導語：如何才能寫好一篇人工智能普及教育，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：小學；機器人教育；信息技術；技術教育

中圖分類號：G622 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）04-222-01

2003年教育部把“人工智能基礎”課程作為信息技術教學的技術選修模塊引入小學選修課程中之后，我國的人工智能教育在大眾化和普及化層面上進入了一個新的階段。智能機器人作為人工智能的重要應用領域， 在小學中獲得了迅速的發(fā)展。

一、在小學開展機器人教育的必要性

由于知識經(jīng)濟的出現(xiàn)，知識正在成為經(jīng)濟發(fā)展的基礎和經(jīng)濟增長的驅(qū)動力；擁有先進技術和最新知識，尤其是擁有知識創(chuàng)新能力的人，也因此成為生產(chǎn)中決定性的要素，成為國家最重要的戰(zhàn)略資源。機器人技術涉及多門科學，是一個國家科技發(fā)展水平和國民經(jīng)濟現(xiàn)代化、信息化的重要標志，因此，機器人技術是世界強國重點發(fā)展的高技術，也是世界公認的核心競爭力之一，很多國家已經(jīng)將機器人教育列為學校的科技教育課程，在孩子中普及機器人學知識，從可持續(xù)和長遠發(fā)展的角度，為本國培養(yǎng)機器人研發(fā)人才。

二、新形勢下農(nóng)村小學機器人教育的課程目標

小學機器人教育課程是為了進一步落實信息技術教育的選修課程，以培養(yǎng)學生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力為主要目標。機器人教育以培養(yǎng)學生邏輯思維為主線，以綜合性、實踐性和探究性為學習特征。不要求學生立刻參加各種機器人競技大賽和將來投身機器人開發(fā)行業(yè)，而是培養(yǎng)學生對智能機器人的興趣，讓學生了解和掌握以智能機器人為載體的通用技術與信息技術的基本知識和技能，了解技術的發(fā)展及其應用對人類生活和科學的深刻影響。還要使學生學會運用信息技術增進交流與合作，拓展視野，形成解決實際問題的能力和終身學習的能力。

三、新形勢下農(nóng)村小學機器人教育的發(fā)展對策

1、教育部門在機制建設、政策完善和課程標準建設方面應切實發(fā)揮作用

教育部門要制訂明確的機器人教育發(fā)展規(guī)劃，在課程體系建設、考試評價和激勵機制等方面加以保障。從目前來看，課程標準和評價激勵措施的制定已經(jīng)刻不容緩。課程標準是機器人教育發(fā)展的風向標，直接決定著教材開發(fā)、師資建設的進度，其重要意義不言自明。評價激勵措施對剛剛走上發(fā)展快車道的機器人教育更為重要，完善評價激勵措施不僅是對學校和教師勞動成果的尊重，也是不可或缺的行政推動舉措。筆者呼吁政府和教育行政部門盡快出臺相關評價激勵政策，將機器人教育納入中考范圍，提高學校和教師的積極性，使機器人教育常規(guī)化、普及化。

2、加大機器人教師隊伍建設力度

機器人教育的深入發(fā)展離不開教師隊伍的建設，教師隊伍建設離不開多層次的教師培訓。一般來說，培訓分為骨干培訓與全員培訓。骨干培訓由省、市教育部門組織，全員培訓則由縣、區(qū)教育部門組織，也包括各學校的校本培訓。我們應將骨干培訓與全員培訓相結(jié)合、集中培訓與日常學習實踐相結(jié)合，重點從教育思想、教學理念和技術素養(yǎng)幾個方面實現(xiàn)師資培養(yǎng)的突破。各學校要保持機器人研究團隊（包括機器人輔導教師和學生）的梯度發(fā)展，保證高質(zhì)量的研究團隊和充足的研究時間，不斷為機器人教育注入活力 。

3、加強校本課程開發(fā)，探索機器人課堂教學

在三級課程體系下，校本課程的開發(fā)能夠有效地實現(xiàn)機器人教育的價值。各學校應該根據(jù)實際，在合理選擇機器人產(chǎn)品的同時，盡量學內(nèi)容，逐步對機器人教材進行二次開發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為適合學校機器人教學實際的校本教材，并在此基礎上開發(fā)校本課程。要加強校本課程開發(fā)，遵循學生的年齡特點，因材施教，使小學機器人教育教學成為青少年能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺。智能機器人教學內(nèi)容可以借鑒北京景山學校的做法。在小學階段，學生注意新鮮、感興趣的事物，對周圍世界有強烈的好奇心和探索欲望，喜歡操作具體形象的物體。此階段主要使學生了解智能機器人的基本結(jié)構(gòu)和工作方式。教學內(nèi)容為：搜集機器人圖片、展示機器人的發(fā)展狀況，學習為一種智能機器人下載程序的方法。用現(xiàn)成的程序開展智能機器人的游戲和比賽項目。智能機器人教學安排在四年級較合適。

4、處理好機器人競賽與普及教育的關系

機器人競賽的根本價值是其教育價值，競賽是手段，而不是目的。在積極參加競賽的同時，更要注意大面積地對學生進行普及教育，實現(xiàn)競賽與普及教學相互依存、相互促進，避免機器人教育走入“競賽至上”的誤區(qū)。這要求我們，一方面要合理利用資源，學?？蓪⒏傎悪C器人和教學機器人分開使用，還可以使用機器人模擬系統(tǒng)或者自主研發(fā)一些適合學生動手制作的簡易機器人，解決競賽機器人數(shù)量有限導致的“小眾化”問題；另一方面，要積極開發(fā)課外學習資源，為大多數(shù)學生提供自主學習的平臺，提高學生的機器人素養(yǎng)。

結(jié)束語

我國小學機器人教育的深入開展，需要教育政府、小學學校、機器人廠商的協(xié)作與努力。探索機器人教育的理論與實踐問題，更好的服務于廣大學生，是教育工作者責無旁待的使命。機器人教育要與信息化教學相結(jié)合，全面體現(xiàn)課改精神，更好地培養(yǎng)21世紀人才的創(chuàng)新能力。

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小學機器人教育立體化教材包括教材和教學支持網(wǎng)站兩大部分內(nèi)容,教學網(wǎng)站能夠動態(tài)的更新教學內(nèi)容、提供教學案例和視頻課件,還能為廣大的機器人愛好者提供交流的平臺。 通過近一年的研究活動,本文作者認為本研究基本達到了預期設想,主要完成了以下工作: 首先,對目前小學機器人教育的情況進行了概述。在論述小學階段開展機...機器人|教育立體化

1.1研究背景“科技創(chuàng)新是一個民族、一個國家自立于世界的靈魂”。智能機器人是現(xiàn)代高科技的集成體,是21世紀的科技至高點之一。一些發(fā)達國家已把智能機器人比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。智能機器人集成了數(shù)學、力學、機械、電子、自動控制、傳感器、通信、計算機、人工智能,是眾多領域的高科技,在學生中進行機器人教學,不僅可以普及信息技術,同時也可培養(yǎng)開發(fā)學生的動手能力、創(chuàng)新意識、綜合能力、協(xié)作能力和進取精神等。從二十世紀末到本世紀初的短短幾年時間內(nèi),機器人競賽的熱潮迅速在全世界范圍內(nèi)掀起。從美國三一學院的機器人滅火、韓國的FIRA、日本的Roboc叩、FLL挑戰(zhàn)賽,到國內(nèi)的青少年電腦機器人競賽、中小學電腦制作活動、中小學信息技術創(chuàng)新與實踐活動等等,使青少年有機會接觸到這一高科技的產(chǎn)物。機器人本身作為機電一體化的產(chǎn)品,最早是在大學里與機械、自動化有關的專業(yè)中開設機器人課程。

1981年,RP.Paul出版了第一本機器人學課本《機器人操作臂的建模、編程與控制》,標志著機器人學己發(fā)展成為一門獨立的學科。日本、美國等一些發(fā)達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會的作用和影響,已在信息技術課與課外科技活動開設了有關機器人的課程內(nèi)容。自1992年開始,美國政府有關部門在全國高中生中推行“感知和認知移動機器人”計劃,高中生可免費獲得70千克重的一套零件,自行組裝成遙控機器人,然后可參加有關的比賽。日本發(fā)展機器人起步比號稱“現(xiàn)代機器人故鄉(xiāng)”的美國晚了十年,但是在機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路上,已經(jīng)走在了歐美國家的前面。這跟日本高度重視機器人教育和機器人文化的普及是分不開的。在日本,每所大學都有高水平的機器人研究和教學內(nèi)容,每年定期舉行各種不同層次的機器人設計和制作人賽,既有國際性高水平比賽,也有社區(qū)性中小學生參加的比賽。我國教育部于2003年4月正式頒布《普通高中技術課程標準(實驗)》,該標準在“通用技術”科目中設立了“簡易機器人制作”模塊。此外,香港地區(qū)在高中及高等教育新學制的改革中,首次在高中《設計與應用科技》中,增設有關機器人制作的課程。2004年12月,中國教育學會中小學信息技術教育專業(yè)委員會在昆明召開了“第一屆全國中小學機器人教學研討會”,成立了“機器人學組”,制定了“中小學智能機器人課程指導意見(討論稿)”。這標志著我國中小學機器人教學進入了一個嶄新的發(fā)展階段。2006年1月,中國教育學會中小學信息技術教育專業(yè)委員會在珠海召開了“第二屆全國中小學機器人教學研討會”。

研討會上還進行了機器人教學觀摩課評選活動和機器人競賽項目創(chuàng)新設計邀請賽。目前,國內(nèi)許多有條件的中小學紛紛將智能機器人引入到學校教育中。這說明我國青少年的機器人普及教育正在迎來一個快速發(fā)展的新時期。但是,目前對機器人教育,尤其是小學機器人教育的研究還主要集中在機器人教育的相關內(nèi)容介紹、歸屬(信息技術還是通用技術)和具體的教學實踐活動上,很少涉及機器人教育教材的研究,這種缺失導致了我國目前機器人教育活動良蕎不齊,各個學校在探索編制機器人教育的校本教材,這在很大程度上阻礙了機器人教育的發(fā)展,有條件和實力的學校開展的熱火朝天,而在一些學校卻舉步維艱。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國外機器人教育研究現(xiàn)狀在國外,機器人教育一直是個熱點。在機器人教育的理論依據(jù)方面,國外普遍采用的是建構(gòu)主義學習哲學和從做(設計)中學的教育理念以及基于項目的學習方式(PBL)。Bersetal等人認為機器人教學很自然地適用建構(gòu)主義學習哲學的四個原則:通過在社區(qū)中設計、共享有意義的項目來學習;使用有形的物體來構(gòu)建、探索真實世界;充滿活力的創(chuàng)意;自我反思作為學習過程中一部分的重要性。f}l國外機器人教育研究主要內(nèi)容主要在以下幾個方面:第一,發(fā)展學生搭建機器人和編寫機器人程序的知識,提升學生參加機器人挑戰(zhàn)活動的競爭能力;第二,機器人作為一個教育媒介,幫助學生學習理解科學、技術、數(shù)學和工程學概念與矢「!識;第三,利用機器人教學培養(yǎng)學生的團隊工作能力;第四,在早期幼兒教育中開展機器人教學活動;第五,利用網(wǎng)絡學習環(huán)境支持機器人教學的研究[f210早在1994年麻省理工學院(MIT)就設立了“設計和建造LEGO機器人”課程(1vlartin),目的是提高工程設計專業(yè)學生的設計和創(chuàng)造能力

,嘗試機器人教育與理科實驗的整合;麻省理工學院媒體實驗室“終身幼兒園”項目小組開發(fā)了各種教學工具,通過與著名積木玩具商樂高公司的緊密合作,該項目組開發(fā)出可編程的樂高玩具,幫孩子們學會在數(shù)字時代怎樣進行設計活動。同時,國外的一些智能機器人實驗室也有相應的機器人教育研究的內(nèi)容。

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一、信息技術教師的角色定位和作用

對于“教什么”、“怎么教”等問題，現(xiàn)代信息技術教學中的教師處于相對主動的地位。

“教什么”——現(xiàn)代信息技術課程的教學內(nèi)容，覆蓋了義務教育課程標準所要求的所有信息技術學習內(nèi)容；在教學程序的設計上，遵循學生的認識規(guī)律，重要的教學環(huán)節(jié)一個也不少；教學重點、難點的確定是教材編者、各地教研員和一線骨干教師集思廣益的勞動成果。

“怎么教”——現(xiàn)代信息技術教學在教學設計和教學方法的選擇上，主要體現(xiàn)在新課標所反映的新的教育教學理念，以信息技術課程價值的實現(xiàn)為依據(jù)，強調(diào)以學生為主體的教學活動方式，營造探究型或任務驅(qū)動型的學習氣氛，鋪設形成性的評價線索。

二、中小學信息技術教師的角色定位及未來發(fā)展趨勢展望

1、中小學信息技術教師的角色定位

第一，信息技術教師要在教學中確立自己的主導地位。信息技術教師應該確立自己在信息技術教學中“引導者”的地位。開設信息技術這一專門學科有助于學生形成良好的信息素養(yǎng)，教師不要在課程整合中迷失了自己的專業(yè)。而引導者也并非主宰者，他完全沒必要對學生的學習行動加以禁錮式的限制，這只會影響到教學的效果。引導者的職能應該是在教學中為學生確立學習的方向、優(yōu)化學習的模式、糾正教學中的失誤，為教學的順利進行奠定基礎。

第二，做通才，而非全才。由于信息技術的發(fā)展，各種應用軟件日新月異，要當全才是不可能的。但要當通才，知曉各種常用的應用軟件，并且最好精通兩種以上軟件。由于軟件的多樣性、時間的有限性，教師應在精通教材所涉內(nèi)容的基礎上提高，并及時了解業(yè)內(nèi)最新動態(tài)，以免學生超越教師過多而影響教師應有的威信。

第三，做學校信息技術應用的推動者。要積極在學校發(fā)展各種信息技術普及教育，讓大家都掌握信息技術，以減少信息技術教師的教學外事務。文字，可以培訓專門的打字員處理；課件，盡量讓學科教師學習自己制作……這樣既完成了任務，也創(chuàng)造了一個較輕松的工作環(huán)境。

第四，做學生學習現(xiàn)代信息技術的合作者。多媒體和網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)，為建構(gòu)主義理論的應用提供了良好的氛圍。在建構(gòu)主義的學習模式下，教師不僅是教學活動的設計者、組織者以及輔導者，而且也應是學生學習的“合作者”。師生間通過相互交流，就某些問題進行討論、取長補短，既密切了師生之間的關系，也可在合作的環(huán)境中發(fā)展學生的創(chuàng)造能力，這種基于建構(gòu)主義的伙伴型學習模式已經(jīng)越來越引起人們的重視。

第五，做網(wǎng)絡的利用者。要充分利用自身優(yōu)勢，借助網(wǎng)絡，提高業(yè)務水平。由于信息技術教師大部分都擁有較好的上網(wǎng)條件，大家可十分方便地查找各種資料，借助外力使得自己的業(yè)務水平得以提高。 第六，做信息技術的傳播者。作為專業(yè)教師首先應該對教學內(nèi)容所涉及的軟件有較深的鉆研?，F(xiàn)行中小學教材淺顯易懂，涉及的軟件較多，如word、powerpoint、frontpage、excel、flash、vb、人工智能等，雖然對學生要求不高，但由于實際情況，中學生的水平往往超越了教材要求。這就要求教師對這些軟件都有較深入的研究，同時要適當提高教學要求，以便學生對信息技術有更好的應用水平。

第七，做學生興趣的培養(yǎng)者。電腦日益普及，越來越多的學生在使用電腦時，迷戀上網(wǎng)玩游戲、聊天，而對其他的信息技術知識不感興趣。教師要引導學生正確使用各類信息技術，學生只有學會了使用網(wǎng)絡去做有益于身心的事，才可能拒絕那些不良信息的誘惑，使學生對信息技術產(chǎn)生興趣，愿學、樂學、好學。

2、中小學信息技術教師未來發(fā)展展望

（1）未來的教育中，班級授課制的形式還會有，但會發(fā)生改變。未來教室的一種模式就是計算機加一個大屏幕投影，構(gòu)成一個信息化的教室。必須用新的觀念指導計算機教育，CAI的概念要改變。以前的定義是用計算機輔助傳統(tǒng)的教育模式，而現(xiàn)在的提法是創(chuàng)造新的信息化學習環(huán)境和教育環(huán)境，探討新的學習模式。現(xiàn)代學生的思維方式千差萬別，信息技術教學的過程千變?nèi)f化，這就要求信息技術教師在日常的教學中要注重觀察，教書也擔當著教學中“觀察者”的角色。必要的“觀察”會為教師在教學中處理解決突發(fā)的難題做好充分的預熱和準備。

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關鍵詞：輪式機器人；圖形化編程；編譯；串口通訊

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）26-5968-05

隨著計算機編程思想的不斷進步和編程語言的不斷發(fā)展，圖形化編程的理論和方法作為一種高效、方便的開發(fā)方式，目前已在眾多領域得以廣泛應用。比較知名的相關產(chǎn)品有美國國家儀器公司（Universal Instruments）研發(fā)的LabVIEW、UML等，其中的UML更是作為高校計算機專業(yè)學生必學和掌握的一種重要設計和開發(fā)工具。圖形化編程以編程對象的操作處理流程為基礎，通過友好的操作界面和功能眾多的編程控件實現(xiàn)程序的設計。與傳統(tǒng)意義上的編程語言相比，該方法不需要編程者有較為深厚的編程語言基礎，不需要考慮嚴格的語法語義，也不需要花費大量的精力去處理程序代碼的結(jié)構(gòu)問題和實際問題的形式化描述等問題[1]。合理的使用圖形化編程系統(tǒng)，使得程序開發(fā)者可以將精力用于如何更有效地、更優(yōu)化地實現(xiàn)自己的設計目標?？梢灶A見，隨著不同行業(yè)圖形化編程系統(tǒng)的開發(fā)和完善，使用者將具有更大的創(chuàng)造力和創(chuàng)新空間。

目前，我國高校計算機、通訊、電子機械等專業(yè)為了更好的融合計算機人工智能、通訊、電子機械的學科知識，提高大學生的實踐創(chuàng)新應用能力，已經(jīng)把智能車和機器人的研究開發(fā)和編程控制引入教學和實踐環(huán)節(jié)。中小學為了拓展學生的第二課堂，培養(yǎng)學生的探索和創(chuàng)新能力，也把智能車和機器人的知識普及、開發(fā)實驗引入校園。同時，國家和地區(qū)每年也會舉行各種規(guī)模的智能車和機器人競賽。這樣的發(fā)展環(huán)境下，開發(fā)一種簡單、適應性強的的圖形化編程系統(tǒng)，顯得尤為重要和必要。

本文研究設計了一種針對輪式機器人編程的基于圖形化編程方式的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以作為學生進行機器人比賽和機器人普及教育的軟件編程平臺，操作方便，對專業(yè)編程技術要求低，同時具有較高的穩(wěn)定性和可擴展性。

1 輪式機器人控制原理

智能機器人控制器種類繁多，但其基本工作原理不盡相同，如圖1所示。

1）機器人上層編程軟件，實現(xiàn)機器人控制的應用軟件設計，實現(xiàn)各種功能算法、編譯、連接、下載的實現(xiàn)，它是機器人控制系統(tǒng)的軟件平臺。

2）機器人主控器系統(tǒng)，機器人的應用軟件運行的平臺就是機器人的主控器系統(tǒng)，所有機器人的功能實現(xiàn)由它來決定，它是機器人控制系統(tǒng)的核心，它包含了主控器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

3）機器人傳感器系統(tǒng)，機器人感知外部環(huán)境得到環(huán)境數(shù)據(jù)均由這一部分來實現(xiàn)，它可以采集各種模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)，為機器人執(zhí)行動作提供環(huán)境依據(jù)，它的功能包含各種傳感器的數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)處理的功能。

4）機器人執(zhí)行系統(tǒng)，這一部分是機器人實現(xiàn)各種功能的外在表現(xiàn)，機器人的所有動作實現(xiàn)均由它來完成，不同功能的機器人的執(zhí)行系統(tǒng)都不同。如：各種仿生機器人、水下機器人、巡邏機器人等，他們的執(zhí)行系統(tǒng)體現(xiàn)出來的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化。

本軟件開發(fā)和測試過程中采用的機器人控制器如圖2所示。

該控制器以LM3S1607處理器為核心，包括微處理器、存儲器（FLASH存儲器和SDRAM存儲器）、鍵盤電路、與傳感器系統(tǒng)通訊電路、LCD液晶顯示電路、PWM驅(qū)動電路、電源供電電路等。

智能機器人控制器可以驅(qū)動三種電機：普通直流電機、步進電機和舵機，配合各種傳感器實現(xiàn)各種功能的機器人，如：避障、沿軌跡移動、尋找火源等功能。

控制器支持嵌入式操作系統(tǒng)，如：ucosII等。當前控制器沒有運行操作系統(tǒng)，因而系統(tǒng)是基于單任務的，如果客戶需要可隨時加入操作系統(tǒng)。

該主控系統(tǒng)硬件包括：微處理器、存儲器（FLASH存儲器和SRAM存儲器）、鍵盤電路、LCD液晶顯示電路、I/O驅(qū)動電路、電源供電電路等。如圖3所示。

2 軟件系統(tǒng)設計思路

該軟件系統(tǒng)總體由2層構(gòu)成，如圖4所示。其中上層是由面向?qū)ο蟮慕换ナ介_發(fā)環(huán)境與操作系統(tǒng)組成，主要用于完成流程圖的繪制、類C語言的生成及其編譯、下載，由于該系統(tǒng)采用跨平臺的Java語言開發(fā)實現(xiàn)，故任何操作系統(tǒng)只要有Java虛擬機的支持便可以運行該軟件；下層是由以LM3S1607處理器為核心的控制器。

本文所設計的面向輪式機器人的圖形化編程軟件主要由三部分構(gòu)成，包括圖形化編程分系統(tǒng)、類C語言編碼編譯分系統(tǒng)和通訊下載分系統(tǒng)。

圖形化編程分系統(tǒng)采用“積木”搭建的方式，對不同的程序目標，通過模塊控件的不同組合和簡單的拖拽操作，實現(xiàn)流程結(jié)構(gòu)程序繪制。其中，各個圖元會根據(jù)需要通過連接線實現(xiàn)連接，也可自定義連接線；模塊圖形放置后呈現(xiàn)為按鈕狀態(tài)，可通過點擊設置其各種屬性和控制命令。

系統(tǒng)的圖元模塊庫可分為執(zhí)行庫、控制庫和程序庫，其中執(zhí)行庫包含輪式機器人的各類動作及操作，如轉(zhuǎn)向、移動、啟動電機、停止、定時器等；控制庫包含各種程序流程圖的流程圖控制模塊，如中斷循環(huán)、判斷、多次循環(huán)和嵌套循環(huán)模塊等；程序庫包含程序操作以及子程序的調(diào)用，如參數(shù)傳遞、賦值、調(diào)用系統(tǒng)、調(diào)用子程序等模塊。

類C語言編碼編譯分系統(tǒng)，是本軟件系統(tǒng)的C語言編碼編譯器，當用戶完成圖形化編程并設置好各控件模塊的參數(shù)后，本軟件系統(tǒng)會在后臺生成相應的類C語言源碼。該源碼通過編譯分系統(tǒng)完成語法及語義檢測，再經(jīng)編譯、鏈接轉(zhuǎn)化成輪式機器人LM3S1607處理器可識別的目標代碼，經(jīng)由RS232串口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

通訊下載分系統(tǒng)，主要實現(xiàn)多端口的數(shù)據(jù)通訊。該分系統(tǒng)負責將類C語言編碼編譯分系統(tǒng)所形成的目標代碼和偽指令集通過仿真器下載到輪式機器人的嵌入式單片機處理器硬件并完成必要的信息交互。

上述設計思想具體實現(xiàn)如圖5所示。

3 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

3.1圖形化編程系統(tǒng)設計思路

圖形化編程的實現(xiàn)是本軟件系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)之一。利用本軟件系統(tǒng)的圖形化編程分系統(tǒng)，開發(fā)設計者首先確定自己的目標流程，然后在控件模塊欄選擇相應的圖形塊放置到繪圖區(qū)用于表示需要設計的邏輯和動作序列，再經(jīng)過模塊間接口的設計與完善，把所有繪制的圖形模塊按照預設的邏輯順序連接起來，從而完成對輪式機器人的編程開發(fā)任務。利用本系統(tǒng)可以實現(xiàn)輪式機器人控制程序的快速編程。圖形化編程系統(tǒng)界面如圖6所示。

為了方便將一定邏輯序列的圖形模塊集合編譯為成C語言代碼，本系統(tǒng)設計了三種特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別用來存儲塊每個圖塊的位置、數(shù)據(jù)和執(zhí)行動作。

位置信息用于表示對應圖形模塊在整個圖形程序序列流程中的坐標信息；數(shù)據(jù)信息包括對應圖形模塊的基本設置內(nèi)容和多級級聯(lián)設置內(nèi)容，主要是通過遞歸算法實現(xiàn)；事件信息負責存儲執(zhí)行某操作時所引發(fā)的相關事件信息及對應的動作信息。

系統(tǒng)采用動態(tài)鏈表方法實現(xiàn)模塊的插入、刪除和修改，同時表征各模塊在程序流程中的邏輯序列關系。為了實現(xiàn)這一操作，在操作某個模塊的時候，需要對整個動態(tài)鏈表遍歷，按照遞歸算法，重繪圖形程序中對應模塊的坐標，并實現(xiàn)模塊間的連接。

本系統(tǒng)允許用戶拖動模塊重新編輯圖形化程序。此時，系統(tǒng)會遍歷當前程序流程中的所有的模塊接口坐標，實現(xiàn)模塊間的碰撞沖突檢測，避免圖形模塊的重疊和混亂。

3.2 圖形語言程序編譯為C語言代碼

編譯器在本質(zhì)上就是將一種計算機程序語言翻譯為另一種計算機程序語言。它以某種語言編寫的源程序作為輸入，產(chǎn)生相對應的目標語言程序[2]。本系統(tǒng)在其交互式的開發(fā)環(huán)境中集成了代碼編譯功能，使得用戶直接可以完成圖形化語言程序到C語言目標代碼的生成。

圖7為圖形程序到為C代碼的編譯轉(zhuǎn)換過程圖。

傳統(tǒng)的編譯器構(gòu)造方法是將編譯過程的詞法分析、語法分析和語義處理分別劃分為相互獨立的不同階段，采用某種編譯工具和某種集成開發(fā)環(huán)境相結(jié)合實現(xiàn)。編譯工具負責完成編譯系統(tǒng)的語法解釋模塊，再由集成開發(fā)環(huán)境提供的接口，導入語法解釋文件來完成整個編譯流程，這種方式使得系統(tǒng)開發(fā)過程較為繁瑣，且可移植性不好[3][4]。

鑒于此，本系統(tǒng)的編譯器采用了面向?qū)ο蟮木幾g技術，將傳統(tǒng)編譯處理過程中的階段分割操作放在交互式開發(fā)環(huán)境編輯器IAR Embedded Workbench中實現(xiàn)。這中實現(xiàn)方法不需要退出編輯器就可執(zhí)行程序，從而方便完成從源碼到目標碼的生成。所以，采用這種方法，可以集詞法分析、語法分析、語義處理、優(yōu)化和目標代碼生成等操作于一體，降低了維護的難度，提高了系統(tǒng)的運行速度。

本系統(tǒng)所采用的編譯器從結(jié)構(gòu)上可以分為兩部分：依賴于源語言的前端操作和依賴于目標語言的后端操作，編譯器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。

前端部分包括掃描程序、語法分析和語義分析，后端部分是代碼生成程序。當圖形化程序的目標代碼發(fā)生變化時，可以有效地保持移植一個新的目標語言所需的信息或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由此可見這樣分離前端和后端的設計方案提高了編譯系統(tǒng)的可擴展性、可復用性和可維護性。

3.3 通訊及程序下載

本軟件系統(tǒng)采用的LM3S1607微控制器，支持異步和同步串行通信。其中，通用異步收發(fā)器是一個用于RS232C串行通信的集成電路，它帶有一個發(fā)送器（并行到串行的轉(zhuǎn)換器）和一個接收器（串行到并行的轉(zhuǎn)換器），它們各自獨立計時。同步串行接口是一個4線雙向的通信接口。LM3S1607 控制器包括 1個 SSI 模塊，提供器件與設備之間的同步串行通信功能。

利用本軟件對輪式機器人進行圖形化編程后，采用ARM公司提供的標準20PIN仿真調(diào)試JTAG接口模塊LM LINK，實現(xiàn)編譯后目標程序的調(diào)試和下載。該調(diào)試下載器采用USB 接口連接PC機，可實現(xiàn)在線調(diào)試并將程序快速下載到LM3S1607微控制器芯片中，控制輪式機器人的各種動作。在實際使用過程中，本系統(tǒng)所采用的仿真下載器可以方便應用于各種機型和環(huán)境，同時具有小巧、性價比高、調(diào)試下載速度快等特點。

4 結(jié)束語

本文針對目前機器人/智能車編程難度大，編程工具過于專業(yè)化的特點，提出了一種圖形化程序設計的編程思路和解決方案，并利用Java技術實現(xiàn)了一個面向輪式機器人的圖形化編程平臺。該平臺通過設計大量圖形模塊，通過“搭積木”的方式，對不同的程序目標，通過模塊控件的不同組合和簡單的拖拽操作，實現(xiàn)流程結(jié)構(gòu)程序繪制，各個圖元根據(jù)需要通過連接線實現(xiàn)連接。圖形程序通過內(nèi)嵌的交叉式編譯器編譯成目標程序，下載到機器人ARM芯片上執(zhí)行控制。通過使用本軟件系統(tǒng)，可以擺脫傳統(tǒng)機器人編程方式的限制，使得機器人的研究應用具有更廣闊的推廣空間。

目前，該軟件系統(tǒng)已應用到相關的輪式機器人產(chǎn)品上。經(jīng)過大量測試表明，本軟件適用于大中小學生進行機器人和智能車的程序設計，系統(tǒng)具有可重用性、穩(wěn)定性、易維護性等特點。

參考文獻：

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[2] Kenneth C Louden. Compiler construction principles and practice[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004：1-8.

[3] 高治國，張素琴.向?qū)ο缶幾g系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的研究[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2003（24）.