S4A和互動媒體技術 ( 簡體 字) |
| 作者：謝作如 | 類別：1. -> 電腦組織與體系結構 -> 單晶片 -> Arduino
2. -> 程式設計 -> 手機程式 -> Android |
| 譯者： |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 38184
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| 出版日：3/21/2014 |
| 頁數：159 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：全彩印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787302343981 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：前言
為什么要寫這本書
“學生喜歡電腦，但不喜歡信息技術課。”——2006年，上海師大黎加厚教授在博客中寫下這句話。
學生為什么不喜歡信息技術課？黎教授認為，現行的信息技術課程內容和教學方法存在問題： 教材上講的是學生們已經會的，學生不會的和社會生活中需要的知識技能，教材上沒有。信息技術飛速發展，層出不窮的新技術、新軟件、新服務向人們涌來，造成“新課程不新”的永恒的滯后現象。
我曾經把信息技術課程方面的問題分為三類： 為什么教、教什么和怎么教。“教什么”的問題，其實直接影響了學生對課程的興趣程度。拿什么課程內容來吸引學生，然后讓他們愛上技術？這幾年來我一直在思考這一問題，并開發了一門名為“互動媒體技術”的課程，試圖在課程建設方面有所突破。本書就是“互動媒體技術”課程的最重要成果之一。
互動媒體是一個全新的領域，一般稱為互動式多媒體、交互式多媒體或者互動多媒體。2010年的上海世博會，標志著我國新媒體藝術方面進入了成熟期。但人們對互動媒體的關注，主要是其媒體內容和藝術表現力，很少關注其背后的支撐技術。在高校尚且很少看到類似的課程，且不要說基礎教育了。在我國當前的課程體系中，像互動媒體技術一樣同時涉及軟、硬件的綜合技術是空白的。技術的淺薄，是基礎教育課程的通病，從高中課程內容中可以管窺： 通用技術課上學做凳子，信息技術課上學信息搜索。于是，在世博會和一些科技館中，學生面對互動媒體作品只會一臉驚喜，卻不知道這些作品是如何運行的。“互動媒體技術”課程的開發，就是基于這樣的背景。
“互動媒體技術”課程的開發并不是一帆風順的，在找硬件和軟件平臺方面，耗去了我很多精力。直到后來發現了Arduino和Scratch。其實Arduino的誕生和互動媒體有著千絲萬縷的關系，Massimo Banzi和David Cuartielles本來就是為了讓從事互動設計的學生容易掌握單片機技術而開發的。Scratch的設計更是“天才”，讓編程和游戲一樣有趣。就這樣，Arduino提供了廉價且功能強大的硬件，Scratch則將編程的門檻降到最低。來自西班牙加泰羅尼亞的Citilab團隊將二者完美地結合在一起，推出了S4A。S4A為我們的學生開啟了互動媒體技術的大門！
縱觀國內Scratch的教學現狀，更多的老師僅僅把Scratch作為學生編寫小游戲的工前言 S4A和互動媒體技術?2??2? ?1? 具。在一些場合，Scratch愛好者會很謹慎地表示，Scratch非常適合小學生。初、高中為什么不能用？2011年，我在全國高中優質課展評活動中，用Scratch上了一節“用計算機程序解決問題”的信息技術課。有聽課的專家就表示在高中階段使用圖形化編程過于簡單。也許他不知道，越來越多的圖形化編程語言（G語言）在涌現，除Scratch外，LabView、App Inventor、blockly、Sikuli都受到很多人的歡迎。在某些高校的工科課程中，常常可以看到圖形化編程語言的身影。
我一直認為，編程不應該僅僅屬于專業程序員的專利，一些藝術、科學領域的人士，也應該能夠拿起某個簡單的編程工具，寫個小程序，表達自己的創意或者解決某個問題。所幸的是，這幾年面向“非專業”人士的編程工具越來越多了，如Processing，一款專為設計師和藝術家設計的編程語言。再如App Inventor和AppArchitect，能夠用圖形化的方式給Android和IOS編寫App。其實，在我們的學生中，將來真正從事程序編寫工作的也不過是其中極小的一部分。技術教育是普及教育，而不是僅僅為了培養某幾個精英。
2011年，一個新的教育名詞——STEM(Science,Technology,Engineering and Mathematics，科學、技術、工程和數學)引起我的關注。STEM教育是一個多學科交叉的研究領域，強調把學生學習到的零碎知識與機械過程轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面的過程。一個STEM課堂的特點就是在“雜亂無章”的學習情境中強調學生的設計能力、批判性思維和問題解決能力。這種復雜的學習情境包含了多種學科，強調綜合技術的應用。“互動媒體技術”課程以培養學生STEM素養為目標，以研究互動媒體作品的支撐技術為教學內容，通過一系列的互動媒體實驗，把新奇創意變身為現實。相對于大家熟悉的智能機器人課程來說，互動媒體技術側重于通信和媒體展示，即人機互動。從技術門檻上看，互動媒體技術關注外設和計算機的交互，技術門檻較低，趣味性更強，不僅適合具有科技特長的學生，也適合在藝術上有特長的學生學習。
2012年，正是創客(makers)、3D打印機、新工業革命等名詞在悄悄醞釀并發酵的年份，各種關于Scratch、Arduino的書籍紛紛出版。我受到吳俊杰老師的“慫恿”，第一次有了為S4A寫本書的沖動。在他的引薦下，有幸認識了北京鄭劍春老師（清華大學出版社《青少年科技創新叢書》編委會負責人），很快就確定了本書的定位和大綱。
本書從構思到成稿，差不多十個月時間。在此期間，我也經歷了“十月懷胎”的惶恐、陣痛和喜悅。本書偏重互動媒體技術，在藝術方面并沒有任何可圈可點之處，又擔心在技術上存在紕漏或者錯誤，不免誠惶誠恐。此外，工作上的繁忙，只能在深夜堅持寫稿，不可不謂之“痛”。而眾多同行的期待和鼓勵，也讓我從內心感到滿足而喜悅。
希望閱讀本書，能讓您感到愉快并有所啟發！
讀者對象
藝術為科技提供想象和創造的空間，科技為藝術提供了實現夢想的方法，互動媒體是科技和藝術相結合的學習領域，具有神奇的魅力。所有對互動媒體感興趣的人都可以閱讀本書，不管是小學生、中學生還是在校大學生，或者是對科技動手感興趣的教師、家長。當然，如果你學過Scratch編程，或者折騰過Arduino硬件，更應該看看這本書，從中可以獲得一定的啟發和靈感。本書具體的讀者對象如下：
第一類： 中小學生。可以在老師的指導下學習，也可以自學。但是，請別停止腳步，更精彩的互動媒體世界等你探索。
第二類： 在校大學生。希望非計算機專業的大學生學習本書，藝術專業的學生可以把本書當作“互動裝置藝術”的入門書籍。尤其希望將來從事技術教育的計算機專業、教育技術專業的大學生學習本書，為你未來的崗位做點積極的準備。
第三類： 教師。正在從事技術課程教學或者綜合實踐活動課程教學的老師，這本書會給您帶來新的教學思路。
第四類： 家長。重視家教，喜歡和孩子做點親子項目的家長，可以對照這本書自學，您的孩子會對您刮目相看的。
第五類： 入門級創客。創客不是誰的專利，也不是技術很厲害的人才能叫作創客。努力把各種創意轉變為現實的人，就是創客。
如何閱讀本書
本書共分為七章，分別介紹如下：
第1章概述了互動媒體和互動媒體技術的發展現狀，結合經典的互動媒體作品分析了“互動”原理和工作流程，并羅列了常見的軟硬件創作平臺。
第2章介紹S4A的基本語法，用一個“大魚吃小魚”的范例，貫穿整章的學習，如舞臺、角色、造型、事件、廣播和變量等基礎知識。如果你已經具備了Scratch的基礎，可以直接跳過。
第3章介紹Arduino UNO和一些周邊的擴展板、傳感器、執行器等電子積木，包括這些電子積木如何和Arduino連接，以及Arduino和計算機的連接。
第4章通過多個范例介紹使用S4A制作互動項目，從輸入、輸出到互動，由淺入深。最后通過對S4A固件的研究，分析S4A和Arduino的互動協議。
第5章圍繞“智能家居”的話題，介紹如何使用S4A控制220V的家用電器，具體介紹了繼電器安全插座的制作過程，并講解利用超再生遙控套件，把普通的家用電器改造為可遙控電器的過程。經過本章的學習后，你就可以設計大型的互動作品，開始像個創客了！
第6章介紹物聯網，主要分析了S4A的遠程傳感器功能，并結合范例，實現了S4A和瀏覽器、智能手機之間的互動。讓你能近距離接觸物聯網技術，并能做出一個簡單的物聯網模型。
第7章介紹Processing，不僅介紹了Processing和Arduino的互動作品，還結合一個攝像頭識別程序，讓S4A支持簡單的手勢識別，并編寫了一個小游戲。
本書的附錄A以Sensors2S4A為范例，介紹了用MIT App Inventor開發手機APP的一般過程。Sensors2S4A的功能是將手機的傳感器信息發送給S4A。如果你對手機App開發感興趣，很有必要閱讀。附錄B則羅列了本書涉及的所有硬件設備，供讀者參考。
勘誤和支持
由于本書是國內第一本關于S4A和互動媒體技術的書籍，可參照的資源非常少。加上作者水平有限，時間倉促，書中難免出現一些錯誤或者表述不準確的地方，懇請讀者批評指正。書中全部源文件和涉及的軟件都可以在作者的博客中下載(博客地址： Http://blog.sian.com.cn/xiezuoru)。部分工具還會繼續更新。歡迎發送郵件到xiezuoru@vip.qq.com，期待得到你們真摯的反饋。
致謝
首先感謝MIT團隊、Arduino團隊和Citilab團隊，是他們創造了這些偉大的工具。尤其感謝Citilab團隊的Jordi Delgado教授為本書撰寫了精彩的序。
感謝鄭劍春和李夢軍老師，你們給了我參與編寫這套叢書的機會，并在編寫過程中耐心指導我。
感謝李藝、余勝泉、苗逢春、陳美玲、魏雄鷹、蔣莘、邱偉杰、柳棟等老師，你們的肯定和鼓勵，使我有信心深入研究互動媒體技術，并開發了選修課程。
感謝李大維（上海創客空間新車間的創始人）、鐘柏昌、梁森山、王林、武健、魏寧、吳俊杰、管學、葉琛、俞中堅、于欣龍等好朋友，你們給我很多的技術指導和精神支持。尤其是俞中堅博士，幫我翻譯了英文版的序。
感謝鄭祥和程陶奕同學，你們幫我認真審稿，找出了很多錯誤，并整理了本書的附錄。
最后感謝我的兒子謝集，書中很多案例都是和你一起做出來的，是你對Scratch的喜歡，才讓我下定決心研究Scratch，并編寫了本書。
編者2014年1月
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內容簡介： 互動媒體技術也稱多媒體互動技術，其關注的是計算機和外界環境的信息互動。科技館展廳中常見的電子魚缸、互動投影、虛擬翻書和4D影院等科普項目，正是典型的互動媒體作品，體現了科技和藝術相結合的神奇魅力。S4A是Scratch的修改版本，它提供了對Arduino和Andriod的支持。使用S4A，只要拖曳圖標，就能編寫出交互功能強大的媒體作品。通過本書，不僅可以學習到門檻極低的人機互動技術，還可以理解并體驗智能家居和物聯網等高新技術。
本書適合對互動媒體技術或者互動裝置藝術感興趣的初學者，也適合對科技制作、硬件編程感興趣的中小學生。
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目錄：第1章互動媒體技術概述1
1.1互動媒體和互動媒體技術1
1.1.1什么是互動媒體1
1.1.2互動媒體和新媒體、數字媒體的關系2
1.1.3互動媒體和數碼游戲、互動裝置藝術的關系2
1.1.4互動媒體作品的運行流程分析3
1.1.5互動媒體技術4
1.2互動媒體作品欣賞4
1.2.1常見的互動媒體作品4
1.2.2經典互動媒體作品欣賞6
1.3互動媒體創作工具介紹9
1.3.1MakeyMakey9
1.3.2Scratch9
1.3.3Arduino10
1.3.4S4A11
1.3.5Processing11
1.3.6Flash11
1.3.7Kinect11
1.3.8Leap Motion12
1.3.9pcDuino13
第2章S4A編程基礎15
2.1S4A的安裝和運行15
2.1.1S4A的安裝15
2.1.2S4A的運行19
2.2我的第一個互動程序21
2.2.1添加新角色21
2.2.2編寫腳本22
2.2.3測試程序22目錄 S4A和互動媒體技術?2??2? ?1? 2.2.4保存和打開程序23
2.3用鍵盤控制角色23
2.3.1改變角色的坐標23
2.3.2方向和造型24
2.3.3鍵盤控制的優化25
2.4角色和角色的互動27
2.4.1條件判斷27
2.4.2隨機數的應用28
2.4.3角色的復制29
2.5偵測和廣播30
2.5.1偵測信息30
2.5.2用廣播傳遞信息31
2.6變量的應用32
第3章Arduino和電子積木36
3.1Arduino是什么36
3.2Arduino的購買和安裝38
3.2.1購買Arduino38
3.2.2Arduino IDE安裝39
3.3Arduino的輸入設備41
3.3.1什么是傳感器42
3.3.2傳感器的分類42
3.3.3常見的傳感器43
3.3.4傳感器和Arduino的連接45
3.4Arduino的輸出設備48
3.4.1Arduino的常見輸出設備48
3.4.2Arduino和輸出設備的連接51
3.5Arduino和計算機連接53
3.5.1通過USB線連接計算機53
3.5.2通過其他方式連接計算機56
第4章S4A和Arduino的互動59
4.1S4A和Arduino的連接59
4.1.1給Arduino寫入固件59
4.1.2讓S4A找到Arduino61
4.2傳感器信息的獲取62
4.2.1傳感器信息的使用62
4.2.2傳感器輸入范例——陽光牧場63
4.2.3傳感器輸入范例——互動蹺蹺板65
4.3外部動作的輸出67
4.3.1S4A的動作輸出指令塊67
4.3.2光效輸出范例——流水燈68
4.3.3動作輸出范例——智能起落桿70
4.4互動的奧秘72
4.4.1S4A和Arduino的通信原理72
4.4.2S4A的固件代碼分析73
4.4.3固件代碼中的更多秘密75
4.5綜合創意設計77
4.5.1綜合創意設計范例——手勢控制的流水燈77
4.5.2綜合創意設計78
第5章體驗智能家居81
5.1智能家居81
5.1.1傳統家居和智能家居81
5.1.2智能家居控制器82
5.2繼電器和繼電器模塊83
5.2.1繼電器83
5.2.2繼電器模塊83
5.3安全繼電器插座85
5.4定時開關的實現86
5.5智能溫控電風扇的實現88
5.6遙控臺燈90
5.6.1遙控開關90
5.6.2遙控臺燈的實現90
5.6.3讓計算機遙控臺燈92
5.7設計大型互動媒體作品93
第6章物聯網初步知識95
6.1認識物聯網技術95
6.2S4A和Arduino的無線連接97
6.2.1Arduino支持的無線連接技術97
6.2.2藍牙模塊和Arduino的連接98
6.3S4A的遠程傳感器102
6.3.1開啟遠程傳感器功能102
6.3.2遠程傳感器互動協議介紹104
6.4S4A和瀏覽器的互動106
6.4.1控制頁面的制作106
6.4.2S4A程序的編寫107
6.4.3控制頁面的優化107
6.4.4傳遞遠程傳感器信息110
6.5S4A和智能手機的互動115
6.5.1通過手機瀏覽器和S4A互動115
6.5.2通過手機APP和S4A互動118
6.5.3用手機控制流水燈119
6.6S4A和S4A的互動121
6.6.1S4A和S4A的連接121
6.6.2范例——遠程協奏的鋼琴121
6.6.3最簡單的“云計算”模型124
第7章從S4A到Processing127
7.1Processing簡介127
7.2下載與安裝128
7.3Processing和Arduino的互動129
7.3.1范例——SimpleRead129
7.3.2范例——虛擬機械臂132
7.4Processing讓S4A支持攝像頭134
7.4.1Processing for S4A135
7.4.2編寫和手勢交互的程序138
附錄A用App Inventor開發Sensors2S4A141
附錄B本書涉及的硬件清單154
附錄C硬件推薦及說明155
附錄D可選硬件推薦及說明158
參考文獻160
后記161
第一章機器人簡介1
第一節什么是機器人1
第二節機器人的發展2
第三節機器人的結構5
一、 控制器5
二、 傳感器6
三、 電源6
四、 反饋系統7
五、 實踐與思考8
第二章樂高機器人組件和常用編程工具9
第一節樂高組件的基本尺寸10
第二節組件和種類11
第三節樂高機器人使用的編程軟件15
一、 Bricx Command Center15
二、 ROBOLAB 2.916
三、 ROBOT C18
四、 LEGO MINDSTORMS Education NXT Programming18
五、 實踐與思考29
第三章搭建技巧與常見的機械傳動方式30
第一節樂高機器人搭建30
一、 結構與功能模塊設計30
二、 結構與載重32
第二節機械傳動方式33
一、 齒輪傳動33
二、 鏈傳動35
三、 滑輪和皮帶傳動35
四、 蝸輪蝸桿傳動37目錄 機器人結構與程序設計?2??2? ?1? 五、 平面連桿傳動37
六、 差動機構38
七、 實踐與思考39
第三節機器人的行走方式40
一、 四輪驅動裝置41
二、 萬向輪41
三、 機器人轉向方式41
四、 用腿行走43
五、 實踐與思考44
第四節觸角和傳感器的安裝45
一、 簡單的觸角45
二、 杠桿型觸角45
三、 夾子和爪46
四、 實踐與思考46
第四章樂高機器人常用傳感器和輸出設備49
第一節樂高機器人常用傳感器49
一、 光傳感器49
二、 觸動傳感器49
三、 聲音傳感器50
四、 超聲波傳感器50
五、 內置角度傳感器50
六、 溫度傳感器51
第二節樂高機器人輸出設備51
一、 驅動器 51
二、 LCD顯示屏52
三、 蜂鳴器52
四、 燈光52
五、 實踐與思考54
第五章為機器人編寫程序55
第一節軟件編程環境55
一、 軟件菜單55
二、 軟件面板介紹57
三、 數據中心和數據線62
四、 藍牙通信的設置63
五、 下載與運行程序71
第二節輸出模塊71
一、 馬達模塊72
二、 行走模塊74
三、 聲音模塊78
四、 顯示模塊80
五、 發送信息模塊82
六、 燈光顯示模塊83
七、 實踐與思考84
第三節結構模塊86
一、 等待模塊86
二、 循環模塊93
三、 分支模塊101
四、 終止模塊105
五、 實踐與思考105
第四節傳感器模塊123
一、 觸動傳感器模塊123
二、 聲音傳感器模塊124
三、 光傳感器模塊125
四、 超聲波傳感器模塊126
五、 按鈕模塊127
六、 內置角度傳感器模塊128
七、 計時器模塊129
八、 藍牙接收模塊131
九、 溫度傳感器模塊132
十、 第三方傳感器133
十一、 實踐與思考135
第五節數據模塊138
一、 比較模塊139
二、 邏輯模塊139
三、 運算模塊140
四、 隨機模塊140
五、 范圍模塊141
六、 變量模塊142
七、 子程序模塊143
八、 實踐與思考146
第六節高級模塊162
一、 數字文本轉換模塊162
二、 文本模塊165
三、 文件存取模塊166
四、 校準模塊172
五、 實踐與思考173
第六章機器人在實驗中的應用184
第一節數據采集的方法184
第二節數據采集在實驗中的應用189
一、 利用藍牙和超聲波傳感器測量距離189
二、 測量物體運動的速度192
三、 利用NXT驗證牛頓第二定律測量194
四、 利用NXT進行聲音速度測量195
五、 利用NXT測量重力加速度199
六、 利用NXT制作測量儀測量200
附錄機器人構建圖示204
參考文獻及參考網站215 |
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