Vytvoření knihovny do systému Control Web pro plný přístup k NXT Mindstorms

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Provozně ekonomická fakulta Vytvoření knihovny do systému Control Web pro plný přístup k NXT Mindstorms Diplomová práce Vedoucí práce: Dr. Ing. Radovan Kukla Bc. Michal Kamenský Brno 2013

2 Místo této strany bude list zadání

3 Rád bych na tomto místě poděkoval vedoucímu mé práce panu Dr. Ing. Radovanu Kuklovi za odborné vedení, Ing. Richardu Kleinovi a Ing. Janu Kolomazníkovi za odborné rady a panu Mirkovi Zálešákovi, z technické podpory pro systém Control Web, za odbornou pomoc při řešení unikátních problémů.

4 Prohlašuji, že jsem tuto práci vyřešil samostatně s použitím literatury, kterou uvádím v seznamu. V Brně dne 8. prosince 2013

5 Abstract Bc. Kamenský. M. Create a library into the system Control Web for full control NXT Mindstorms. Master's thesis. Brno, This thesis deals with making connection between the Lego Mindstorms NXT 2.0 and the Control Web system. Thesis contains description of communication between NXT brick and computer, and creation of driver into the Control Web system. There is also description of created libraries and their using in new application for Control Web system. Keywords Lego, Mindstorms, NXT, control, Control Web, communication, library. Abstrakt Bc. Kamenský. M. Vytvoření knihovny do systému Control Web pro plný přístup k NXT Mindstorms. Diplomová práce. Brno, Práce se zabývá propojením Lego Mindstorms NXT 2.0 se systémem Control Web. Práce obsahuje popis komunikace mezi NXT kostkou a počítačem a tvorbu ovladače v systému Control Web. Dále obsahuje popis tvorby výsledných knihoven a jejich použití v nových aplikacích systému Control Web. Klíčová slova Lego, Mindstorms, NXT, ovládání, Control Web, komunikace, knihovna.

6 Obsah 6 Obsah 1 Úvod a cíl práce Úvod Cíl práce Robot Robot Lego Mindstorms Programovatelná řídící jednotka Servomotory Senzory Světelný senzor RGB senzor Ultrazvukový senzor Dotykový senzor Zvukový senzor Lego Mindstorms a komunikace přes bluetooth Bluetooth Bluetooth - přenos dat Lego Mindstorms komunikační protokol RealTerm sériový terminál Control Web Pracovní prostředí Grafický editor Textový editor Datové inspektory Překlad v Control Webu Události a aktivace Ovladače a kanály Volba vhodného ovladače Ovladač ASCDRV5...29

7 Obsah 7 4 Vlastní práce Vývoj jako aplikační knihovna Návrh grafického rozhraní Servomotory Knihovna Motor Senzory Knihovna Touch Knihovna Sound Knihovna Light Použití knihoven v nové aplikaci Závěr Shrnutí práce Zhodnocení výsledků Budoucí využití a možná rozšíření Literatura 56 A Mapovací soubor 59 B Parametrický soubor 60 C Knihovna Motor 61 D Knihovna Touch 62 E Knihovna Sound 63 F Knihovna Light 64 G DVD se zdrojovými soubory knihoven 65

8 Úvod a cíl práce 8 1 Úvod a cíl práce 1.1 Úvod Slovem robot se označují samostatně pracující stroje. Tyto stroje v posledních několika desetiletích zažívají rychlý rozvoj, zejména díky počítačům a pokročilejší elektronice. Tomuto rychlému rozvoji také dopomohli průmyslové roboty, které velmi zrychlují a zlevňují výrobu a začaly se tak ve velkém do výroby nasazovat. Roboty lze dnes ale najít na řadě dalších míst jako je například lékařství či vojenství ale dostaly se i k dětem v podobě hraček nebo do kuchyní, kde usnadňují rutinní činnosti. Vývoji na poli robotiky, tedy oboru, který se studiem a konstrukcí robotů zabývá, se v posledních letech věnuje mnoho pozornosti i na vysokých školách a univerzitách, kde vznikla řada předmětů zabývajících se touto problematikou. Tato práce se zabývá ovládáním robota, který se nacházejí na půdě univerzity. Na základě zadání této práce, vzniknou knihovny, kterými bude možné tohoto robota ovládat. Knihovny budou mít, kromě procedur v aplikačním rozhraní i grafickou podobu, díky které bude možné ovládat robota i pomocí jednotlivých ovládacích prvků. Výsledná práce bude sloužit při výuce a studenti pomocí těchto knihoven budou moci vytvářet zadané úlohy. 1.2 Cíl práce Cílem práce je vytvořit knihovny do systému Control Web, pomocí kterých bude možné ovládat robota Lego Mindstorms NXT 2.0. Pro propojení Lego robota se systémem Control Web bude použito ovladače v tomto systému, který bude tuto komunikaci zprostředkovávat. Knihovny budou skrze své aplikační rozhraní, poskytovat procedury, které budou sloužit k ovládání tohoto robota. Všechny knihovny budou mít i grafickou podobu a budou obsahovat přístroje, pomocí kterých bude možné také robota ovládat. Hotové knihovny budou sloužit k výuce a položí základ pro budoucí možné rozšíření o nové senzory a funkce.

9 Robot 9 2 Robot Robot je stroj, který pracuje s určitou mírou samostatnosti. Vykonává určené úkoly, a to předepsaným způsobem a při různých mírách potřeby integrace s okolním světem a se zadavatelem. Robot vnímá své okolí pomocí senzorů a je schopen do něj zasahovat, případně si o něm vytvořit vlastní představu. Vnímáním světa je schopen ho poznávat a zároveň také vyhodnocovat svůj vliv na něj a využívat tak zpětnou vazbu. Všeobecně je robot chápán jako stroj, který vykonává podobné činnosti jako člověk, především však činnosti pohybové a manipulační. Většinou musí takový stroj získávat informace o prostředí ve kterém se pohybuje a musí být schopen toto prostředí fyzikálně, především mechanicky, ovlivňovat.[1] To zajišťuje jeho motorický subsystém, ten svými efektory prostředí ovlivňuje. Efektory také zajišťují pohyb robota v prostoru. Robot musí být schopen nějakým způsobem reagovat na prostředí a jeho změny. To zajišťuje senzorický subsystém. Nad těmito systémy je nadřazen kognitivní subsystém, ve kterém probíhá rozhodovací a hlavní řídicí činnost. V tomto subsystému je ukryta inteligence robota. Senzorický systém je rozdělen na dvě části receptory, které snímají fyzikální signály z prostředí a převádí je na vhodné vnitřní signály, a systém zpracování a výběru dat, který vybírá z takových signálů informace důležité pro robota. [2] Cíl Kognitivní subsystém Motorický subsystém Plánování a řešení úloh K Realizátor plánů Efektory Model prostředí O R R Prostředí Vnímání a chápání K Zpracování a výběr dat Receptory Senzorický subsystém Obr. 1 Blokové schéma robota Oborem, který se zabývá studiem a konstrukcí robotů a jim podobných zařízení, je robotika. Robotika je moderní multidisciplinární obor zahrnující znalosti mechaniky, elektrotechniky, teorie řízení, měřící techniky, umělé inteligence a celé řady dalších disciplín. Robotika je v současné době nejvíce propojena s oborem

10 Robot 10 automatizace a může být chápána také jako snaha o automatizaci procesů a činností, které až dosud úspěšně vzdorovaly této snaze, jako např. manipulační činnosti. První zařízení, dnes označovaná jako roboty, jsou zmiňována již v začátcích našeho letopočtu. Slovo robot je však známo od r zásluhou bratří Čapků a objevuje se poprvé v jejich hře R.U.R. Celá historie robotiky a zřejmě i její dohledná budoucnost je spojena se snahou vytvořit umělou, pokud možno nebiologickou napodobeninu člověka. Při této snaze však postupně vzniká řada technicky a ekonomicky užitečných robotů, kteří již dnes významně ulehčují člověku život. V současné době se do popředí výzkumu v robotice dostávají mobilní roboty. [1] 2.1 Robot Lego Mindstorms Je programovatelnou stavebnicí vyvinutou společností Lego. Jedná se o produkt, který v sobě skloubí výhody klasické lego stavebnice otevřenost a volnost pří stavění s programovatelnou možností ovládání robota. Stavebnice Lego Mindstorms je navržena tak, aby dokázala zabavit jak dětí tak dospělé. Slouží ale i jako vhodná učební pomůcka pro studenty nebo učitele. Stavebnice Lego Mindstorms se již představila v několika verzích. Jako první přišla na trh v roce 1998 stavebnice RCX (Lego Mindstorms RCX). Tato stavebnice byla vyvinuta ve spolupráci s laboratoří MIT (Massachusetts Institute of Technology). Další verze se dostala na trh v roce 2006 pod názvem Lego Mindstorms NXT. Hlavním rozdílem, oproti minulé verzi, byla, kromě vylepšeného hardwaru a designu, možnost připojení robota pomocí bezdrátové technologie Bluetooth. V roce 2009 se na trh dostala vylepšená verze s názvem NXT 2.0. Tato verze oproti minulé podporuje operace s desetinou čárkou a v základu obsahuje nový barevný senzor. V srpnu 2013 představila společnost Lego zatím poslední verzi Lego Mindstorms EV3. Tato verze je kromě výkonnějšího hardwaru vybavena USB pro wifi a čtečkou microsd karet. Mendelova univerzita vlastní několik robotů Lego Mindstorms NXT 2.0, které slouží k výuce. Z tohoto důvodu byla tato verze vybrána pro tvorbu mé práce. [9] Základním prvkem stavebnice je inteligentní programovatelná řídící jednotka (tzv. NXT kostka), ke které je možné v základu připojit až tři servomotory a čtyři senzory.

11 Robot 11 Obr. 2 Lego Mindstorms NXT 2.0 NXT kostka se zapojenými servomotory a senzory Programovatelná řídící jednotka NXT kostka je nejdůležitější součástkou stavebnice Lego Mindstorms. Je osazena 32-bit mikroprocesorem s flash pamětí o velikosti 256KB. Kostku pak lze připojit k PC buď přes USB kabel nebo přes bezdrátovou technologii bluetooth. Bluetooth umožňuje bezdrátové připojení mezi dalšími NXT kostkami, počítačem, mobilním telefonem nebo jiným bluetooth zařízením. Na čelní straně se nachází čtyři ovládací tlačítka (doleva, doprava, enter a escape) umožňující pohyb v menu. Kromě těchto tlačítek dominuje čelní straně monochromatický maticový LCD display o rozlišení pixelů. Display slouží především pro zobrazení uživatelského prostředí. Lze ho ale použít i jako zobrazovač dat při běhu vytvořeného programu. Kostka je také vybavena vestavěným reproduktorem, který umožňuje přehrávat tóny. Napájet kostku je možné buď šesticí baterií typu AA (tužkové baterie) nebo nabíjecím akumulátorem, který je tvarově uzpůsoben tak aby se vešel na místo určené pro baterie. [10] Kostka má tří výstupní (A-C) a čtyři vstupní (1-4) porty. Výstupní porty jsou určeny pro servomotory a vstupní pro senzory. Propojení mezi motory (ale i senzory) a porty je realizováno přes 6-drátové kabely (RJ12). Standardní nastavení portů pro senzory a servomotory je následují:

12 Robot 12 Vstupní porty Port 1: Dotykový senzor Port 2: Dotykový senzor Port 3: Senzor barev Port 4: Ultrazvukový senzor Výstupní porty Port A: Motor pro dodatečné funkce Port B: Motor pro pohyb Port C: Motor pro pohyb Servomotory Motory dodávané se stavebnicí jsou poměrně výkonné. Musí si poradit s možnou vyšší váhou robota nebo jízdě po nakloněné rovině. Po zapojení dvou motorů sloužících pro pohyb vpřed nebo vzad se z robota stává vozidlo typu tank. To znamená, že ke změně směru neslouží natáčení kol ale změna rychlosti jednoho či druhého kola v závislosti na požadované změně směru. Například, je-li požadavkem, aby robot změnil směr doleva, je nutné aby se levé kolo robota otáčelo pomaleji než to pravé. To je důvod proč je součástí motoru impulzní senzor otáček, který snímá natočení robota s přesností ±1%. Motory ovšem nemusí sloužit jen pro pohyb robota. Mohou například sloužit pro ovládání ramene. Proto jsou na NXT kostce tři výstupní porty. Obr. 3 Vnitřní pohled na servomotor

13 Robot Senzory Senzory umožňují aby robot mohl reagovat na vnější prostředí. Ke kostce je možné naráz připojit až čtyři senzory (Porty 1 až 4). Se stavebnicí Lego jsou standardně přibaleny tyto senzory: Světelný senzor RGB senzor Ultrazvukový senzor Dotykový senzor Zvukový senzor Kromě těchto základních senzorů existuje cela řada dalších a to nejen od společnosti Lego ale i od ostatních výrobců (např. HiTechnic) Světelný senzor Světelný senzor umožňuje kromě detekce intenzity světla také rozlišovat barvy v odstínech šedi. Součástí senzoru je i LED dioda, která je v závislosti, je-li aktivován mód detekce intenzity světla nebo detekce odstínu šedi, buď zapnutá nebo vypnutá. Je-li dioda zapnutá je v módu detekce odstínu šedi (osvětluje detekovaný objekt). Tento detekovaný objekt část světla pohltí a zbytek odrazí zpět, kde ho zachytí fototranzistor (tento fototranzistor je taktéž součástí senzoru). Se zachyceného odrazu světla se vyhodnotí odstín šedi, který se pohybuje v rozmezí hodnot Při práci v tomto módu se doporučuje aby byly barvy co možná nejvíce kontrastní (v ideálním případě černá a bílá). V módu detekce intenzity světla je dioda vypnutá a fototranzistor snímá pouze intenzitu světla okolí. Hodnota odraženého světla je udávaná v procentech. Obr. 4 Světelný senzor

14 Robot RGB senzor Tento senzor se začal dodávat od verze Lego Mindstorms NXT 2.0. Senzor detekuje barvy v barevném modelu RGB. Princip je obdobný jako u senzoru světla. RGB senzor má ovšem diodu, která svítí v barvách červená, zelená a modrá. Světelný senzor je v tomto případě citlivý na všechny světelné délky. Senzor umožňuje rozpoznávání barvy ve dvou módech. RGB vyčítá buď hodnoty intenzit jednotlivých barevných složek nebo Colorval. Ten udává přesné číslo barvy např. 1 pro černou a 6 pro bílou. Při využití tohoto módu je opět doporučeno používat při rozeznávání dostatečně kontrastní barvy ze základní barevné škály (černá, modrá, zelená, žlutá, červená, bílá). Obr. 5 RGB senzor Ultrazvukový senzor Tento senzor umožňuje měřit vzdálenost od objektů, detekovat překážky a pohyb. Vzdálenost je schopen měřit v centimetrech nebo v palcích a to až do vzdálenosti 1,5 metru s přesností ±3 cm. Senzor pracuje na principu sonaru. Vysílá ultrazvukový signál, který se odráží od objektů a vrací zpět do senzoru. Vzdálenost se vypočítá podle času za který se odražený signál vrátí zpět do senzoru. Jeli v blízkosti více robotů, kteří ve stejný čas využijí tento senzor může dojít ke zkreslení naměřených údajů. Obr. 6 Ultrazvukový senzor

15 Robot Dotykový senzor U tohoto senzoru jde v podstatě pouze o tlačítko bez aretace. To znamená, že jediná akce je stisknuto nebo nestisknuto. Tento senzor se používá k detekci překážek. Lze ho také například použít ke zjištění počtu ujitých kroků androidního robota (android je člověku podobný robot). Obr. 7 Dotykový senzor Zvukový senzor Tento senzor měří úroveň hlasitosti zvuku v rozsahu 50-90dB. Hodnoty které senzor vrací jsou však v procentech. Senzor umožní robotovi reagovat na zvukové podněty jako například zatleskání nebo písknutí. [10] Obr. 8 Zvukový senzor 2.2 Lego Mindstorms a komunikace přes bluetooth Bluetooth zařízení, které je zabudované v NXT kostce umožňuje bezdrátové připojení s počítačem, dalšími NXT kostkami, mobilním telefonem či jiným bluetooth zařízením. Pro komunikaci přes bluetooth má kostka zabudovaný čip CSR BlueCore 4 verze 2, který jí umožňuje připojení až ke třem dalším zařízením zároveň. V jeden časový okamžik však může komunikovat jen s jedním zařízením. Ke komunikaci se využívá Serial Port Profile (SSP), který umožňuje propojení jako bezdrátový sériový port. Pro úsporu energie byla použita technologie bluetooth třídy II, která má za následek snížení dosahu na 10m.

16 Robot 16 Kostky mezi sebou komunikují pomocí modelu komunikace master/slave. Kdy jedna kostka přebírá jednosměrné řízení nad jednou další nebo více kostkami. Tato řídící kostka se označuje jako master, ostatní kostky mají úlohu slave. Slave kostky nemohou mezi sebou komunikovat přímo. Komunikace mezi dvěma slave kostkami může probíhat pouze přes kostku master. Master kostka nemůže přijímat informace od všech slave kostek najednou, ale vždy jen od jedné z nich. [10] Bluetooth Technologie Bluetooth je standard pro připojení různých bezdrátových zařízení pracujícím na krátkou vzdálenost. Poprvé se technologie objevila v roce Záhy získala velkou oblibu nejen mezi uživateli ale i v mnoha průmyslově nasazovaných aplikacích. Úplné začátky technologie bluetooth ovšem spadají už do roku 1994, kdy divize Mobile Communications Division firmy Ericsson zadala k vypracování studii realizovatelnosti náhrady univerzálního kabelového propojení dvou mobilních telefonů, popřípadě mobilního telefonu s jinými zařízeními. Začátkem roku 1998 byla založena skupina Bluetooth Special Interest Group (BSIG). Za zrodem této skupiny byla pětice firem IBM, Toshiba, Intel, Ericsson a Nokia. Cílem skupiny bylo vytvořit standard pro Wireless Personal Area Network (WPAN). První hotová specifikace byla uveřejněna v již zmíněném roce 1999 ve verzi 1.0a. [6] Postupem let přicházely novější verze, které vylepšovaly jednotlivé vlastnosti. V součastné době existuje bluetooth ve verzi 4.0. V této verzi se podařilo zlepšit dosah na vzdálenost 100m a snížila se spotřeba elektrické energie. Nově podporuje šifrování AES-128. Přenosová rychlost zůstala stejná jako u předchozí verze 24Mb/s. [7] Název technologie je odvozen ze jména dánského krále Haralda I Blaatanta, kterému se přezdívalo král Modrozub (angl. Bluetooth). Vládl v letech , přivedl do Dánska křesťanství a sjednotil Dánsko s Norskem. [6] Bluetooth - přenos dat Bluetooth je otevřený standard pro bezdrátovou komunikaci propojující dvě a více elektronických zařízení. Bluetooth je definován jako vrstvová architektura, kterou tvoří několik základních protokolů. Pro Bluetooth jsou povinné protokoly LMP, L2CAP a SDP. Kromě toho jsou všeobecně podporovány protokoly HCI a RFCOMM. Standard RFCOMM představuje jeden z nejdůležitějších aplikačních protokolů. Emuluje sériové rozhraní RS-232 a přizpůsobuje standardu Bluetooth část specifikace ETSI s označením TS Tato specifikace popisuje připojení bodbod mezi dvěma zařízeními prostřednictvím sériového rozhraní typu vzduch. RFCOMM má klíčový význam podobně jako drátově připojené rozhraní RS232. [5] Toho bylo využito při tvorbě této práce, která se vyvíjela v programu Control Web. Standardní součástí tohoto systému je několik ovladačů a jedním

17 Robot 17 z nich je i ovladač ASCDRV5 pro komunikaci přes standardní sériové rozhraní počítače (více v kapitole Ovladače a kanály) a právě ten je využit jako základ komunikace mezi robotem a počítačem. 2.3 Lego Mindstorms komunikační protokol Robot Lego Mindstorms NXT 2.0 je schopen komunikovat bezdrátově pomocí technologie bluetooth nebo drátově přes USB. Níže uvedený obrázek ukazuje hlavní vrstvy v komunikačním protokolu mezi NXT kostkou a počítačem. Na obrázku jsou znázorněny oba způsoby komunikace. Obr. 9 Diagram znázorňující komunikaci mezi počítačem a NXT kostkou [12] Komunikace mezi počítačem a NXT kostkou probíhá prostřednictvím příkazů, které mají přesně určenou strukturu a délku. Přenášená data jsou číselného charakteru a jejich podoba je znázorněna na obrázku níže. [12] Obr. 10 Struktura příkazu pro přenos dat [11] První dva byty (byte 0 a byte 1) jsou pevně určeny a nachází se v každém vyslaném příkazu z počítače na kostku.

18 Robot 18 Byte 0: typ příkazu. Tento byte definuje o jaký typ příkazu se jedná. NXT kostka rozlišuje dva typy příkazu: přímý příkaz a systémový příkaz. V tomto bytu se také definuje zda-li se jedná o příkaz, který má vyvolat odpověď od kostky zpět do počítače. o 0 00: Přímý příkaz, vyžadující odpověď o 0 01: Systémový příkaz, vyžadující odpověď o 0 80: Přímý příkaz, nevyžadující odpověď o 0 81: Systémový příkaz, nevyžadující odpověď Byte 1: tento byte určuje pro jakou část robota je příkaz určen. Zda-li má ovládat motor, senzor, vestavěný reproduktor apod. Byte 2 Byte N: počet a struktura těchto bytů závisí na bytu 1. To znamená, že druhý byte v příkazu pro ovládání motoru bude definovat zcela jiný parametr než například druhý byte v příkazu nastavující senzor. Popsaná struktura příkazu slouží pro komunikaci přes USB. Komunikace přes bluetooth je velmi podobná. Jediný rozdíl je v přidání dvou bytů definující délku celého příkazu. Tyto dva byty se nachází na začátku celého příkazu. NXT kostka používá metodu LSB (Least Signifiant Byte). To znamená, že každá hodnota, která je rozdělena na dva a více bytů se posílá tak, že nejméně významný byte odchází jako první. V případě, že se na NXT kostku vysílá například příkaz, který je dlouhý 8 bytů (0 až 7). První dva byty budou vypadat následovně. Číslo 8, které je reprezentováno ve dvou bytech má v šestnáctkové soustavě podobu Použitím LSB metody ale dostaneme výsledek Tyto dva byty tedy reprezentují délku celého příkazu ale zároveň se do celkové délky nezapočítávají. V tomto konkrétním případě má tedy odesílaný příkaz délku 10 bytů (2 + 8). [11] Obr. 11 Struktura příkazu pro přenos dat přes bluetooth [11] RealTerm sériový terminál Tento program byl využit pro testování komunikace probíhající přes bluetooth. Jedná se o program, který umožňuje zachytávat, kontrolovat nebo vysílat data na sériovém portu. Jde o pokračování známého programu COMMHEX, který pracoval ještě pod OS DOS (RealTerm již pracuje pod OS WINDOWS). Program lze využít i pro tuto úlohu přestože komunikace neprobíhá přes fyzický sériový port počítače ale přes bezdrátovou technologii bluetooth. Program umožňuje:

19 Robot 19 Zobrazovat přijímaná data přes port Vysílat sekvence dat (čísla nebo celý soubor) Zachytávat přijímaná data (určitou dobu, nebo počet) Zapisovat přijímaná data do souboru Invertovat obě linky (Rxd, Txd) Nastavit maskování přijatých bytů pomocí log. operací XOR, AND Ovládat nejen z příkazové řádky nebo myši, ale i pomocí ActiveX Program je pomyslně rozdělen na dvě poloviny. Horní polovina je určena pro zobrazování dat, které byly zachyceny při komunikaci na lince. Spodní polovina programu je vyhrazena pro pole záložek, ve kterých je možné nastavovat požadované parametry. [8] Obr. 12 Program RealTerm

20 Robot 20 Nejdůležitějšími záložkami jsou: Display zde si lze vybrat v jakém formátu se mají zobrazovat data v hlavním okně v horní polovině programu. Port tato záložka je velmi důležitá nastavuje se zde mimo jiné číslo portu, datová rychlost (v bitech za sekundu), typ parity, počet datových bitů a počet stop bitů. Capture v této záložce se nastavuje cesta k souboru do kterého se mají zapisovat příchozí data. Konec zapisování je možné nastavit podle času nebo podle počtu přijatých bytů. Send - zde je možné nastavit posloupnost znaků, které se odešlou buď jako ASCII, nebo jako číselná hodnota a počet opakování, kolikrát se tyto data mají odeslat. V této záložce je možné vybrat i soubor, který se má odeslat na port. RealTerm umožňuje sledování COMu i na vzdáleném počítači připojeném do sítě pomocí TCP V každé záložce je také v pravé části tabulka (nazvaná Status), ve které jsou monitorovány stavy pinů. Tato tabulka je vždy ve stejném místě a má stejnou podobu napříč všemi záložkami. Obr. 13 Stav pinů, které jsou neustále monitorovány Program skvěle posloužil při monitorování komunikace mezi PC a NXT kostkou. Bylo možné detailně prozkoumat jaká data proudí při vysílání jednotlivých příkazů. Tyto data byla posléze použita v Control Webu pro tvorbu aplikace. Kromě sledování dat byla použita i funkce vysílání dat. Díky tomu bylo možné vyzkoušet přesné chování robota a ověřit správnou funkčnost testovaných dat. Jako jeden z prvních testů bylo vyzkoušeno spuštění motoru. Pro bezproblémový průběh testu bylo nezbytné, aby měl robot plně nabitou baterii a zároveň nebyla připojena nabíječka. K testu byly zapotřebí pouhé dvě součástky robota. Konkrétně hlavní řídící jednotka (NXT kostka) a motor. Motor musí být zapojen do některého z výstupních portů (v testu byl použit port C). V programu RealTerm pak bylo nutné v záložce Port vyplnit následující parametry komunikace: [13]

21 Robot 21 Baund: (rychlost přenosu dat udávaná v bitech za sekundu) Port: číslo COM portu, přes který bude probíhat komunikace Parity: None (paritní bit sloužící pro kontrolu a odhalení chyb v přenesených datech) Data Bits: 8 (počet data bitů) Stop Bits: 1 (počet stop bitů) Poté už bylo možné v záložce Send do příslušného pole zadat následující hodnoty: 0 0C Pro odeslání příkazu slouží tlačítko Send Numbers (angl. pošli čísla). V této fázi ještě bylo nutné pro vypnutí motoru vypnout celého robota. Zadané hodnoty definují následující parametry: [14] 0 0C 0 00 délka příkazu rozkládající se na dvou bytech (LSB) značí přímý příkaz bez odpovědi tento byte definuje, že se jedná o příkaz nastavující servomotor (SETOUTPUTSTATE), který je připojen na výstupní port kostky značí, že motor je připojen do portu C (0 00 port A, 0 01 port B, 0 02 port C, 0 FF všechny porty najednou) rychlost v procentech. Číslo je zapsáno v šestnáctkové soustavě, jde tedy o 100% výstupní mód. Hodnota 0 07 značí, že skutečnou rychlost neovlivní vnější fyzické zatížení motoru (např. jízda do kopce). Tento režim má za následek větší spotřebu energie z baterie regulační mód (0x00 - mód není aktivovaný) tento byte určuje odklon od přímého směru (robot zatáčí). Toho lze využít pouze při zapojení dvou motorů současně, zároveň však musí být aktivní regulační mód. Hodnota změny směru je udávaná v procentech (0 00 značí přímý směr) fáze běhu motoru. Motor může postupně zrychlovat (0 10) nebo zpomalovat (0 40) na požadovanou rychlost. Hodnota 0 20 určuje konstantní běh bez zrychlování čí zpomalování Nastavení rychlosti rozkládající se na čtyřech bytech (TachoLimit), 0 00 pro nekonečný běh. [15]

22 Control Web 22 3 Control Web Control Web je univerzální nástroj pro vývoj a nasazování vizualizačních a řídicích aplikací, aplikací sběru, ukládání a vyhodnocování dat, aplikací rozhraní člověk-stroj. Unikátní objektově-orientovaná komponentová architektura zajišťuje aplikacím systému Control Web nejširší rozsah nasazení od prostých časově nenáročných vizualizací až po řídicí aplikace reálného času. Hlavním cílem návrhu systému Control Web je učinit realizaci běžných i komplikovaných úkolů možnou. Samozřejmě při respektování všech existujících standardů pro běh programů a jejich uživatelské rozhraní, výměnu dat a přístup k databázím, komunikaci po počítačových sítích a spolupráci s hardware pro sběr dat a řízení. Control Web pracuje v prostředí operačních systémů implementujících aplikační programové rozhraní Win32 a podporuje řadu průmyslových standardů. Control Web koncepčně vychází z osvědčené architektury svých předchůdců Control Panel a Control Web Nasazení těchto systémů od jaderných elektráren a celopodnikových vizualizačních systémů až po přímé řízení strojů a jednoduché vizualizace dokazuje velmi široké možnosti této architektury. Zachováním vzestupné kompatibility zároveň chrání investice do existujících aplikací, vzdělání a know-how. [3] 3.1 Pracovní prostředí Pracovní prostředí systému Control Web lze rozdělit na tři části, které jsou reprezentovány trojicí záložek v levém spodním okraji a jde o: Grafický editor Datové inspektory Textový editor Obr. 14 Hlavní záložky vývojového prostředí Většina tvorby aplikace probíhá v grafickém editoru. Tvorba v tomto editoru je pro uživatele nejpříjemnější. Control Web má v dnešním světe velmi oblíbenou funkci drag-and-drop (táhni a pusť). Chceme-li do vytvářené aplikace vložit nějaký přístroj, vybereme jej z palety přístrojů a přeneseme ho tažením myši na zvolenou pozici v aplikaci. Tím odpadá zdlouhavé psaní kódu v textovém editoru, kde je nutné pro vložení přístroje napsat příkazy pro specifikaci pozice, vlastníka přístroje nebo například typ přístroje. Všechny tyto příkazy Control Web vygeneruje sám na základě vybraného a umístěného přístroje v grafickém editoru. Textový editor je však také důležitý. Mnohdy je nezbytné jej použít a určité příkazy dopsat ručně. V praxi se používají oba editory. Přepínání mezi nimi není nijak omezeno a může probíhat kdykoliv během tvorby aplikace.

23 Control Web Grafický editor Grafický editor si lze představit jako prostor, do kterého lze vkládat jednotlivé prvky a ty pak podle potřeby přemísťovat nebo upravovat. Prvky lze vkládat z takzvané palety přístrojů. V této paletě jsou jednotlivé přístroje uspořádány do kategorii a pro přehlednost a rychlou dostupnost ještě do podkategorií. Většina přístrojů má navíc několik variant zobrazení. Jako příklad lze uvést přístroj meter. Tento přístroj slouží pro zobrazení dat. Uživatel má na výběr z mnoha variant zobrazení (např. analogové s rafičkou nebo s digitální obrazovkou viz. obrázek níže). [3] Obr. 15 Paleta přístrojů zobrazující možné varianty vzhledu přístroje meter Po výběru správného přístroje ho lze přetažením, pomocí počítačové myši, přesunout do grafického editoru. Přístroj je i poté možné jednoduše editovat. Stačí ho označit (kliknutím myši na přístroj) a pak lze libovolně přemísťovat nebo měnit jeho velikost dle potřeby. Každý přístroj obsahuje nástroj v kterém lze upravovat jeho vlastnosti. Tím nástrojem je Inspektor přístroje a lze ho vyvolat dvojklikem na vybraný přístroj.

24 Control Web 24 Obr. 16 Inspektor přístroje Jak je z obrázku patrné Inspektor přístroje obsahuje několik záložek v kterých lze přístroji nastavovat vlastnosti a funkce. V záložce Parametry se nachází tabulka s jednotlivými parametry z nichž některé mohou být dále rozděleny ještě na podtabulky, které se rozbalí stisknutím ikony + a opět sbalí stisknutím ikony -. Tato tabulka obsahuje taky sloupec nazvaný Hodnota. V tomto sloupci se vyplňují hodnoty k vybraným parametrům. Řada parametrů může nabývat předem známé hodnoty. Pro tento případ inspektor přístroje nabídne právě tyto předdefinované hodnoty v rolovací nabídce, ze které stačí vybrat požadovanou hodnotu. Řada hodnot je také v tabulce vytvořena defaultně již při vytvoření přístroje. Tyto hodnoty jsou znázorněny černou barvou a lze je také libovolně měnit. Hodnoty, které nastaví sám uživatel jsou znázorněny barvou modrou. To umožňuje jednoduchou orientaci v tabulce. Uživatel také není nucen vyplňovat všechny hodnoty ale pouze ty, které sám v dané situaci potřebuje. Ve třetím sloupci se ještě nachází stručný popis k jednotlivým parametrům. V záložce Lokální data si uživatel může vytvořit proměnné nebo konstanty se kterými bude v přístroji pracovat. Tyto proměnné budou dostupné pouze pro daný přístroj a nelze k nim přistupovat z jiného přístroje.

25 Control Web 25 V záložce Procedury se nachází seznam všech nativních procedur, které přístroj obsahuje. Do těchto procedur je možné přistupovat a rovnou do vybrané z nich vepsat svůj kód. Ten se okamžitě zobrazí i v textovém editoru. V záložce Barvy lze přístroji změnit barvy všech jeho grafických prvků. Je zde předpřipravená paleta barev, ze kterých je možné vybírat ale je zde také možnost si barvu zcela nově namíchat. Jako poslední záložka je zde Zdrojový kód. V této záložce se zobrazuje kód, který se vztahuje pouze k danému přístroji. Kód se zobrazuje v editoru, takže je možné ho rovnou ručně přepisovat nebo dopisovat. To může být výhodné v případě, kdy je celkový kód již příliš rozsáhlý a nepřehledný. Součástí grafického editoru jsou ještě v jeho levé části stromy se vloženými přístroji, které jsou rozděleny do čtyř záložek: Předlohy, Vzhled, Časování, Vybraný přístroj. V těchto stromech se zobrazují vložené přístroje a příslušné informace o nich. [3] Obr. 17 Stromy s přístroji Textový editor Textový editor nemá žádné zvláštní funkce ale jeho nespornou výhodou je, že umí zvýraznit příkazy a čísla, což umožňuje lepší orientaci v kódu. V tomto editoru se zobrazuje kompletní zdrojový kód aplikace. Tedy i ten, který vygeneroval sám Control Web při práci v grafického editoru Datové inspektory Poslední záložkou jsou datové inspektory. V této záložce se zobrazují globální datové elementy, tedy elementy, které jsou viditelné a dostupné pro celou aplikaci a všechny její přístroje. Pod datovými elementy se neskrývají pouze proměnné nebo konstanty ale i kanály, ovladače nebo moduly. Tento datový inspek-

26 Control Web 26 tor je opět rozdělen na dvě části. V levé se nachází strom s datovými elementy a v pravé části se zobrazují v závislosti na vybraném elementu data o již vytvořených elementech. V tomto místě se dle potřeby dají vytvářet i nové datové elementy. [3] 3.2 Překlad v Control Webu Control Web používá při překladu automatické zotavování chyb. Kdyby překladač nepoužíval toto zotavování, odhalil by v každém běhu pouze jednu chybu (pokud by v kódu chyby existovaly). V takovém případě by bylo nutné odstraňovat jednu chybu po druhé a překlad spouštět neustále dokola. Princip zotavení je jednoduchý, i když překladač odhalí chybu, pokračuje dál v prohledávání kódu a až dojde překladač na konec, vypíše všechny chyby najednou. V Control Webu existují celkem tři varianty překladu. Rozdíl mezi nimi spočívá v míře kontroly zdrojového textu. Čím pečlivější překlad je, tím déle to trvá. [3] První a nezjednoduší varianta překladu je jednoduchý překlad. Tento překlad je nejméně náročný na systém a je nejrychlejší. Při tomto překladu se kontroluje pouze syntaktická správnost aplikace (je-li formálně správně zapsaná). Tento překlad je dostupný buď prostřednictvím menu, nebo stiskem tlačítka Překlad aplikace v liště s nástroji. Další variantou je překlad pro překlopení. V grafickém režimu aplikace vypadá stejně jako za běhu. Je tedy nutno zkontrolovat datové soubory (jestli vůbec existují a jestli se dají načíst) a podle potřeby je zavést do paměti. Tento překlad se spouští automaticky vždy když proběhne přechod z textového do grafického režimu nebo naopak. Poslední variantou je překlad pro spuštění. Jednoduše řečeno v tomto překladu musí překladač zkontrolovat všechno. Přeložená aplikace musí být stoprocentně syntakticky a sémanticky správná, protože překladač musí zajistit správné napojení na okolí (na jiné moduly a ovladače) i správné napojení vnitřních procedur. Tato varianta je nejnáročnější a časově nejpomalejší. Spouští se vždy při startu aplikace. [3] 3.3 Události a aktivace Bloky kódu se v Control Webu nazývají procedury. Ale nejedná se o procedurální programování zejména proto, že chybí tzv. hlavní modul. To je část kódu, která se v procedurálním programování spouští jako první a ta pak volá další kód. Control Web staví na principu zpracování událostí a takzvané aktivaci. Příkladem události je například stisk tlačítka myši. Control Web je průmyslový systém pracující v reálném čase a proto jsou za události považovány i změny v ovladači vstupně/výstupních zařízení, virtuální přístroje nebo časovače. Na událost reaguje Control Web vyvoláním určité procedury. Tato procedura musí být v určitém přístroji. Žádná událost nemůže vyvolat proceduru, která se nenachází v některém z přístrojů. To je podstata Control Webu, každý přístroj obsa-

27 Control Web 27 huje nativní procedury, které reagují na svůj druh události. K těmto procedurám má uživatel přístup a může ovlivňovat jejich obsah, nikoliv však typ jejich aktivace. Dalo by se říct, že je tento typ programování blízký objektově orientovanému přístupu, kdy si můžeme představit procedury v přístroji jako metody objektu (toho přístroje). A aktivace je potom provedení akce datového elementu nebo přístroje. Aktivaci vždy musí něco způsobit a každá aktivace musí vždy projít jádrem, které požadované přístroje aktivuje. Mohou se vyskytovat i asynchronní aktivace a proto je nutné, aby se před aktivací případně probudil časovací tok, který jediný může zahájit časový krok. Systém Control Web zná následující důvody aktivace: uplynutí periody - přístroj je aktivován periodou. V systému nejčastěji pomocí přístroje časovač, který odměřuje nastavený časový úsek mezi aktivacemi zadaného přístroje. Časovač může časovat více přístrojů naráz. zpráva od přístroje - přístroj je aktivován jiným přístrojem nebo sebou samým. Toto může být vyvoláno například příkazem send. zpráva od ovladače - přístroj je aktivován výjimkou ovladače. Tento způsob se často používá v přístroji, který přijímá data z ovladače 1. aktivace daty - přístroj je aktivován v důsledku změny dat (sledování určité proměnné a aktivace změnou nebo vyhodnocením jejího obsahu). [3] 3.4 Ovladače a kanály Jednou ze základních funkcí systému Control Web je schopnost číst a zapisovat data z a do periferních zařízení. Velmi důležitým rysem ovšem je dodržování nezávislosti na konkrétních typech hardwaru s nimiž se má komunikovat. Nezáleží na tom, zda aplikace čte nebo zapisuje data prostřednictvím zásuvné karty přímo v počítači nebo samostatné jednotky připojené standardním rozhraním (jako je například USB, RS-232C nebo RS-485 apod.). Aplikace má přístup k hardwaru prostřednictvím tzv. kanálu (channels). Na kanály se dá dívat jako na proměnné, ovšem určité rozdíly tu jsou: Čtení kanálu způsobí komunikaci ovladače s periferií a přečtení její hodnoty Zápis do kanálu způsobí zapsání hodnoty prostřednictvím ovladače do periferie. Na rozdíl od prostých proměnných, které mění hodnotu na základě zápisu v aplikaci, hodnoty kanálů se mění na základě přečtených dat z periferií. Podobnost s prostými proměnnými je i v případě vytváření nového kanálu. Vytváří se v záložce Datové inspektory (stejně jako proměnné). Obvykle se kanál vytváří až když je vytvořený ovladač (ovladačem je myšlen přístroj v Control Webu nikoli, ovladač hardwaru v operačním systému. V celé této kapitole je o ovladači mnoho 1 Ovladačem je myšlen přístroj zvaný ovladač v Control Webu, nikoli ovladač hardwaru operačního systému

28 Control Web 28 zmínek, vždy je však myšlen právě ovladač v Control Webu). Je to z toho důvodu, že je nutné při vytváření nového kanálu nadefinovat s jakým ovladačem má daný kanál komunikovat. Kromě tohoto přiřazení ovladače musí kanál mít jméno a typ (podobně jako je tomu v případě vytváření proměnné). Kanály se rozlišují na: Vstupní (určené k měření) Výstupní (určené k zápisu dat) Data z aplikace se tedy dostávají prostřednictvím kanálu. Control Web ale ještě musí tyto data fyzicky dostat na konkrétní hardware. A k tomu slouží ovladač. Ovladač je nezávislá programová komponenta, která na jedné straně implementuje programové rozhraní vyžadované systémem Control Web a na druhé straně implementuje všechny zvláštnosti komunikace se zařízením, pro které je ovladač určen. Díky tomu jsou odstraněny všechny specifické vlastnosti takového zařízení a z hlediska zbytku systému tak všechny zařízení vypadají identicky. Přidání nového ovladače probíhá opět v sekci Datové inspektory. Po přidání nového ovladače je kromě jména nutné definovat ještě další povinné parametry. Těmito parametry jsou: Ovladač je nutné vybrat jeden ze seznamu kde se nachází všechny ovladače, které jsou v systému nainstalovány. Mapovací soubor soubor s definicemi kanálů ovladače obvykle s koncovkou.dfm (příklad msoubor.dfm). Parametrický soubor soubor s konfiguračními parametry daného ovladače obvykle s koncovkou.par (příklad psoubor.par). [3] Volba vhodného ovladače Zvolená komunikace mezi NXT kostkou a počítačem byla skrze bezdrátovou technologii bluetooth. Při této komunikaci je využito podporovaného protokolu RFCOMM. Tento protokol emuluje sériové rozhraní RS-232. Proto je možné využít jeden z předinstalovaných ovladačů Control Webu, které jsou pro komunikaci po sériové lince určeny. V Control Webu je na výběr ze dvou ovladačů, které umožňují přijímat nebo vysílat data po sériové lince. Těmi ovladači jsou ASCII ovladač a ovladač ASCDRV5. Oba tyto ovladače jsou určené pro příjem a vysílání textových řetězců což není příliš vhodné, protože komunikace mezi NXT kostkou a počítačem probíhá ve formě znaků respektive číselných hodnot. Tyto dva ovladače nejsou navíc mezi sebou vzájemně kompatibilní. Přestože na to není primárně ani jeden z ovladačů určen, byl vybrán jako vhodnější volba novější ovladač ASCDRV5, který obsahuje procedury i pro příjem a vysílání jednotlivých znaků. [3]

29 Control Web Ovladač ASCDRV5 Ovladač je určen pro jednoduchou komunikaci se zařízením připojeným přes standardní sériové rozhraní počítače RS-232 (RS-485) a systémem Control Web. Ovladač je dodáván jako součást systému Control Web jak ve vývojové, tak v runtime verzi. Jméno souboru ovladače je 'ASCDRV5.DLL'. Jednoduchou komunikací je myšlena taková, při které se přenášejí data ve formátu textových řetězců (ASCII znaky) ukončených jedním nebo několika speciálními znaky (terminátor), např. CR, LF. Možnosti ovladače jsou následující: Komunikace přes standardní sériové rozhraní počítače nebo prostřednictvím sítě ETHERNET (TCP/IP) Vysílání textových řetězců (ASCII) ze systému Control Web do zařízení. Příjem textových řetězců (ASCII) ze zařízení. Řešení jednoduchých asynchronních komunikací. Jednoduché synchronní komunikace (dotaz odpověď). Generování události při příjmu zprávy ze zařízení. Definovatelné ukončovací znaky zpráv (terminátory) zvlášť pro příjem a vysílání. Přidání předdefinovaných skupin znaků, které budou automaticky připojeny na začátek a konec vysílaného řetězce (prefix, sufix). Možnost reinicializace a změny parametrů komunikace za běhu aplikace. [3] Textové řetězce jsou zpravidla tvořeny znaky s kódy z intervalu 20H až 7FH (čísla ukončená znakem H jsou zapsána v šestnáctkové soustavě). Prakticky je možno přenášet znaky z intervalu 01H až 0FFH. Znak s kódem 0 (NULL) slouží uvnitř systému k ukončení řetězců. Z toho vyplývá, že pokud je tento znak (NULL) součástí přijímaného řetězce, budou následující znaky ignorovány. Se znaky s kódy 01H až 1FH bývá poněkud obtížnější práce, protože se jedná o tzv. řídicí (nezobrazitelné) znaky. Proto je ovladač vybaven možností, jak tyto znaky do řetězců zadat. Délka řetězců je u ovladače omezená nastavením parametrů pro velikosti vstupních a výstupních bufferů. Systém Control Web dovoluje řetězce s neomezenou délkou. Ovladač vysílá data zápisem řetězce na kanál nebo voláním procedury ovladače. Ve speciálním případě je možno naplnit výstupní buffer kódy znaků a ty pak najednou vyslat voláním procedury. A právě díky této možnosti byl vybrán tento ovladač. Buffer lze naplnit konkrétními čísly a ty pak naráz vyslat na NXT kostku. Při vysílání dat je možno zvolit, jestli má ovladač čekat na odpověď od zařízení nebo ne (synchronní nebo asynchronní režim). Jsou-li data vyslaná v synchronním režimu, uplatňuje se timeout pro čekání na odpověď. Pokud do vypršení timeoutu nepřijde zpráva od zařízení (odpověď), je generována chyba. Výstupní řetězce se řadí do fronty a postupně se vysílají. V synchronním režimu je možno ještě určit, jestli má být odeslán další řetězec z výstupní fronty okamži-

30 Control Web 30 tě po přijetí odpovědi nebo až po povolení další výjimky od ovladače. Stav fronty je možno zjistit voláním procedury ovladače. Data, která jsou vysílána z NXT kostky jsou zachycována v přijímacím bufferu. Ovladač obyčejně čeká na výskyt ukončovacího znaku (terminátoru). Terminátor se může skládat z jednoho nebo několika znaků. Jakmile je zachycen terminátor, data z přijímacího bufferu se uloží do fronty. A zde nastal další problém z důvodu toho, že od NXT kostky neproudí textové řetězce ale znaky reprezentující čísla, která neobsahují žádný terminátor. Přestože na to ovladač není navržen je možno ho přepnout do zvláštního režimu, kdy bude do aplikace generovat výjimku od přijatých dat. Toto přepnutí se provádí v parametrickém souboru, kde je nutné nastavit tyto parametry na následující hodnoty: [Settings]... InpTerminator OutTerminator ReceiveMode = none = none = char Ukázka kódu 1 Nastavení ovladače do zvláštního režimu Při zařazení položky do fronty se generuje výjimka. Jakmile aplikace zpracuje výjimku od ovladače, musí povolit výjimku novou. Děje se to buď zápisem do kanálu nebo voláním procedury ovladače. Povolení výjimky způsobí její nové generování v případě, že není fronta prázdná nebo když ovladač přijme nová data. Když nebude výjimka od ovladače povolena, budou se přijatá data pouze ukládat do fronty. Jakmile počet položek ve frontě dosáhne určité maximální hodnoty, další přijatá data budou ztracena. Nastane-li výjimka od ovladače, je možno číst přijatá data z fronty. K tomuto účelu slouží určité kanály nebo procedury. Data z fronty je možno přečíst několika způsoby: přečtením kanálu voláním procedury ovladače pro příjem celého řetězce voláním procedury ovladače pro příjem jednotlivých znaků čtením pole kanálů, ve kterém se nacházejí kódy jednotlivých znaků přijatého řetězce Obvyklé čtení a manipulace s přijatou položkou se týká vždy aktivní (první) položky fronty. Data se do fronty ukládají vždy na konec a vyčítají se od začátku. Jelikož byl ovladač přepnut do zvláštního režimu probíhá čtení trochu jinak. Při každém povolení výjimky se do vstupního bufferu dostane jeden znak přestože NXT kostka vyslala těchto znaků mnohem více a ovladač všechny tyto znaky přijal. Pro přečtení dalšího znaku je nutné opět povolit výjimku a znak si někam uložit. To celé je nutné opakovat do doby než jsou získána všechna data. [3]

31 Control Web 31 Pro správné fungování ovladače je nutné aby byl správně nastaven mapovací (viz. Příloha A) a parametrický soubor (viz Příloha B). Zejména následující nastavení v parametrickém souboru je klíčové pro správné fungování: [Settings] ComDriver = CWCOMM.DLL COM1... [comm] baudrate = parity = none databits = 8 stopbits = 1 Ukázka kódu 2 Důležité parametry ovlivňující komunikaci V sekci [comm] se jedná o komunikační rychlost (baundrate), která je nastavena na bitů za sekundu. Počet data bitů na osm a počet stop bitů na jeden. Parita není využita. V sekci [Settings] je nejdůležitějším parametrem ComDriver. Tento parametr Control Webu označuje na jakém portu bude přenos dat probíhat. To bohužel není možné dopředu předvídat a tak je pravděpodobné, že bude nutné aby si tento parametr uživatel upravil sám podle vzniklé situace. To znamená, že si po spárování NXT kostky a počítače najde v sekci Zařízení Bluetooth všechny přidaná zařízení a ve vlastnostech zjistí přes který port bude NXT kostka komunikovat. Tuto informaci pak předá Control Webu ručním přepsáním v parametrickém souboru. Parametrický i mapovací soubor se nachází ve stejné složce jako samotné knihovny a lze je upravovat libovolným editorem. Obr. 18 Vlastnosti spárovaného zařízení

32 Vlastní práce 32 4 Vlastní práce Při vymýšlení tématu a postupů tvorby mé závěrečné práce, byl brán v potaz fakt, aby existovalo konečné řešení. Proto bylo v zadání diplomové práce navrženo použití ActiveX komponenty, která by propojení Control Webu a Lego Mindstorms NXT 2.0 s jistotou umožnila. Systém Control Web je komponentově orientovaný a použití ActiveX technologie, je jediný zpùsob jak jej rozšířit. [3] ActiveX prvky jsou COM objekty, které oproti jednoduchému COM objektu musí obsahovat další standardem předepsaný minimální kód (implementovat příslušná rozhraní), který z nich dělá právě ActiveX prvek. Zkratka COM pochází z výrazu Component Object Model. Tento model je platformově nezávislý, distribuovaný, objektově orientovaný systém pro vytváření binárních softwarových komponent, které jsou schopny spolupracovat. Technologie COM byla představena společností Microsoft v roce Tento komponentový model tvorby aplikací byl do nástupu technologie.net vedoucí technologií v komponentové tvorbě. [4] Při analýze komunikace mezi NXT kostkou a počítačem se však velmi rychle ukázalo, že použití ActiveX komponenty není jediné možné řešení. Dalším řešením je ovládat NXT robota přímo přes vysílání přímých příkazů skrze ovladač v Control Webu, který je určený pro komunikaci po sériové lince. Při detailnějším zkoumání se tato varianta ukázala jako výhodnější. Jelikož se výsledky této práce začlení do výuky několika předmětů v jejichž osnovách je práce s Lego Mindstorms NXT 2.0, je velmi pravděpodobné, že se tato práce v budoucnu dočká řady vylepšení a rozšíření. Tato práce tedy bude sloužit jako základ, na který se budou nabalovat další funkce a vylepšení. Proto se volba řešení, které ovládá NXT kostku přímo přes ovladač v Control Webu, ukázala jako lepší varianta. Výhodou je také možnost lépe sledovat celou komunikaci mezi NXT kostkou a počítačem. Toho je možné v práci využít. Uživateli proto bude umožněno celou komunikaci sledovat. Okamžitě uvidí jak jeho nastavení mění příkazy, které se mají na NXT kostku vysílat a bude mu umožněno sledovat příchozí a odchozí data. Sledování příchozích a odchozích příkazů bylo, vzhledem k tomu, že má práce sloužit k výuce, vyhodnoceno jako cenné, proto bylo rozhodnuto, že uživatel bude mít přístup i k historii příkazů, které byly od spuštění vyslány či přijaty. Z těchto důvodů bylo po konzultaci s vedoucím práce rozhodnuto o opuštění původní varianty s využitím ActiveX komponenty a jako konečná varianta komunikace bylo přijato přímé ovládání skrze příkazy vysílané přes ovladač v Control Webu.

33 Vlastní práce Vývoj jako aplikační knihovna Od počátku vývoje této práce, bylo bráno v potaz, že výsledkem nemá být jedna velká aplikace, ale sada několika knihoven, které budou ovládat jednotlivé periferie robota (servomotory, senzory). Těmi knihovnami jsou myšlené aplikační knihovny Control Webu. Tyto knihovny jsou vytvářené v Control Webu a pouze zde se dají takto vytvořené knihovny použít. Pod pojmem knihovna (v programování), je v informatice označován soubor funkcí a procedur (v objektovém programování též objektů, datových typů a zdrojů), který může být sdílen více počítačovými programy. Taková knihovna usnadňuje programátorovi tvorbu zdrojového kódu tím, že umožňuje použít již vytvořený kód i v jiných programech. Knihovna navenek poskytuje své služby pomocí API (aplikační rozhraní), což jsou názvy funkcí a procedur (včetně popisu jejich činnosti), předávané parametry a návratové hodnoty. Knihovny se v Control Webu vyvíjí stejně jako aplikace. Vlastně se knihovna vyvíjí jako aplikace a až následně se z aplikace vygeneruje knihovna. Je však potřeba dodržet několik pravidel. Nejprve je nutné v Control Webu nastavit, že se z aplikace má stát knihovna a procedury, které se mají nacházet v aplikačním rozhraní knihovny se musí nacházet v sekci date. Bohužel v této sekci nejde použít procedury s návratovou hodnotou. To by byl za normálních okolností velký problém, protože v řadě situací je nutné uživateli vracet hodnoty (typicky procedury jako jsou gettery). Control Web ale umožňuje v procedurách předávat parametry volané odkazem. Parametry tohoto typu se definují v proceduře klíčovým slovem var a s takovouto proměnnou pak lze pracovat i mimo tyto procedury. V proceduře se do ni přiřadí pouze hodnota, která by za normálních okolností byla v návratové hodnotě procedury. [3] Jelikož se v Control Webu knihovny vyvíjejí jako aplikace, lze naplno využít toho co z něho dělá tak silný nástroj přístroje. Výsledné knihovny tedy nebudou jen neviditelné bloky kódu, ke kterým bude uživatel přistupovat pomocí API. Budou to zároveň viditelné panely s řadou přístrojů, které umožní uživateli ovládat jednotlivé periferie pomocí přístrojů pouhými několika kliknutími. Tato grafická část bude sloužit zejména pro demonstraci funkčnosti knihoven a pro seznámení uživatele s fungováním Lego robota. Pro běžné vytváření úloh bude výhodnější použít programové aplikační rozhraní knihovny. 4.2 Návrh grafického rozhraní Jak již bylo zmíněno v předešlé kapitole knihovny budou mít grafické rozhraní. Návrh takového grafického rozhraní měl několik požadavků na vzhled a funkčnost. Jelikož se práce skládá z několika samostatných knihoven bylo nutné dodržet jednotný grafický vzor, který bude stejný napříč všemi knihovnami. Jako další kritérium byla stanovena možnost zobrazení komunikace, mezi NXT kostkou a počítačem, spolu s historii. Tyto informace jsou pro uživatele zajímavé,