乐高NXT机器人系统C++程序设计

薛清平，李卫红

（平顶山市科技进修学校 河南 平顶山 467000）

NXT-G、RoboLab 2.9都是乐高公司提供的乐高 LEGO MINDSTORMS NXT机器人系统的图形化的编程工具，除此以 外 ， 还 有 Bricx Command Center、RobotC、NI LabVIEW Toolkit、leJOS NXJ、pbLua等第三方提供的编程工具。随着2010年教育部与乐高集团合作的“技术教育创新人才培养计划”项目的开展，乐高LEGO MINDSTORMS NXT机器人系统在各地中小学的推广速度也将加快[1]，服务于此，有必要对乐高LEGO MINDSTORMS NXT机器人系统的相关问题尤其是二次开发问题做进一步深入探讨、研究。

1 FantomSDK

作为一个开放式的扩展平台，乐高集团提供了进行乐高LEGO MINDSTORMS NXT系统二次开发所需要的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 作为二次开发不可或缺的SDK文件FantomSDK[7]的非常详尽的资料。

FantomSDK支持C++及NI Labview开发环境，可运行于Windows或MAC系统。乐高LEGO MINDSTORMS NXT机器人系统可通过USB或蓝牙两种方式与PC系统进行连接、通信，对 USB方式，LEGO提供的驱动程序Fantom.sys与NXT设备直接通信；对蓝牙方式，则是把NXT设备映射到一个COM端口，然后通过Win32文件访问端口进行通信。USB和蓝牙两种连接、通信方式，均得到FantomSDK的支持。

FantomSDK提供了Fantom的头文件、Labview的vi支持库以及基本封装类型的使用帮助。iNXTIterator对象用于遍历注册到系统上的 NXT设备，获得iNXT对象，iFileIterator对象、iModuleIterator对象用于获得NXT设备的文件、模块信息。

2 程序应用

2.1 获取设备

NXTIterator对象用于搜索注册到系统上的 NXT设备，获得iNXT对象。createNXTIterator方法产生一个NXT实例，使用后，通过destroy方法进行释放。createNXTIterator（ViBoolean，ViUInt32，tStatus）方法中 ViBoolean 参数为 true，则搜索通过USB、蓝牙连接的所有NXT设备。若ViBoolean参数为false，则仅搜索通过USB连接的NXT设备。获取NXT设备的具体C++代码如下：

编译、运行后，如果成功搜索到系统上的 NXT设备，通过 getDeviceInfo获 得 NXT 设 备 名 称 （name）， 通 过getFirmwareVersion获得系统的通讯协议版本（protocolVersion）、固 件版 本 （firmwareVersion）、Flash 剩 余空间（availableFlash）信息。

将 ViBoolean参 数 设 置 为 true， 通 过 nxtPtr－＞getDeviceInfo方法获取蓝牙连接NXT设备的6位16进制bluetoothAddress蓝牙设备地址。

2.2 获取模块

NXT 的固件系统（Firmware），包含输入（Input module）、输 出 （Output module）、 显 示 （Display module）、 声 音 （Sound module）、按钮（Button module）等模块，用于对各种外设提供支持。搜索到NXT设备后，通过iModuleIterator对象遍历相应的模块。createModuleIterator方法产生一个实例，通过destroyModuleIterator方法进行释放。列表显示NXT设备的模块信息的具体C++代码如下：

编译、运行后，遍历相应的模块，通过 getName（name）获取模块的名称，通过getModuleID获取模块编号，通过getModuleSize获取模块大小，通过getModuleIOMapSize获取模块映射的I/O地址空间。

2.3 获取文件

NXT系统包含.sys（系统文件）、.rxe（系统可执行文件，类似exe文件）、.rpg（NXT Program模块产生的程序文件）、.ric（图片 文 件 ）、.rso （声 音 文 件 ）、.rtm （Try Me 模块 文 件 ），iFileIterator对象用于遍历 NXT设备上的文件。createFileIterator方法产生一个实例，通过destroyFileIterator方法进行释放。列表显示NXT设备的文件信息的具体C++代码如下：

编译、运行后，列表显示相应NXT设备上的文件。通过getName（name）获取文件的名称，通过getSize获取文件大小，通过getAvailableSize获取可用文件空间。

2.4 设备控制

借助乐高LEGO MINDSTORMS NXT机器人系统的SDK文件FantomSDK，除可连接NXT设备，进行模块及文件的查看、删除、读写操作外，还可结合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，通过nxtPtr－＞sendDirectCommand方法，对NXT设备的传感器、马达等输入输出设备及声音文件进行控制，实现NXT－G、RoboLab能够完成的全部任务。运行d.rxe程序，播放r.rso声音文件的C++代码如下：

3 结束语

利用乐高LEGO MINDSTORMS NXT机器人系统的SDK文件 FantomSDK，借助 C++编程，结合 LEGO MINDSTORMS NXT Bluetooth Developer Kit文件， 代替 NXT－G、RoboLab 软件，完成NXT设备的全部控制任务，为青少年、科技教师运用乐高NXT机器人系统进行科技创新提供帮助与支持。

[1]李卫红.基于B/S的乐高NXT中文固件系统的研究及实现[J].价值工程，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.