【學(xué)霸帶節(jié)奏】教你DIY跳舞機(jī)器人之“上位機(jī)部分”

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

　　一、手機(jī)APP

　　1、appinventor簡介

　　App Inventor 原是Google實(shí)驗(yàn)室(Google Lab)的一個(gè)子計(jì)劃，由一群Google工程師和勇于挑戰(zhàn)的Google使用者共同參與設(shè)計(jì)完成。Google App Inventor是一個(gè)完全在線開發(fā)的Android編程環(huán)境，拋棄復(fù)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(jī)器人，對(duì)于Android初學(xué)者或是機(jī)器人開發(fā)者來說是一大福音。因?yàn)閷?duì)于想要用手機(jī)控制機(jī)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(jī)APP開發(fā)

　　手機(jī)app部分主要包括三部分功能：實(shí)時(shí)遙控，重力遙控，動(dòng)作記錄。實(shí)時(shí)遙控功能即按一個(gè)動(dòng)作，小π完成一個(gè)動(dòng)作?？梢詫?shí)現(xiàn)較復(fù)雜動(dòng)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(jī)的重力感應(yīng)模塊，可以控制小π的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退等簡易動(dòng)作。動(dòng)作記錄功能，可以實(shí)現(xiàn)一組動(dòng)作的記錄。可以實(shí)現(xiàn)跳舞等功能，也可以自由擴(kuò)展，達(dá)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(shí)現(xiàn)一系列動(dòng)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?yàn)閠extbox等，點(diǎn)擊按鈕時(shí)會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的事件，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的代碼。例如，當(dāng)點(diǎn)擊按鈕“前”時(shí)，手機(jī)就會(huì)通過藍(lán)牙向單片機(jī)發(fā)送的命令。

圖1 重力感應(yīng)界面

圖2 控制界面

圖3 編輯舞步界面

　　使用者可以下達(dá)不同的動(dòng)作指令(如運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)形態(tài)等)，來完成對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作控制。并且可以通過下達(dá)其他指令(如背景顏色、音樂播放)，來完成更為復(fù)雜的控制。圖3為設(shè)計(jì)舞步界面，用戶能設(shè)計(jì)一套屬于自己的舞蹈動(dòng)作。我們還設(shè)置了3套固定的動(dòng)作，供用戶調(diào)用。

　　3、內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

　　通信協(xié)議的基本格式為<指令,參數(shù)>。

　　當(dāng)APP檢測到前進(jìn)的按鈕被按下后，APP通過手機(jī)藍(lán)牙向小π機(jī)器人發(fā)送指令。這條指令的意思就是向前走1步。其它動(dòng)作指令也是類似的。

　　在重力感應(yīng)模式下，手機(jī)通過內(nèi)置的加速度傳感器和陀螺儀獲取手機(jī)當(dāng)前的姿態(tài)信息，通過對(duì)姿態(tài)信息的判斷發(fā)送前后左右運(yùn)動(dòng)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(dāng)手機(jī)APP接收到超聲波距離、溫濕度等信息時(shí)，將接收到的信息在APP界面上顯示出來。

　　下圖是手機(jī)APP和HC-06藍(lán)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(jī)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(yùn)行于.NET Framework之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)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(jī)原生函數(shù)，因此絕不損失C/C++原有的強(qiáng)大的功能。因?yàn)檫@種繼承關(guān)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(shè)置”來設(shè)置串口的相應(yīng)參數(shù)，“串口檢測”可以用來檢測計(jì)算機(jī)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(huì)在“數(shù)據(jù)接收”欄中顯示出來，通過先前設(shè)置的“字符顯示”或者“HEX顯示”來以字符顯示或者以十六進(jìn)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(guān)的命令可以對(duì)小π機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試。

圖5 電腦上位機(jī)界面

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

　　3、平板端上位機(jī)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(yùn)行小π機(jī)器人的平板端程序。平板端程序功能和手機(jī)APP程序類似，可以通過藍(lán)牙對(duì)小π機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)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(jī)界面