ZLRobIde機(jī)器人圖形化編程軟件的設(shè)計(jì)

張淼林

摘 要針對(duì)信息化教育的需要，設(shè)計(jì)了ZLRobIde圖形化編程軟件，該軟件以易字為先的原則設(shè)計(jì)，引入了流程圖、函數(shù)式編程等思想，軟件由圖形化引擎、代碼生成模塊、代碼下載模塊等構(gòu)成，具有簡(jiǎn)單易用、功能全面，非常適合在教學(xué)中使用和推廣。

【關(guān)鍵詞】圖形化編程 創(chuàng)客 信息化教育 機(jī)器人

1 什么是圖形化編程？

首先什么是圖形化編程，圖形化編程是通過(guò)圖形化進(jìn)行編程的一種編程方式，圖形化編程和代碼編程的本質(zhì)是一樣的。那又為什么會(huì)產(chǎn)生圖形化編程呢？是人類對(duì)圖形感知能力相對(duì)文字容易接受和理解而產(chǎn)生的，圖形化方式編程具有對(duì)專業(yè)知識(shí)要求低、適應(yīng)群體廣等特點(diǎn)，讓編程變?yōu)槿巳怂艿氖虑椤?/p>

相對(duì)代碼編程，圖形化編程其實(shí)一直存在，工業(yè)領(lǐng)域有兩個(gè)代表分支，一個(gè)是NI（美國(guó)家儀器） 的labview編程軟件， 該軟件可以幫助設(shè)計(jì)者解決問(wèn)題、提高生產(chǎn)力，還有一個(gè)分支是PLC 的圖形化編程軟件，其中以梯形圖為代表，當(dāng)然后面又?jǐn)U展到了功能模塊圖等編程方式，它們都被標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)范在IEC1131-3中。在教學(xué)教育領(lǐng)域的代表是google 的blockly，還有以其思想進(jìn)化而來(lái)的scratch等，scratch在blockly的基礎(chǔ)上 加強(qiáng)了對(duì)多媒體教學(xué)，互動(dòng)教學(xué)等方面的開(kāi)發(fā)，使其圖形化編程在創(chuàng)客教育 信息化教育中占了一個(gè)比較大的比例。

2 ZLRobIde圖形化編程軟件的設(shè)計(jì)思想

圖形化開(kāi)發(fā)軟件在輔助教學(xué)，想法快速實(shí)現(xiàn)等方面都起著越來(lái)越重要的作用，我們吸收了現(xiàn)有的圖形化編程思想，再融入自有的一些新想法設(shè)計(jì)了ZLRobIde圖形化編程軟件。

ZLRobIde設(shè)計(jì)的核心理念是易字為先，融入了以下幾個(gè)基本思想：

2.1 流程圖編程思想

程序本身是一個(gè)流程思維的實(shí)現(xiàn)，以流程圖作為我們的圖形化編程框架，核心流程一目了然，無(wú)需任何背景知識(shí)，非常適合在教學(xué)使用。

2.2 函數(shù)式編程思想

函數(shù)代表一個(gè)通用方法的歸類，一般函數(shù)實(shí)現(xiàn)中有輸入和輸出，我們以此為基礎(chǔ)，將其成為我們編程軟件的模塊基礎(chǔ)。

2.3 一物一塊的原則

在第二點(diǎn)的基礎(chǔ)上我們將實(shí)際物件也做了一個(gè)歸類，讓實(shí)際物件對(duì)應(yīng)一個(gè)圖形單元塊，實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)原裝，結(jié)合硬件獨(dú)立編碼，在ZLRobIde端我們實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)識(shí)別模塊的能力，給使用者帶來(lái)更易用的編程環(huán)境。

3 ZLRobIde圖形化編程軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

ZLRobIde圖形化編程環(huán)境，要達(dá)到圖形化程序編寫(xiě)、修改和下載等功能，整個(gè)構(gòu)架包括如下，樹(shù)狀功能模塊、圖形引擎模塊、圖形到中間代碼的轉(zhuǎn)換模塊、中間代碼編程環(huán)境、鏈接編譯模塊和下載模塊，其中圖形引擎部分為技術(shù)為難點(diǎn)，這里擇重介紹下該部分的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

整個(gè)軟件建立在java 的 swing 圖形庫(kù)基礎(chǔ)上，按照MVC方式 配置窗口，Model負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)，View負(fù)責(zé)界面展示，Control負(fù)責(zé)M/V之間的協(xié)調(diào)。

基本拓?fù)湓徒Y(jié)構(gòu)， Cell代表基本的圖形模塊，Line 表示模塊之間的連接，復(fù)雜ifelse/while/for循環(huán)模塊由Cell和Line組合構(gòu)成，Cell中有成員，通過(guò) List構(gòu)成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。

鼠標(biāo)監(jiān)聽(tīng)要點(diǎn)，通過(guò)重載對(duì)象class myGraphControl 的 paintComponent（Graphics g） 方法直接在控件上畫(huà)出根節(jié)點(diǎn)cell 實(shí)現(xiàn)類GraphHandler，在myGraphControl 上增加偵聽(tīng)addMouseListener和addMouseMotionListener偵聽(tīng)各種鼠標(biāo)事件，鼠標(biāo)操作的支持整個(gè)畫(huà)布的移動(dòng)，通過(guò)記錄鼠標(biāo)的移動(dòng)差，來(lái)設(shè)置setViewPosition。

4 ZLRobIde圖形化編程軟件介紹

如圖1 為整個(gè)軟件的界面， 左側(cè)部分為模塊選擇區(qū)，與實(shí)際軟硬件配合，根據(jù)實(shí)際硬件選擇性的顯示需要的模塊，中間為圖形化顯示編輯區(qū)，右側(cè)為代碼顯示區(qū)顯示圖形化對(duì)應(yīng)生成的中間代碼，最右側(cè)為工具條 包含基本的新建、保存 、另存、系統(tǒng)狀態(tài)刷新、回退、下載和切換等操作。

模塊的放置，可以將左側(cè)的模塊拖放到 程序去的流程圖上，也可以通過(guò)點(diǎn)放方式放置，在模塊部分具備添加子程序塊的功能，中間模塊我們可以通過(guò)右鍵添加注釋，另外也支持模塊的折疊和復(fù)制等操作。

圖1中代碼程序部分 描述的是 蜂鳴器鳴響3次 ，每次鳴響時(shí)間40毫秒，每次間隔時(shí)間1秒的一個(gè)例子程序，其中的定值部分都是可以拖入（或者點(diǎn)放）的方式放入，相當(dāng)于函數(shù)的參數(shù)。

5 綜述

以上是對(duì)ZLRobIde圖形化編程軟件從設(shè)計(jì)思想、具體實(shí)現(xiàn)和到最終使用的基本描述，我們完成了該軟件的設(shè)計(jì)，圖形化編程軟件針對(duì)教學(xué)、快速實(shí)現(xiàn)是非常理想的選擇，就復(fù)雜功能實(shí)現(xiàn)方面不如直接代碼實(shí)現(xiàn)來(lái)的方便，我們將繼續(xù)思考如何將圖形化編程軟件做的更加易用。

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作者單位

浙江省杭州縱聯(lián)科技有限公司 浙江省杭州市 311100