Arduino機器人制作、編程與競賽（初級）

第1章基於Arduino的QTSTEAM控制器001
1.1Arduino簡介001
1.2QTSTEAM控制器簡介002
1.3驅動安裝005
1.4Arduino程式設計環境和程式設計入門007
1.5拓展學習018
1.6本章小結018
第2章機器人組裝019
2.1組裝工具019
2.2車體零配件020
2.3組裝順序021
2.4本章小結024
第3章機器人點亮多個LED燈和串口通信025
3.1點亮與控制多個LED燈025
3.2Arduino機器人與PC通信039
3.3通過PC端控制LED燈亮滅043
3.4拓展學習049
3.5本章小結049
第4章伺服電機和機器人運動控制050
4.1伺服電機調零051
4.2伺服電機控制測試055
4.3機器人運動控制058
4.4拓展學習064
4.5本章小結065
第5章藍牙遙控機器人066
5.1手機APP藍牙信號編碼檢測066
5.2機器人遙控程式設計071
5.3機器人遙控功能拓展075
5.4本章小結076
第6章數碼管顯示機器人狀態資訊077
6.1LED數碼管介紹077
6.2數碼管電路連接079
6.3數碼管顯示數位程式和程式說明081
6.4數碼管顯示藍牙遙控指令和編碼086
6.5拓展學習：多位數碼管089
6.6本章小結090
第7章機器人表情——8×8點陣屏控制091
7.1點亮點陣屏中的任意一個LED092
7.2利用MAX7219電子模組完成點陣屏顯示控制094
7.3擴展學習：機器人酷炫表情099
7.4本章小結106
第8章彩色LED燈與奇幻機器人製作107
8.1RGB彩色LED燈的使用108
8.2雙軸搖杆的使用111
8.3雙軸搖杆控制RGBLED燈光變幻114
8.4奇幻機器人設計121
8.5拓展學習：環形燈帶展示運動效果125
8.6本章小結125
第9章遙控機器人滅火競賽126
9.1競賽項目說明126
9.2系統需求分析和解決方案128
9.3功能模組的實現129
9.4拓展學習134
9.5本章小結134
第10章帶智慧功能表的機器人135
10.1編碼器應用135
10.2LCD1602液晶屏的使用141
10.3多功能功能表選擇系統143
10.4本章小結154
附錄A本書各章節中配件介紹155
附錄B中國教育機器人大賽介紹159

隨著科學技術的不斷進步，我們的社會已經進入人工智慧時代。人工智慧就是可以通過電腦程式設計實現的智慧。人的智慧一旦變成了人工智慧，也就是計算機智能，就可以代替人類更好地完成相應的智慧工作，甚至超過相應的人類智慧，比如下象棋和下圍棋，因為電腦不會像人一樣出現疲勞和錯誤！這就是AlphaGo一旦打敗人類的圍棋世界冠軍，人類的圍棋世界冠軍就再也打不贏電腦的原因。

那麼，哪些智慧是可以通過電腦程式設計實現的呢？這就需要我們瞭解人類智慧的基本形式和層次。人類的智慧可以歸結為三個層次：首先最基本的智慧是理解事實；其次是理解規則和執行規則；最後則是人類所獨有的智慧，即創造新的事實和新的規則。

能夠明確描述的事實和規則都是電腦可以實現的智慧。我們學習人工智慧，首先要學習如何從要解決的問題中提煉出基本的事實和規則，然後根據這些基本的事實和規則去解決問題，也就是根據事實和規則進行推理。所以，學習人工智慧的第一步，就是能夠提煉出基本的事實和規則，以及解決問題的規則序列，即程式。然後將這些規則序列和程式翻譯成電腦程式，即程式設計。人類在給電腦程式設計之前，必須先給自己程式設計。人人都會程式設計，而且人人都要學會程式設計。

這套青少年機器人STEAM創客系列教程從《初識人工智慧》開始，分為十本，內容循序漸進，層層深入。每本教程都力求淺顯易懂、可操作性強，富有趣味性和吸引力。

《初識人工智慧》適合小學一年級及以上的學生，通過遙控機器人和循線機器人的製作，讓同學們瞭解溝通、遵守規則是人類的基本智慧，而且人類掌握的規則越多，就越聰明，越博學。同學們既要做一個遵守規則的合法公民，也要知道在什麼時候該突破規則、定義新規則，成為具有創新和創造能力的人。

《人工智慧之圖形程式設計》適合小學二年級及以上的學生。當同學們瞭解和掌握了事實和規則的描述方式之後，就可以開始學習採用Mixly圖形程式設計工具來將一些基本的規則翻譯成圖形程式。通過與具體的模組化機器人配合，進一步瞭解人工智慧的規則定義和圖形程式設計方法。

《人工智慧之Mixly趣味程式設計》適合小學三年級及以上的學生。同學們在這本書裡將學習到更多的感測器和人工智慧程式的程式設計方法。從這本書開始，同學們將使用一種新的積木—金屬積木來構建機器人。這種機器人更加接近于日常生活中有實際用途的機器人，同時也涵蓋了更多的有實用價值的人工智慧程式。

《人工智慧之Scratch程式設計》也是適合小學三年級及以上的學生。這本書以S4A拓展模組為基礎，引導同學們學習和瞭解如何製作各種可以人機互動的遊戲或者動漫。學習這本書的同學應具有基本的Scratch程式設計能力。

《基礎機器人製作和程式設計》適合小學四年級及以上的學生。從這本書開始，同學們就要過渡到真正的電腦語言程式設計——BASIC。BASIC是世界上第一種高級計算機語言，目前仍舊在歐美等發達國家的中小學採用，因為BASIC語言最接近於英語，而且無須瞭解複雜的電腦結構，可以讓我們專心於程式的邏輯問題。這本書裡還會首次引入電子元器件，讓同學們瞭解電路是如何與我們的電腦協同工作的。

《Arduino機器人製作、程式設計與競賽（初級）》教程適合小學五年級及以上的學生。Arduino程式設計就是C語言程式設計，只是簡化了複雜的標頭檔和庫結構的引用。這本書將以電腦顯示技術為專案主線，通過控制1個LED燈的亮和滅、3個LED燈的亮和滅、8個LED燈的亮和滅、64個LED燈的亮和滅等，帶領同學們學習和掌握電腦顯示的方法、原理和技術，然後通過程式設計實現電機控制和藍牙遙控等，最後製作出一個具有藍牙遙控功能的表情顯示機器人和遙控滅火機器人，寓教於樂！

《Arduino機器人製作、編程與競賽（中級）》教程適合小學六年級及以上且學過初級教程的學生。這本書以一個紅外遙控的智慧玩具機器人製作和程式設計作為主線，引導同學們學習和掌握數位音樂、隨機漫遊、機器人跟隨和紅外遙控的通信解碼技術等，以及如何完成一個完整的遙控機器人智慧玩具的設計和開發流程。最後引導同學們去挑戰中國教育機器人大賽的智慧搬運、擂臺和滅火等競賽任務。賽學合一，以終為始。

學完Arduino機器人的初級和中級教程以後，就可以挑戰《Arduino競技機器人製作和程式設計》了。這本書以未來機器人大師賽為目標，需要同學們應用所學知識和技能設計自己的戰鬥機器人去與對手對抗。不僅是一對一的對抗，而是團隊的對抗，這樣就要求同學們要學會團隊協作和配合。這本書會提供幾種標準的機器人製作和程式設計方法，但是更希望同學們能夠發揮自己的創意和智慧，去贏得勝利！

《機器人輔助C程式設計》和《單片機技術及應用》是面向初中二年級及以上的同學。這兩本書將帶領同學們進入電腦內部世界，真正瞭解電腦的原理和電腦作業系統的程式設計技術。掌握了這兩本書的精髓，同學們進入大學以後就再也不用為電腦類硬體和程式設計類課程發愁了。你們就可以專注於自己的專業知識和技能的提升，能夠自如地去應對各種未知的專業挑戰了！
每本教程都以機器人製作專案貫穿始終，採用STEAM的理念設計學習過程，並且在學習過程中設計各種競賽專案，充滿挑戰且引人入勝！每本教程都有至少一個大的競賽項目是中國教育機器人大賽的總決賽競賽專案。同學們有各種機會去與同行們PK，展示自己的才華和實力！

同學們，讓我們一起走進充滿挑戰和趣味的機器人STEAM世界吧。堅持不懈，持之以恆，你們都能夠成長為未來的機器人大師，成為創新和創造能力超強的時代精英！

全童科教（東莞）有限公司董事長秦志強