使用工具的方法。
? 第20 章:“构建”。该章提供了构建“无焊”原型和将其变为更持久焊接形式的案例。该章还提供了下直插和贴片元件焊接的案例。
? 第21 章:“工具”。包括台式电源、万用表、示波器以及虚拟仪器的使用,都在这一章案例中进行描述。
附录列出了书中使用的所有部件及有帮助的供应商,并提供了包括Arduino 和RaspberryPi 在内的器件引脚说明。
网络资源
对于电子发烧友来说,有许多很好的资源可用。
如果你正在寻找项目创意,那么像Hackaday 和Instructables 这样的网站是很好的灵感来源。
当你想要寻求项目帮助时,你经常期望得到很多经验丰富的、有知识的人的建议,而这些人会在下面的论坛上发表意见。记住在提问之前先搜索一下论坛,以防这个问题之前已经存在(通常是这样) 并能清晰地解释你的疑问,否则“专家”会对你不耐烦。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》中的约定
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》使用以下排版约定。
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感谢Duncan Amos、David Whale 和Mike Bassett,感谢他们对这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的技术评论,以及他们提供的许多有用的建议,使这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的质量更上一层楼。
我还想感谢Afroman 许可《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》使用了他很棒的FM 发射器设计;以及Digi-Key 电子公司的朋友们完成了部分代码方面的帮助。
与O'Reilly 的专业人员一起工作是一件很愉快的事情,尤其是Jeff Bleiel、HeatherScherer 和Brian Jepson。