圖1 LabVIEW藍牙控制樂高六足機器人
一、前言
上篇文章《Arduino與LEGO結(jié)合的六足機器人》中，講解了使用32路舵機控制板的方法，該板自帶了一款舵機控制軟件，我用該軟件控制著六足機器人的12個mini舵機做動作，通過“示教”法一步步地確定了前、后、左、右4個動作組，然后把動作序列文件下載到機器人身上舵機控制板的存儲卡中，并在線運行，測試機器人的運行是否符合預(yù)期。
《Arduino與LEGO結(jié)合的六足機器人》文章的網(wǎng)址：http://www.eefocus.com/zhang700309/blog/13-03/291894_b2e9f.html。
在這篇文章中，我用LabVIEW軟件設(shè)計了一個六足機器人的人機控制界面，設(shè)置5個互動按鈕。界面設(shè)計目的是，當(dāng)按鈕按下時，會把一行字符串命令通過藍牙串口，無線發(fā)送到舵機控制板，執(zhí)行事先下載到其存儲卡中的前后左右及停止動作序列文件，讓機器人“活”起來。
視頻網(wǎng)址：
http://www.tudou.com/v/y1tv6wvvR40/&rpid=96368873&resourceId=96368873_04_05_99/v.swf。
二、32路舵機控制板硬件設(shè)置和上下位機藍牙聯(lián)機
控制這個機器人12個mini舵機的是DFRobot公司出品的USB SSC32舵機控制板，該控制板的各端口分布和功能說明圖如下。
圖2 DFRobot公司的32路舵機控制板端口分布和功能說明
六足機器人左側(cè)6個舵機的輸出端子分別插接在控制板的1到6舵機通道，而右側(cè)6個舵機插接在17到22舵機通道。控制板的通信波特率，我設(shè)置為115200b/s，通過圖2所示“7撥碼開關(guān)”來設(shè)置，把兩個撥碼開關(guān)都撥到ON端即可。
圖2中標(biāo)號為1、8、10和12的端口都可以供電，1號和10號端口供電給邏輯部分，8號和12號端口供電給舵機部分。由于機器人的電控僅用一塊7.4V、900ma的鋰聚合物電池供電，所以邏輯部分和舵機部分共用電源，于是“11 VL和VS1連通跳線”帽要插上，同時“2 USB供電選擇跳線”帽不插上，斷開，不采用電腦USB供電。
舵機控制板與PC機的通信采用藍牙模式，在控制板的“16數(shù)傳接口”上插入藍牙模塊，藍牙模塊也要設(shè)置為波特率為115200b/s，并采用從機通信模式。在PC機的USB插座上插入藍牙適配器，利用了IVT藍牙管理軟件進行上下位機的聯(lián)機。這次用的筆記本電腦安裝了win7操作系統(tǒng)，我發(fā)現(xiàn)低版本的IVT藍牙驅(qū)動管理軟件，連接失敗，采用高版本V6.4版，成功了。操作生成的串口號為COM6。PC機藍牙管理軟件IVT_BlueSoleilv6.4（win7），請下載：http://115.com/file/beuhmkdf。
PC機與下位機的藍牙聯(lián)機過程，可以參看我的另一篇文章的后半部分內(nèi)容。網(wǎng)址：http://www.eefocus.com/zhang700309/blog/12-09/286479_a1c80.html。
圖3 IVT軟件的上下位機藍牙通信連接
三、六足機器人的LabVIEW人機界面的前面板設(shè)計
LabVIEW程序由前面板和框圖程序組成，前面板是人機交互的界面，界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類控件；框圖程序則是用戶編制的程序源代碼，以定義和控制在前面板上的控件輸入和輸出功能。
圖4 LabVIEW前面板
在前面板中，有藍牙串口號和波特率設(shè)置輸入欄，有“退出程序”的按鈕，還用界面設(shè)計的核心控件，前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止按鈕。這些按鈕的“機械動作”，要通過右鍵快捷菜單，來設(shè)置為窄脈沖觸發(fā)模式，如下圖所示。
圖5 LabVIEW前面板的按鈕模式設(shè)置
點擊圖5中右鍵快捷菜單中的“高級→自定義”選項，可以設(shè)計“按鈕”控件的圖形，我所設(shè)計的是“箭頭”圖示的按鈕控件，關(guān)于前面板自定義控件和框圖程序事件結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方法，早期我曾經(jīng)錄制過視頻教程，不妨看看。
視頻網(wǎng)址：http://www.tudou.com/v/TZYs2eJ-1vo/&rpid=96368873&resourceId=96368873_04_05_99/v.swf。
可以通過鼠標(biāo)點擊按鈕來控制機器人，也可以把這些按鈕與鍵盤上的快捷鍵關(guān)聯(lián)起來，通過鍵盤來控制機器人。點選圖5中的快捷菜單中的“高級→快捷鍵”選項。出現(xiàn)圖6快捷鍵設(shè)置對話框。
圖6 快捷鍵設(shè)置對話框
例如，“左轉(zhuǎn)”按鈕的快捷鍵對話框中“切換”選擇欄，我選擇“Page Down”鍵，前面板中的“左轉(zhuǎn)”按鈕與鍵盤的“Page Down”鍵綁定在一起，這樣按動鍵盤的按鍵與鼠標(biāo)點擊按鈕控件的效果就一樣了。
四、六足機器人的LabVIEW人機界面的框圖程序編制
前后左右及停止控件按下時，會立即反饋到后臺程序，即LabVIEW框圖程序，這個程序會把字符串命令，通過無線串口下達給32路舵機控制板，進而控制機器人12個舵機動作。這次LabVIEW程序編制有兩個要點：1、如何把字符串命令通過LabVIEW的VISA串口VI（子函數(shù)），寫入到舵機控制板的存儲卡；2、如何應(yīng)用“事件結(jié)構(gòu)”工具，把前面板的按鈕觸發(fā)事件與相應(yīng)的字符串命令下達關(guān)聯(lián)起來。（所有圖片雙擊后，都可以放大看?。?/p>
圖7 LabVIEW的框圖程序
圖7的圖形化編程設(shè)計是采用NI_VISA串口Serial函數(shù)來訪問和控制串口的。VISA中的Serial函數(shù)庫里包含VISA 配置串口、VISA 寫入、VISA 讀取、VISA 關(guān)閉等子函數(shù)。這些子函數(shù)的提取路徑是：函數(shù)庫→儀器I/O→串口，本設(shè)計用到的三個VISA串口VI是：VISA串口配置VI VISA Configure Serial Port、VISA寫入VI VISA Write、和VISA 關(guān)閉VI VISA Close。值得注意的是，您必須要安裝了VISA串口驅(qū)動程序，這些VI才會起作用。
VISA串口配置函數(shù)的作用是完成串口參數(shù)的初始化設(shè)置，包括了串口號，波特率，奇偶校驗、數(shù)據(jù)比特、是否啟用終止符等。
VISA關(guān)閉函數(shù)VISA Close的作用是當(dāng)程序停止之前，必須要把使用的串口號設(shè)備關(guān)閉，若不關(guān)閉，之后的其他程序就不能使用該設(shè)備。
VISA寫入函數(shù)有三個輸入端子，中間的輸入端子是寫入緩沖區(qū)入口，寫入緩沖區(qū)支持的數(shù)據(jù)格式是字符串。
那么到底什么樣的字符串命令可以控制舵機控制板的存儲卡中各動作組的動作序列文件？請先看看DF-USBSSC32控制板使用說明書。
說明書網(wǎng)址：http://wiki.dfrobot.com.cn/index.php?title=USB%E7%89%8832%E8%B7%AF%E8%88%B5%E6%9C%BA%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%9D%BF(SKU:DRI0005)。
從說明書中，我學(xué)習(xí)到，如果要執(zhí)行動作組0的文件，字符串命令是：PL 0 SQ 0
我把機器人前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)分成了4個動作組， “前進”動作組編號設(shè)為0，其它3個動作組的編號分別設(shè)置為1、2、3。
從圖7可以看出，在前面板中按下“前進”按鈕，會執(zhí)行“[1] 前進 值改變”事件分支，把字符串PL 0 SQ 0用“連接字符串”VI與回車符
談完字符串命令串口通信的問題，再來談?wù)勈录Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用方法。
事件結(jié)構(gòu)是一個功能非常強大的編程工具，什么是事件呢？事件幾乎可以是LabVIEW中“發(fā)生”的任何事情，例如，按下前面板布爾控件；數(shù)值控件值改變；鼠標(biāo)光標(biāo)進入程序窗口等。為啥需要事件結(jié)構(gòu)，如果沒有它的話，例如，為了檢測用戶是否按下按鈕，就不得不在While循環(huán)中周期性地“輪詢”按鈕的值。使用它，就不需要“輪詢”，因為LabVIEW程序會“知道”事件何時發(fā)生。軟件的事件結(jié)構(gòu)很像硬件的中斷機制。
在框圖程序界面的空白處右擊鼠標(biāo)，就會出現(xiàn)函數(shù)庫面板，接著在“編輯”→“結(jié)構(gòu)”子面板里，找到“事件結(jié)構(gòu)”模塊，把它拖到程序編輯界面，再拉大模塊方框，就可以建立一個初始事件結(jié)構(gòu)。如8所示為事件結(jié)構(gòu)的提取方法。
圖8 事件結(jié)構(gòu)的提取方法
事件結(jié)構(gòu)總是放在一個While循環(huán)結(jié)構(gòu)中，如圖7所示。為了可以連續(xù)處理事件，需要用While循環(huán)來一直執(zhí)行事件結(jié)構(gòu)。如果沒有While循環(huán)結(jié)構(gòu)，事件結(jié)構(gòu)只能處理一次事件，就會退出程序。另外在程序中只能放置一個事件結(jié)構(gòu)，如果想在程序中處理幾種不同的事件，可以在單個事件結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建多個分支幀。
圖9 添加事件分支
在事件結(jié)構(gòu)上右擊鼠標(biāo)，出現(xiàn)快捷菜單，選擇“添加事件分支…”，隨之會出現(xiàn)“編輯事件”對話框，如圖10所示。
圖10 編輯事件
如果希望在“前進”按鈕事件后，添加“后退”按鈕事件，可以在圖10里，找到“后退”事件源，選擇事件觸發(fā)條件是“值改變”。對于前面板中的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止按鈕，我分別添加了對應(yīng)的事件分支幀，在各分支幀里，把相應(yīng)的字符串命令下達給下位機，32路舵機控制板。
值得注意的是，要退出一個包含事件結(jié)構(gòu)的While循環(huán)，必須把退出按鈕放在事件結(jié)構(gòu)中，如圖11所示，還要為退出按鈕配置專門的“值改變”事件分支幀。如果退出按鈕放在事件結(jié)構(gòu)外，事件結(jié)構(gòu)將一直等待，無法退出程序運行。
圖11 停止帶事件結(jié)構(gòu)的While循環(huán)的正確方法
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