ZLRobIde機器人圖形化編程軟件的設計

張淼林

摘 要針對信息化教育的需要，設計了ZLRobIde圖形化編程軟件，該軟件以易字為先的原則設計，引入了流程圖、函數式編程等思想，軟件由圖形化引擎、代碼生成模塊、代碼下載模塊等構成，具有簡單易用、功能全面，非常適合在教學中使用和推廣。

【關鍵詞】圖形化編程 創客 信息化教育 機器人

1 什么是圖形化編程？

首先什么是圖形化編程，圖形化編程是通過圖形化進行編程的一種編程方式，圖形化編程和代碼編程的本質是一樣的。那又為什么會產生圖形化編程呢？是人類對圖形感知能力相對文字容易接受和理解而產生的，圖形化方式編程具有對專業知識要求低、適應群體廣等特點，讓編程變為人人所能的事情。

相對代碼編程，圖形化編程其實一直存在，工業領域有兩個代表分支，一個是NI（美國家儀器） 的labview編程軟件， 該軟件可以幫助設計者解決問題、提高生產力，還有一個分支是PLC 的圖形化編程軟件，其中以梯形圖為代表，當然后面又擴展到了功能模塊圖等編程方式，它們都被標準化組織規范在IEC1131-3中。在教學教育領域的代表是google 的blockly，還有以其思想進化而來的scratch等，scratch在blockly的基礎上 加強了對多媒體教學，互動教學等方面的開發，使其圖形化編程在創客教育 信息化教育中占了一個比較大的比例。

2 ZLRobIde圖形化編程軟件的設計思想

圖形化開發軟件在輔助教學，想法快速實現等方面都起著越來越重要的作用，我們吸收了現有的圖形化編程思想，再融入自有的一些新想法設計了ZLRobIde圖形化編程軟件。

ZLRobIde設計的核心理念是易字為先，融入了以下幾個基本思想：

2.1 流程圖編程思想

程序本身是一個流程思維的實現，以流程圖作為我們的圖形化編程框架，核心流程一目了然，無需任何背景知識，非常適合在教學使用。

2.2 函數式編程思想

函數代表一個通用方法的歸類，一般函數實現中有輸入和輸出，我們以此為基礎，將其成為我們編程軟件的模塊基礎。

2.3 一物一塊的原則

在第二點的基礎上我們將實際物件也做了一個歸類，讓實際物件對應一個圖形單元塊，實現一一對應原裝，結合硬件獨立編碼，在ZLRobIde端我們實現了自動識別模塊的能力，給使用者帶來更易用的編程環境。

3 ZLRobIde圖形化編程軟件技術實現過程

ZLRobIde圖形化編程環境，要達到圖形化程序編寫、修改和下載等功能，整個構架包括如下，樹狀功能模塊、圖形引擎模塊、圖形到中間代碼的轉換模塊、中間代碼編程環境、鏈接編譯模塊和下載模塊，其中圖形引擎部分為技術為難點，這里擇重介紹下該部分的實現過程。

整個軟件建立在java 的 swing 圖形庫基礎上，按照MVC方式 配置窗口，Model負責數據，View負責界面展示，Control負責M/V之間的協調。

基本拓撲元件和結構， Cell代表基本的圖形模塊，Line 表示模塊之間的連接，復雜ifelse/while/for循環模塊由Cell和Line組合構成，Cell中有成員，通過 List構成樹狀結構。

鼠標監聽要點，通過重載對象class myGraphControl 的 paintComponent（Graphics g） 方法直接在控件上畫出根節點cell 實現類GraphHandler，在myGraphControl 上增加偵聽addMouseListener和addMouseMotionListener偵聽各種鼠標事件，鼠標操作的支持整個畫布的移動，通過記錄鼠標的移動差，來設置setViewPosition。

4 ZLRobIde圖形化編程軟件介紹

如圖1 為整個軟件的界面， 左側部分為模塊選擇區，與實際軟硬件配合，根據實際硬件選擇性的顯示需要的模塊，中間為圖形化顯示編輯區，右側為代碼顯示區顯示圖形化對應生成的中間代碼，最右側為工具條 包含基本的新建、保存 、另存、系統狀態刷新、回退、下載和切換等操作。

模塊的放置，可以將左側的模塊拖放到 程序去的流程圖上，也可以通過點放方式放置，在模塊部分具備添加子程序塊的功能，中間模塊我們可以通過右鍵添加注釋，另外也支持模塊的折疊和復制等操作。

圖1中代碼程序部分 描述的是 蜂鳴器鳴響3次 ，每次鳴響時間40毫秒，每次間隔時間1秒的一個例子程序，其中的定值部分都是可以拖入（或者點放）的方式放入，相當于函數的參數。

5 綜述

以上是對ZLRobIde圖形化編程軟件從設計思想、具體實現和到最終使用的基本描述，我們完成了該軟件的設計，圖形化編程軟件針對教學、快速實現是非常理想的選擇，就復雜功能實現方面不如直接代碼實現來的方便，我們將繼續思考如何將圖形化編程軟件做的更加易用。

參考文獻

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作者單位

浙江省杭州縱聯科技有限公司 浙江省杭州市 311100