开源硬件DIY：创客实践指南 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内容简介

　　这是*一本指导设计和制造开源硬件全过程的动手指南。广泛的行业人物通过在DIY、制造商和硬件骇客项目上的丰富经验，分享了经过实际检验的方法，来进行设计、重新组合、制造、生产、故障排除、许可、记录和开展开源硬件业务。

目录

前言
致谢
作者简介
第一部分　开源硬件理论
第1章　开源硬件运动的历史 2
1.1　第一批项目、组织及其定义 3
1.2　TAPR OHL 4
1.3　OHANDA 5
1.4　OSHW的定义、峰会和图标 5
1.5　CERN OHL 7
1.6　开放硬件与开源硬件的区别 7
1.7　OSHWA的创立 8
1.8　参考文献 9
第2章　开源硬件的定义和最佳实践 11
2.1　开源硬件的定义 11
2.2　最佳实践 14
2.3　总结 26
第3章　开源硬件许可 27
3.1　专利许可 27
3.2　OSHW框架下的开放许可 28
3.3　版权、专利和商标：你可以许可的权利 29
3.4　实际许可版权、专利和商标 32
3.5　现在该做什么 35
3.6　总结 36
3.7　资源 36
第4章　开源硬件的标准化 38
4.1　稳固软的部分：让软件更加可靠 39
4.2　软化硬的部分：更灵活地制作硬件 42
4.3　其他标准和规范 44
4.4　总结 45
第二部分　动手
第5章　设计的流程：如何从零开始做出产品 48
5.1　项目的阶段性 49
5.2　精制设计迭代和产品 51
5.3　设定工作流程 52
5.4　管理频繁的迭代过程 54
5.5　每个大型计划都有退出策略 54
5.6　准备生产 55
5.7　总结 55
5.8　资源 56
第6章　制作衍生产品 57
6.1　衍生工具和开源硬件 57
6.2　Blinky Buildings项目 61
6.3　总结 72
第7章　修改Arduino的形态 74
7.1　Arduino衍生品的形态 75
7.2　动手之前 76
7.3　决定电路板轮廓 77
7.4　在Eagle工具中对Arduino衍生板进行置板 80
7.5　生产电路板 82
7.6　总结 83
7.7　资源 83
第8章　混合3D打印 84
8.1　桌面3D打印机的黎明 84
8.2　3D打印技术的开放硬件设计 87
8.3　接下来的几步 95
8.4　总结 97
8.5　资源 97
第9章　可穿戴设备 98
9.1　可穿戴设备的历史 98
9.2　传导性织物 103
9.3　可缝制的微控制器和零部件 104
9.4　EL 电线／磁带／嵌板 105
9.5　工具和技巧 106
9.6　管理预期 111
9.7　可穿戴设备的未来 111
9.8　总结 112
9.9　资源 112
第10章　物理材料 114
10.1　信息共享的集中式在线中心 114
10.2　带给设计师和客户的好处 115
10.3　灵活地定义开源硬件以适应其他混合多种制造类型的物理实体和产品 115
10.4　产品和行业的范围 118
10.5　总结 133
第三部分　生产要素
第11章　数字时代的个人化生产 136
11.1　个人制造、流程、零件和材料 137
11.2　案例分析 140
11.3　未来的问题 146
11.4　总结 147
第12章　从创造到制造的加速 148
12.1　选择制造合作方 149
12.2　SparkFun电子是如何扩大规模的 150
12.3　套件组装 154
12.4　可制造性设计 154
12.5　设备选型和实施 157
12.6　供应链/采购 161
12.7　资源规划和调度 162
12.8　测试和质量控制 164
12.9　开源的未来，小规模制造 166
12.10　总结 170
第13章　解决从设计到制造的问题 171
13.1　可制造性设计 172
13.2　选择制造商 178
13.3　制造切换 179
13.4　真实场景下会发生哪些错误 182
13.5　质量控制 184
13.6　创意修复 185
13.7　总结 187
第14章　硬件文档的分类 189
14.1　README文档 190
14.2　产品网页 191
14.3　硬件源文件 194
14.4　展现每个零部件：物料清单 194
14.5　教程 195
14.6　创建社群 198
14.7　总结 199
14.8　资源 199
第15章　商业 200
15.1　一个自然的商业模式 200
15.2　品牌 201
15.3　开源硬件和开放式设计的商业模式矩阵 202
15.4　总结 216
第16章　在学术界创建开源硬件 217
16.1　象牙塔生活：概述 218
16.2　开源硬件应用于学术界的好处 219
16.3　提高知名度、被引频次和公共关系 224
16.4　增加资金支持和招生的机会 225
16.5　良性循环 227
16.6　开源硬件教学和服务 228
16.7　总结 233
16.8　参考文献 233
结束语 236
附录A　开源硬件清单 240
附录B　开源硬件的安全守则 242
附录C　设计过程清单 245
附录D　面向制造的设计清单 247
附录E　Mach 30的文档基本规则 251
附录F　Blinky Buildings源文件 254
词汇表 262

前言/序言

　　本书是一本写给开源硬件用户和创客（maker）的作品集，旨在帮助那些对产品开发有兴趣的爱好者。本书通过边学边做的方式来为开发和制造开源硬件提供指导。尽管市面上已经有了不少专注于开源硬件某一特定领域的书籍，但是仍然缺少一本介绍开源硬件社区以及如何一步步设计和制造一款开源硬件产品的书。现在已经有很多“自己动手”（Do it yourself, DIY）的项目，但是自己动手和创客运动正在迈向一个新的台阶：进一步扩大生产规模，并把“项目”升级到“产品”的水平。如果你已经在破解（hacking）一些硬件产品，打算生产更多的产品出来，并在你自己的网站上进行开源销售，本书就是为你而写的。
　　本书涵盖了开源硬件的理论知识，以及制造一款开源硬件的实践指南和必要方案。本书试图提供一套从开发到制造的整体解决方案，同时阐述这一过程中不同阶段的好处、标准以及激励措施。本书包含了从初级到中级阶段的技术概念，并有一个可以分开购买的开源硬件套件来做配套练习。
　　本书的目标读者包括多个领域：所有对制造开源硬件感兴趣的人，在寻找相关理论、标准和上手指南的人；对DIY和创客运动感兴趣，但仍然需要某些关于“如何制造、归档，并考虑许可授权、制造、销售开源硬件”建议的个人或公司也能从本书受益。
　　顺便提一下，我没有选择自发行的方式来出版本书也有几个原因。最主要的原因是，如果没有出版商邀请我来针对这一主题写本书，我根本就不会有写这本书的想法。我的出版商在开源硬件界也小有名气，并且出版了一些尊重开源许可的书籍。所以本书也是部分开源的！部分章节遵从知识共享（Creative Commons）许可。
　　什么是开源硬件开源硬件（Open Source Hardware）—有时简写成OSH或者OSHW—指的是其源代码开放的硬件，任何人都可以拿来使用，重新制造、重新设计以及重新销售。开源硬件运动，就像DIY运动和创客运动那样，并不是一个新概念，而是一种传统方式的复苏，只不过这里的主角是现代化制造。现代化制造可以廉价且高效地生产出硬件产品，因此创造出一种消费者文化，而不仅仅是DIY文化。在过去十年里，制造和修理东西的风气正在慢慢复苏。
　　开源硬件重视分享、透明以及工作的传承，他人可以使用和制造你的硬件，或者在项目中采用你的部分或全部硬件设计方案。随着技术变得越来越不透明，人们很难搞清楚事物是如何工作的，那么硬件的透明性就变得愈发重要。随着复杂性的增加，设计也变得更加难以辨别。而开源硬件提供了一种物理形式上的信息自由。硬件的信息自由意味着，源文件可以获得并容易得到，从而可以重新制造出来。源文件可能包括电路图、原理图、代码和装配指南等。
　　开源硬件也有一些限制，它不同于公共领域的作品可以拥有全部的自由。在我们写开源硬件定义的时候，一位知名的法律人士Wendy Seltzer提醒我们说，我们给硬件所增加的任何限制都会使它变得更加封闭。最基本的开源硬件的限制实际上是很简单的：只要硬件开放了源代码和提供所属权，任何人都有权利来重新修改、重新制造和重新销售这些产品。
　　开源硬件运动的成熟如果带着“关于开源硬件的方方面面都已经解决了，因此我们需要一本指南来参考”的观点来写本书，是不负责任的。提出“开源硬件”定义的社区甚至支持把开源硬件的精神看做是简简单单地给你的硬件贴上开源代码的标签。这种开放式的情绪表现了这次运动的不成熟性，并且也接受未来形式和定义会发生改变的可能性。
　　例如，在开源硬件领域里还出现了很多灰色地带，像所谓的开放性并没有拓展到硬件的所有层面。从原材料到产品的加工过程并没有开放，因为我们大部分的人并不知道电路板里的铜是从哪里来的。再比如，很多硬件用到的软件程序也并没有开源。甚至硬件的组成单元，如芯片，也是闭源的。我很高兴地宣布，在写这本书的时候，Parallax公司推出而一款开源硅（open source silicon）。这是开源硬件领域发展过程中的很大一步。如你所见，在之前的例子里，社区停止了要求全部开源的努力，也是因为考虑到需要接受部分限制的存在。开源硬件是一场不断发展的运动，随着更多开放性的引入，它也在不断发生改变。本书的作者希望呈现的是当前开源硬件的可用性，以及面临的挑战。
　　开源硬件社区开源硬件社区由很多不同背景和不同行业的人所组成。我们最近所做的一份OSHWA（Open Source Hardware Association，开源硬件协会）调查发现，开源硬件社区有来自超过45种岗位的人，从工程师到记者。尽管开源硬件社区一开始是在电子工业领域活跃起来的，但是开源硬件现在也逐渐进入到了其他行业。
　　Arduino是开源硬件界第一个获得大规模成功的项目。它是Ivrea研究所的团队制造出来的，也是基于Wiring的硬件框架和Processing的集成开发环境（IDE）所产生的衍生产品。社区围绕着Arduino成长着，并迅速成为开源社区的一个永久特点。我们一开始能看到基于Arduino元件级别的修改，以及大量拆开的板子和电子套件，到现在我们也能看到开源工具方面的进展—例如，激光切割机、线锯、3D打印机。在3D打印领域，Makerbot（之前开源）的成功就归功于它是一个开源硬件，并且是基于RepRap社区发展起来的，这个社区在过去的十年里一直活跃在开源硬件领域。不少其他行业，比如生态学、自组装生物（例如制作聚合酶链式反应的装置）、汽车设计、灾后重建等，都加入了开源硬件社区。本书第10章提供了一个更完整的已经开放了物理和材料的行业清单。（由于销售开源硬件的公司获得成功的越来越多），这场开源硬件运动正在迅速成形。
　　与此同时，美国也出现了大量的黑客空间（Hackerspace）。黑客空间（也称为创客空间，makerspace）是那些以非传统方式来实践艺术、技术和科学创新的人的聚集地。黑客空间专注于共享空间、共享工具和共享知识。许多黑客空间也会开课或向公众开放黑客之夜（hack night），让大家学习各种不同的技能。过去十年间，随着越来越多的人专注于创建自己的项目，重用资源和自己维修物件，DIY运动也逐渐加快了脚步。这些趋势都共同推进了开源硬件社区的成长。
　　开源硬件社区也是一个全球化的社区。根据开源硬件协会2012和2013年提供的调查统计数据，开源硬件项目已经在79个国家开展起来。由于这个调查只以英语进行，因此这个数字极有可能被低估了。如此广泛传播的一场全球性运动却由于各国关于开源项目的法规有差异而面临挑战。而且由于文化差异，我们也时常不能充分理解彼此。这些概念有时候在开源硬件社区流传，以至于人们常常忘了开源硬件本意也包含了直接复制。在美国和一些欧洲文化中深植了200多年的专利系统让我们如此执著于我们的观点，甚至忘了所谓专利体系原本就没什么“生来就该”之类的事情。知识产权之所以存在是因为我们人为地创立了统治结构。开源硬件社区的宗旨是欢迎不同类型的人们，无论他们来自于什么文化背景，是什么人种或性别，技能有多娴熟（比如，是初学者还是制造大师）。所以在开源硬件社区里对其他国家分享实践的做法偏执于一己之见是不妥当的。
　　未来如果我们要成为一个开放包容的社区，每年的开放硬件峰会都要执行反性骚扰政策，这是来源于Ada Initiative的政策。2012年的调查报告显示，在开源硬件社区里只有4%的女性。这一反性骚扰政策以及针对女性的会议差旅补贴都是为了鼓励更多女性加入开源硬件社区。
　　开源软件开源硬件的历史紧紧跟随着开源软件的历史发展足迹。开源软件运动已经家喻户晓，不仅在软件开发者中流行，还被大众广泛接受。开源软件的历史比开源硬件还早二三十年，所以开源硬件运动的推广在很大程度上可以吸取开源软件运动的教训。比如开源硬件参考了开源软件的历史经验，构建其在非营利组织和公司中的管理结构，并像开源软件那样提供不同的实施方案。
　　由于开源软件的授权出口在硬件，因此针对软件和针对硬件的差异就非常明显了。尽管开源软件和开源硬件背后的精神类似，但毕竟硬件和软件差异巨大，一些关键区别就在与原子而不是字节打交道的过程中形成。开源硬件和开源软件的关键差别在于关于专利和著作权、物理资源、创造复制品和分销渠道的法律方面的差别。当然也有其他差异。法律将硬件与软件差别化了，硬件由专利保护而软件由著作权保护。在软件的领域，资源更多的是人和服务器，而买卖硬件的概念很宽泛，包含一些具体材料，比如铜、硅或ABS塑料。在硬件领域，复制和创造一件物品通常需要一些特殊机器，这些机器可能价格高昂，普通消费者买不起。这种差异就有点像软件发展的早期普通用户不太可能拥有一台计算机（或一台有足够空间和运转速度的计算机）一样。分销硬件也意味着运输，这就更增加了以硬件为基础的企业（无论是开源还是不开源）的额外成本。与此对应的是，开源软件却容易通过互联网来进行复制和传播，而且成本低廉，它们通常是利用存储库（repository）进行的。
　　开源硬件协会是什么2012年，根据501（c）3法而新设立的非营利性开源硬件协会诞生了，该协会决定承担起拥护、教育和联合业界资源以推动开源硬件运动的重任。开源硬件协会旨在为开源硬件社区发声，以保证人人都有机会接触开源的技术知识，并鼓励服务于教育、环保和人类福祉的技术发展的合作。开源硬件协会的设立主要是为了作为保护性组织指导硬件社区的工作，包括为开放硬件峰会筹款。独立于任何一家营利性企业而解决开支问题并统筹资源的必要性是显而易见的。这场开源硬件运动是由许多人领导的，他们应当被颂扬。本书第1章就介绍了开源硬件协会的历史。
　　自从开源硬件协会设立以来，它就发挥着支持开源硬件社区的功能。随着社区的发展，这些功能也在发生变化。未来几年反映开源硬件协会使命的项目对其至关重要。该机构目前还靠捐款和会员费维持日常运转。因为本书的写作离不开众多支持开源硬件的社区成员们的帮助，所以本书的销售收入将归开源硬件协会所有。
　　本书的结构我参与开源硬件社区的事务已经多年，通过开放硬件峰会主席和开源硬件协会主席这两个角色，来为社区贡献力量。作为我经历的记录，本书希望针对开源硬件最常见的问题和困惑提供有价值的答复。整个开源硬件社区也在从服务于单一目的向服务于统一目标并创建新企业转移，这两个方向包含了完全不同的两类问题。自己组装产品这件事已经在许多印刷品或网上都提及过。事实上，许多指南、教科书、博客和文章中都有这样的例子。而本书旨在开源的基础上概述整个产品建设的过程，关于这一点目前还鲜有资料涉及。本书作为实用性资源，由三部分组成。
　　第一部分包括关于开源硬件的“是什么”（what）和“为什么”（why）。开源硬件带来了什么？为什么它会是这样的？授权的结构意味着什么？我们什么时候和为什么要使用这些授权？未来我们期待使用哪些类型的标准？为什么这些标准很重要？第一部分将对这些问题进行回答。
　　第二部分和第三部分是关于开源硬件“怎么做”（how）的。其中第二部分的每一章都从不同角度讨论了如何利用开源硬件来做产品，包括设计过程、制作各类衍生产品、3D打印、制作可穿戴产品，以及针对不同的材料寻找开源文件。第三部分一步步介绍制造环节的流程，包括如何使用不同的方法以不同规模生产产品。制造包含许多不同的方面，不仅仅指生产，所以本部分也包括文件存档记录、设立公司，以及制造研究和教学领域应用的开放式实验室设备。
　　当然本书也不必从头至尾细细阅读。你当然可以根据个人的具体需要而略过某些片段和章节。如果你以研究开源硬件理论为目的，那可能需要从头开始阅读，包括第一部分里的理论章节。第1章是与第2章的“怎么做”和“为什么”紧紧相连的。如果要直接进入操作部分，就从第二部分开始吧。从这里开始创建和修改开源硬件，并找到可以这样做的一些办法。第二部分是为希望试水开源硬件的实践操作可能性的读者们准备的。其中第6章提供了如何利用现有的开源硬件制作衍生产品的分步指导，而其他人可以进一步利用你的开源硬件再制作其他产品。第7章对电路板形状的修改提供了教学指导，并补充了第6章遗漏的一些内容。第8章和第9章分别深入挖掘了两个开源领域，3D打印和可穿戴设备。第10章列举了一系列涉及不同类型材料和开源文件的项目。如果你已经有了自己的开源硬件原型并希望就生产环节寻求帮助，直接去读第三部分吧。那里有关于DIY的制造过程介绍（第11章），生产环节（第12章），解决生产环节难题（第13章）。如果你已经开始生产了，并希望关于你产品的文字记录能写进开源硬件社区的标准里，直接读第14章。如果你对创建一个基于开源硬件的企业最感兴趣，那就读第15章。如果你从事教研工作，有兴趣制作开源实验室的设备，请读第16章。在本书的行文中，尽管焦点是开源硬件，但由于某些方法并不区分开源还是闭源，因此也会讨论一些关于制造和生产的主题。
　　鉴于开源硬件社区有许多奉献者，本书也需要传达在开源硬件运动中来自社区的声音。有心者会留意到，本书的不同章节由不同的作者完成。也由于存在多位作者，各章节的观点也许并不完全统一。
　　本书内容编排和作者如下。
　　第一部分：开源硬件理论第1章：开源硬件运动的历史，作者Catarina Mota该章关于开源硬件社区的历史来自于网站oshwa.org。该章提到了关于开源硬件的一些关键决策是何时和如何完成的。Catarina Mota在开源硬件社区的关键性服务内容包括：研究黑客空间，带领硬件社区团队完成调研，并曾担任开源硬件协会的董事会成员和开放硬件峰会的主席。
　　第2章：开源硬件定义和最佳实践，作者Alicia Gibb2010年，开源硬件社区开始广泛采纳开源硬件的定义。2013年，社区开始形成一套最佳方案。这两点都在该章的历史引用中记录了。
　　第3章：开源硬件许可，作者Michael Weinberg对于普通的硬件制造者来说，何时使用商标、版权（著作权）和专利可能是令人困惑的一件事。该章由一位法律专业人士完成，有助于开源硬件社区的成员们了解关于开源产品依托的知识产权（IP）的不同形式。Michael Weinberg从开源硬件社区成立的第一天开始就非常活跃；他坚持在《公共知识》（Public Knowledge）这本杂志上不断地介绍开源硬件，并在华盛顿组织相关的活动。
　　第4章：开源硬件的标准化，作者Ed Baafi标准化指的是使开源硬件的零部件更开放，专注于软硬件的交互界面，还指使开源更易理解的标准。Ed Baafi过去几年一直在开源硬件社区里推广这些标准。他是Modkit的创始人，也是教育领域内开源硬件的积极倡导者。
　　第二部分：动手本书第二部分教读者如何以不同方式使用开源硬件。
　　第5章：设计的流程：如何从零开始做出产品，作者：Amanda Wozniak设计流程是读者应该深入理解关于动手做部分的第1章内容。Amand

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　　《大好河山可骑驴》自2012年9月在豆瓣读书上线以来，一直评分高达9分以上。

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