基于A(yíng)RM的電腦鼠走迷宮的研究

摘要：目標是設計制作集傳感器與控制于一體的，能夠自動(dòng)穿越迷宮的電腦鼠。該電腦鼠結合了模擬電路、數字電路，自動(dòng)控制理論等相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識。提出將模塊化方法應用于系統軟、硬件的設計，不僅提高了軟硬件開(kāi)發(fā)效率，而且提高了軟硬件在實(shí)驗及檢修過(guò)程中的可維護性、可升級性。這里設計的電腦鼠能在迷宮中搜索路徑，走出迷宮，并能實(shí)現路徑優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：電腦鼠；嵌入式；ARM；迷宮路徑優(yōu)化

0 引言
電腦鼠(Micromouse)是智能機電鼠的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一個(gè)由微處理器控制的集探測、分析、行走功能于一體，能夠自動(dòng)搜索最佳路徑到達目的地的微型機器人。實(shí)際上電腦鼠就是一個(gè)電力驅動(dòng)小車(chē)，而這個(gè)電動(dòng)小車(chē)是由一個(gè)或多個(gè)微控制器來(lái)控制，通過(guò)傳感器和其他各功能器件的配合，具備一定的智能。同時(shí)，電腦鼠需擁有探測障礙物、行走、轉彎、加減速和制動(dòng)等基本功能。
本文是以“IEEE國際電腦鼠競賽”為背景，以美國Luminary Micro公司生產(chǎn)的ARM CortexM3內核的ARM處理器LM3S615為主控制器，控制和檢測紅外傳感器；微控制器根據檢測到的傳感信號，控制電機驅動(dòng)電路，調整行走，按照載入搜索算法進(jìn)行迷宮的探測，尋找最短路徑，最終實(shí)現從起點(diǎn)到終點(diǎn)的沖刺。

1 電腦鼠系統整體設計方案
如圖1所示，整個(gè)系統可以大致分為以下主要部分：電源模塊，控制模塊，執行機構模塊，傳感器模塊，機身模塊?？梢宰鲂蜗蟮谋扔鳎弘娫茨K是電腦鼠的葡萄糖，控制模塊是電腦鼠的大腦，傳感器模塊是電腦鼠的眼睛，機身模塊是電腦鼠的軀干，執行機構是電腦鼠的腿；各模塊之間相互配合使電腦鼠正常工作并尋找到終點(diǎn)。

2 電腦鼠硬件研究與實(shí)現
2．1 電腦鼠硬件設計原理
本文研究的電腦鼠是一個(gè)跨學(xué)科的綜合作品，主要由電源、傳感器、步進(jìn)電機、控制核心電路、機身5個(gè)部分組成，如圖1所示。所以，電腦鼠的硬件設計主要包括電源模塊、微控制器單元模塊、傳感器模塊、電機控制模塊4個(gè)部分的設計。其中LM3S615微控制器是電腦鼠的核心，通過(guò)檢測到的傳感器信號，結合載入的搜索算法，控制步進(jìn)電機，實(shí)現電腦鼠在迷宮中的行走。
2．2 電源模塊
電源模塊包括供電電池和電壓調節電路。供電電池為2 200 mAh，7．4 V的可充電鋰電池。電機驅動(dòng)電壓由電源直接供給；LM3S615微控制器需3．3 V電壓供電，電壓調節電路采用Exar公司生產(chǎn)的SPX1117M3-3．3芯片將電源電壓穩至3．3V；電腦鼠所使用的紅外線(xiàn)傳感器工作電壓為5 V，升壓芯片采用Exar公司生產(chǎn)的SP6641A將已經(jīng)較為穩定的3．3 V電壓升至5 V。
2．3 微控制器單元模塊
本文采用美國Luminary Micro公司生產(chǎn)的CorteX-M3內核的ARM處理器LM3S615，該芯片具有32位RISC性能，具備32 KB單周期FLASH，8 KB單周期SRAM，29個(gè)中斷，帶8個(gè)優(yōu)先級。微控制器模塊和其他模塊共同構成一個(gè)閉環(huán)的反饋控制系統，通過(guò)對路程信號、岔口信號和姿勢修正信號的檢測，經(jīng)由LM3S615進(jìn)行運算，再將結果賦給電機執行，由此實(shí)現電腦鼠的智能穿越迷宮。