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        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:

        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

        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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