电脑鼠电路及搜索算法

电脑鼠电路及搜索算法 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

本科毕业设计设计题目：电脑鼠电路的改进及搜索算法的研究

学生姓名：陈昱

学号：

专业：应用物理学

指导教师：杨济民

学院：物理与电子科学学院

2010年 5月 5日

毕业设计内容介绍

目录

中文摘要 (4)

英文摘要 (4)

一、引言 (5)

二、硬件改进 (7)

（一）电源电路的改进 (7)

1、原电路 (7)

（1）电机驱动芯片供电 (7)

（2）系统供电 (7)

（3）传感器供电 (7)

2、改进方案 (8)

（二）传感器电路的改进 (10)

1、工作原理 (10)

2、原电路 (10)

3、改进方案 (11)

三、底层算法的研究 (12)

（一）传感器驱动 (12)

（二）电机控制 (14)

（三）姿态纠正 (17)

（四）信息采集 (19)

（五）连续转弯 (21)

四、迷宫算法的研究 (21)

（一）传统算法 (21)

（二）本文的迷宫算法 (22)

五、算法的实现与调试 (24)

（一）基于 uC/OS-II 多进程的软件设计 (24)

（二）软件调试 (34)

六、总结 (34)

七、致谢 (35)

参考文献 (35)

电脑鼠电路的改进及搜索算法的研究

陈昱

（山东师范大学物理与电子科学学院济南）

摘要: 简要介绍了电脑鼠走迷宫竞赛。分析了MicroMouse615中电源系统和红外发射系统的不足，提出了改进方案，并给出了电路图。给出了电机控制算法、用于姿态纠正的数字PID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最短路径算法等算法模块。用基于RTOS的多进程架

构实现了上述各算法模块，并给出了各个算法的流程图。用无线模块与上位机进行通讯实现了算法的实时跟踪与可视化。

关键词:数字PID 迷宫算法红外测距电机控制 RTOS

中图分类号：

Micromouse circuit improvements and search algorithm

Chen yu

（Shandong Normal University Colleges of Physics & Electronics, Jinan）Abstract : Introduced the Micromouse maze the power system and infrared emission system of MicroMouse615 , proposed a improvement program, and gived the circuit diagram. Motor control algorithm was given, together with the Digital PID algorithm to correct posture, sensor-driven algorithm, continuous turning algorithms, maze of information acquisition algorithm and a maze search algorithm with the shortest path algorithm framework for multi-process mechanism was used to achieve the above algorithm module, and the flow chart of each algorithm was given .Real-time tracking and visualization of algorithm were achieved through communicating with the host computer algorithm by wireless module .

Key words: Digital PID; Maze algorithm; Infrared range; Motor Control; RTOS CLASSNO:

一、引言

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（微型机器人）。电脑鼠要在指定的迷宫中比赛，在迷宫中探索以找出通往终点的路径，并随时掌握自身的位置信息，准确获取墙壁信息并做记录，最终依靠记忆找出走出迷宫的最佳路径，以最短的时间解开迷宫，赢得比赛。一只优秀的电脑鼠必须具备良好的感知能力，有良好行走能力，优秀的智能算法和强健体魄。

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，自举办以来参加国踊跃，为此许多大学还开设了“电脑鼠原理和制作”选修课程。2007年和2008年，上海市计算机学会率先在国内主办了两次IEEE标准电脑鼠走迷宫邀请赛（长三角地区），有三十多所院校参加。2009年广州致

远电子有限公司赞助了全国“IEEE标准电脑鼠走迷宫”邀请赛，共邀请全国9个赛区的52所高校参赛，反响强烈。如图一所示为电脑鼠，图二所示为比赛迷宫。

图一电脑鼠图二比赛迷宫

为了更好的普及电脑鼠走迷宫竞赛，广州志公远电子设计生产了一款电脑鼠MicroMouse615,它的元件布局图如图三所示。它的原理图如图四所示。

图三 MicroMouse615元件布局图

图四 MicroMouse615原理图

本文以MicroMouse615为原始硬件平台，结合2009年参加济南赛区电脑鼠走迷宫竞赛中的经验教训，提出了一套硬件改进方案，并对底层算法和迷宫算法进行了一番研究，最后给出了算法的具体实现以及软件调试方法。

二、硬件改进

（一）电源电路的改进

1、原电路

MicroMouse615采取外接锂电池供电，并为整个系统提供三种不同的电压，分别用来驱动电机、给传感器供电和给微控制器供电。

（1）电机驱动芯片供电

MicroMouse615装有两个永磁式步进电机，系统中直接把电池的输出电压连接到电机的驱动芯片上。

（2）系统供电

LM3S615微控制器需要供电，电路如图五所示，外接电源经过C36、C2滤波，然后通过将电源稳压至。是Exar公司生产的LDO芯片，其特点是输出电流