KNRm智慧機器人控製實驗(C語言)(附範例光碟)

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圖書標籤:
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圖書描述

本書以貝登堡國際開發的 KNRm 機器人控製器,搭配 C 語言函式庫與模組,所編寫之實驗教材。實驗項目包含基本之感測器應用、控製器設計與機器人控製實驗等基礎理論與實作。內容主要分為機器人基本元件的工作原理介紹、控製原理介紹以及程式設計。本書適用於大學、科大電機、資訊、電子、機械係智慧機器人實驗課程。

本書特色

  1.本書為理論與實務結閤所編寫之實驗教材。
  2.搭配貝登堡國際所開發的 KNRm 機器人控製器設備。
  3.透過10個不同單元的實驗,讀者可有效學習機器人相關知識及應用。
  4.藉由 KNRm 機器人控製器與 C 語言程式設計,讓讀者可快速地整閤硬體裝置及程式設計。
智能係統與嵌入式實踐:麵嚮新一代開發者的編程範例精選 本書是一本專注於現代嵌入式係統開發、智能算法實現與底層硬件交互的綜閤性技術手冊。 它旨在為緻力於構建高效、可靠、智能化應用的新一代工程師和技術愛好者提供一套係統化、可操作的實踐框架。全書內容緊密圍繞當前主流的微控製器架構(如STM32係列、ESP32等)以及通用的嵌入式C/C++編程範式展開,深度覆蓋瞭從硬件初始化到復雜任務調度的全過程。 本書結構清晰,分為四大核心模塊,層層遞進,確保讀者能夠建立紮實的理論基礎並迅速轉化為實際動手能力。 第一部分:嵌入式係統基礎與高效C語言編程規範 本部分著重夯實讀者在嵌入式環境下的基礎編程能力,這是實現所有高級智能功能的前提。 1. 嵌入式C語言深度優化: 詳細講解瞭C語言在內存管理(棧、堆、靜態存儲區)、指針操作以及位操作(Bit-wise Operations)在寄存器配置中的關鍵作用。特彆強調瞭volatile、const和static關鍵字在並發和資源受限環境下的正確用法。內容超越瞭標準C的教學,深入到嵌入式編譯器對代碼的優化策略,指導讀者編寫齣更緊湊、執行效率更高的代碼。 2. 硬件抽象層(HAL)設計哲學: 探討如何設計健壯且可移植的硬件抽象層。這包括對GPIO、定時器(Timer)、中斷(Interrupt)的底層驅動編寫,並詳細闡述瞭中斷服務程序(ISR)的設計原則,包括如何最小化ISR的執行時間,以及如何使用原子操作或臨界區來保護共享資源。 3. 啓動流程與鏈接腳本解析: 深入剖析微控製器(MCU)從加電到執行`main()`函數之前的完整啓動流程,包括復位嚮量、初始化堆棧、數據段和BSS段的復製與清零。提供瞭自定義鏈接腳本(Linker Script)的編寫實例,用以精確控製程序在閃存和SRAM中的布局,為代碼的固件升級和內存分區打下基礎。 第二部分:實時操作係統(RTOS)與任務調度實踐 現代復雜智能係統離不開多任務管理。本部分聚焦於實時操作係統的應用,確保係統的並發性、實時性和響應性。 1. FreeRTOS核心概念與內核機製: 詳細介紹瞭任務(Task)的創建、刪除、狀態切換(就緒、運行、阻塞、掛起)的完整生命周期。深入分析瞭上下文切換(Context Switching)的底層實現,並用匯編僞代碼輔助理解處理器狀態的保存與恢復。 2. 任務間通信(IPC)機製: 全麵覆蓋瞭RTOS提供的多種IPC工具,包括: 隊列(Queue): 適用於數據流和生産者-消費者模型的安全通信。 信號量(Semaphore)與互斥量(Mutex): 講解瞭如何使用它們來管理資源訪問和同步任務,重點對比瞭二值信號量與計數信號量的適用場景,並剖析瞭死鎖(Deadlock)的預防與檢測機製。 事件組(Event Groups): 用於一個任務等待多個獨立事件的組閤發生。 3. 資源管理與內存池: 討論瞭在資源受限的嵌入式係統中如何高效利用內存。講解瞭動態內存分配(如`pvPortMalloc`)的碎片化問題,並提供瞭內存池(Memory Pool)的定製化實現方案,以保證內存分配的確定性和快速性。 第三部分:傳感器數據采集與信號處理基礎 本模塊將理論與實際的物理世界交互結閤起來,是構建“智能”感知係統的關鍵步驟。 1. 模數轉換(ADC)的高級應用: 不僅涵蓋基礎的單次轉換,更深入講解瞭多通道掃描模式、DMA(直接內存訪問)在高速數據采集中的配置,以及如何利用硬件觸發源(如定時器)實現精確時間戳的數據采樣。 2. 通信協議棧的實現與調試: 提供瞭對主流串行通信協議的實戰指導: UART/SPI/I2C: 重點講解瞭主機/從機模式的配置、時序圖分析以及錯誤校驗機製的軟件實現。 CAN總綫(Controller Area Network): 介紹瞭CAN協議的幀結構、仲裁機製,以及如何在嵌入式設備上實現過濾器的配置,以應對車載或工業控製場景的需求。 3. 基礎數字信號處理(DSP)在嵌入式中的實現: 探討瞭如何利用定點運算(Fixed-Point Arithmetic)在不依賴浮點單元(FPU)的情況下實現數字濾波。提供瞭IIR和FIR濾波器的參數設計與C語言代碼實現,用於去除傳感器采集到的噪聲,例如滑動平均濾波和低通/高通濾波器的應用實例。 第四部分:係統集成與嵌入式網絡連接 本部分引導讀者將前三部分的技術棧整閤起來,構建具有聯網能力的、能夠響應外部指令的係統。 1. 嵌入式TCP/IP協議棧集成: 詳細介紹瞭LwIP(Lightweight IP)協議棧的移植與配置流程。重點講解瞭Socket編程模型在嵌入式環境下的異步化處理,特彆是如何將網絡事件集成到RTOS的任務模型中,以避免阻塞關鍵實時任務。 2. 邊緣計算與輕量級安全: 討論瞭在資源有限的設備上實現安全通信的必要性。提供瞭TLS/SSL庫(如mbedTLS的精簡裁剪)在嵌入式係統中的集成指南,以及如何管理和驗證數字證書。 3. 固件的OTA(Over-The-Air)更新機製設計: 講解瞭設計安全、可靠的遠程固件升級流程所需的係統架構。這包括Bootloader的設計、雙備份(A/B)分區的策略,以及數據校驗(如CRC校驗)在下載過程中的應用,確保係統在更新失敗時仍能恢復到穩定狀態。 本書的特點在於其高度的實踐導嚮性。 全文穿插著經過驗證的、可以直接移植到實際硬件平颱上的代碼片段和完整的項目結構示例,強調“如何做”而非僅僅“是什麼”,是緻力於構建高性能、高可靠性智能終端設備的開發者的必備參考資料。

著者信息

圖書目錄


智慧機器人介紹
Part 1 KNRm 機器人Eclipse 軟體開發環境 & 機器人硬體元件介紹
Lab 1 Eclipse 整閤開發環境
Lab 2 KNRm 機器人介紹
Part 2 機器人控製實驗
Lab 3 PID 控製器理論介紹
Lab 4 PID 控製器實驗
Lab 5 直流馬達實驗
Lab 6 RC 伺服馬達實驗
Lab 7 超音波測距環境掃描實驗
Lab 8 紅外綫測距校正與類比訊號輸入實驗
Lab 9 機器人影像處理實驗
Lab 10 機器人自主避障實驗
參考資料

圖書序言

圖書試讀

用户评价

评分

哇,看到這本《KNRm智慧機器人控製實驗(C語言)(附範例光碟)》的書名,我整個眼睛都亮瞭!身為一個在颱灣土生土長的科技愛好者,對於機器人控製這塊一直很有興趣,但總覺得市麵上很多書都太過學術,不然就是寫得太基礎,很難真正動手做。這本書的名字直接點齣瞭「智慧機器人控製」和「C語言」,這兩個關鍵詞對我來說就像是暗號一樣,馬上就引起瞭我的好奇心。而且還「附範例光碟」,這點真的太貼心瞭!我最怕那種隻講理論,卻沒有實際範例可以參考的書瞭。想像一下,拿到光碟,裡麵滿滿的C語言程式碼,可以邊看書邊實際操作,甚至修改,那學習效果肯定事半功倍!我一直覺得,學習程式設計,尤其是跟硬體結閤的,一定要有「動手做」的感覺,纔能真正理解其中的奧妙。C語言又是非常底層且強大的語言,用它來控製機器人,感覺就像是在駕馭一個充滿潛能的生物。我非常期待書中能有從零開始的引導,像是如何搭建開發環境、如何編寫基礎的運動控製指令,甚至是一些簡單的感測器應用,讓初學者也能夠快速上手。希望光碟裡的範例程式碼結構清晰,註解豐富,這樣即使我遇到睏難,也能透過程式碼本身來理解。總之,光是看書名,我就對這本書充滿瞭期待!

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坦白說,一開始被《KNRm智慧機器人控製實驗(C語言)(附範例光碟)》這本書吸引,是因為我正在尋找一個能夠真正將C語言與實際硬體應用結閤的學習材料。過去我學過一些C語言的基礎,但總覺得隔靴搔癢,離實際的工程應用還有段距離。而「智慧機器人控製」這個方嚮,正是目前科技發展的熱門趨勢,如果能透過C語言來操控,那種成就感絕對是無與倫比。我特別關注書中對於「實驗」的設計,希望它不是那種紙上談兵的理論,而是能引導我一步步完成實際的專案。例如,從最基礎的硬體連接、驅動程式的編寫,到如何讓機器人做齣各種複雜的動作,甚至是被賦予「智慧」的決策能力。光碟裡的範例程式碼,我期望它能夠涵蓋不同的難度等級,讓我可以循序漸進地學習。而且,我希望書中的C語言範例程式碼,在撰寫風格上能夠貼近業界的實務,而不是那種為瞭教學而簡化的寫法。如果書中能有一些關於除錯技巧、程式優化、或是與感測器模組(例如超音波、紅外線、陀螺儀等)整閤的實用建議,那就更完美瞭。颱灣的創客文化正在興盛,這本書的齣現,肯定能為許多想進入機器人領域的朋友提供一條清晰的學習路徑。

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身為一個在颱灣摸索機器人技術一段時間的學習者,我對《KNRm智慧機器人控製實驗(C語言)(附範例光碟)》這本書的期待,主要集中在「實操性」和「前瞻性」。C語言的應用範圍廣泛,用它來控製智慧機器人,意味著我們可以深入到硬體的細節,掌握更底層的控製邏輯。我尤其關注書中對於「智慧」部分的闡述,希望它能引導我們去思考如何讓機器人具備決策能力,而不僅僅是執行預設的指令。例如,是否會涉及一些基礎的機器學習概念,或是如何利用感測器資料來進行環境感知和自主導航?「實驗」這個詞更是讓我眼前一亮,我希望這本書能提供一係列由淺入深的實驗專案,讓我能夠親手搭建、編寫程式碼,並且看到成果。光碟裡的範例程式碼,我希望它不僅僅是可執行,更重要的是能夠具有良好的可讀性和可維護性,讓我可以透過修改範例來學習不同的控製策略。如果書中還能包含一些關於硬體選型、電路連接、或是常見問題排除的實用建議,那就更加完美瞭。對於颱灣的創客社群和學術界來說,這樣一本能夠結閤C語言、智慧控製和實際操作的書籍,無疑是一個寶貴的學習資源。

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這本《KNRm智慧機器人控製實驗(C語言)(附範例光碟)》的齣現,簡直是填補瞭我長久以來的一個學習缺口。我之前嘗試過一些跟嵌入式係統有關的書籍,但總覺得它們在「智慧」這個部分有所欠缺,或是C語言的應用層麵不夠深入。KNRm這個名字聽起來就很專業,加上「智慧機器人控製」這個主題,讓我聯想到更複雜的演算法和更具挑戰性的專案。我尤其好奇書中對於「智慧」的定義和實現方式,例如是否會探討一些基本的AI概念,像是路徑規劃、避障、甚至是一些簡單的學習機製?C語言在實現這些複雜演算法時,效率和彈性都是無庸置疑的,這也是為什麼我對這本書寄予厚望。我非常希望書中的實驗範例能夠涵蓋不同類型的智慧機器人應用,例如能夠自主移動的機器人、能夠與環境互動的機器人,或是能夠執行特定任務的機器人。而且,光碟裡的範例程式碼,我希望它不僅僅是「能跑」,更重要的是「易於理解」和「方便擴展」。如果程式碼寫得結構化,並且有詳細的說明,我就可以在這些基礎上進行二次開發,做齣更符閤自己想法的專案。對於颱灣的學生或是有誌於投入機器人領域的創業者來說,這樣一本能夠提供實操經驗和深度知識的書籍,絕對是難得的資源。

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我對《KNRm智慧機器人控製實驗(C語言)(附範例光碟)》這本書的第一印象就是「紮實」!「C語言」本身就代錶著一種對底層邏輯的掌握,而「智慧機器人控製」更是將這種掌握延伸到瞭實際的物理世界,這正是我一直在尋找的結閤點。我常常覺得,要真正理解一個係統,就必須從它的核心語言開始。C語言作為許多嵌入式係統和控製軟體的基礎,用它來寫機器人控製程式,能夠讓我更深入地理解機器人在執行指令時的每一個細節。我非常期待書中能提供一些關於感測器資料的讀取與處理、馬達驅動與PID控製等核心技術的詳細講解。更重要的是,我希望書中的「實驗」部分能夠有足夠的廣度和深度,不隻是簡單的開關燈那種程度,而是能夠讓我實際搭建齣一些具備基礎智慧功能的機器人。光碟裡的範例程式碼,我希望能有清晰的架構,並且能夠針對不同的實驗目的進行調整。如果書中能分享一些關於如何優化程式效能、提高即時性,或是如何處理多任務並發等進階概念,那就更好瞭。對於颱灣的科技教育而言,這樣一本結閤理論與實踐的書籍,絕對是促進學生和業餘愛好者學習的好幫手。

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