Arduinotw talk

踏進互動科技使用Arduino之開發實務與社群

講者：林義翔、劉士達2011.12.9

CC-BY-SA

111年12月9日星期五

About Us

• National Central University Computer Science Ph.D. Student (被開除了)

• National Taipei University of Arts Master Tech-Art M.F.A

• Southern Taiwan University Master of Science

• Shu-Te University Bachelor of Science

• National Taiwan University Computer Science Ph.D. Student (不想唸了)

• National Taipei University of Arts Master of Tech-Art M.F.A

• Southern Taiwan University Bachelor of Science

林義翔 Sean 劉士達 Ken

2 @ph

oto

by C

Tim

e O

wen


OUTLINE

INTRODUCTION IMPLEMENTATION

• Open Source脈絡

• Copyright! Copyleft?!

• 10 years

• 相關學術、公司、創作團體

• 軟體＋硬體＋多媒體= 新媒體New Media

•互動技巧『Interactive』脈絡

• 繞世界⼀一圈

• Talk about Arduino

• Make a Project by 7-step

• Next decade year :Conclusion

3


OUTLINE




• 10 years








4


BEFORE WE START ….

#include <avr/io.h>void main(void){ DDRB=0xff; while(1){ … }}

STD Y+4,R1 STD Y+3,R1 RJMP PC+0x0015

© Copyright WIKIPEDIA Marcel Duchamp. Nude Descending a Staircase

5

©


6

©


6


越是開放；越有創意

6


越是開放；越有創意

6


2010-2011 20202000

timeline of decade year

7


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL

•1985 GNU 理查·馬修·斯托曼•1989 GNU/GPL

•Copyright!! •Copyleft!?

•1991 GNU/Linux

7


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et

c.

7


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et

c.軟體＋多媒體

•台灣多媒體競賽逐漸增多•中華電信加值競賽•3D•VR、AR•j2me

7


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et



兩兆雙星

2006兩兆雙星所謂的「兩兆」，係政府將「半導體」與「影像顯示」兩項產業的產值，各自突破新台幣1兆元之目標。「雙星」係指政府推動「數位內容」與「生物技術」兩項產業成為我國未來具發展潛力的兩項明星產業。

7


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et



兩兆雙星


Ope

n H

ardw

are

etc.

•2006•BasicStamp•BeagleBoard•Wii•Arduino

7


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et



兩兆雙星


Ope

n H

ardw

are

etc.


7


全球開放硬體運動發展趨勢關於

2010-2011 20202000

8


全球開放硬體運動發展趨勢關於Arduino

2010-2011 20202000

8


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et



兩兆雙星


Ope

n H

ardw

are

etc.


9


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et



兩兆雙星


Ope

n H

ardw

are

etc.


Ard

uino

.TW樂園成立

•2006•Arduino.TW樂園成立

9


台灣開放硬體運動關於ARDUINO

• 2008至今77萬瀏覽量

• 台灣

• 中國

• 美國

• 香港

• 義大利10


台灣開放硬體運動關於ARDUINO

Arduino.TW• 2008至今77萬瀏覽量

• 台灣

• 中國

• 美國

• 香港

• 義大利10


研究機構與展演單位• ACM SIGGRAPH [美國/亞洲]

• ISEA

• AEC Future Lab[奧地利]

• MIT Media LAB[美國]

• VC[荷蘭]

• MERL(Mitsubishi Electric Research Lab)

• Microsoft Research

• Surface、Kinect

• ARS Electronica

• ZKM


國內外互動技術公司與工作室

• 國外

• A R T + C O M [ 德國 ]

• L i g h t S p a c e

• a m b i e n t

• c a t c h y o o [ 日本 ]

• m o n g o o s e [ 日本 ]

• N a t u r a l I n t e r a c t i o n

• 國內

• 天工開物

• 青鳥

• 故事巢

• 帝凱科技

• 豪華朗機工


國內互動技術學術研究單位

•台北藝術大學藝術與科技研究中心

•台灣大學多媒體與網路研究所

•台北數位藝術中心

•工研院

•資策會


2010-2011 20202000


GN

U/G

PL



•1991 GNU/Linux

Ope

n So

ftwar

e et



兩兆雙星


Ope

n H

ardw

are

etc.


Ard

uino

.TW樂園成立

•2006•Arduino.TW樂園成立

14


軟體＋硬體＋多媒體= 新媒體NEW MEDIA

2010-2011 20202000


OUTLINE




• 10 years








16


互動技巧脈絡

• 互動牆• 互動桌子• 互動地板


最早的互動牆• Myron Krueger(1983)

• Artificial Reality

• Video Place

18

http://www.youtube.com/watch?v=dqZyZrN3Pl0




Video Place

19

http://www.youtube.com/watch?v=WAA9uYxgSbg




互動牆

20

http://www.youtube.com/watch?v=GfoqiyB1ndE




互動桌

21

http://www.youtube.com/watch?v=EiS-W9aeG0s




互動地板

22http://www.youtube.com/watch?v=dOlExwZIHVo


http://www.youtube.com/watch?v=dOlExwZIHVo

http://www.youtube.com/watch?v=dOlExwZIHVo

Reactable

23

http://www.youtube.com/watch?v=0h-RhyopUmc




LightRoller

24

http://www.youtube.com/watch?v=-9N1gHle9v0


http://www.youtube.com/watch?v=9AjZHt3T7RM

http://www.youtube.com/watch?v=9AjZHt3T7RM

Bouncing Star

25

http://gizmodo.com/5036158/bouncing-star-glowing-smart-ball-ushers-in-the-tron-age-of-sports




互動介面技術

• 軟體面• 透或影像辨識的互動介面(互動桌、互動牆、互動地板)

• 用投影的方式呈現畫面，非接觸性的與畫面互動• 硬體面• 透過感測器(溫度、濕度、光線、動作、加速度、壓力、繞曲、方向、距離、磁場等等)

• 無線傳輸、有線傳輸• 接觸或非接觸、直接或間接

26


近年流行的互動技巧

• 3D Projection Mapping

• Building Projection Interactive

• Kinect Art

• Interactive Art Installation

• Mobile Devices Interactive

27


3D Projection Mapping

28

http://www.youtube.com/watch?v=czQDyHe4fKw




Building Projection Interactive

29

http://www.youtube.com/watch?v=bGJSEEx2pXc




Kinect Art

30

http://www.youtube.com/watch?v=iFC7qG_3Tdg




Interactive Art Installation

31

http://www.random-international.com/you-fade-to-light-milan-2009/




Mobile Devices Interactive

32

http://www.ted.com/talks/marco_tempest_the_magic_of_truth_and_lies_on_ipods.html




OUTLINE




• 10 years








33


ARDUINO

@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch 2

011


@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch

Daniela AntoniettiCFO

Massimo BanziCEO/Product Manager

Professor at SUPSI and CIID Copehagen

David CuartiellesEducation /WEB Services

Professor at K3 University of Malmo

Tom IgoeDocumentation

Professor at ITP, New York University

Gianluca MartinoHardware Design, Mfg and Distrivution

David A. MellisSoftware

PHd Student at MIT Media Lab


@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


@from Open Source Hardware Summit Speech 20114011年12月9日星期五

認識Arduino與全球開放硬體運動發展現況

• Processing.org

• Wiring.org.co

• Arduino.cc

41 @fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


Processing.org

• 起源於2001年

• 以Java程式語言為基礎的視覺藝術軟體

• OpenSource

• MIT Media Lab

• Windows、Mac OS、Linux

• Coding is Art

42


43


44

Processing Visuals

http://www.youtube.com/watch?v=AQr0tIQy9CI




Wiring.org.co• 起源於2003年

• Arduino的前身

• 首創OpenSource電路原型開發平台

• 使用Processing IDE作為程式開發環境

• 公開bootloader、電路設計、編譯器、燒錄器軟體、IDE介面原始碼、眾多感測器連接範例

• 獨立的網址、Logo、包裝、鮮明的視覺設計、論壇、展覽記錄

45


46


47


Lego Hello World

48

http://www.youtube.com/watch?v=zX09WnGU6ZY




Arduino.cc

• 創立於2004年

• 結合Processing與Wiring的優點，採用更便宜的架構

• 當時的主要對手為BasicStamp

• 採用Atmel AVR的相關OpenSource軟體

• 簡單使用、零件成本便宜、上手速度快、討論區完整、容易複製

• 眾多的應用範例與Libraries

49


50


Arduino社群形成• AVR Freaks 大量的DIY玩家討論AVR

• Avrdude , avrgcc, avr-g++, Java 開源軟體為基礎

• Arduino 軟硬體完全開放，不留任何機密

• MakeMagaize, Instructables.com DIY教學網站大量分享應用範例，破解心得

• Sparkfun.com, seeedstudio.com, adafruit.com 提供完整的DIY套件、零件、電路板、模組、擴充板，甚至提供範例程式碼、教學

51


AVR Freaks

• 眾多AVR DIY玩家資訊匯集地

• 唯⼀一獲得原廠支援的論壇• 提供破解、複製教學資料• 販賣各式AVR工具

• 加入完全免費

52


Make:Magaize

• DIY月刊/線上討論/教學/影片

• 每期都有電子DIY的專題報導

• 專案製作教學與材料販賣相連

• 提供高畫質教學影片

• 熱絡的DIY討論區

• 定期舉辦工作坊

• 年度DIY創意競賽

• 目前有中文版發行

53


Instructables.com• DIY製作分享平台

• 會員可下載完整製作過程與材料清單[pdf]

• DIY範圍廣：美食、生活、戶外、科技、玩樂

• 適合樂於分享創意的作者

• 上萬篇DIY創意

• 分類清楚

• 入會兩年只需$40美元

• Arduino應用範例相當多[600多以上]

54


Sparkfun.com

• 最完整的DIY套件、模組、開發板、零件販賣商

• 套件、模組都有相關教學、範例程式碼

• 自行研發DIY模組與PCB板設計

• 每項產品都有豐富的討論串

• 發貨速度快，配合國際貨運最快2天到貨

• 即時上架最新的開發模組

• 可販賣自行研發的套件，需附上電路設計圖與範例程式碼

55


Seeedstudio.com

• Hacker最愛，最多的特殊模組套件

• Arduino延伸版本匯集地

• 眾多的擴充板套件• 自行研發的PCB板設計

• 機器人套件較多• 可代為設計電路原型

56


adafruit.com

• 以OpenSource Hardware為主的套件與元件銷售

• 自行設計Open Source Hardware擴充板

• 豐富的教學與影片• 價格最為合理便宜• 工作坊教學套件居多

57


Arduino書籍• 目前原文書籍共計25本左右

• 中文書籍共計3本(1本明年2月推出)

• 入門：Getting Started with Arduino/踏進互動科技世界-使用Arduino

• 範例：Making Things Talk

• 秘技：Arduino CookBook

• 核心：Arduino Internals 或Introduction to Embedded Systems: Using ANSI C and Arduino Development Environment

58

• 無線：Building Wireless Sensor Networks/ 中文版明年推出

• 機器人：Make:Arduino Bots and Gadgets

• 語法：Beginning Ardino Programming

• ADK：Beginning Android ADK with Arduino [2012/3/26]

• iOS：iOS Sensor Apps with Arduino

• 互動概念：Programming Interactivity


PCB Layout軟體• PCB Layout難度降低，DIY玩家自行複製容易

• Protel 99 SE / Altium Designer 10

• Eagle PCB Design 初學者免費首選

• PADS PCB Design

• OrCAD

• AutoCAD


Eagle PCB• 跨平台：Windows、Mac OS、Linux

• 設計10cm x 15cm 以內免費使用

• 元件豐富、可自定元件• Sparkfun, Seeedstudio, adafruit所設計的模組與Footprint皆公開於網路上

• 容易上手

60

參考網址：http://www.cadsoftusa.com


http://www.cadsoftusa.com

http://www.cadsoftusa.com

其他開放硬體平台

• TI

• BeagleBoard[OMAP 3530]

• PandaBoard[OMAP4430]

• LaunchPad[MSP430Gxxxx]

• eZ430 [cc430F6137]

• Atmel - ARM7 - Netduino [AT91SAM7512][.Net Micro Framework]

• Parallax - BasicStamp

• Cypress PSoC - Gainer.cc

• LatticeMico32 - Milkymist

• Microchip - jaluino[PIC18F4550]

• Freescale - Chumby hackerBoard[iMax.233]

• NXP - BlueBoard[LPC1768]

• XMOS - XS1-L1-64

• Renesas - SuperH Linux[SH7724]

61


BeagleBoard

• $89~$149

• 32Bit ARM Cortex-A8

• Linux, Android系統

• 原廠支援• 應用範例尚可• 不易複製

62

http://beagleboard.org/




Panda Board

• $174

• 32bit ARM Cortex A9 雙核心

• Linux, Android 4.0系統

• 多媒體功能完整• 效能最好• 應用範例少

63

http://pandaboard.org/


http://pandaboard.org

http://pandaboard.org

LaunchPad• $4.3 入手價格便宜，幾乎成本價

• 16bit MSP430

• IC 可取自TI樣品，初期實驗不需花費太多

• 使用原廠IDE軟體開發有容量限制(CCS 16K以內)(IAR 4Kb以內)

• C語言

• 跨平台開發困難

64

http://processors.wiki.ti.com/index.php/MSP430_LaunchPad_%28MSP-EXP430G2%29




BasicStamp• $29~$79

• 模組化核心，對應腳位即可與感測器連接

• 範例程式豐富

• 開發軟體免費，依照模組型號大小限定

• Basic語言

• 僅於Windows平台，其他平台非官方支援

65

http://www.parallax.com/


http://www.parallax.com

http://www.parallax.com

Netduino• $34.95

• 依據Arduino模式延伸出來的開發板

• ATMEL ARM7

• .NET Micro Frameworks

• 僅於Windows平台

• Microsoft Visual C#

Express 2010

66

http://netduino.com/


http://netduino.com

http://netduino.com

Gainer• 現已停產

• 可直接與Flash, Max/Msp, Processing連接

• 無IDE開發環境，直接使用官方範例

• SoC晶片

• 過去在日本國內較流行

67

http://gainer.cc/


http://gainer.cc

http://gainer.cc

jaluino

• 可自行設計電路, 無官方開發板

• 8bit Microchip PIC18F系列

• Jal專用開發程式

• 範例少

• Jalv2語言(Just Another Jal Website)

68

http://jaluino.org/category/jaluino-medium




其他開放硬體平台差異

69

Linux Android C語言簡化特殊

32位元beagleBoardpanadaBoard

SuperHhackerBoard

beagleBoardpanadaBoard

beagleBoardpanadaBoardBlueBoardNetduino

Netduino

16位元 LaunchPadeZ430

8位元 ArduinoJaluino

Arduino Jaluino

其他 Milkymist XMOS GainerBasicStamp

Gainer


如何成為開放硬體平台必要元素

• 創新的專案名稱

• 開放原始碼的開發環境軟體(IDE), 跨平台

• 編譯軟體、燒錄軟體、debugTool(部分開放)

• 公開的設計圖、電路圖、材料、佈線圖等等

• 開放原始碼的韌體(bootloader)、範例程式

• 獨立網址, 網站, 論壇, blog, 完整教學

• 漂亮的包裝, Logo, 視覺形象, 吉祥物...等

70

ken solo


開放硬體平台非必要元素

• 入門手冊 or 書籍(初期以網路資料，但最好有Getting Started )

• 討論如何破解或加強功能的論壇• 展覽記錄或應用範例• 以英文語言為主, 其他語言為輔

• 容易購買的管道, 至少網路上可以預購或快速取貨, 玩家們的耐心不超過48小時

71


BUILD A ARDUINO PROJECT BY 7-STEP • Choose your MCU

• MCU & Chip

• Pickup Sensors

• Coding in your way

• Integrate with 3rd software

• PCB Layout

• Combine multi material@picture form http://arduino.cc


MOODTAILM

ood

Tail

by曾煒傑


I want to do ....

, and I have....Mood Tail by曾煒傑

INTEGRATION STEP/0 - IDEA


• ATMEL 8bit AVR XMEGA

• Mucrochip - pic

• MAXIM

INTEGRATION STEP/1 - PICK MCU


• The most important thing when you got a chip

• How to identify chip ?

• Figure out function with chip id ?

INTEGRATION STEP/2 - CHIP


INTEGRATION STEP/3 - SENSORS

• What u See, Touch and Feel

• Accelerometers、Biometrics 、Capacitive 、Flex 、Infrared 、Light / Color 、Magneto 、Radiation / Sonar 、Temperature 、Weather


INTEGRATION STEP/4 - CODING


CONT. STEP/4 - CODING

#define LED 13void setup() { pinMode(LED, OUTPUT );}void loop() { //put ur action here.}

#include <avr/io.h>void main(void){DDRB=0xff;while(1){ PORTB=0xff; led<<=1; if(led>0xf0) led=0x1;

STD Y+4,R1 STD Y+3,R1 RJMP PC+0x0015

:1002A000FF1FE05DFF4FA591B491662329F48C9167:1002B000909589238C9308958C91892B8C93089524:0402C000F894FFCFE0:0202C4000D002B:00000001FF


• Adobe Flash、VVVV、MAX/MSP、Java、C、Virtools、OpenCV、OpenFramework

• Any others software that can communicate with Serial data

INTEGRATION STEP/5 - SENSORS


• Eagle PCB

• The Light Edition can be used for free!

INTEGRATION STEP/6 - PCB LAYOUT


•製作互動裝置就像烹調美食，需要很多元素相互配合才能完成。首先需要尋找好的材料，我們時常在台北地區的延平北路(化工原料)、太原路(塑料五金)、興城街(金屬加工、軸承、電機)與光華商場(電子元件)等處尋找；有時也需要至國外尋找(MAXIM、Microchip、SparkFun)，這些晶片大廠都提供免費樣品測試，小量的樣品供初期測試使用已經非常足夠。

•接著，需要⼀一本易懂導讀的創意食譜將原料適性地組合在⼀一起。

INTEGRATION STEP/7 - COMBINATION


Arduino Author

• Massimo Banzi

83


Arduino Author

• Tom Igoe

84


Arduino Feature• Source電路圖設計 + 程式開發介面

• 免費下載，也可依需求自己修改!!

• Arduino 可使用ISCP線上燒入器，自我將新的IC晶片燒入bootloader

• 可依據官方電路圖，簡化Arduino模組，完成獨立運作的微處理控制

• 可簡單地與感測器，各式各樣的電子元件連接(EX：紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達,…等)

• 支援多樣的互動程式 ex: Flash,Max/Msp,VVVV,PD,C,Processing…等

• 使用低價格的微處理控制器(ATMEGA8/168/328) NT$120~NT$180

• USB介面，不需外接電源。另外有提供9VDC輸入

• 應用方面，利用Arduino，突破以往只能使用滑鼠，鍵盤，CCD等輸入的裝置的互動內容，可以更簡單地達成單人或多人遊戲互動

85


Arduino Board

86

$29.5


Arduino specification• Digital I/O 數位式輸入/輸出端共 1~13

• Analog I/O 類比式輸入/輸出端共 0~5

• 支援USB接頭傳輸資料及供電(不需額外電源)

• 支援ICSP線上燒錄功能

• 支援TX/RX端子

• 支援AREF端子

• 支援3~6組PWM端子

• 輸入電壓：接上USB時無須供電，5V~12V DC輸入

• 輸出電壓：5V DC輸出

• 採用Atmel Atmega8/168/328 單晶片

• 尺寸：寬70mm X 高54mm

87


88

Arduino UNO

Arduino Pro Mini

33mm x 18mm


89

Arduino MEGA 2560

ArduinoBT


90

Arduino FIO

LilyPad


Arduino Software

• Last Version: Arduino 1.0

• Windows

• Xp, vista32/64, win7

• Mac

• PPC, intel (MAC OS 10.7 Lion)

• Linux

• 32/64bit

91


Arduino Code

92

int ledPin = 13;

void setup(){ pinMode(ledPin, OUTPUT); 設定腳位輸出狀態}void loop(){ digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(ledPin, LOW); 設定PIN13腳位為低電位 = 0V 滅!! delay(1000); 延遲}


Select Board

93


Select Port

94


UPLOAD

• 按下軟體上面的Upload to I/O Board ，等待幾秒鍾，板子上面的RX/TX燈號會連續閃爍，等閃爍之後，軟體上面的下面會出現:

95


Complete

96

綠色燈會閃爍


Potentiometer

• 讀取可變電阻的分壓大小

97


Code

98

int potPin = 0; // 宣告類比腳位輸入的PIN腳int val = 0; // 宣告變數Val = 0

void setup() { Serial.begin(9600); //設定SerialPort的速度9600 = 9600bit/s}void loop() { val = analogRead(potPin); // 用analogRead()這個函式讀取特定腳位的數值到變數 Serial.print(val); //印出數值在Serial.Monitor delay(150); //延遲讀入的時間為150ms}


99


100

DEMO

Arduino的可能


101


102

@ from DECADE http://decade.tw/

帝凱科技 - DECADE.tw


http://www.nilsvoelker.com


103

http://www.nilsvoelker.com/

ONE HUNDRED AND EIGHT




@ from ART+COM BMW Museum

104


105

Mobility

http://www.artcom.de/projekte/projekt/detail/mobility/




106

http://www.youtube.com/watch?v=0X-hPEZWWo8

An e-mail counting T-shirt




Arduino + Android

107@fro

m O

pen

Sour

ce H

ardw

are

Sum

mit

Spee

ch


Arduino & Android

108

＠fr

om h

ttp:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=

0X-h

PEZ

WW

o8




OUTLINE




• 10 years







• Next decade: Conclusion

109


WHATWE DO NEXT DECADE YEAR

110

2010-2011 20202000


WHATWE DO NEXT DECADE YEAR ?

110

2010-2011 20202000


111

•Sensor Server•Arduino.tw with EEML

•Wi-Fi >>> Li-Fi•WSN: Many to One•expired board

我們不是盲目的開放，保護自己智慧。其實對企業與商業的應用，收錢是合理的。

WHATWE DO

NEXT DECADE YEAR

2010-2011 2020


Sensor Server

2010-2011 2020WHAT

WE DO NEXT DECADE

YEAR@

pic from pachube

Arduino.tw with EEML11211年12月9日星期五

2010-2011 2020WHAT

WE DO NEXT DECADE

YEAR


Li-Fi

2010-2011 2020WHAT

WE DO NEXT DECADE

YEAR


過期

@picture from

yakult.com.tw

2010-2011 2020WHAT

WE DO NEXT DECADE

YEAR


過期養樂多電路板

@picture from

yakult.com.tw

2010-2011 2020WHAT

WE DO NEXT DECADE

YEAR


116


116


116


越有創意；越需要保護

116


Arduino互動科技之開發實務與社群參與

林義翔、劉士達[email protected]@arduino.tw

http://arduino.twhttp://decade.tw

Thank you

special thanks :

117


mailto:[email protected]











Thank you

special thanks :

117










118


118

one more thing....


118

one more thing....


118

one more thing....


118

one more thing....


118

one more thing....


118

one more thing....





Thank you again

special thanks :

119













Thank you again

special thanks :

119










Documents

Arduinotw talk