电脑鼠走迷宫 1 项目编号：31SZDYKC-090601

全国大学生电子设计竞赛 项目名称：电脑鼠走迷宫 学生班级：1104班 学生姓名：王忆文 所在系（部）：通信工程系 指导教师： 电脑鼠走迷宫

2 摘 要 “电脑鼠”是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种微型机器人，可以在 “迷宫”中自动记忆和选择路径，快速地达到所设定的目的地。电脑鼠走迷宫竞赛是一项具有一定难度、富有挑战性和趣味性的比赛。

能力。通过系统分析、硬件设计、软件设计、整合电路设计、汇编语言、C语言专业知识解决问题的综合应用能力,激发我们对电脑鼠的研究兴趣。 创新点是提出了对电脑鼠电源电路、传感器电路的改进方案。给出了电机控制算法、用于纠正姿态的算法、传感器驱动算法、连续转弯算法、迷宫信息采集算法以及迷宫搜索与迷宫最短路径算法等算法模块。 关键词：嵌入式系统，电脑鼠，智能算法电脑鼠走迷宫

3 ABSTRACT "Computer mouse" is the use of embedded microcontrollers, sensors and electromechanical moving parts consisting of a micro-robot maze memory and automatically select the path to reach the set destination. Computer Mouse Maze Competition is a certain degree of difficulty, challenging and fun game. completion of the research program circuit board testing, knowledge and technical skills in the school curriculum learning algorithm, data query and retrieval, project management, integration cultivate awareness of scientific and technological innovation and hands-on design capabilities. System analysis, hardware design, software design, integrated circuit design, assembly language, C language application of knowledge in the development of SCM culture integrated application skills, stimulate our interest in the study of computer mouse use our expertise to solve the problem. The innovation of the computer mouse power circuit, sensor circuit improvement program. Motor control algorithm, the algorithm used to correct posture, the sensor-driven algorithm, continuous turning algorithm, the maze information collection algorithms, and maze search maze shortest path algorithm, algorithm module. Keywords：Embedded System，Micromouse，Intellegent Algorithm电脑鼠走迷宫

1 目录 摘要 ………………………..2 第一章 前言 ………………………..2 1.1项目背景 ………………………..2 1.2项目介绍第三章 电脑鼠硬件与软件 ..………………………2 第二章 电脑鼠硬件及软件 ...………………………4 2.1电脑鼠的硬件 …………………………4 2.1.1 电脑鼠硬件组成 …………………………4 2.1.2电脑鼠基本动作 ………………………….6 2.2电脑鼠软件 …………………………7 2.2.1等高图制作模块 .……………………….9 2.2.2冲刺模块 ……………………….10 2.2.3转弯模块 ……………………….10 2.2.4搜索模块 ………………………11 2.2.5迷宫地图相对方向与绝对方向的建立 ………………………11 2.2.6 墙壁资料存储 .……………………….13 2.2.7电脑鼠搜索策略第四章 问题总结及改进 ……………………….14 第三章 问题总结及改进 ………………………15 总结 ………………………..19 参考文献 ……………………….20 电脑鼠走迷宫

2 第一章 前言

所谓“电脑鼠”，英文名叫做MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置的俗称。它可以在“迷宫”中自动记忆和选择路径，寻找出口，最终达到所设定的目的地。

1.1项目背景 电脑鼠可看作是一种具有人工智能的小型机器人，依照比赛规则，当电脑鼠放入“迷宫”起点，按下启动键之后，它就必须自行决定搜寻法则并且在迷宫中前进、转弯、记忆迷宫墙壁资料、计算最短路径、搜寻终点等功能。电脑鼠更结合了机械、电机、电子、控制、光学、程序设计和人工智能等多方面的科技知识。 国际电工和电子工程学会（IEEE）每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛。首场电脑鼠迷宫竞赛1979年于纽约举行，1991年以来，每年都有世界级的比赛。2007年，国内开始举行IEEE标准电脑鼠走迷宫邀请赛,自举办以来各高校参赛踊跃。 电脑鼠走迷宫竞赛具有一定难度，是一项富有挑战性和趣味性的比赛。电脑鼠可看作是一个集多项工程学科知识于一体的小型系统，成功的设计者通常都是合作团体，他们必须考虑电子、电气、机械以及计算机各方面的问题，重量、速度、功耗、传感技术、重心以及程序各方面都是设计中需要决定和综合考虑的因素。 电脑鼠结合了多学科知识，对于提升我们的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进课堂知识的消化和扩展自身的知识面都非常有帮助；

1.2项目介绍 本课程将重点研究电脑鼠硬件与改进、迷宫算法分析与改进。通过对由微处理器控制的、集传感与控制于一体的电脑鼠自动穿越迷宫过程的的研究，综合嵌入式专业的电路设计、传感器控制、单片机程序开发和算法研究等多学科知识，学电脑鼠走迷宫 3 生可熟悉掌握嵌入式应用开发的全过程，从而具备一定的嵌入式应用开发基础与能力。另外，该课程可以提高学生专业学习兴趣，锻炼学生独立学习、综合运用专业知识的能力。 通过该研究性课程，我们将要完成电路板测试、算法研究、资料查询与检索、项目管理等学校课程外的知识与技术技能的学习、整合，培养科技创新意识和动手设计能力。通过系统分析、硬件设计、软件设计、整合电路设计、汇编语言、C语言在单片机开发中的应用知识，培养运用专业知识解决问题的综合应用能力,具体包括: (1) 制定学习计划、项目计划，学会合理安排时间与事先准备的能力； (2) 检索信息，查阅资料，自主学习的能力； (3) 团体合作，与项目组成员以及老师的沟通协调能力； (4) 分析、设计、编程、调试、测试等软件设计的综合能力； (5) 规范编程，整理文档，综合演示，锻炼文字表达、语言表达能力。 （6）通过竞赛，培养责任感、荣誉感、集体观念，锻炼学生在遇到难题与压力的情况下不放弃、迎难而上，树立坚强的自信心。电脑鼠走迷宫

4 第二章 电脑鼠硬件与软件 2.1电脑鼠硬件 2.1.1 电脑鼠硬件组成 电脑鼠的硬件大致分为以下几部分：传感器、执行部件、微处理器、机械结构，如图3-1所示

1.传感器 传感器是电脑鼠准确获取外部环境信息以做出正确判断的依据，是电脑鼠灵敏快捷的保证。红外测距方式在电脑鼠上应用最广。 Micromouse615使用5组红外传感器，每组红外传感器由红外发线射器和红外线接收器组成用于检测迷宫墙壁信息，分别用于检测左、左前、前、右前和右五个方向的墙壁信息。我们用U1-U5表示红外线接收头传感器，RF1-RF5为发送红外线装置，使用5组可调电阻W1-W5控制红外信号发射强度，调整可见距离。信号采用载波调制，增强抗干扰性。

电脑鼠 传感器 执行部件 微处理器 机械结构 红外传感器

车身设计

步进电机

LM3S615

图3-1电脑鼠硬件结构图 电脑鼠走迷宫

5 2.执行部件 电机是电脑鼠的动力源，是电脑鼠的四肢。只有具备健壮且灵活的四肢的电脑鼠才有可能在比赛中高效的解开迷宫。电机不但要能输出足够的马力还要便于控制，在此基础上再配以合适的控制算法就能使电脑鼠快速而精确的行走。电脑鼠中常用的是步进电机和直流电机，步进电机控制容易，但直流电机使电脑鼠控制更加灵敏。 Micromouse615上有两个两相四线制的步进电机，左电机和右电机用来控制电脑鼠前进，左转和右转，停止。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。四相步进电机如图3-3所示

3.微处理器 微处理器是电脑鼠的核心部分，是电脑鼠的大脑。几乎所有的信息，包括墙壁信息，位置信息，角度信息和电机状态信息等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。所有的数据分析，算法实现和执行指令的发出等都需要由微处理器来完成。 Micromouse615的微控制器是由Luminary 公司生产的Cotex-M3内核的ARM处理器——LM3S615，该芯片具有32位RISC性能，带有8KB单周期Flash，2KB单周期SARM，2个定时器(每一个都可配置为一个32位定时器或两个16位定时器，以及高达18个GPIO口。 4.机械结构 电脑鼠要能够在迷宫里面灵活穿梭，必须有一副好身板，有适合在迷宫中快速运行的身体结构。首先他必须结实，拥有两只东倒西歪的轮子的电脑鼠是很难不在迷宫中碰壁的，其次身材娇小的电脑鼠在迷宫里是会更灵活的，它有更大的空间用于完成转弯，有更大的空间用于纠正姿，最后体重太大和没有平衡感的老鼠也是不适宜迷宫竞赛的。基于如此多的考虑，一只学富五车而又娇小玲珑的电脑鼠要求我们从机械上面有更多创新。电脑鼠的机械结构如图3-4所示，左边是