樂高NXT機(jī)器人系統(tǒng)C++程序設(shè)計

薛清平，李衛(wèi)紅

（平頂山市科技進(jìn)修學(xué)校 河南 平頂山 467000）

NXT-G、RoboLab 2.9都是樂高公司提供的樂高 LEGO MINDSTORMS NXT機(jī)器人系統(tǒng)的圖形化的編程工具，除此以 外 ， 還 有 Bricx Command Center、RobotC、NI LabVIEW Toolkit、leJOS NXJ、pbLua等第三方提供的編程工具。隨著2010年教育部與樂高集團(tuán)合作的“技術(shù)教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃”項目的開展，樂高LEGO MINDSTORMS NXT機(jī)器人系統(tǒng)在各地中小學(xué)的推廣速度也將加快[1]，服務(wù)于此，有必要對樂高LEGO MINDSTORMS NXT機(jī)器人系統(tǒng)的相關(guān)問題尤其是二次開發(fā)問題做進(jìn)一步深入探討、研究。

1 FantomSDK

作為一個開放式的擴(kuò)展平臺，樂高集團(tuán)提供了進(jìn)行樂高LEGO MINDSTORMS NXT系統(tǒng)二次開發(fā)所需要的LEGO MINDSTORMS NXT Hardware Developer Kit[2]、LEGO MINDSTORMS NXT Direct Commands[3]、LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit[4]、LEGO MINDSTORMS NXT Communication protocol[5]、Mobile Application Software[6]以 及 作為二次開發(fā)不可或缺的SDK文件FantomSDK[7]的非常詳盡的資料。

FantomSDK支持C++及NI Labview開發(fā)環(huán)境，可運行于Windows或MAC系統(tǒng)。樂高LEGO MINDSTORMS NXT機(jī)器人系統(tǒng)可通過USB或藍(lán)牙兩種方式與PC系統(tǒng)進(jìn)行連接、通信，對 USB方式，LEGO提供的驅(qū)動程序Fantom.sys與NXT設(shè)備直接通信；對藍(lán)牙方式，則是把NXT設(shè)備映射到一個COM端口，然后通過Win32文件訪問端口進(jìn)行通信。USB和藍(lán)牙兩種連接、通信方式，均得到FantomSDK的支持。

FantomSDK提供了Fantom的頭文件、Labview的vi支持庫以及基本封裝類型的使用幫助。iNXTIterator對象用于遍歷注冊到系統(tǒng)上的 NXT設(shè)備，獲得iNXT對象，iFileIterator對象、iModuleIterator對象用于獲得NXT設(shè)備的文件、模塊信息。

2 程序應(yīng)用

2.1 獲取設(shè)備

NXTIterator對象用于搜索注冊到系統(tǒng)上的 NXT設(shè)備，獲得iNXT對象。createNXTIterator方法產(chǎn)生一個NXT實例，使用后，通過destroy方法進(jìn)行釋放。createNXTIterator（ViBoolean，ViUInt32，tStatus）方法中 ViBoolean 參數(shù)為 true，則搜索通過USB、藍(lán)牙連接的所有NXT設(shè)備。若ViBoolean參數(shù)為false，則僅搜索通過USB連接的NXT設(shè)備。獲取NXT設(shè)備的具體C++代碼如下：

編譯、運行后，如果成功搜索到系統(tǒng)上的 NXT設(shè)備，通過 getDeviceInfo獲 得 NXT 設(shè) 備 名 稱 （name）， 通 過getFirmwareVersion獲得系統(tǒng)的通訊協(xié)議版本（protocolVersion）、固 件版 本 （firmwareVersion）、Flash 剩 余空間（availableFlash）信息。

將 ViBoolean參 數(shù) 設(shè) 置 為 true， 通 過 nxtPtr－＞getDeviceInfo方法獲取藍(lán)牙連接NXT設(shè)備的6位16進(jìn)制bluetoothAddress藍(lán)牙設(shè)備地址。

2.2 獲取模塊

NXT 的固件系統(tǒng)（Firmware），包含輸入（Input module）、輸 出 （Output module）、 顯 示 （Display module）、 聲 音 （Sound module）、按鈕（Button module）等模塊，用于對各種外設(shè)提供支持。搜索到NXT設(shè)備后，通過iModuleIterator對象遍歷相應(yīng)的模塊。createModuleIterator方法產(chǎn)生一個實例，通過destroyModuleIterator方法進(jìn)行釋放。列表顯示NXT設(shè)備的模塊信息的具體C++代碼如下：

編譯、運行后，遍歷相應(yīng)的模塊，通過 getName（name）獲取模塊的名稱，通過getModuleID獲取模塊編號，通過getModuleSize獲取模塊大小，通過getModuleIOMapSize獲取模塊映射的I/O地址空間。

2.3 獲取文件

NXT系統(tǒng)包含.sys（系統(tǒng)文件）、.rxe（系統(tǒng)可執(zhí)行文件，類似exe文件）、.rpg（NXT Program模塊產(chǎn)生的程序文件）、.ric（圖片 文 件 ）、.rso （聲 音 文 件 ）、.rtm （Try Me 模塊 文 件 ），iFileIterator對象用于遍歷 NXT設(shè)備上的文件。createFileIterator方法產(chǎn)生一個實例，通過destroyFileIterator方法進(jìn)行釋放。列表顯示NXT設(shè)備的文件信息的具體C++代碼如下：

編譯、運行后，列表顯示相應(yīng)NXT設(shè)備上的文件。通過getName（name）獲取文件的名稱，通過getSize獲取文件大小，通過getAvailableSize獲取可用文件空間。

2.4 設(shè)備控制

借助樂高LEGO MINDSTORMS NXT機(jī)器人系統(tǒng)的SDK文件FantomSDK，除可連接NXT設(shè)備，進(jìn)行模塊及文件的查看、刪除、讀寫操作外，還可結(jié)合Appendix 1－LEGO MINDSTORMS NXT Communication protocol.pdf、Appendix 2－LEGO MINDSTORMS NXT Directcommands.pdf、LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit.pdf等LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit文件，通過nxtPtr－＞sendDirectCommand方法，對NXT設(shè)備的傳感器、馬達(dá)等輸入輸出設(shè)備及聲音文件進(jìn)行控制，實現(xiàn)NXT－G、RoboLab能夠完成的全部任務(wù)。運行d.rxe程序，播放r.rso聲音文件的C++代碼如下：

3 結(jié)束語

利用樂高LEGO MINDSTORMS NXT機(jī)器人系統(tǒng)的SDK文件 FantomSDK，借助 C++編程，結(jié)合 LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit文件， 代替 NXT－G、RoboLab 軟件，完成NXT設(shè)備的全部控制任務(wù)，為青少年、科技教師運用樂高NXT機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行科技創(chuàng)新提供幫助與支持。

[1]李衛(wèi)紅.基于B/S的樂高NXT中文固件系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)[J].價值工程，2011（4）:146－147.

LI Wei-hong.Research and implement of chinese firmware of LEGO NXT system based on B/S[J].Value Engineering，2011（4）:146－147.

[2]The LEGO Group.LEGO MINDSTORMS NXT Hardware DeveloperKit.pdf[EB/OL].（2006－07－24）http://mindstorms.lego.com/en－us/support/files/default.aspx.

[3]The LEGO Group.LEGO MINDSTORMS NXT Direct Commands.pdf.[EB/OL]. （2006 －07 －26）http://mindstorms.lego.com/en－us/support/files/default.aspx.

[4]The LEGO Group.LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit.pdf.[EB/OL].（2006－07－24）http://mindstorms.lego.com/en-us/support/files/default.aspx.

[5]The LEGO Group.Appendix 1-LEGO MINDSTORMS NXT Communication protocol.pdf.[EB/OL].（2006－11－02）http://mindstorms.lego.com/en-us/support/files/default.aspx.

[6]The LEGO Group.LEGO MINDSTORMS NXT Mobile Application.pdf.[EB/OL].（2006 －11 －02）http://mindstorms.lego.com/en-us/support/files/default.aspx.

[7]The LEGO Group.LEGO MINDSTORMS NXT FantomSDK[EB/OL].（2006－07－21）http://mindstorms.lego.com/en-us/support/files/default.aspx.