Programmierung der Lego Mindstorms Roboter

Programmierung der 

Lego Mindstorms 

Roboter 

Dipl.-Inform. O. Taminé 

Universität Karlsruhe (TH), Institut für Prozeßrechentechnik, Automation und Robotik 

Gliederung 

❑ Infrastruktur 

Aufbau, Vorbereitungen, WWW-Links 

❑ NQC-Programmierung 

Vorbereitungen, Kommandozeilen-Programmierung, 

IDE-Oberflächen 

❑ NQC-Sprachreferenz 

Beschreibung der NQC-Sprache 

Universität Karlsruhe (TH), Institut für Prozeßrechentechnik, Automation und Robotik

Teil I: Infrastruktur 


RCX-Baustein 

❑ Hitachi H8-Prozessor 

8 Bit, 16 Mhz 

❑ 32 Kbyte RAM 

❑ 16 Kbyte ROM 

❑ je drei Ein-/Ausgänge 

❑ Infrarot-Schnittstelle 

❑ 5 Programmspeicher 


Speicheraufbau 

5x1,2 KByte RAM 

Programmspeicherplätze 

32 Kbyte 

statisches RAM 

16 Kbyte ROM 

1 2 3 4 5 

Firmware 

BIOS 


RCX-Display 

Batterieanzeige 

Kommunikation 

Aktiver Sensoranzeige 

Zeitanzeige 

Boot-Modus Ausgang 

View 

On/Off 

1 2 3 

^ 

00.00 

^ ^ 

1 

A B C 

Prgm 

Run 


Infrarotsender 

Kommunikation PC -> Lego Mindstorms 

Anschluß an COM-Port 

(1) Übertragung der 

Firmware 

(2) Übertragung eigener 

Programme 


Stromversorgung 

9 Volt (6x1,5 V Mignon Batterien) 

1,5 V 

Alkaline 

NiCd 

Entladung 


RCX-Code 

Lego-Programmiersprache 


WWW-Links 

Software, Dokumentationen, 

Büchertipps, WWW-Seiten, Teilnehmerlisten, ... 

auf der Praktikumshomepage: 

http://i61www.ira.uka.de/users/tamine/lego/ 


Teil II: NQC-Programmierung 


Vorbereitung (Teil 1) 

Auf Lego-CD: 

System\spirit.ocx 

Firm\firm0309.lgo 

Download der RCX 2.0 Firmware: 

firm0328.lgo (Praktikumshomepage) 


Software installieren (Teil 2) 

Installieren von Bricx Command Center: 

bricxcc.exe, Aktuelle Version: 3.3 

Win 95/98/ME/2000/XP 

Download von Homepage 

Alternativ: 

Installieren von NQC: 

nqc-win-2-3-r1.zip, Aktuelle Version: 2.3 

Download von Homepage 

Version 2.4 im Beta-Stadium 


Firmware übertragen (Teil 3) 

1. Möglichkeit Bricx Command Center: 

Menü Tools/Download Firmware 

Datei firm0328.lgo auswählen 

2. Möglichkeit: 

nqc -firmware pfad\firm0328.lgo 

oder: nqc -firmfast pfad\firm0328.lgo 


Programmierumgebung I 

(1) NQC-Programm 

in Editor schreiben 

(2) DOS-Shell: 

Kompilieren + 

Übertragen an RCX 


Programmierumgebung II 


Starten vom Bricx Command Center 

Suche nach 

eingeschaltetem Lego 

Mindstorms Roboter 

Falls Roboter nicht gefunden wird, 

sind nicht alle Funktionen verfügbar. 


Tool: Direct Control 

Direkte Steuerung der 

RCX-Komponenten: 

❑ Sensoren: 

Typ + Modus der 3 Sensoren 

❑ Motoren: 

Vorwärts, Rückwärts, 

Bremsen, Leerlauf 

❑ Variablen: 

Wertzuweisung 

❑ Tasks: 

Starten + Anhalten der 

10 Tasks 


Tool: Diagnostics 

Anzeige von: 

❑ Status 

❑ Firmware-Version 

❑ Batteriestatus 

❑ Anschlußport 

❑ Aktueller Programmnr. 

❑ Auschaltzeit 

❑ Infrarotstärke 

❑ Einschaltzeit 

❑ Display-Anzeige 


Tool: Watching the RCX 

Beobachten folgender RCX-Werte: 

❑ Variablen 

❑ Sensoren 

❑ Motoren 

❑ Timer 

❑ Infrarot 

❑ Zähler 


Weitere Tools 

Send 

Message 

RCX-Piano 

Joystick 


Teil III: NQC-Sprachreferenz 


NQC Sprachkonstrukte 

NQC = Not quite C 

❑ Lexikalische Strukturen 

❑ Programmstrukturen 

❑ Kontrollstrukturen 

❑ RCX API 

❑ Beispiele 


Lexikalische Strukturen 

❑ Kommentare 

// Einzeiliger Kommentar 

/* Dieser Kommentar belegt 

mehrere Zeilen */ 

❑ Leerzeichen nicht notwendig, aber hilfreich 

x=2; 

x = 2; 

❑ Numerische Konstanten 

x = 10; // setzt x auf den Dezimalwert 10 

x = 0x10; // setzt x auf den Dezimalwert 16 

❑ Präprozessorbefehle wie in C 


Der Präprozessor 

❑ Einbinden von Programmteilen 

#include “part2.nqc“ 

❑ Substitution von Werten 

#define SCHWARZ 800 

❑ Speicherreservierung 

#pragma reserve 0 1 2 

notwendig bei Timern und Zählern 


Programmstrukturen I 

Tasks 

❑ RCX ist multitaskingfähig 

❑ unterstützt max. 10 Tasks 

❑ Tasks werden durch start task_name gestartet 

und durch stop task_name beendet 

❑ StopAllTasks(); beendet alle Tasks 

Beispiel: 

task main() 

{ 

// Ein leerer Task 

} 


Programmstrukturen II 

Unterprogramme 

❑ max. 8 Stück 

❑ keine Parameter 

❑ keine Rückgabewerte 

❑ keine Rekursion erlaubt 

❑ keine anderen Unterprogrammaufrufe erlaubt 

❑ nur 1 kompiliert (Speicherplatz sparend!) 

Beispiel: 

sub dummy() 

{ 

// Ein leeres Unterprogramm 

} 


Programmstrukturen III 

Inline-Funktionen 

❑ kein Rückgabewert 

❑ Parameterübergabe per Wert und per Referenz 

❑ Funktionen werden beim Kompilieren an die 

Aufrufstelle kopiert (Makro) 

Beispiel: 

void fkt(int x, int& y) { 

x = 3; y = 2; 

} 

task main() { 

int y = 1; int x = 2; fkt(x, y); 

} 


Variablen 

❑ nur 16-Bit Integer Variablen 

❑ Arrays erlaubt 

❑ Deklarationen wie in C 

❑ Ausdrücke wie in C erlaubt (++, *=, |, &&, >>, usw.) 

Beispiele: 

int a=1, x; 

x += a; 

a = 5 % 2; // modulo 

x = 31 | 1; // Or 


Globale und lokale Variablen 

❑ unterstützt max. 32 globale Variablen 

❑ max. 16 lokale Variablen 

Beispiel: 

int x = 0; // bin global 

task main() { 

int y; // bin lokal 

y = x; // ok 

} 

task move() { 

x = 5; // ok 

y = x; // nicht ok, y hier unbekannt 

} 


Kontrollstrukturen 

❑ if (Bedingung) Block1 else Block2 

❑ while (Bedingung) Block 

❑ do Block while (Bedingung) 

❑ repeat (Ausdruck) Block 

❑ switch (Ausdruck) case 

❑ until (Bedingung); 

❑ Befehle break, continue, default usw. wie in C 

Beispiele: 

if (x==1) y = 3; else y = 4; 

while (x

Sensorik 

Berührungssensor 

Lichtsensor 

Ausgänge: SENSOR_1, SENSOR_2, SENSOR_3 

Sensoren: SENSOR_TOUCH, SENSOR_LIGHT 

SetSensor(Ausgang, Sensor) setzt einen Ausgang 

auf einen bestimmten Sensortyp 

Der Sensor wird dabei in seinem Standardmodus 

betrieben 


Berührungssensor 

Was macht dieses Programm ? 

task main() 

{ 

SetSensor(SENSOR_1, SENSOR_TOUCH); 

OnFwd(OUT_A+OUT_C); 

until (SENSOR_1 == 1); 

Off(OUT_A+OUT_C); 

} 


Sensor-Modi 

Const: SENSOR_TYPE_TOUCH, SENSOR_TYPE_LIGHT 

Befehl 

SetSensorType(Ausgang, const) 

SetSensorMode(Ausgang, mod) 

Beschreibung 

legt Sensortyp fest 

legt Sensormodus fest 

Modus 

Beschreibung 

SENSOR_MODE_RAW 0 bis 1023 

SENSOR_MODE_BOOL 0 bis 1 

SENSOR_MODE_EDGE zählt Zustandswechsel 

SENSOR_MODE_PULSE zählt Zustandsperioden 

SENSOR_MODE_PERCENT 0 bis 100 Prozent 


Funktionsweise eines Sensors 

SENSOR_MODE_RAW 

1023 

0 

SENSOR_MODE_PERCENT: Transformation des 

Raw-Wertes in den Wertebereich 0-100 

t 


Boolescher Modus 

SENSOR_MODE_BOOL 

1023 

True 

False 

0 

t 


Zustandswechsel 

SENSOR_MODE_EDGE 

1023 

1 

3 

2 

4 

0 

t 


Periodenwechsel 

SENSOR_MODE_PULSE 

1023 

1 

2 

0 

t 


RCX Events 

Befehl 

Beschreibung 

SetEvent(Nr, source, type) legt Sensorfest fest 

monitor(EVENT_MASK(Nr)) überwacht Event 

Typ 

EVENT_TYPE_PRESSED 

EVENT_TYPE_RELEASED 

EVENT_TYPE_PULSE 

EVENT_TYPE_EDGE 

EVENT_TYPE_LOW 

EVENT_TYPE_NORMAL 

EVENT_TYPE_HIGH 

EVENT_TYPE_MESSAGE 

EVENT_TYPE_FASTCHANGE 

Beschreibung 

Gedrückt 

Nicht gedrückt 

Periodenwechsel 

Zustandswechsel 

Wechsel in Niedrigbereich 

Wechsel in Normalbereich 

Wechsel in Hochbereich 

IR-Nachricht empfangen 

Schneller Wertwechsel 


Event Modus 

1023 

Hoch 

Normal 

0 

Niedrig 


Beispiel: Lichtsensor 

task main() { 

SetSensorType(SENSOR_2, SENSOR_LIGHT); 

SetEvent(1, SENSOR_2, EVENT_TYPE_HIGH); 

SetEvent(2, SENSOR_2, EVENT_TYPE_LOW); 

SetLowerLimit(2, 550); SetUpperLimit(1, 790); 

monitor(EVENT_MASK(1) | EVENT_MASK(2)) { 

// tue was immer du willst... 

} catch (EVENT_MASK(1)) { 

// Schwarz gefunden 

} catch (EVENT_MASK(2)) { 

// Weiss gefunden 

} } 


Kommunikation 

Befehle: 

❑ id = Message(); 

id = 0: keinen Wert empfangen 

❑ SendMessage(id); 

versendet id (0-255) 

❑ ClearMessage(); 

löschst den Empfangspuffer 

❑ SetTXPower(TX_POWER_LO) 

legt Sendestärke fest 


Beispiel Kommunikation 

#define __NOTETIME 10 

#define __WAITTIME 12 

task communication() { 

ClearMessage(); 

SendMessage(5); 

// Warte auf Antwort 

until (Message() != 0); 

// ID empfangen 

if (Message() == 5) { 

// ID korrekt 

SendMessage(10); 

PlayTone(330,4*__NOTETIME); Wait(4*__WAITTIME); 

} else { 

// Falscher Partner 

OnRev(OUT_A+OUT_C); 

} 

} 

ClearMessage(); 

} 

task main() { start communication;} 


Programmumschaltung 

5 Programmspeicher 

Befehl 

SelectProgram(Nr) 

x = Program(); 

Beschreibung 

wechselt Programm und 

startet es (Nr: 0-4) 

liest aktuelle Programmnr. 

aus 


Weitere Befehle 

❑ Musik 

❑ Zähler 

❑ Timer 

❑ Display 

❑ Datalog 

❑ Random 

❑ usw, usw., usw. 


Letztes Beispiel: Semaphoren 

int sem; 

task main() { 

sem = 0; start move; 

SetSensor(SENSOR_1, SENSOR_TOUCH); 

while (true) { 

if (SENSOR_1 == 1) { 

until (sem == 0); sem = 1; 

OnRev(OUT_A); Wait(85); 

sem = 0; } } 

} 

task move() { 

while (true) { 

until (sem == 0); sem = 1; 

OnFwd(OUT_A); 

sem = 0; Wait(200); 

}} 


Viel Erfolg !!!!!!!

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