当前课程知识点：物联网工程导论 > 第四章 智能硬件与嵌入式系统 > 4.1 开源硬件之Arduino（一） > 视频单元
各位同学
大家好
我是云南大学信息学院的周永录老师
这节课
由我来给大家介绍
开源硬件的相关内容
我们首先来看一些简单的
利用开源硬件设计的
有趣应用实例
例如
花卉自动浇水控制装置
照明控制装置
智能小车
燃气监测报警装置
电能监测装置
还有呢
比如健康指标监测装置
环境监测装置
家居控制装置
车辆停泊控制装置
这些应用都可以通过
开源硬件来设计和制作
就拿花卉
自动浇水控制装置这个实例来说
可通过各种开源硬件控制板
连接土壤湿度传感器
光照传感器
环境温湿度传感器
联网模块
水泵等电子元器件和执行器
实时监测土壤水分
光照
环境温度
空气湿度等等指标
还可结合云端的花卉种植经验数据
和天气预报数据
自动决定
水泵什么时候给花卉植物浇水
浇多少水
从而实现了具有一定智能的
花卉浇水自动控制
此外
还可以将所监测到的各类数据
以及浇水状态的相关数据
上传到云端
让花卉的主人
通过手机就可以看到
花卉养殖的相关数据
并且
还可以进行远程的浇水控制
我们知道
一个典型的物联网应用系统的架构
可包括
感知层
网络层
平台层和应用层
每一层都可以通过
开源硬件来进行构建
比如说
我们可以通过Arduino
加上各种各样的传感器
来构建感知层
可以通过ESP8266
来构建网络层
可以通过树莓派搭建的云平台
来构建平台层
当然
应用层也可以通过开源硬件来进行构建
这里
Arduino
ESP8266
树莓派等等
都是典型的开源硬件
可以说
物联网相关的许多技术和标准
早期都是基于开源硬件
出现在开源社区的
那什么是开源硬件呢
下面分两个部分来介绍
第一部分介绍开源硬件的概念
第二部分介绍最常用的一种开源硬件
Arduino
首先
我们来了解一下什么是开源硬件
大家看到的这些图片
都是各式各样开源硬件的电路板
开源硬件
英文叫做
Open Hardware
或者
Open Source
Hardware
是指与开源软件相同方式设计的
计算机和电子硬件
是开源文化的一部分
开源硬件
自由开放了硬件设计的详细信息
比如
硬件电路设计的原理图
电路所需的元器件材料清单
以及电路板的布局数据等等
通常情况下
一般都是使用
开源软件来驱动开源硬件
也就是说
硬件开源意味着软件也是开源的
开源硬件和开源软件类似
可以在之前硬件设计的基础上
进行二次创意
也就是说
开源硬件的使用者
可以在前人基础上
对开源硬件进行二次设计乃至
多次设计
丰富原有开源硬件的功能和性能
在复制成本上
开源软件的复制也许是零成本
但是
开源硬件不一样
复制成本可能会比较高
开源软件和开源硬件的目标
都在于共享与分享
不管是开源软件
还是开源硬件
都具有这样一些基本特征
第一
是人人可用
也就是
任何人都可以以任何目的自由地使用
第二
是人人可探
也就是任何人都可以探索
研究和知晓其原理
第三是
人人可改
也就是任何人都可以按照自己的需要和方式来自由地修改
第四是
人人可再分发
也就是任何人都可以把自己修改过的设计
自由地再次发布
共享或分享给其他人
下面
我们来认识一下几类典型的开源硬件
第一类典型的开源硬件就是
Arduino
我们先来看
几张Arduino控制板
硬件的图片
这是一些目前比较
常见的Arduino控制板
有Arduino Uno
Arduino Mega
Arduino Nano
Arduino Micro等
还有
Arduino Leonardo
Arduino Due
Arduino Mini
Arduino Yún
Arduino LiLyPad
Arduino Robot等等
第二类典型的开源硬件是树莓派
Raspberry PI
树莓派
是一种迷你电脑
只有信用卡大小
连接显示器
键盘鼠标后
就可以使用
目前有A
A+
B
B+
2B
3B
3B+等多种型号
像一台小型个人电脑一样
不但可以进行电子表格和文字编辑
游戏
控制等等
还能播放高画质的视频图像
树莓派支持linux系统
同时拥有输入输出硬件接口
使得它能够和其他
开源硬件进行完美的结合
这是自
树莓派
诞生以来发布过的一些
树莓派
控制板的图片
包括2012年推出的
树莓派一代
2013年推出的
树莓派A+
2014年推出的
树莓派B+
2015年推出的
树莓派2B
还有
2016年推出的
树莓派3B
以及2018年推出的
树莓派3B+
除了刚才介绍的Arduino
树莓派外
还有许多种类的开源硬件板
比如
Beaglebone
中文叫做
猎兔犬骨头
还有Banana PI
也就是
香蕉派
自从树莓派成功以后
国内除了香蕉派外
还有Orange PI
也就是
香橙派
等等以水果名字命名的
开源硬件电路板
开源硬件控制板的种类很多
大家可以在今后的学习中
进一步的认识和了解
下面
我们重点对Arduino进行介绍
Arduino是一款便捷灵活
方便上手的
开源硬件电子原型平台
包含了
硬件
也就是各种类型的
Arduino电路板
还有软件
Arduino IDE
也就是Arduino的
软件开发环境
Arduino
是多年来在全世界都比较流行的一类
开源硬件和开源软件平台
它的诞生
可以说是开源硬件发展史上的
一个新的里程碑
下面
我们一起来初步认识一下
Arduino
Arduino这个词
来源于意大利语
这张图片
就是第一代Arduino电路板的
照片
2005年
意大利
Massimo Banzi等人
共同开发了Arduino
他们这些人
不仅仅
只是 Arduino 的创始人
也是开源和创客精神运动的推动者
Arduino
是一个基于开源代码的开发平台
最初是以AVR单片机为CPU
有独立的开发语言和开发环境
开发语言和开发环境都非常简单
容易理解
非常适合初学者学习
可以快速的做出各种有趣的东西
在全世界
喜欢Arduino的人非常多
可以很方便的
找到各种各样的开源代码
和开源硬件
Arduino发展至今
已经有了多种型号以及
众多的衍生控制器
这张图中
左侧这块板
叫Arduino Uno
是最为普及的一种Arduino板
右侧这块板
叫作Arduino
Leonardo
在这张图中呢
左侧这块板
叫Arduino Due
右侧这块板
叫Arduino Yún
在这一张图中
左侧这块板
叫Arduino Tre
具有很高的性能
右侧的这块板
叫Arduino Micro
它尺寸小巧
价格低
可以很容易地集成到其它系统中
在这张图中呢
左侧这块板
叫Arduino Robot
是一个面向机器人领域的
Arduino主板
右侧这块板
叫Arduino Esplora
做成了一个游戏机手柄的形状
这张图中的Arduino主板
是Arduino Mega
系列控制板
有
Arduino Mega1280
Arduino Mega2560
和Arduino MegaADK
三种型号
这张图中
左侧这块板
叫Arduino Mini
右侧这块板
叫Arduino Nano
都是小巧的Arduino主板
使用非常方便灵活
图中的这些板
是Arduino LiLyPad
系列主板
是为可穿戴和电子织物而设计的
适合于用来做不同类型的
可穿戴装置
除上面介绍的Arduino主板外
还有Arduino Pro
Arduino Pro Mini
Arduino Zero
Arduino Fio
等等型号的Arduino主板
适用于不同的需要和应用场合
为了方便Arduino
主板连接各种
外部设备
自Arduino诞生后
又先后出现了各种各样的扩展板
扩展板又称为
盾板
图中显示的
是一部分Arduino盾板的图片
有IO扩展盾板
GSM盾板
以太网盾板
WiFi盾板
电机驱动盾板等等
除以上介绍的多种盾板之外
还有GSM
GPRS
GPS三合一盾板
音乐盾板
触摸液晶屏盾板
多种传感器连接盾板等等
通过各种各样的盾板
使得Arduino主板可
以很方便的与多种外部设备相连接
大大丰富了Arduino
主板的功能
可以很好地满足不同的应用需求
在这节课中
我们首先了解了
开源硬件的概念和基本特征
认识了几种类型典型的开源硬件
然后呢
我们初步认识了到目前为止
最为流行的一类开源硬件
Arduino
包括多种Arduino主板
和Arduino盾板的相关情况
下一节
我们将针对Arduino中
最基础的一种主板
Arduino Uno
了解这种主板的结构
接口等相关知识
并认识Arduino软件
开发环境
好
这节课就到这里
谢谢大家
-1.1 什么是物联网？
--视频单元
--图文单元
--物联网概述（一）作业
--讨论单元
-1.2 物联网的三层结构
--视频单元
--图文单元
--物联网概述（二）作业
--讨论单元
-第一章作业
-2.1 自动识别技术之RFID
--视频单元
--图文单元
-2.2 感知技术之传感器
--视频单元
--图文单元
-第二章作业
-讨论单元
-3.1 计算机网络技术
--视频单元
--图文单元
--计算机网络课后作业
--讨论单元
-3.2 物联网无线通信基础
--视频单元
--图文单元
--物联网无线通信基础课后作业
--讨论单元
-3.3 物联网无线通信技术（一）
--视频单元
--图文单元
--物联网无线通信技术（一）作业
--讨论单元
-3.4 物联网无线通信技术（二）
--视频单元
--图文单元
--物联网网络通信技术（二）作业
--讨论单元
-4.1 开源硬件之Arduino（一）
--视频单元
--图文单元
--开源硬件之Arduino（一）课后作业
--讨论单元
-4.2 开源硬件之Arduino（二）
--视频单元
--图文单元
--开源硬件之Arduino（二）课后作业
--讨论单元
-4.3 智能硬件与嵌入式系统（一）
--视频单元
--图文单元
--智能硬件与嵌入式系统（一）课后作业
--讨论单元
-4.4 智能硬件与嵌入式系统（二）
--视频单元
--图文单元
--智能硬件与嵌入式系统（二）课后作业
--讨论单元
-5.1 基于云计算平台的数据融合和信息处理
--视频单元
--图文单元
-5.2 基于大数据技术的数据挖掘和知识发现
--视频单元
--图文单元
-第五章课后作业
-讨论单元
-6.1 移动应用开发技术
--视频单元
--图文单元
-6.2 Web应用开发技术
--视频单元
--图文单元
-第六章课后作业
-讨论单元
-视频单元
-图文单元
-第七章课后作业
-讨论单元
-8.1 物联网应用实例
--视频单元
--图文单元
--物联网应用实例课后作业
--讨论单元
-8.2 物联网导论竞赛
--视频单元
--图文单元
--物联网导论科技制作竞赛课后作业
--讨论单元
-视频单元
-图文单元
-第九章课后作业
-讨论单元
