第1章, 也就是NXT软件和硬件概述这一个章节呢, 将要向咱们介绍一些基本的内容, 具体内容包含了蓝牙机器人硬件系统的相关情况、蓝牙机器人软件系统的有关信息, 还有怎么样给蓝牙机器人编写一个最最简单的程序。
下面我们来聊聊1.1节里的蓝牙机器人系统, 首先是1.1.1小节提到的硬件组成部分, 大家可以看到蓝牙机器人的硬件主要就是用NXT控制器, 再加上伺服电机和传感器这些部件共同组合起来打造的, 具体的样子可以看图1.1.1里面的展示内容。。
NXT 控制器就类似于人的大脑, 伺服电机则好比是人的肌肉, 它的作用是提供动力, 传感器就像人的五官, 用来采集外界环境的数据, 随后就会把这些数据反馈到大脑里面去进行处理。1.这里对NXT控制器进行介绍, 内容包括性能参数和特点描述。
主处理器采用32位的ARM7处理器, 型号是AT91SAM7S256, 拥有256K的闪存和64K的静态内存, 主频为48MHZ。协处理器使用8位的AVR处理器, 型号是ATmega48, 具备4K闪存和512字节的静态内存, 主频为9MHZ。蓝牙无线通讯符合蓝牙核心规范2.0+EDR的标准。
系统支持串口规范, 内置47K RAM, 外置8Mbit闪存, 主频为26MHZ。USB2.0通讯传输速度为12Mbit/s。输入端口包含4个六线数字接口, 这些接口支持数字和模拟信号处理, 另外还有1个高速端口, 该端口符合国际总线标准IEC 61158 TYPE-4以及欧洲标准EN 50170。
输出端口配置了3个六线数字接口, 能够支持解码器信号的输入。显示屏能够提供100x64象素的黑白图像显示, 可视区域大小为26mm x 40.6mm。扬声器提供8位分辨率的输出频道, 支持2到16KHZ的采样率。电源方面可以使用6节AA电池或1400mA的锂电池板。
连接线为6线工业标准连接线, 右侧卡口类型为RJ12。其次是关于NXT伺服电机的特性描述。电机内置角度传感器, 利用该传感器可以测量速度和距离。用户可以实现对机器人的精准控制, 当机器人运行时, 还可以对速度进行校准, 其控制精度可以精确到1度。
由于每个电机都内置一个角度传感器, 这使得操作者能准确地控制电机转动情况。角度传感器测量电机转动的精细度可达1度。如果电机需要转动1圈, 这就等于360度, 因此如果在程序里设定电机转动180度, 那么电机在实际输出时就会转动半圈。此外, 电机上的孔结构设计使得安装和固定的工作变得更加容易。
3. NXT触动传感器的性能方面表现得和RCX触动传感器是一样的, 不过, 这个NXT触动传感器的前端位置设计有十字形的孔洞, 这样做的好处在于方便使用者制作缓冲装置, 所以, 再次强调, NXT触动传感器的性能和RCX触动传感器的性能是完全相同的, 同时, 它的前端带有十字孔, 这是为了方便人们制作缓冲器。
光电传感器具备读取周围环境光强度的功能性表现, 此外, 它还能够通过获取红外发射管产生的反射光信号来进行数值读取操作, 并且它可以识别不同颜色的物体, 因此具有更高的灵敏度, 对于红外发光管的控制功能允许将其关闭, 这样一来就可以实现只读取环境光强度的目的。
声音传感器可以对普通声音的噪声水平进行测量, 其单位是分贝（dB）, 还能对采用A计权方法测量的分贝值（dBA）进行记录, 它能识别声音的模式特征, 并能够实现音调的识别功能, 通常频率越高则代表声音的音调也就越高。
超声波传感器拥有测量距离的能力, 其检测范围覆盖从0厘米到255厘米之间, 具体的检测误差幅度为正负3厘米, 它的检测角度达到150度, 它能够识别物体的存在, 这种识别是通过检测物体之间的距离来实现的, 由此可以判断物体的运动状态。
4.NXT蓝牙特性部分介绍道蓝牙技术的全称为BlueTooth这是一种新兴的低成本、大容量且适用于短距离范围的无线通信新规范, 该蓝牙技术规范选择在微波频段内进行工作, 其传输速率为每秒1MB字节的数据处理能力, 最少有效的传输距离规定为10米, 如果用户选择增加设备的发射功率那么最大传输距离能够达到100米。
NXT 蓝牙支持一般特性, 它采用蓝牙 V2.0（CLASS II）标准, 同时支持 SPP（串行埠定义）传输技术。它的传输范围至少能够到达 10 米, 最大范围可以达到 30 米, 或者甚至更远一些, 而且它具有很强的安全性。关于 NXT 蓝牙的主要功能, 就是它可以与带有蓝牙功能的设备进行通讯。
比如，手机、电脑等 设备可以同时与3台其他设备进行连接, 能够搜索到其他的蓝牙设备, 能记住上一次连接的设备并快速进行连接, 可以将其中的NXT设置为隐藏状态, 还能关闭蓝牙功能以便节省电源。
在1.1.2节关于软件组成的内容中写道, The LEGO MINDSTORMS Education NXT Software是采用LabView引擎开发的图形化编程软件。该软件的学习起点很低, 拓展的范围很广, 拥有逐步深入的、对人类友好的用户界面。
整个编程界面仅仅使用了43个命令图标, 使得编程的速度更快, 功能更加强大。
该软件共分为模块界面、编程区、控制面板、参数设置面板和教学区这五个部分, 与其他的图形化编程软件进行对比的时候可以发现, 该软件在功能方面有了非常大的提升, 具体的特点如下所示, 第一点就是基于Labview这个图形化编程语言来进行设计所使用的就是G语言, 也叫做Graphical Language。
G语言是一个很厉害的高效图形化编程环境。它让写程序变快了很多。界面很直观, 大家都看得明白。这个系统里有几百个积木一样的模块。它们把那些传统的代码变成了看得见的图块。比如要做一个循环或者判断条件, 都能找到对应的图标。它可以干出C语言和VB这些传统软件里能干的活。
做设计的人只需要把这些图标从工具箱里拖出来。然后把线连起来, 程序就写好了。根本就不用去敲键盘写代码。这和老那种写法有完全不一样的地方。不过在脑子里想的逻辑思路, 其实是一模一样的。说到底, 它和C还有VB一样, 都是给电脑用的编程语言。这些所有的特性组合在一起, 这让G语言变得更容易学习。
因为更容易学习, 所以程序的开发生周期就会减少。程序开发时间减少了, 编程的质量也就得到了提高。这个特点排第二点, 是关于那个循序渐进式的、友好的用户界面。它包含一个交互式的快速入门向导。它还划分了三个等级的编程模块区域。这种划分是从容易到困难进行的。从基本的模块开始, 再发展到高级的模块。
一共有38个编程模块存在。这样的设置让入门变得更加快。这样让人能够方便、快捷地进行操作。3. 任务驱动式的学习环境-39 个活动案例1.2 软件安装1.2.1 系统配置要求, 在我们安装 LEGO? MINDSTORMS?
Education NXT Software 软件之前, 我们要确信电脑系统配置满足最低要求。PC 机的配置要求如下。操作系统必须使用 Windows XP 专业版或者是家庭版, 而且一定要带有 SP2 补丁。
处理器最低要求是英特尔奔腾处理器, 或者性能不低于 800MHZ 的处理器, 官方推荐的是 1.5G 或者更高的主频。内存大小最小不能低于 256M, 如果条件允许, 推荐使用 512 兆 M 的内存条。硬盘方面, 需要有大于300M的空闲可用空间。
硬件接口方面, 需要一个可用的 USB 端口以及一个 CD-ROM 光驱, 此外还可选配支持蓝牙适配器, 但这部分是选项之一。
接下来介绍一下在 PC 机上安装软件 1.2.2版本的步骤, 首先要彻底退出电脑上所有正在打开的程序窗口, 然后把专用的安装光盘放入光驱里面, 假如你发现电脑没有自动启动安装软件的界面, 那么就应该单击电脑屏幕左下角的那个“开始”按钮, 选择“运行”功能, 并且在弹出的对话框中输入“G:autorun.exe”, 请注意这里的 G 具体代表你的光驱实际的盘符是什么, 最后只要严格按照屏幕上逐步显示的提示去操作即可完成安装。
1.第3部分是关于硬件的快速入门，其中1.3.1节讲的是如何安装电池。NXT控制器需要安装6节AA电池。这里推荐使用碱性电池。NXT也可以使用像AA或者LR6这样的可充电电池。但是, 如果使用这类可充电电池的话, 显示出的NXT的力量可能没有使用碱性电池时那么大。
当NXT显示电量低的时候, 会出现电量图标不停闪烁的情况, 请务必注意。不可以把不同种类电池装在NXT里面使用。要及时从设备中取出已经用完的电池。要是长时间不使用NXT, 要把里面的电池取出来。不能在NXT内部直接对AA或者LR6类型的充电电池进行充电。
这是1.3.2章节关于NXT控制器全貌的部分内容。第一点讲的是NXT的输入与输出端口情况。NXT控制器可以看作是LEGO?MINDSTORMS?教育机器人的大脑部分。它上面设有三个输出端口。它还设有四个输入端口。另外还有一个USB端口在其中。
伺服电机可以通过连接线, 连接到NXT控制器的任意一个输出端口, 这些端口的标识是A、B、C。用户也可以使用套装里面附带的转换线缆, 把灯泡或者是RCX系列的电机, 连接到对应的输出端口上。
在NXT系统里的默认设置有如下几种情况: 对于端口A, 它上面的电机或者灯泡会起到扩展功能的作用；当机器人是由两个电机驱动运动的时候, 端口B可以连接一个电机, 这个电机的位置通常是机器人的左边部分, 用于驱动；同样当机器人是由两个电机驱动运动的时候, 端口C也可以连接一个电机, 这个电机的位置通常是机器人的右边部分, 用于驱动。
