在樂高機器人上執行Java程式（二）

在樂高機器人上執行Java程式（二）
文∕趙英傑

josx.platform.rcx套件，包含連結與控制感測器、馬達、揚聲器…等等的類別和介面（interface），本文將介紹其中的Motor（馬達）和Sensor（感測器）類別，以及相關的範例程式。完整的類別和介面說明，請參閱leJOS網站的API文件。

控制馬達的Motor類別

位於josx.platform.rcx套件裡的Motor類別（完整合法名稱為：josx.platform.rcx.Motor）包含控制RCX上，標示為A, B, C的三個馬達接頭的方法。Motor類別的三個代表A, B, C接頭的靜態變數，就取名叫做A, B, C（相信沒有比這更好的名稱了吧）。

每個馬達接頭都可以控制前進（forward）、後退（backward）、停止（stop）和浮動（float）。「浮動」這項功能，若用汽車的排檔來比喻，相當於「打空（N）檔」，代表不輸出電力給馬達，但是讓它能自由轉動。它們的對應方法名稱正是：forward()、backward()、stop()和flt()。馬達的輸出功率可以透過setPower()方法來調整，分成0~7八個等級，數字越大，輸出功率也就越高。相對地，getPower()方法可傳回馬達目前的輸出功率值。

底下的範例程式會讓A和C接頭的馬達不斷前進（直到Run按鈕被按下為止）：

import  josx.platform.rcx.*;


public  class MotorTest1 {
  public static void main (String[] arg) 
   throws InterruptedException {
   // 設定輸出功率 
   Motor.A.setPower(1);
   Motor.C.setPower(1);
   // 往前行駛… 
   Motor.A.forward();
   Motor.C.forward();
   // 直到RCX上的"Run"按鈕被按下為止 
   Button.RUN.waitForPressAndRelease();
  }
}

馬達本身並沒有所謂「前進」方向和「後退」方向的區別。執行上述程式後，如果機器人是向後行駛，那只要把馬達的連結線拔起來，反相180度接回去（也就是調換電源的正、負極）就可以了。

底下是另一個Motor類別的測試程式，讓A和C接頭的馬達前進3秒鐘後停止：

import josx.platform.rcx.*;


public class MotorTest2 {
  public static void main (String[] args) 
    throws InterruptedException {
    // 設定輸出功率
    Motor.A.setPower(7);
    Motor.C.setPower(7);
    // 往前行駛
    Motor.A.forward();
    Motor.C.forward();
    // 持續三秒鐘
    Thread.currentThread ().sleep (3000);
    // 停止馬達
    Motor.A.stop();
    Motor.C.stop();
  }
}

如果機器人的馬達直接銜接輪胎的話，您可以把上面兩個停止馬達的stop()敘述，換成flt()讓它在前進三秒鐘之後打空檔，機器人將往前滑行並逐漸減速停止。

讀取感測器狀態的Sensor類別

josx.platform.rcx.Sensor包含讀取RCX上，標示為1, 2, 3的三個感測器接頭狀態的方法，分別用S1, S2和S3常數來代表這三個接頭。

樂高機器人有多種感測器介面，RCX可程式積木無法自動偵測，哪個接頭接上了哪一種感測器。因此，我們必須透過setTypeAndMode()方法，設定感測器的類型和模式。josx.platform.rcx.SensorConstants介面，則提供了代表感測器類型與模式的名字（常數），請參閱下表：

SensorConstants類別的「感測器類型」常數與對應的感測器：

• SENSOR_TYPE_LIGHT：光線感測器
• SENSOR_TYPE_TOUCH：碰撞（touch）感測器
• SENSOR_TYPE_TEMP：溫度感測器
• SENSOR_TYPE_ROT：角度感測器
• SENSOR_TYPE_RAW：代表所有的感測器

底下則是SensorConstants類別的「感測器模式」常數：

• SENSOR_MODE_ANGLE：用於角度感測器的角度測量
• SENSOR_MODE_BOOL：讀取true或false的布林值
• SENSOR_MODE_DEGC：攝氏溫度值，有效範圍介於-20到70度之間。
• SENSOR_MODE_DEGF：華氏溫度值，相當於：攝氏溫度 * 9/5 + 32
• SENSOR_MODE_EDGE：計數脈衝的edge（邊緣），每當脈衝信號改變時，例如，從0變成1或者從1變成0，計數值就加1。
• SENSOR_MODE_PCT：百分比值，它採用這個公式計算：146-raw/7
• SENSOR_MODE_PULSE：計數脈衝，只有當脈衝信號從0變成1時，才會計數。
• SENSOR_TYPE_RAW：傳回0~1023之間的原始（raw），實際上，上面的數值全都是由此「原始」值轉換而成的。

請注意，銜接需要接通電源的感測器時（例如：光線感測器），必須要呼叫activate()方法，代表開啟RCX接頭上的電源。相對地，無須電源的感測器（如：碰撞感測器），要不要呼叫passivate()（代表不通電）都沒關係，因為這是預設值。

下表列出Sensor類別的一些方法，完整的方法請參閱leJOS網站的API文件。

• setTypeAndMode(類型, 模式)：設定使用的感測器類型及模式
• readValue()：讀取已經從raw（原始值）轉換成對應的感測器的數值
• readRawValue ()：讀取原始資料值（傳回介於0~1023之間的數值）
• readBooleanValue()：讀取布林值（true或false）
• activate()：使用需要通電的「主動式」感測器
• passivate()：使用不需要通電的「被動式」感測器
• setPreviousValue (數值)：設定感測器的預設值，例如，替某個使用「碰撞感測」的計數器設定10，讓它從第11次碰撞開始算起。
• addSensorListener(偵聽器)：替指定的感測器接頭，添加一個SensorListener（感測器偵聽器），參閱下文說明。

感測器程式的寫法有兩種，一種叫做「輪詢（poll）」，讓程式不斷地檢測每個感測器是否產生變化；另一種比較好的方式稱為「事件偵聽器（event listener）」，程式無須主動偵測每個感測器的狀態：檢測器會在發生變化時自行回報狀態。

底下是「輪詢」類型的程式範例，採用while迴圈不停地偵測接頭1的「碰撞感測器」，一旦它碰到東西（亦即，感測器的值為true），RCX就會發出「嗶（beep）」聲：

import josx.platform.rcx.*;

public class TouchTest1 {
  public static void main (String[] args) 
  throws InterruptedException {
    // 設定S1接頭，採用碰撞感測器，其傳回值類型為「布林」。
    Sensor.S1.setTypeAndMode(
    SensorConstants.SENSOR_TYPE_TOUCH,
    SensorConstants.SENSOR_MODE_BOOL);
    
    // 代表是否碰撞的變數
    boolean hit = false;
    while (true) {
     // 讀取S1接頭的布林值
     hit = Sensor.S1.readBooleanValue();
     // 如果碰到了（傳回true）…
     if (hit) {
       hit =  false;
       // 發出「嗶」聲
       Sound.beep();
     }
     // 暫停3毫秒，
     // 避免此迴圈持續佔用CPU資源。
     Thread.currentThread ().sleep(3);
    }
  }
}

leJOS沿用了Java的「事件偵聽程式（event listener）」技術，如需聆聽感測器的狀態，請在事件處理程序類別中實作（implements）SensorListener介面，並且實作public void stateChanged(Sensor aSource, int aOldValue, int aNewValue)方法。SensorListener介面負責接收和處理感測器所產生的事件，而SensorListener類別物件的stateChanged()方法，將會在指定的感測器狀態改變時收到通知。

底下是改用「事件偵聽器」寫法，但是作用和上面的程式一樣的範例：

import josx.platform.rcx.*;

public class TouchTest2 {
  // 處理碰撞感測器事件的類別
  // 實作SensorListener介面
  public static class TouchHandler 
    implements SensorListener {
    // 實作stateChange()方法
    public void stateChanged(Sensor source, 
                int oldValue, int newValue) {
     boolean hit = source.readBooleanValue();
     if (hit) {
       Sound.beep();
     }
    } 
  }
  // 主程式
  public static void main(String[] args) 
    throws InterruptedException {
    // 設定接頭1使用的感測器類型和模式
      Sensor.S1.setTypeAndMode(
      SensorConstants.SENSOR_TYPE_TOUCH,
      SensorConstants.SENSOR_MODE_BOOL);
   
      // 設定接頭1的事件偵聽程式
      Sensor.S1.addSensorListener(new TouchHandler());
   
      // 當"Run"按鈕被按下時，結束程式。
      Button.RUN.waitForPressAndRelease();
    }
}