迷宫电脑鼠的设计—课程设计论文.doc

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1、目录摘要21、课程设计的目的及要求32、题目分析31.1功能分析31.2性能需求分析31.3算法分析33、系统设计33.1系统整体设计33.2硬件设计43.2.1硬件结构设计43.2.2传感器组设计43.2.3电机驱动电路设计43.3软件设计43.3.1电脑鼠正常行走程序设计43.3.2电脑鼠记路径程序设计43.3.3电脑鼠找终点程序设计5摘要“电脑鼠”是使用嵌入式或单片机微控制器、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。本研究性课程重点对电脑鼠硬件、迷宫

2、算法进行分析研究。本研究性课程通过对电脑鼠自动穿越迷宫过程的研究，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，熟悉掌握嵌入式应用开发的全过程。 关键词：嵌入式或单片机微控制器，电脑鼠，智能算法1、课程设计的目的及要求本项目要实现的是用电脑鼠找出迷宫中通往终点的最短路径并以最快速度到达迷宫的终点。电脑鼠从迷宫起点位置前进，由程序判断通过前视距离探测器探测到的迷宫状况，控制驱动机构前进或转向并记录路径和距离（控制车轮编码器可完成），由于起点位置和终点位置是已知的，虽然不知道具体路径，但通过编写算法程序即可找到最短路径，在重新开始时便可以最快速度从最短路径

3、到达终点。设计的电脑鼠应该具有三种最基本的能力：拥有稳定、准确、快速的行走能力能争取判断环境的能力（如有墙、有路）记忆路径的能力总之，电脑鼠的设计目标是：在最短的时间内找到一条通往总店的最短路径，并以最快速度从起点到达终点。如何衡量：迷宫时间（搜索时间）：电脑鼠激活到每次运行开始的时间；注：搜索结束，从终点返回到起点的时间不算在迷宫时间内；运行时间：电脑鼠从起点走到终点的时间；如果电脑鼠在比赛时需要手动辅助，这个动作就成为“碰触”。若“碰触”了，则需要失去10秒的奖励时间。2、题目分析2.1电脑鼠的构成电脑鼠主要包括三部分：机械部分（执行机构）、电子控制装置、软件。电脑鼠是指由车身

4、、轮子、和相关软件构成。车体是电脑鼠最基本的架构，它的设计在电脑鼠的整体规划中战友想到重要的地位，应当遵守整体结构坚固耐用、材质轻、重心低的原则。在设计中，既要考虑到符合各零件的规格，又要考虑到配合迷宫的规格。2.2功能分析1、拥有稳定、准确、快速的行走能力通过电动带动车轮转动，使小车向前行走。2、能争取判断环境的能力（如有墙、有路）运用传感器来探测，是否有障碍物，路径是否可以行走，达到随意在迷宫里行走的能力。3、记忆路径的能力4、能够迷宫电脑鼠能够在找到终点坐标并能返回原点。2.3算法分析根据要求，电脑鼠要在迷宫里穿行，不会碰到障碍，避开障碍的到达指定的坐标，迷宫电脑鼠要设计到的

5、算法。1、90和180度转弯的算法2、找到终点，需要用到右手法则和向心法则3、电脑鼠需要记忆路径，所以记忆路径的算法4、电脑鼠的方向有可能发生偏移，所以要有修正方向的算法。3、系统设计3.1系统整体设计迷宫为8*8，迷宫格大小为18*18cm，选取电脑鼠底盘大小为迷宫格一半8*8cm左右。图29迷宫形状4.2算法流程如图30所示，是电脑鼠主程序流程图。启动按键按下后，电脑鼠启动，然后根据设定的终点坐标，探索迷宫，通过到达终点子程序找到终点后，蜂鸣器发出提示音，说明找到终点。之后电脑鼠根据记忆通过返回起点子程序按原路返回起点，不再去走走不通的路。电脑鼠到达起点后，调用冲刺子程序立即掉

6、头，根据先前探索阶段记忆下的路径冲刺到终点后停止，完成电脑鼠走迷宫。开始初始化按下启动？设定终点坐标到达终点蜂鸣器提示返回起点冲刺结束YN图30主程序流程图3.2硬件设计3.2.1硬件结构设计电脑鼠的硬件电路结构图如下。单片机传感器组5传感器组4传感器组3传感器组2传感器组138KHz载波发生器3-8译码选择器显示器蜂鸣器电机1电机2驱动电路1驱动电路2操作按键图8硬件电路结构框图（1）微控制器微控制器是电脑鼠的核心，可以选择单片机，若RAM需求量大或者算法复杂或者性能要求高时，需要使用ARM等高性能的微处理器。（2）传感器传感器的作用是用来感知环境，探测电脑鼠的左、前、右是否有路

7、可走。本设计中采用的是红外线方式，发射和接收分别受微控制器控制。由硬件电路部分结构框图可知，在电脑鼠的前、左、右、左前、右前方共有5组，其中左、右、前三组传感器是用于探测电脑鼠在当前迷宫格左、右、前三个方向上是否有支路的，左前、右前两组传感器呈45度安装，用于电脑鼠行进过程中进行姿态矫正，防止电脑鼠走偏而撞到迷宫墙。（3）显示器显示器是用来显示当前位置等相关信息的，是电脑鼠的可选部分。（4）电源电源用来为单片机供电，选择哪种电池，这也将影响电路的设计。3.2.2传感器