【學霸帶節(jié)奏】教你DIY跳舞機器人之“上位機部分”

　　通過前兩周介紹的小π機器人硬件部分和軟件部分，你打造的小π機器人是否已經(jīng)可以運動起來了?這周小編將主要介紹小π機器人的上位機部分，讓你可以自由控制自己的小π。小π機器人的上位機部分分為電腦端的上位機軟件和手機端的APP。

　　一、手機APP

　　1、appinventor簡介

　　App Inventor 原是Google實驗室(Google Lab)的一個子計劃，由一群Google工程師和勇于挑戰(zhàn)的Google使用者共同參與設計完成。Google App Inventor是一個完全在線開發(fā)的Android編程環(huán)境，拋棄復雜的程式代碼而使用積木式的堆疊法來完成開發(fā)者的Android程式。除此之外它也正式支持樂高NXT機器人，對于Android初學者或是機器人開發(fā)者來說是一大福音。因為對于想要用手機控制機器人的使用者而言，他們不大需要太華麗的界面，只要使用基本元件例如按鈕、文字輸入輸出即可。

　　2、手機APP開發(fā)

　　手機app部分主要包括三部分功能：實時遙控，重力遙控，動作記錄。實時遙控功能即按一個動作，小π完成一個動作。可以實現(xiàn)較復雜動作如搖頭、抬腳、晃腿、彈跳等，比如重力遙控功能主要是使用手機的重力感應模塊，可以控制小π的前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退等簡易動作。動作記錄功能，可以實現(xiàn)一組動作的記錄?？梢詫崿F(xiàn)跳舞等功能，也可以自由擴展，達到意想不到的效果。

　　我們所做出的APP，是一款用于操作小π實現(xiàn)一系列動作的APP，下面是已經(jīng)制作出來的APP操作界面。

　　圖1、2、3中按鈕為button，提示(如圖2中的“改變背景顏色：”等)為label，文本輸入框為textbox等，點擊按鈕時會觸發(fā)相應的事件，執(zhí)行對應的代碼。例如，當點擊按鈕“前”時，手機就會通過藍牙向單片機發(fā)送的命令。

圖1 重力感應界面

圖2 控制界面

圖3 編輯舞步界面

　　使用者可以下達不同的動作指令(如運動方向、運動形態(tài)等)，來完成對機器人的動作控制。并且可以通過下達其他指令(如背景顏色、音樂播放)，來完成更為復雜的控制。圖3為設計舞步界面，用戶能設計一套屬于自己的舞蹈動作。我們還設置了3套固定的動作，供用戶調(diào)用。

　　3、內(nèi)部實現(xiàn)

　　通信協(xié)議的基本格式為<指令,參數(shù)>。

　　當APP檢測到前進的按鈕被按下后，APP通過手機藍牙向小π機器人發(fā)送指令。這條指令的意思就是向前走1步。其它動作指令也是類似的。

　　在重力感應模式下，手機通過內(nèi)置的加速度傳感器和陀螺儀獲取手機當前的姿態(tài)信息，通過對姿態(tài)信息的判斷發(fā)送前后左右運動命令。

　　燈光顏色選擇指令由三條指令構(gòu)成，分別為，和。R、G、B的參數(shù)變化范圍為0-255，這樣就可以變化出1600多萬種顏色。例如發(fā)送紅色命令就是<255,0><0,0><0,0>。

　　當手機APP接收到超聲波距離、溫濕度等信息時，將接收到的信息在APP界面上顯示出來。

　　下圖是手機APP和HC-06藍牙模塊建立連接的核心代碼截圖，供大家參考。

圖4 APP核心代碼

　　二、電腦上位機開發(fā)

　　1、C#簡介

　　C#是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮?、運行于.NET Framework之上的高級程序設計語言。C#使得C++程序員可以高效的開發(fā)程序，且因可調(diào)用由 C/C++ 編寫的本機原生函數(shù)，因此絕不損失C/C++原有的強大的功能。因為這種繼承關系，C#與C/C++具有極大的相似性，熟悉類似語言的開發(fā)者可以很快的轉(zhuǎn)向C#。

　　2、電腦端串口調(diào)試助手

　　串口調(diào)試助手通過C#編寫，界面如下圖所示。通過“串口設置”來設置串口的相應參數(shù)，“串口檢測”可以用來檢測計算機可用的串口?！鞍l(fā)送數(shù)據(jù)”可以將“數(shù)據(jù)發(fā)送”欄中的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去。一旦串口接收到數(shù)據(jù)，則會在“數(shù)據(jù)接收”欄中顯示出來，通過先前設置的“字符顯示”或者“HEX顯示”來以字符顯示或者以十六進制數(shù)顯示?！扒蹇諗?shù)據(jù)”則可以清除“數(shù)據(jù)接收”欄以及“收據(jù)發(fā)送”欄中的所有數(shù)據(jù)。通過串口調(diào)試助手發(fā)送相關的命令可以對小π機器人進行調(diào)試。

圖5 電腦上位機界面

　　串口調(diào)試助手的程序流程大致為開始進行串口初始化，在串口初始化過程中對串口號、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等進行設置。初始化結(jié)束后可以對命令進行收發(fā)。小π機器人中波特率為115200，無奇偶校驗、數(shù)據(jù)位為8位、停止位為1位。

　　3、平板端上位機開發(fā)

　　Win10 IoT是微軟開發(fā)的一款基于win10的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。在裝有win10 IoT系統(tǒng)的平板電腦中可以直接運行小π機器人的平板端程序。平板端程序功能和手機APP程序類似，可以通過藍牙對小π機器人進行相應的控制。程序是通過C#編寫的，程序界面如下圖所示。

圖6 平板上位機界面