本书是工作导向创新实践教材系列的第一本，也是引领没有任何工程背景的学生进入工程领域的首本教材。本书以两轮小型机器人作为工作对象，围绕机器人的制作和编程展开，将BASIC Stamp单片机微控制模块和基础的编程技术与技巧融入到一系列典型的制作与编程任务中，通过先实践后归纳的教学方法，启迪学生掌握基础的单片机控制技术和编程技术，并激发学生的学习兴趣和热情，达到培养学生理论联系实践的分析问题和解决问题能力的目的。     读者对象：本书可作为中等职业教育和高等职业教育的机器人课程，也可以作为本科院校工程训练教材，还可以作为广大信息技术爱好者的入门读物，甚至可以作为管理类和文科类学生了解科学与工程常识的配套教材。

再 版 前 言 本书自2007年7月出版以来，得到了深圳职业技术学院、广西河池学院、温州大学等高等院校和职业技术学院的关心与厚爱，他们提出了许多宝贵的意见，在此表示感谢。在这三年多的时间里，高等工程教育改革取得了很大的进展，随着本科院校卓越工程师计划、CDIO教学模式改革的推广，他们也希望能够使用此书，但因为封面冠有“高等职业教育创新实践教材”的字样而无法使用。因此借这次再版的机会，将本教材纳入“工作导向创新实践教材”系列中，同时对教材中发现的一些问题进行修改和补充，以此答谢读者。 工作导向的概念不只是一个简单的概念游戏，而是包含了深刻的哲理。学习的目的，特别是对于未来想从事工程师职业的学生而言，不仅是学习某个专业的知识体系，而是要获得未来从事工程师职业的专业技能和胜任未来技术进步的学习技能。这些技能不是仅靠一到两个项目的实践就能获得的，而是应该从大学一入学就开始准备，经过反复的循序渐进和螺旋式上升的学习和实践过程而获得的。 工程师是为了解决问题，这种解决问题的能力只有从实践中才能获得。当然，单纯的实践也无法获得真正的能力，关键是如何从实践的经验和体会中，归纳出共性的知识，建立起知识体系，然后再将这些知识重新应用到新的实践当中去。这也是我们在未来实际工作中必须采取的学习和工作方法。因此，如何在大学三年或者四年中，掌握这种自我学习和提高的方法，是工程教育改革的根本目的。而相应的教材就是应该按照这种未来学习和工作的方法来编写。做到了这一点，才是真正实践了工作导向的哲学理念：实践、归纳、推理和再实践。 本书作为工作导向创新实践教材的第一本入门书，目的是通过基础机器人的制作与实践，让读者可以体验工程师的工作思路和工作方法，并同时掌握现代工程师所必备的一项基本技能——编程的基本思路和方法，了解微控制器的输入和输出接口特性。然后再利用后续教材重复同样的学习过程，通过类比和分析，就可以归纳出现代工程师编程的核心知识和技能。同时，因为对于同样的项目和课题，采用了不同的单片机和编程语言去实现，也让读者能够从中掌握和理解分析问题和解决问题的根本方法。与本教材配套的后续教材包括《C51单片机应用与C语言程序设计》（第2版）、《AVR单片机与小型机器人制作》、《智能传感器应用项目教程》等，目的是让读者在两年内就可以沿着这样一个系统的循序渐进的过程掌握工程师所需要的核心知识和技能，并胜任工作的需求。 对于未来想成为嵌入式系统开发工程师的学生而言，只有学习完单片机等课程并且能够很好掌握，才有可能进一步学习ARM、VC和Linux等高级嵌入式课程。无论是本科还是高职学生，这个规律都很难打破。通过两年多的努力，我们已经基本完成了从基础入门、到8位单片机AVR或者C51等基础嵌入式系统，再到ARM和DSP等高端嵌入式系统的系列化教材，让同学们可以从一个没有任何编程基础的学生循序渐进地成长为可以进行复杂嵌入式系统设计和开发的工程师，具体教材列表如表1所示。 表1 工作导向创新实践教材——嵌入式方向 教材类型 教材名称 基本教学课时 拓展空间 配套平台 基础入门 基础机器人制作与编程 40～50学时 各种传感器应用项目20个 BASIC编程控制的鸥鹏机器人套件 专业基础 C51单片机与小型机器人制作 50～70学时 各种传感器应用项目30个 C51/AVR控制的鸥鹏机器人套件，C语言编程 AVR单片机与小型机器人制作 专业课 智能传感器应用项目教程 50～70学时 各种智能传感器综合项目 C51/AVR控制的鸥鹏机器人套件，C语言编程 基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践 80～100学时 各种传感器应用项目30个 Coretex M3控制的鸥鹏机器人套件，C语言编程 基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器高级实践 策划中（带操作系统，采用VC等编程） 基于ARM嵌入式实时系统设计与实践 因为是工作导向，所以每套教材都必须配有相应的硬件设备方能达到最佳的教学效果。所有教材都使用同一个鸥鹏机器人套件对象，不同的只是教学板单片机和编程语言平台，这样做的原因除了前面提到的便于读者进行类比和分析以外，也是为了节约读者的成本支出，虽然这个支出在目前的商业社会中显得微不足道。对于一些拓展项目所需要用到的传感器等扩展器材，读者除了可以到鸥鹏科技的网站www.szopen.cn上搜寻外，还可以发挥自己的创造力去其他站点搜寻。 这次再版的教材结构和内容都没有太大的变化，只是增加了一章采用光敏电阻导航的内容。再版的教材基本上保留了原版的风格和特点，即 ① 寓教于乐，兴趣为先，采用机器人作为整本教材的项目实践内容，非常容易引起学生的兴趣和学习热情； ② 机器人对象采用伺服舵机作为控制与驱动电机，非常容易控制，便于老师和同学入门，并将重点放在时序和逻辑的控制，而不是电机的复杂控制原理； ③ 基础传感器等耗材采用非常便宜和易于获得的触觉、光敏和红外传感器，便于学校降低成本，普及项目教学； ④ 每讲最后都有工程素质和技能归纳，启发学生进行知识的归纳和系统化。 本教材再版之后，无论是高职院校还是大学本科都可以采用，具体的教学安排完全可以根据学校原有的教学计划，只是上课的方式要进行调整，不必再单独开设理论和实验课程，项目拓展课程可以根据每个学校的情况灵活设置，没有必要统一。 本书的再版，要特别感谢电子工业出版社的田领红编辑，同时还要感谢深圳市中科鸥鹏智能科技有限公司的钟梅，没有她们的共同努力，本书不可能如此迅速地再版。限于时间与水平，书中难免有不妥之处，敬请批评指正。 秦志强 2010年12月1日

目 录 第1讲 机器人大脑及编程软件的安装与使用 （1） 学习情境 （1） BASIC Stamp模块和教学板简介 （2） 任务1：获得软件 （2） 任务2：安装软件 （6） 任务3：硬件安装及系统测试 （9） 任务4：你的第一个程序 （13） 任务5：查询指令 （19） 任务6：介绍ASCII码 （21） 任务7：断开电源完成试验 （22） 工程素质和技能归纳 （23） 第2讲 机器人的伺服电机 （24） 学习情境 （24） 连续旋转伺服电机简介 （24） 任务1：将伺服电机连接到教学底板 （25） 任务2：伺服电机调零 （27） 任务3：如何保存数值和计数 （31） 任务4：测试伺服电机 （35） 工程素质和技能归纳 （42） 第3讲 机器人的组装和测试 （43） 学习情境 （43） 任务1：组装机器人 （43） 任务2：重新测试伺服电机 （48） 任务3：开始/复位指示电路和编程 （51） 任务4：用调试终端测试速度控制 （54） 工程素质和技能归纳 （59） 第4讲 机器人巡航 （60） 学习情境 （60） 任务1：基本巡航动作 （60） 任务2：基本巡航运动的调整 （65） 任务3：计算运动距离 （68） 任务4：匀变速运动 （70） 任务5：用子程序简化巡航运动程序 （73） 任务6：高级主题——在EEPROM中建立复杂运动 （79） 工程素质和技能归纳 （87） 第5讲 机器人触觉导航 （88） 学习情境 （88） 触觉导航 （88） 任务1：安装并测试机器人的胡须 （89） 任务2：现场测试胡须 （93） 任务3：胡须导航 （95） 任务4：机器人迷路时的人工智能决策 （99） 工程素质和技能归纳 （104） 第6讲 用光敏电阻进行导航 （105） 学习情境 （105） 光敏电阻介绍 （105） 任务1：搭建和测试光敏电阻电路 （105） 任务2：行走和躲避阴影 （109） 任务3：更易于响应阴影控制的机器人 （112） 任务4：从光敏电阻得到更多的信息 （114） 任务5：手电筒光束引导机器人 （118） 任务6：向光源移动 （124） 工程素质和技能归纳 （130） 第7讲 机器人红外线导航 （131） 学习情境 （131） 使用红外线发射和接收器件探测道路 （131） 任务1：搭建并测试IR发射和探测器电路 （132） 任务2：物体检测和红外干涉的实地测试 （135） 任务3：红外探测距离调整 （140） 任务4：探测和避开障碍物 （142） 任务5：提高红外导航程序性能 （145） 任务6：边沿探测器 （148） 工程素质和技能归纳 （153） 第8讲 机器人距离探测 （154） 学习情境 （154） 任务1：测试扫描频率 （154） 任务2：机器人尾随控制 （160） 任务3：跟踪条纹带 （166） 工程素质和技能归纳 （172） 附录A 本书所使用机器人部件清单 （173）

秦志强，深圳中科鸥鹏智能科技有限公司董事长，长期致力于教育机器人的教学和研发，著作丰富。工程教育改革的推动者。