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：200600930012 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
1 2010年 5月 5日
毕业设计内容介绍
设 计 题 目 选题时间 电脑鼠电路的改进及搜索算法的研究 2009.12.31 完成时间 2010.5.5 设计 字数 11711 关 键 词 数字PID 迷宫算法 红外测距 电机控制 RTOS设计题目的来源、理论和实践意义： 本论文题目来源于电脑鼠走迷宫竞赛，为了使电脑鼠以更快的速度完成比赛，需对其电路和算法进行研究和改进。本论文应用了电子技术，嵌入式系统，自动控制,动力学等领域 的知识，对其算法进行了较深入的研究并提出了一套操作性较强的硬件改进方案。设计的主要内容及创新点： 提出了对Micromouse615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迷宫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。本文主要的创新点是将数字PID算法应用在姿态修正，用基于RTOS的多进程架构实现实现上述算法模块，以及用远 程桌面调试算法。附：设计 本人签名： 年 月 日 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： TP242.6
Micromouse circuit improvements and search algorithm
Chen yu
（Shandong Normal University Colleges of Physics & Electronics , Jinan）
Abstract : Introduced the Micromouse maze competition.Analysised 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 module.RTOS-based 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: TP242.6
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。