樂高NXT機器人系統C++程序設計

薛清平，李衛紅

（平頂山市科技進修學校 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機器人系統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合作的“技術教育創新人才培養計劃”項目的開展，樂高LEGO MINDSTORMS NXT機器人系統在各地中小學的推廣速度也將加快[1]，服務于此，有必要對樂高LEGO MINDSTORMS NXT機器人系統的相關問題尤其是二次開發問題做進一步深入探討、研究。

1 FantomSDK

作為一個開放式的擴展平臺，樂高集團提供了進行樂高LEGO MINDSTORMS NXT系統二次開發所需要的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開發環境，可運行于Windows或MAC系統。樂高LEGO MINDSTORMS NXT機器人系統可通過USB或藍牙兩種方式與PC系統進行連接、通信，對 USB方式，LEGO提供的驅動程序Fantom.sys與NXT設備直接通信；對藍牙方式，則是把NXT設備映射到一個COM端口，然后通過Win32文件訪問端口進行通信。USB和藍牙兩種連接、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上的 NXT設備，獲得iNXT對象，iFileIterator對象、iModuleIterator對象用于獲得NXT設備的文件、模塊信息。

2 程序應用

2.1 獲取設備

NXTIterator對象用于搜索注冊到系統上的 NXT設備，獲得iNXT對象。createNXTIterator方法產生一個NXT實例，使用后，通過destroy方法進行釋放。createNXTIterator（ViBoolean，ViUInt32，tStatus）方法中 ViBoolean 參數為 true，則搜索通過USB、藍牙連接的所有NXT設備。若ViBoolean參數為false，則僅搜索通過USB連接的NXT設備。獲取NXT設備的具體C++代碼如下：

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

將 ViBoolean參 數 設 置 為 true， 通 過 nxtPtr－＞getDeviceInfo方法獲取藍牙連接NXT設備的6位16進制bluetoothAddress藍牙設備地址。

2.2 獲取模塊

NXT 的固件系統（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，用于對各種外設提供支持。搜索到NXT設備后，通過iModuleIterator對象遍歷相應的模塊。createModuleIterator方法產生一個實例，通過destroyModuleIterator方法進行釋放。列表顯示NXT設備的模塊信息的具體C++代碼如下：

編譯、運行后，遍歷相應的模塊，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系統包含.sys（系統文件）、.rxe（系統可執行文件，類似exe文件）、.rpg（NXT Program模塊產生的程序文件）、.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設備上的文件。createFileIterator方法產生一個實例，通過destroyFileIterator方法進行釋放。列表顯示NXT設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NXT設備上的文件。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 設備控制

借助樂高LEGO MINDSTORMS NXT機器人系統的SDK文件FantomSDK，除可連接NXT設備，進行模塊及文件的查看、刪除、讀寫操作外，還可結合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設備的傳感器、馬達等輸入輸出設備及聲音文件進行控制，實現NXT－G、RoboLab能夠完成的全部任務。運行d.rxe程序，播放r.rso聲音文件的C++代碼如下：

3 結束語

利用樂高LEGO MINDSTORMS NXT機器人系統的SDK文件 FantomSDK，借助 C++編程，結合 LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit文件， 代替 NXT－G、RoboLab 軟件，完成NXT設備的全部控制任務，為青少年、科技教師運用樂高NXT機器人系統進行科技創新提供幫助與支持。

[1]李衛紅.基于B/S的樂高NXT中文固件系統的研究及實現[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.