Mindstorms NXT 與 Arduino之間的藍芽通訊

過去幾次在NXT與Arduino之間無線通訊的應用，都是採Xbee方式，如：『以瀏覽器控制Mindstorms NXT』以及『以瀏覽器控制HTWay』。

而本次則是以NXT內建的藍芽功能來與Arduino進行另外一種無線通訊方式。
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藍芽通訊屬於較為嚴謹的session-based protocol，需要先透過：配對、識別並建立連結(connection)之後才能開始進行資料交換。至於Xbee通訊則屬於較為彈性的message-based，只需指定好目標位址，就可以開始傳送訊號，並能夠隨時變更對象甚至使用廣播方式，而缺點則是可靠性較低，無法確認接收端的收信狀態。
實作上， 當以XBEE通訊時，NXT是使用S4的Hi-Speed port，Arduino則使用Serial port。
而當藍芽通訊時，NXT使用的是COMM Module功能，Arduino的藍芽模組(BluetoothBee)雖然也是透過Serial port，但必須符合NXT的封包交換規範。(DFRobot Bluetooth)

LEGO MINDSTORMS NXT Communication Protocol

LEGO對於NXT通訊建立有NXT Communication protocol來定義它的功能，在階層(layer)上適用於有線(USB)與無線(Bluetooth)兩種方式，而主要的用途類型有：

● System Command：用於上傳／下載檔案以及刪除內存於NXT Flash的檔案。

● Direct Command：直接執行與控制NXT Input／Output module功能，以及透過信箱傳送與接收信息(Message command)。
對於上述這些通訊類型，在protocol中制訂有各個功能的封包格式，使用時，需要遵循定義的規範才能正確執行。
詳細規格可以參考官方的技術文件(Lego Bluetooth Developer Kit)。

配對 與 建立連結
由於本次Arduino所使用的藍芽模組其Bluetooth stack功能很陽春，因此，在與NXT通訊時只能作為Slave，而由NXT擔任Master來起始連結。
首先須進行的是NXT與Arduino藍芽裝置的配對與認證，完成之後會在NXT的Bluetooth→My contacts中建立名單：
(NXT My contacts)

配對之後，即可以由NXT的Bluetooth→My contacts→Select→Connect再選擇1～3 Connection來進行連結。
而若NXT有安裝NBC／NXC enhanced firmware，就可直接由NXC程式來建立連結。
(參考『使用NXC在程式中建立藍芽連結的方式』)

NXT Message Command訊息交換指令

在NXT Communication Protocol的Direct command中，Message Command是定義交換字串資料的指令，含：MessageWrite與MessageRead兩個指令，都是以NXT信箱作為傳送與接收訊息的標的。

接下來，即會使用MessageWrite來分別進行：
(1)由NXT傳送字串資料給Arduino 以及
(2)反向由NXT接收來自Arduino所傳送資料等雙向的藍芽通訊。

對於NXT，無論(1)傳送或(2)接收，都有現成的NXC API可以使用。但對於Arduino，則在(1)接收時，需要自行解析封包內容，在(2)傳送時，則需建構指令封包。至於MessageWrite指令的封包格式為：
Byte 0 (Command Type)：0x80 (為Direct command，且不須回覆訊息)Byte 1  (Command byte)：0x09 (指令碼)
Byte 2  (Inbox number)：信箱代號(0 – 9)Byte 3  (Message size)：傳送的字串長度，含結尾null code
Byte 4 – N  (Message data)：傳送的字串資料，結尾須加上null code此外，為了改善NXT藍芽通訊的效率，在指令封包前還須加上兩個byte的封包長度資料，其中Low byte在前，High byte在後。

(1)由NXT傳送至Arduino：
NXC的MessageWrite API為：
SendRemoteString (connection, mailBoxNo, sendStringValue) 當NXT呼叫上述的API傳送〝(99)_Hello_Arduino〞字串至Arduino時，Arduino會以Serial.read()接收並解析讀取的封包內容如下：(Msg_Fm_NXT)

(NXT_SendTo_Arduino_BT_01)

(2)接收來自Arduino傳送的字串：
Arduino要先建構傳送至NXT的MessageWrite封包：
char replyMsg[16]={'H','e','l','l','o',' ','N','X','T',' ','(',' ',' ',' ',')','\0'};
int  sendCountIndex, sendPacketSize;
void build_MESSAGEWRITE_packet()
{
  for(int xii=0; xii
  replyBuf[0] = 0x14; // Length byte LSB, total packet is 20 bytes
  replyBuf[1] = 0x00; // Length byte MSB
  replyBuf[2] = 0x80; // Byte 0: command type
  replyBuf[3] = 0x09; // Byte 1: command
  replyBuf[4] = 0x00; // Byte 2: Inbox number(0 - 9)
  replyBuf[5] = 0x10; // Byte 3: Message Size, includes the null termination byte
  for(int xii=0; xii<16; xii++) replyBuf[xii+6] = replyMsg[xii];
  sendCountIndex = 18;
  sendPacketSize = word(replyBuf[1], replyBuf[0]);
}再以Serial.write()逐個字元透過藍芽傳送至NXT。
至於NXT則呼叫以下API接收資料：
ReceiveRemoteString (mailBoxNo, isRemove, receiveStringValue)。
(Msg_Fm_Arduino)

(NXT_ReceiveFrom_Arduino_BT_01)

※NXC及Arduino程式碼：(連結)