14-1 14-2 14-3 14-4 14-5 14-6 14-7epaper.gotop.com.tw/pdf/AEL010400.pdf · 14-3 表14-1 命令碼與對應動作編號變數狀態 0 stop 停止 1 fwd 前進 2 back 後退 3 left

14-1 藍芽遙控車

14-2 機器人介紹

14-3 傳送命令

14-4 NXT 端程式

14-5 電腦程式

14-6 進階挑戰

14-7 總結

14-2

14-1 藍芽遙控車新版的 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 提供了 Remote Control 介面，讓使用者可

以遙控 NXT。除了 NXT-G 之外，BricxCC 的「Brick Joystick」工具與「NeXT Tools

for Mac」這兩套軟體也有類似的功能。然而透過 leJOS，我們也能自己製作一個

簡易的控制介面從電腦端來遙控 NXT。在開始本專題之前，建議您把第 9 章和第

10 章複習一下。由於設計控制介面會用到 Java 的 AWT 和 Swing 類別，您可以參

考坊間的正規 Java 程式設計書籍。

14-2 機器人介紹我們將在電腦端設計一個簡單的控制介面，利用藍芽通訊來控制 NXT 機器人。機

器人可藉由收到的指令來執行前進、後退與轉彎的動作。

14-2-1 機器人本體

機器人本體為一般的雙馬達機器人，您可以自行設計或使用本書第 2 章的範例機器

人，如圖 14-1。

圖 14-1 範例機器人

14-3 傳送命令我們先整理出被遙控的 NXT 機器人所有的動作，包含「前進」、「後退」、「左

轉」、「右轉」還有「停止」，編號整理後如表 14-1：

14-3

表 14-1 命令碼與對應動作

編號變數狀態

0 STOP 停止

1 FWD 前進

2 BACK 後退

3 LEFT 左轉

4 RIGHT 右轉

我們用一個整數型別的變數來代表這些命令，電腦將這個變數傳送給 NXT，NXT

則根據變數值來決定它所要執行的動作，如圖 14-2。例如電腦希望 NXT 前進，則

傳送命令碼「1」給 NXT，NXT 發現接收到的數字是 1，便開始前進。

Master

[命令碼]

Slave

圖 14-2 傳送指令示意圖

14-4 NXT 端程式 NXT 機器人在本專題中扮演 slave 的角色，必須不斷接收、執行命令，NXT 的程式

流程如圖 14-3。由於程式較為複雜，我們將分段說明 NXT 端程式。

開始

等待連線

接收命令

執行命令

圖 14-3 NXT 端程式流程圖

14-4

14-4-1 宣告變數、等待連線

PART1：首先定義各個命令碼，同時宣告裝置命令的容器「cmd」來接收命令

碼。

12 int STOP = 0, FWD = 1, BACK = 2, LEFT = 3, RIGHT = 4, cmd;

PART2：接著在第 14 行等待藍芽連線，接收到連線要求後在第 15 行建立輸入

串流。

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LCD.drawString("Waiting...", 0, 0);

NXTConnection connection = Bluetooth.waitForConnection();

DataInputStream dataIn = connection.openDataInputStream();

LCD.drawString("Connected", 0, 1);

14-4-2 處理命令

完成連線後，NXT 用無窮迴圈不斷接收電腦的命令。一開始在第 23 行接收電腦的

命令，接下來從 24 到 48 行判斷命令的類型並執行應有的動作。如果發生了某些狀

況迫使連線中斷就會拋出 IOException 例外，再用 try…catch 結構來抓取例外並結束

程式。

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try{

while(true)

{

cmd = dataIn.readInt(); //接收命令

if(cmd==STOP) //停止

{

Motor.B.stop();

Motor.C.stop();

}//if

if(cmd==FWD) //前進

{

Motor.B.forward();

Motor.C.forward();

}//if

if(cmd==BACK) //後退

{

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Motor.B.backward();

Motor.C.backward();

}//if

if(cmd==LEFT) //左轉

{

Motor.B.backward();

Motor.C.forward();

}//if

if(cmd==RIGHT) //右轉

{

Motor.B.forward();

Motor.C.backward();

}//if

}//while

} catch(IOException e) {System.exit(1);}

14-4-3 完成程式

綜合以上說明，我們很快就完成 NXT 的程式了，請看<Sample14_1>。它不僅適用

電腦作為 Master 的情況，您如果想用一台 NXT 作為 Master，只要命令碼規格相符

也可以直接套用。

<Sample14_1.java>

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import java.io.*;

import lejos.nxt.*;

import lejos.nxt.comm.*;

class Sample14_1

{

public static void main(String args[])

{

Button.ESCAPE.addButtonListener(new ButtonListener() {

public void buttonPressed(Button b) {System.exit(0);}

public void buttonReleased(Button b) {}

});

int STOP = 0, FWD = 1, BACK = 2, LEFT = 3, RIGHT = 4, cmd; //宣告命令碼

LCD.drawString("Waiting...", 0, 0);

NXTConnection connection = Bluetooth.waitForConnection(); //等待連線

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DataInputStream dataIn = connection.openDataInputStream();//取得輸入串流

LCD.drawString("Connected", 0, 1);

try{

while(true)

{

cmd = dataIn.readInt(); //接收命令

if(cmd==STOP) //停止

{

Motor.B.stop();

Motor.C.stop();

}//if

if(cmd==FWD) //前進

{

Motor.B.forward();

Motor.C.forward();

}//if

if(cmd==BACK) //後退

{

Motor.B.backward();

Motor.C.backward();

}//if

if(cmd==LEFT) //左轉

{

Motor.B.backward();

Motor.C.forward();

}//if

if(cmd==RIGHT) //右轉

{

Motor.B.forward();

Motor.C.backward();

}//if

}//while

} catch(IOException e) {System.exit(1);}

}//main

}//Sample14_1

14-7

14-5 電腦程式電腦端程式牽涉到的東西就比較多了，包含視窗介面、事件、物件概念以及 NXT

連線設定。若您沒學過 Java 的視窗程式設計，請不用著急，我們會一步步告訴您如

何設計簡易的視窗介面。首先先看看我們要設計的簡易 NXT 控制介面，如圖 14-4。

圖 14-4 簡易 NXT 控制介面

14-5-1 圖形使用者介面

圖形使用者介面（Graphical User Interface，簡稱 GUI）顧名思義就是圖形化的操作

介面。相較於生硬的序列式程式，例如早期的 MS-DOS，圖形化介面程式的好處是

使用直覺化且方便使用，較為大多數使用者接受。

序列式程式的特色就是程式的動作依照固定的排程執行，使用上比較沒有彈性，下

面是 leJOS 的 PC 工具「nxjflash」執行範例。

C:\Documents and Settings\XP\桌面>nxjflash

Building firmware image.

VM file: C:\Program Files (x86)\leJOS NXJ\bin\lejos_nxt_rom.bin

Menu file: C:\Program Files (x86)\leJOS NXJ\bin\StartUpText.bin

VM size: 52752 bytes.

Menu size: 38016 bytes.

Total image size 91008/94208 bytes.

…

…

14-8

圖形化介面程式的特色就是事件導向（Event-Driven Programming），我們把使用者

的動作當成不同的事件來執行各種動作，也就是說我們必須針對不同事件來定義不

同的處理方式，如圖 14-5。

前進

退後右轉左轉

圖 14-5 圖形化介面對應的動作

Java 用來設計視窗介面的套件分別有 AWT 和 Swing，這些套件可以讓我們定義各

式各樣的元件，例如按鈕、視窗、文字欄位、滑桿與面板等等，每一種元件都代表

一個類別，我們可以自由定義。我們把元件所對應的類別整理如表 14-2。由於 Java

的視窗介面繁多，我們僅列出在本書中會使用到的套件，有興趣的讀者可以參考正

規的 Java 程式設計書籍。

表 14-2 圖形化元件所對應的類別

元件 AWT 套件 Swing 套件

視窗 Frame JFrame

對話框 Dialog JDialog

按鈕 Button JButton

面板 Panel JPanel

滑桿 Slider JSlider

清單 List JList

標籤 Label Jlabel

14-9

AWT 和 Swing 套件的關係 AWT（Abstract Window Toolkit）和 Swing 都可以建立與設計視窗元件，但

是為何要作兩套同樣功能的套件？

Sun 公司從 JDK 1.0.2 版開始推出 AWT 套件，使 Java 語言可以設計圖形化

介面，是 Java 的重要的里程碑，然而 AWT 卻引來不少批評，以下是最具爭

議的缺點：

1. 跨平台性極差，違反 Java「一次編寫，到處運行」的精神。

2. 功能薄弱，例如：只有 4 種字型。

3. 所產生的介面不具一流水準。

其缺陷主要根源是 AWT 的介面仰賴作業系統生成，功能受作業系統限制。

後來 JDK 1.2 版後，Sun 推出 Swing 套件取代 AWT，同時 Swing 為了避免

AWT 的弊端，介面改用自行用圖形產生不再依賴作業系統，不但解決了跨

平台問題，也提高設計的自由度。除了 Sun 公司的 AWT 和 Swing 套件之外，

IBM 也有自己開發同性質的套件「SWT（Standard Widget Toolkit）」。

14-5-2 程式架構

我們把電腦端程式的流程圖畫出來，其中最主要的部分是「連線 NXT」和「顯示視

窗」。請看下列分段說明：

開始

失敗顯示錯誤訊息

結束

成功

顯示視窗

連線到 NXT？

圖 14-6 電腦端程式流程圖

14-10

PART1：首先載入要用到的套件，包含專門用來製作 Java 設計圖形化介面的

AWT 和 Swing 套件。

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import lejos.pc.comm.*;

import java.io.*;

import java.awt.*; //AWT視窗套件

import java.awt.event.*; //AWT視窗事件套件

import javax.swing.*; //Swing視窗套件

import javax.swing.event.*; //Swing視窗事件套件

PART2：透過繼承 Swing 套件的 JFrame 類別來建立視窗，在 main 之中利用

本身建立物件。由於 main 前面有 static，表示 main 和類別關係密切，以本身

建立物件時，main 不屬於物件之中，宣告物件的同時會觸發第 60 行的建構

子。

<Sample14_2>的架構如下：

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…

…

…

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…

…

…

…

…

…

…

…

…

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class Sample14_2 extends JFrame //繼承 JFrame

{

//宣告區（48～54行）

…

…

public Sample14_2() //建構子

{

//連線到 NXT（58～65行）

…

//設定視窗（68～73行）

…

//設定視窗元件（76～97行）

…

//顯示視窗（99行）

this.setVisible(true);

}//建構子


{

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Sample14_2 com = new Sample14_2();

}//main

}//Sample14_2

14-5-3 連線到 NXT

第 50~56 行中把命令碼、NXTConnector 類別的 conn、DataOutputStream 類別的

dataOut 以及各項視窗元件逐一宣告出來，等到觸發建構子時再定義物件。

進入建構子處理的第一件事是建立與 NXT 的連線。第 60 行宣告 NXTConnector

物件並在第 61 行連線到 NXT，同時判斷成功與否；一旦成功，便在第 67 行取得

輸出串流。

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int STOP = 0, FWD = 1, BACK = 2, LEFT = 3, RIGHT = 4;

…

…

DataOutputStream dataOut;

…

public Sample14_2() //建構子

{

conn = new NXTConnector();

if(!conn.connectTo("", "", NXTCommFactory.BLUETOOTH))

{

JOptionPane.showMessageDialog(null, "Cannot connect to NXT",

"Error", JOptionPane.ERROR_MESSAGE); //連線失敗訊息

System.exit(1);

}//if

dataOut = conn.getDataOut(); //取得輸出串流

14-5-4 設定視窗

接下來設定視窗相關的參數並定義視窗的行為。程式中的「this」表示物件本身，可

以省略不寫。

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this.setTitle("COM"); //視窗標題為「COM」

this.setSize(320, 240); //視窗大小為 320×240

this.setResizable(false); //固定視窗大小

this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //視窗被關閉時自動結束程式

this.getContentPane().setLayout(null); //視窗的 Layout Manager為 null

this.setLocationRelativeTo(null); //視窗在螢幕置中

14-5-5 加入視窗元件

電腦螢幕的座標系統一律以左上角為原點(0,0)，以向右、向下為正向；同樣的，任

何視窗元件的座標都是以左上角為準。我們將所有按鈕的長寬都設為 100 像素，就

可以求得每個按鈕的座標，如圖 14-7。

前進鍵：(100,0)

後退鍵：(100,100)

右轉鍵：(200,100)

左轉鍵：(0,100)

圖 14-7 按鈕座標示意圖

每個按鈕都是一個物件，我們用 Swing 的 JButton 類別分別建立「前進」、「後退」、

「左轉」、「右轉」四個按鍵。最初從 51～54 行宣告按鈕元件，再從 77 行開始定

義按鈕元件。

以前進按鈕為例，第 78 行建立 JButton 物件，設定按鈕上的文字為「↑」。在 79

行使用 setBounds()方法設定位置和大小，語法為 setBounds(X 座標, Y 座標, 寬,

高)。第 80 行為按鈕加入事件，最後在 81 行把前進按鈕加入視窗之中。之後的後退、

左轉、右轉按鈕依此類推。

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JButton btForward;

JButton btBackward;

JButton btLeft;

JButton btRight;

…

…

//前進按鈕

btForward = new JButton("↑"); //宣告 JButton物件

btForward.setBounds(100, 0, 100, 100); //設定大小位置

btForward.addMouseListener(new MouseAction(dataOut, FWD)); //加入滑鼠事件

this.getContentPane().add(btForward); //將按鈕加入視窗

//後退按鈕

btBackward = new JButton("↓");

btBackward.setBounds(100, 100, 100, 100);

btBackward.addMouseListener(new MouseAction(dataOut, BACK));

this.getContentPane().add(btBackward);

//左轉按鈕

btLeft = new JButton("←");

btLeft.setBounds(0, 100, 100, 100);

btLeft.addMouseListener(new MouseAction(dataOut, LEFT));

this.getContentPane().add(btLeft);

//右轉按鈕

btRight = new JButton("→");

btRight.setBounds(200, 100, 100, 100);

btRight.addMouseListener(new MouseAction(dataOut, RIGHT));

this.getContentPane().add(btRight);

14-5-6 定義按鈕事件

按鍵有被壓下、放開兩種動作。以前進按鍵為例，按鍵被壓下時送出前進命令；放

開時送出停止命令。在第 10 章已經提到若要使用事件，必須實作 Listener，和滑鼠

事件有關的 Listener 是 MouseListener 介面。因此我們建立一個類別，命名為

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MouseAction 來實作 MouseListener 介面，表 14-3 是 MouseListener 介面需要實作的

方法。

表 14-3 實作 MouseListener 介面需要的方法

方法觸發事件

mousePressed() 滑鼠壓下

mouseReleased() 滑鼠放開

mouseClicked() 滑鼠點擊

mouseEntered() 滑鼠游標移入

mouseExited() 滑鼠游標移出

MouseAction 類別架構如下：

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class MouseAction implements MouseListener

{

…

public MouseAction() {} //建構子

public void mousePressed(MouseEvent e) {…}

public void mouseReleased(MouseEvent e) {…}

public void mouseClicked(MouseEvent e) {}

public void mouseEntered(MouseEvent e) {}

public void mouseExited(MouseEvent e) {}

}//MouseAction

接下來分段說明 MouseAction 類別架構：

PART1：按鍵在送出命令的過程中需要用到輸出串流，因此我們透過建構子來

取得用來傳遞 dataOut 物件以及按鍵所屬的命令碼。

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int cmd;

public MouseAction(DataOutputStream _dataOut, int _cmd) //建構子

{

dataOut = _dataOut; //取得 DataOutputStream物件

cmd = _cmd; //取得命令類型

} //建構子

14-15

PART2：當滑鼠壓下或放開時，都要送出一個不同的命令給 NXT 機器人。以

前進按鈕為例，我們將對應的動作列如圖 14-8：

被壓下時→觸發 mousePressed()→送出前進命令→dataOut.writeInt(FWD)

被放開時→觸發 mouseReleased()→送出停止命令→dataOut.writeInt(STOP)

壓下（Press）放開（Release）

前進停止

圖 14-8 滑鼠壓下、放開時所要執行的動作

PART3：我們定義的 MouseAction 類別中，利用建構子得到命令碼，以及可用

來傳送命令的 dataOut 物件。第 31 行的 mouseReleased()會在按鍵被壓下時被

觸發，這時就把命令傳送給 NXT，同時為了處理 NXT 可能會突然斷線等等因

素而拋出 IOException 例外，我們用 try…catch 結構來抓取例外。

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class MouseAction implements MouseListener //滑鼠事件

{


int cmd;

public MouseAction(DataOutputStream _dataOut, int _cmd)

{

dataOut = _dataOut;

cmd = _cmd;

}//建構子

public void mousePressed(MouseEvent e) //滑鼠壓下事件

{

try{

dataOut.writeInt(cmd); //送出命令

dataOut.flush();

} catch(IOException i) {

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JOptionPane.showMessageDialog(null, "Communication disconnected",

"Error", JOptionPane.ERROR_MESSAGE); //斷線錯誤警告

System.exit(1);

}

}//mousePressed

public void mouseReleased(MouseEvent e) //滑鼠放開事件

{

try{

dataOut.writeInt(0); //送出停止命令

dataOut.flush();




System.exit(1);

}

}//mouseReleased




}//MouseAction

PART4：回到<Sample14_2>的建構子，使用 addMouseListener()把定義好的

MouseAction 加入各按鍵中。

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public Sample14_2()

{

…

btForward.addMouseListener(new MouseAction(dataOut, FWD));

…


…


…


…

}

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14-5-7 電腦端程式完成

經過一番激戰後終於完成電腦端程式了，<Sample14_2>的長度也是相當驚人，請小

心輸入別打錯字了。

<Sample14_2.java>

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import lejos.pc.comm.*;

import java.io.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

import javax.swing.*;

import javax.swing.event.*;

class MouseAction implements MouseListener //滑鼠事件

{


int cmd;

public MouseAction(DataOutputStream _dataOut, int _cmd)

{

dataOut = _dataOut;

cmd = _cmd;

}//建構子

public void mousePressed(MouseEvent e) //滑鼠壓下事件

{

try{

dataOut.writeInt(cmd); //送出命令

dataOut.flush();




System.exit(1);

}

}//mousePressed

public void mouseReleased(MouseEvent e) //滑鼠放開事件

{

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try{

dataOut.writeInt(0); //送出停止命令

dataOut.flush();




System.exit(1);

}

}//mouseReleased




}//MouseAction

class Sample14_2 extends JFrame

{

int STOP = 0, FWD = 1, BACK = 2, LEFT = 3, RIGHT = 4; //宣告命令碼

JButton btForward;

JButton btBackward;

JButton btLeft;

JButton btRight;

NXTConnector conn;


public Sample14_2()

{

conn = new NXTConnector();

if(!conn.connectTo("", "", NXTCommFactory.BLUETOOTH)) //連線到 NXT

{

JOptionPane.showMessageDialog(null, "Cannot connect to NXT",

"Error", JOptionPane.ERROR_MESSAGE); //連線失敗訊息

System.exit(1);

}//if

dataOut = conn.getDataOut(); //取得輸出串流

//設定視窗

this.setTitle("COM"); //視窗標題為「COM」

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this.setSize(320, 240); //視窗大小為 320×240

this.setResizable(false); //固定視窗大小

this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //視窗關閉時結束程式

this.getContentPane().setLayout(null); //視窗的 Layout Manager為 null

this.setLocationRelativeTo(null); //視窗在螢幕置中

//前進按鈕

btForward = new JButton("↑"); //宣告 JButton

btForward.setBounds(100, 0, 100, 100); //設定大小位置

btForward.addMouseListener(new MouseAction(dataOut, FWD));//加入滑鼠事件

this.getContentPane().add(btForward); //將按鈕加入視窗

//後退按鈕

btBackward = new JButton("↓");

btBackward.setBounds(100, 100, 100, 100);


this.getContentPane().add(btBackward);

//左轉按鈕

btLeft = new JButton("←");

btLeft.setBounds(0, 100, 100, 100);


this.getContentPane().add(btLeft);

//右轉按鈕

btRight = new JButton("→");

btRight.setBounds(200, 100, 100, 100);


this.getContentPane().add(btRight);

this.setVisible(true); //顯示視窗

}//建構子


{

Sample14_2 com = new Sample14_2();

}//main

}//Sample14_2

14-20

在電腦上輸入 nxjpcc 指令來編譯<Sample14_2>程式。

C:\>nxjpcc Sample14_2.java

接著 NXT 執行<Sample14_1>，請注意 NXT、電腦都要開啟藍芽，且電腦已將 NXT

加入藍芽裝置清單中。最後在電腦上用 nxjpc 指令執行<Sample14_1>程式。

C:\>nxjpc Sample14_2

<Sample14_2>執行後出現如圖 14-9 的圖形化視窗，按下按鈕來遙控 NXT 吧，是不

是非常有成就感呢？

圖 14-9 執行程式後出現的圖形化視窗

14-21

14-6 進階挑戰請在 NXT 前方加上超音波感應器來偵測障礙物，除了可透過電腦來控制 NXT

外，並同時以電腦視窗來顯示超音波感應器值，如果 20 公分內出現障礙物則響

起警示音。

14-7 總結本章教您如何設計 Java 的圖形化介面並透過藍芽來控制 NXT 機器人，內容用到了

藍芽、圖形化介面、事件以及物件概念，可以說是之前所有章節的集大成。您應該

體會到 leJOS 與 NXT 結合之後，不但給使用者高度的揮灑空間，威力更是無窮。

您或許會覺得本章的 NXT 控制介面看起來有點陽春，但是俗話說得好：「萬丈高

樓平地起」。您可以加入更多按鈕來加強機器人的功能，例如夾取物體或投球等等。

甚至您可以在機器人身上裝上小型攝影機來整合機器人視覺運算，這都是可以做得

到的。

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14-1 14-2 14-3 14-4 14-5 14-6 14-7epaper.gotop.com.tw/pdf/AEL010400.pdf · 14-3 表14-1 命令碼與對應動作 編號 變數 狀態 0 stop 停止 1 fwd 前進 2 back 後退 3 left

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