內容簡介
《創客電子:電子製作DIY指南(圖文版)》附帶詳細電路原理圖、元器件全彩插圖、步驟指導,讓讀者可以輕鬆學會如何連接或拆卸日常電子設備。同時本書還教你如何控製傳感器、加速器、遙控器、超聲波測距儀、發動機、音響組閤、話筒以及FM發射器。《創客電子:電子製作DIY指南(圖文版)》最後一章還包含瞭如何找到免費或者便宜的電子元器件和軟件平颱的實用信息。
《創客電子:電子製作DIY指南(圖文版)》適閤從事電子、電氣、通信等行業的工程師、學生,特彆適閤電子DIY發燒友。
作者簡介
Simon Monk獲得瞭控製論和計算機科學學位以及軟件工程博士學位。他做瞭多年的學術研究之後,閤作成立瞭Monote Ltd移動軟件公司。在青少年時期,Simon Monk就是一位活躍的電子愛好者,他現在是一位電子愛好者和開源硬件方麵的全職作傢。他齣版過許多開源硬件平颱方麵的書籍,尤其是Arduino和Raspberry Pi開發闆方麵的書籍。他與Paul Scherz閤作完成瞭《Practical Electronics for Inventors,3rd edition》一書。
內頁插圖
目錄
目 錄
第1章 入門指南/準備開始 1
1.1 購買東西 1
1.1.1 購買電子元器件 1
1.1.2 購物指南 2
1.1.3 基本工具 2
1.2 如何剝綫 4
你需要 4
1.3 如何通過扭綫來連接導綫 6
你需要 6
1.4 如何通過焊接來連接導綫 7
1.4.1 焊接安全 7
1.4.2 你需要 8
1.4.3 焊接 8
1.4.4 焊接導綫 9
1.5 如何測試連接 10
你需要 10
1.6 如何製作一颱計算機風扇來驅散焊接煙霧 11
1.6.1 你需要 11
1.6.2 電路搭建 11
小結 14
第2章 理論與實踐 15
2.1 如何收集一個電子元器件入門套裝 15
你需要 15
2.2 如何識彆電子元器件 16
2.2.1 電阻 16
2.2.2 電容 18
2.2.3 二極管 19
2.2.4 LED 19
2.2.5 三極管 19
2.2.6 集成電路 20
2.2.7 其他元器件 20
2.2.8 錶麵貼裝元器件 20
2.3 什麼是電流、電阻和電壓? 21
2.3.1 電流 21
2.3.2 電阻 21
2.3.3 電壓 22
2.3.4 歐姆定律 22
2.4 什麼是功率? 23
2.5 如何閱讀電路原理圖 24
2.5.1 電路原理圖的第一個規則:正電壓置上 24
2.5.2 電路原理圖的第二個規則:從左到右 25
2.5.3 名稱與數值 25
2.5.4 元器件符號 25
小結 26
第3章 基礎電路設計與製作 27
3.1 如何讓一個電阻發熱 27
3.1.1 你需要 27
3.1.2 試驗 27
3.2 如何使用電阻來分壓 28
你需要 28
3.3 如何將電阻轉換成電壓?(並製作一個測光計) 30
你需要 31
3.4 製作一個感光按鍵燈 32
3.4.1 你需要 33
3.4.2 麵包闆 34
3.4.3 電路搭建 35
3.5 如何選擇雙極型晶體管 38
3.5.1 電子元器件的技術參數錶(datasheet) 38
3.5.2 場效應管(MOSFET) 39
3.5.3 PNP與N溝道三極管 40
3.5.4 常見三極管 40
3.6 如何使用功率MOSFET來控製一個電動機 41
3.6.1 你需要 41
3.6.2 麵包闆 41
3.7 如何選擇閤適的開關 42
3.7.1 按鍵開關 43
3.7.2 微動開關 43
3.7.3 撥動開關 44
小結 45
第4章 LED 47
4.1 如何避免LED報廢 47
4.1.1 你需要 47
4.1.2 二極管 48
4.1.3 LED 48
4.1.4 電路搭建 49
4.2 如何選擇閤適的LED 50
4.2.1 你需要 51
4.2.2 亮度與角度 51
4.2.3 彩色發光二極管 51
4.2.4 IR(紅外綫)和UV(紫外綫)LED 52
4.2.5 照明LED 53
4.3 如何使用LM317來搭建一個恒流源 53
4.3.1 你需要 54
4.3.2 電路設計 54
4.3.3 麵包闆 55
4.3.4 電路搭建 56
4.4 如何計算一個LED的正嚮偏置電壓 57
你需要 58
4.5 如何驅動數量眾多的LED 58
4.6 如何製作LED閃爍燈 59
4.6.1 你需要 59
4.6.2 麵包闆 59
4.7 如何使用銅箔麵包闆 60
4.7.1 設計銅箔麵包闆布綫圖 61
4.7.2 你需要 63
4.7.3 電路搭建 63
4.7.4 故障檢修 66
4.8 如何使用一個激光二極管模塊 66
4.9 製作一個軌道賽車 67
4.9.1 你需要 67
4.9.2 用電容來儲存電荷 67
4.9.3 設計 68
4.9.4 電路搭建 69
4.9.5 測試 69
小結 70
第5章 電池與電源 71
5.1 選擇正確的電池 71
5.1.1 電池容量 71
5.1.2 最大放電率 72
5.1.3 一次性電池 72
5.1.4 組裝一個電池組 73
5.1.5 選擇閤適的電池 73
5.1.6 可充電電池 74
5.2 為電池充電(綜述) 75
5.2.1 C(電池容量) 76
5.2.2 過量充電 76
5.2.3 過量放電 76
5.2.4 電池生命周期 76
5.3 如何為一個NiMH鎳氫電池充電 77
5.3.1 便捷充電 77
5.3.2 快速充電 78
5.4 如何為一個密封鉛酸蓄電池充電 78
使用一個可變電源來充電 78
5.5 如何為一個LiPo電池充電 79
5.6 為一個手機電池充電 80
5.7 使用電池來控製電壓 81
5.7.1 你需要 82
5.7.2 麵包闆 83
5.8 升壓 83
5.9 計算一塊電池能夠持續的時間 84
5.10 如何設計備用電池 85
5.10.1 二極管 85
5.10.2 涓流充電 86
5.11 如何使用太陽能電池 87
5.11.1 測試一個太陽能電闆 87
5.11.2 使用太陽能電闆涓流充電 88
5.11.3 最小化電源功耗 89
小結 90
第6章 使用Arduino開發闆 91
6.1 如何設置Arduino開發闆(使一個LED燈閃爍) 92
6.1.1 你需要 92
6.1.2 設置Arduino 92
6.1.3 調整閃爍代碼 95
6.2 如何使用Arduino開發闆控製一個繼電器 97
6.2.1 繼電器 97
6.2.2 Arduino輸齣 97
6.2.3 電路搭建 99
6.2.4 軟件 99
6.3 如何製作一個能被Arduino開發闆控製的玩具 100
6.3.1 你需要 100
6.3.2 電路搭建 101
6.3.3 Serial Monitor 102
6.3.4 軟件 102
6.4 如何使用一個Arduino開發闆測量電壓 103
6.4.1 你需要 104
6.4.2 電路搭建 104
6.5 如何使用Arduino開發闆來控製一個LED燈 105
6.5.1 你需要 106
6.5.2 電路搭建 106
6.5.3 軟件(閃爍功能) 106
6.5.4 軟件(亮度) 108
6.6 如何使用Arduino開發闆播放聲音 108
6.6.1 你需要 109
6.6.2 電路搭建 109
6.6.3 軟件 110
6.7 如何使用Arduino開發闆外圍功能擴展闆 111
6.8 如何使用網頁來控製一個繼電器 112
6.8.1 你需要 113
6.8.2 電路搭建 113
6.8.3 網絡配置 113
6.8.4 測試 115
6.8.5 程序 115
6.9 如何在Arduino上使用字母數字LCD外圍功能擴展闆 119
6.9.1 你需要 120
6.9.2 電路搭建 120
6.9.3 軟件 120
6.10 如何使用Arduino開發闆驅動一個伺服電動機 121
6.10.1 你需要 122
6.10.2 電路搭建 122
6.10.3 軟件 123
6.11 如何CharliePlex LED 124
6.11.1 你需要 125
6.11.2 電路搭建 125
6.11.3 軟件 126
6.12 如何自動輸入密碼 127
6.12.1 你需要 128
6.12.2 電路搭建 128
6.12.3 軟件 128
小結 129
第7章 使用功能模塊來進行電子製作 131
7.1 如何使用一個PIR運動傳感器模塊 131
7.1.1 你需要(PIR和LED) 131
7.1.2 麵包闆 132
7.1.3 你需要(PIR和Arduino) 132
7.1.4 電路搭建 133
7.1.5 軟件 133
7.2 如何使用超聲波測距儀模塊 134
7.2.1 你需要 135
7.2.2 HC-SR04測距儀 135
7.2.3 MaxBotix LV-EZ1型聲波測距儀 137
7.3 如何使用一個無綫遙控模塊 139
7.3.1 你需要 139
7.3.2 麵包闆 140
7.4 如何在Arduino開發闆上使用一個無綫遙控模塊 141
7.4.1 你需要 141
7.4.2 軟件 141
7.5 如何使用一個功率場效應晶體管來控製電動機速度 142
7.5.1 你需要 143
7.5.2 軟件 145
7.6 如何使用H橋模塊來控製直流電動機 145
7.6.1 你需要 147
7.6.2 麵包闆 148
7.6.3 使用控製管腳 149
7.7 如何使用H橋電路控製一個步進電動機 149
7.7.1 你需要 151
7.7.2 電路搭建 151
7.7.3 軟件 152
7.8 如何製作一個簡單的“漫步者”機器人 154
7.8.1 你需要 154
7.8.2 電路搭建 155
7.8.3 測試 157
7.8.4 軟件 157
7.9 如何使用一個七段碼LED顯示屏模塊 159
7.9.1 你需要 160
7.9.2 電路搭建 160
7.9.3 軟件 162
7.10 如何使用一個實時時鍾模塊 162
7.10.1 你需要 163
7.10.2 電路搭建 164
7.10.3 軟件 165
小結 166
第8章 使用傳感器進行電子製作 167
8.1 如何檢測有害氣體 167
8.1.1 你需要 167
8.1.2 LM311比較器 168
8.1.3 麵包闆 169
8.1.4 在Arduino開發闆上使用氣體傳感器 170
8.2 如何檢測某物體的顔色 171
8.2.1 你需要 172
8.2.2 電路搭建 172
8.2.3 軟件 173
8.3 如何檢測震動 174
8.3.1 你需要 175
8.3.2 電路搭建 175
8.3.3 軟件 175
8.4 如何測量溫度 177
8.4.1 你需要 177
8.4.2 電路搭建 177
8.4.3 軟件 177
8.5 如何使用一個加速計 178
8.5.1 你需要 179
8.5.2 電路搭建 180
8.5.3 軟件 181
8.6 如何感應磁場 182
8.6.1 你需要 183
8.6.2 電路搭建 183
8.6.3 軟件 183
小結 184
第9章 製作音頻 185
9.1 製作音頻導綫 185
9.1.1 基本原理 186
9.1.2 焊接音頻接綫端子 186
9.1.3 將立體聲信號轉化為單聲道信號 187
9.2 如何使用一個話筒模塊 189
9.3 如何製作一個調頻竊聽器 191
9.3.1 你需要 191
9.3.2 電路搭建 191
9.3.3 測試 193
9.4 選擇揚聲器 193
9.5 如何製作一個1 W的音頻放大器 194
9.5.1 你需要 195
9.5.2 電路搭建 195
9.5.3 測試 196
9.6 如何使用一個555定時器産生聲音 196
9.6.1 你需要 197
9.6.2 電路搭建 198
9.7 如何製作一個USB音樂控製器 198
9.7.1 你需要 199
9.7.2 電路搭建 199
9.7.3 軟件 199
9.8 如何製作一個軟件音量單位計 200
9.8.1 你需要 201
9.8.2 電路搭建 201
9.8.3 軟件 201
小結 202
第10章 電子元器件的拆卸與修復 203
10.1 如何避免觸電 203
10.2 如何拆解並且重新組裝電子元器件 204
10.3 如何檢查一個保險絲 205
10.4 如何測試一個電池 206
10.5 如何測試一個加熱單元 207
10.6 查找並替換損壞的元器件 207
10.6.1 測試元器件 207
10.6.2 去焊 208
10.6.3 元器件替換 208
10.7 如何迴收有用元器件 209
10.8 如何再利用手機電源適配器 210
小結 210
第11章 工具 211
11.1 如何使用萬用錶(綜述) 211
11.1.1 “通路測試”與二極管測試 211
11.1.2 電阻擋位 212
11.1.3 電容擋位 212
11.1.4 溫度擋位 213
11.1.5 AC交流電壓擋位 213
11.1.6 DC直流電壓擋位 214
11.1.7 DC直流電流擋位 214
11.1.8 AC交流電流擋位 215
11.1.9 頻率擋位 215
11.2 如何使用萬用錶來測試三極管 216
11.3 如何使用實驗室電源 217
11.4 簡介:示波器 217
11.5 軟件工具 218
11.5.1 仿真 218
11.5.2 Fritzing 218
11.5.3 EAGLE PCB 219
11.5.4 在綫計算器 220
小結 220
附錄部分 221
工具 221
電子元器件 222
電子元器件的新手套裝 222
電阻 222
電容 222
半導體 223
硬件及其他 223
功能模塊 224
前言/序言
創客電子:電子製作DIY指南(圖文版) 開啓你的電子探索之旅,將創意化為現實! 你是否曾對精巧的電子元件著迷?是否渴望親手搭建齣屬於自己的智能小裝置?《創客電子:電子製作DIY指南(圖文版)》正是為你量身打造的起點,它將帶領你走進一個充滿無限可能的電子世界,讓你從零開始,一步步掌握電子製作的奧秘,將腦海中的奇思妙想變成觸手可及的實體作品。 本書並非冰冷的理論堆砌,而是一本充滿溫度的實踐手冊。我們深知,對於許多電子初學者而言,枯燥的公式和抽象的概念往往是巨大的障礙。因此,《創客電子》選擇瞭一條更直觀、更有趣的學習路徑:理論與實踐並重,文字與圖解同行。每一項知識點的講解都輔以大量的清晰、生動的圖示,讓你在閱讀的同時,仿佛置身於一個真實的電子製作工作室。我們將復雜的電子原理拆解成易於理解的組成部分,通過循序漸進的講解,讓你在不知不覺中構建起紮實的電子基礎。 本書的核心價值在於,它將“DIY”的精神貫穿始終。 我們鼓勵你動手,鼓勵你思考,鼓勵你用自己的雙手去創造。從最基礎的電子元器件認知,到復雜的電路搭建,再到最終的程序編寫與調試,本書都提供瞭詳盡的指導。你將學會如何識彆電阻、電容、三極管等基本元件的特性,瞭解它們在電路中的作用;你將掌握烙鐵的使用技巧,學會規範的焊接方法,確保電路連接的牢固與可靠;你還會接觸到微控製器(如Arduino)的神奇世界,學習如何通過編程賦予你的作品“生命”。 《創客電子》並非一本局限於單一方嚮的指南,它的內容涵蓋瞭電子製作的多個重要領域,旨在為你打開更廣闊的視野。 一、 電子元器件的探索與應用: 在學習任何復雜的電子項目之前,理解基礎的電子元器件是至關重要的。本書將詳細介紹各類常用電子元器件,包括: 電阻: 學習其基本原理、不同類型的電阻(貼片電阻、插件電阻、功率電阻等)、如何識彆阻值和功率,以及在電路中限製電流的作用。 電容: 瞭解其存儲電荷的能力,區分不同種類的電容(陶瓷電容、電解電容、鉭電容等),掌握其在濾波、耦閤、耦閤等方麵的應用。 二極管: 認識其單嚮導電性,學習穩壓二極管、發光二極管(LED)等特殊二極管的原理和應用,例如LED的亮度控製和顔色選擇。 三極管與場效應管: 深入理解它們的放大和開關特性,學習如何用它們來驅動大功率器件,構建簡單的放大電路和開關電路。 集成電路(IC): 介紹常見的集成電路,如運算放大器、定時器(如555定時器)、邏輯門等,以及它們如何實現更復雜的功能。 傳感器: 探索各種傳感器的工作原理和應用,例如光敏電阻、溫敏電阻、霍爾傳感器、超聲波傳感器等,讓你能夠感知外部環境的變化。 執行器: 學習如何控製直流電機、步進電機、舵機、繼電器等,讓你的作品能夠執行物理動作。 二、 電路基礎與焊接工藝: 掌握電路圖的閱讀和理解是電子製作的關鍵一步。本書將引導你: 認識電路符號: 學習標準的電子元器件符號,能夠清晰地閱讀和繪製電路原理圖。 理解基本電路: 講解串聯電路、並聯電路、混聯電路的特點和計算方法,以及它們在實際製作中的應用。 學習焊接技巧: 提供詳細的焊接步驟和注意事項,從烙鐵的選擇、焊锡絲的類型,到如何進行優質的焊接,確保電路的穩定可靠。我們將指導你進行原型闆焊接、PCB闆焊接,甚至教授一些避免虛焊、假焊的技巧。 元器件的保護: 講解如何正確安裝和保護敏感的電子元器件,避免靜電或其他因素造成的損壞。 三、 微控製器與編程入門: 微控製器是現代電子製作的核心,它們賦予瞭電子設備“智慧”。本書將重點介紹: Arduino入門: 以流行的Arduino平颱為例,詳細介紹其硬件結構、開發環境的搭建和使用。你將學習如何連接Arduino到電腦,如何上傳代碼。 基礎編程概念: 講解C/C++語言的基礎語法,包括變量、數據類型、運算符、控製結構(if/else, for, while)、函數等,讓你能夠編寫簡單的程序。 數字與模擬讀寫: 學習如何通過Arduino讀取數字和模擬信號,以及如何輸齣數字和模擬信號,從而控製LED、讀取傳感器值、驅動電機等。 串口通信: 瞭解如何使用串口通信在Arduino和電腦之間進行數據交換,方便調試和交互。 四、 經典電子製作項目實踐: 理論學習最終要迴歸實踐。《創客電子》提供瞭大量循序漸進的DIY項目,從入門級到進階級,讓你在實踐中鞏固所學知識。每一個項目都配有: 項目目標清晰闡述: 讓你瞭解最終要製作齣什麼樣的作品。 所需元器件清單: 詳細列齣項目所需的全部元器件,方便提前準備。 詳細的電路圖和接綫圖: 配備高清晰度的圖示,指導你如何正確連接元器件。 完整的代碼示例: 提供可直接運行的代碼,並進行詳細的注釋和講解,幫助你理解代碼邏輯。 製作過程中的關鍵步驟指導: 分解復雜的製作過程,讓你能夠一步步完成。 項目拓展與創新建議: 在完成基礎項目後,鼓勵你進行個性化修改和功能拓展,激發你的創造力。 本書涵蓋的項目類型極其豐富,例如: 簡單的LED閃爍器: 學習數字輸齣和延時函數。 光控燈: 利用光敏電阻和繼電器,實現天黑自動開燈。 溫濕度監測器: 連接溫濕度傳感器,並通過LED或LCD顯示屏輸齣數據。 簡易音樂盒: 通過蜂鳴器和按鍵,演奏簡單的鏇律。 自動澆水係統: 結閤土壤濕度傳感器和水泵,實現自動澆水。 避障小車: 利用超聲波傳感器和電機驅動,製作能夠自主避開障礙物的機器人底盤。 遠程控製小風扇: 通過藍牙或Wi-Fi模塊,實現手機APP控製。 RGB LED燈效控製器: 學習如何通過PWM輸齣控製LED的顔色和亮度。 五、 故障排除與調試技巧: 在電子製作過程中,遇到問題是常態,掌握有效的故障排除方法至關重要。本書將教會你: 如何係統地檢查電路連接: 避免低級錯誤。 使用萬用錶測量電壓、電流和電阻: 診斷電路問題。 代碼調試技巧: 如何通過串口打印、邏輯分析等方式找到程序中的bug。 常見故障的分析與解決: 例如元件燒毀、焊接不良、程序邏輯錯誤等。 《創客電子:電子製作DIY指南(圖文版)》不僅僅是一本書,更是一個社區的邀請。 我們希望通過本書,點燃你內心深處對科學和創造的熱情,讓你體驗到從無到有、從構想到實現的巨大成就感。無論你是學生、愛好者,還是希望拓展技能的從業者,本書都將為你提供一個堅實的基礎和豐富的實踐平颱。 本書的“圖文版”特點,讓你在閱讀過程中能夠更直觀地理解每一個細節。 精心繪製的電路圖、清晰的元器件實物圖、詳細的焊接步驟圖,以及豐富的功能演示圖,將伴隨你的學習旅程,讓枯燥的文字變得生動起來。我們相信,通過這本書,你不僅能夠掌握電子製作的基本技能,更能培養齣解決問題的能力、邏輯思維能力和創新精神。 立即翻開《創客電子:電子製作DIY指南(圖文版)》,開啓你的創客之旅,用雙手創造屬於你的精彩!