【正文】 進行記憶和最優(yōu)返回路徑的計算；對電腦鼠運動姿態(tài)進行調整修正等任務。reg。Keil uVision4支持目前市場上多種不同的MCS51架構的芯片以及ARM，具有編輯、編譯、仿真等一體功能，且操作界面與VC++相類似，形成友好的操作界面[21]。硬件系統(tǒng)包括[10, 19, 20]：電源模塊、紅外傳感器模塊、驅動電機模塊、微處理器控制模塊、機身模塊。如果進一步結合最佳路徑判定算法，即返回時選取最短路徑，則在時間上會具有明顯優(yōu)勢。目前的搜尋策略包括兩類，如下：（1） 全部迷宮路徑搜索策略：電腦鼠從出發(fā)到終點過程中會進行地毯式搜索，將迷宮中全部道路進行逐一行進，然后選擇一條最優(yōu)路徑（根據(jù)不同要求選擇路徑最短，或時間最短），再從起點出發(fā)由最優(yōu)路徑抵達終點。（6）向心準則：在迷宮中行進的電腦鼠面對兩種以上選擇方向時，優(yōu)先選擇距離迷宮中心最近的方向作為行進方向。（2）右手準則：在迷宮中行進的電腦鼠面對兩種以上選擇方向時，優(yōu)先選擇向右行進，其次選擇向前行進，最后選擇向左行進。abc 迷宮抽象化、數(shù)字化的結果 迷宮問題的搜尋準則結合計算機圖形學、圖論學、拓撲學、數(shù)據(jù)結構等領域對于迷宮問題的解釋與解決方法，電腦鼠等移動機器人面對的迷宮路徑規(guī)劃和決策判定問題可以進一步轉化為迷宮路徑最優(yōu)化選擇問題[1214]。對應地，電腦鼠的起點位置是封閉擋板內(nèi)的任意位置單元。針對移動機器人（或面向電腦鼠）的路徑規(guī)劃算法和實時避障算法的研究已經(jīng)獲得眾多理論成果，重點分為兩類：（1）基于已知地圖的路徑規(guī)劃方法，如柵格法[11]、Free Space Approach、VGraph等；（2）基于未知地圖的路徑規(guī)劃方法，遺傳算法、勢場法、模糊邏輯算法[9]、深廣結合算法[9]、粒子群算法[10]等等。（3）電腦鼠迷宮路徑搜尋與避障算法的研究，包括現(xiàn)代典型迷宮算法的分析對比、迷宮數(shù)字化表征方式、迷宮路徑的數(shù)學模型研究、基于硬件語言的迷宮算法實現(xiàn)、記憶與決策功能算法的實現(xiàn)等等。 “連續(xù)轉彎”示意圖（3）尋找目標點：電腦鼠從A點出發(fā)，尋找到迷宮終點B處，并最終運行到終點B處。我國于2007年開始舉辦“IEEE 標準電腦鼠走迷宮”邀請賽，而比賽發(fā)展至今，比賽規(guī)模和參賽質量上均取得了顯著的進步[5]。軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)畢業(yè)設計目錄1 簡介 1 背景與意義 1 研究內(nèi)容與思路 12 現(xiàn)有迷宮算法簡述 3 迷宮的數(shù)字模型表征 3 迷宮問題的搜尋準則 4 迷宮問題的搜尋策略 53 硬件系統(tǒng)分析 6 實驗平臺與設計工具 6 硬件控制模塊分析 6 電機選擇與分析 7 電機比較 8 電機選擇 8 傳感器模塊分析 9 測試賽道 104 軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 12 路徑?jīng)Q策功能的實現(xiàn) 12 迷宮探測算法 13 路徑?jīng)Q策功能程序及分析 14 驅動控制功能的實現(xiàn) 195 驗證結果與改進方案 24 實驗驗證結果 24 改進方向與研究方案 24 迷宮墻壁信息的記錄 24 迷宮路口信息的記錄 256 結論 26 結論 26附錄 301 簡介 背景與意義電腦鼠（MicroMouse）是指采用嵌入式微處理器、傳感器、機械電子運動部件為一體的微型智能移動機器人[1]，可實現(xiàn)探測、分析、行走等基本功能控制，且集合傳感、機械移動等設計功用[2]。目前電腦鼠迷宮邊塞規(guī)定，電腦鼠在按下啟動鍵后將自行選取搜尋法則，并且在迷宮行進過程中實現(xiàn)前行、轉彎、往返、記憶迷宮墻壁資料、計算最優(yōu)路徑、探測障礙物、尋找目標終點等功能內(nèi)容[6]。 。（4）實現(xiàn)軟件系統(tǒng)設計和算法程序載入后，最終使電腦鼠具有基本的運動、探測、控制功能，并完成課題規(guī)定的競賽功能。各類算法都有針對性的適用范圍和使用優(yōu)勢，對電腦鼠迷宮路徑算法研究具有重要參考意義。因此，電腦鼠實際的運動范圍為88個方格。在具體的迷宮環(huán)境中，電腦鼠前進至一個位置單元（假設為一個方格），最多面對三個前進方向（三種選擇），最少面對三個擋板（唯一選擇退回）。（3）中左準則：在迷宮中行進的電腦鼠面對兩種以上選擇方向時，優(yōu)先選擇向前行進，其次選擇向左行進，最后選擇向右行進。上述各類法則基本能夠解決迷宮中的路徑選擇問題。 （2）單一迷宮路徑搜索策略：電腦鼠在出發(fā)后只沿一條路徑前進，直至終點，不再搜尋其他迷宮區(qū)域，不再返回，結束搜尋任務。本次課題中采用單一迷宮路徑的搜尋策略和優(yōu)化算法。軟件系統(tǒng)包括：紅外檢測模塊、控制判斷模塊、驅動模塊、運動調整模塊、存儲記憶模塊（功能性模塊）等。 硬件控制模塊分析本次設計以ST旗下的STM32F103R8T6增強型系列微控制器作為電腦鼠控制系統(tǒng)的控制器。 CortexM3?處理器。上述功能的完成需要配合其他模塊進行系統(tǒng)合作和反饋。驅動電路依據(jù)PWM脈沖信號的占空比進行速度調節(jié)，進一步控制運動姿態(tài)和行進方向。直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉電機，的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機速度調整具有范圍廣、過程平滑等特征；抗負載能力強，適應頻繁沖擊負載；制動、旋轉等功能可以在短期內(nèi)頻繁實現(xiàn)；耗電較低。 電機選擇考慮本次畢設的研究背景和設計要求，驅動模塊中電機需要滿足以下幾個方面的要求：（1）可靠性：保證在電腦鼠行駛過程中電機控制能夠滿足系統(tǒng)自動控制要求，及時穩(wěn)定執(zhí)行關于轉向、姿態(tài)調整等指令。（4）較高的速度調整性能、較強的過載和承擔頻繁沖擊負載的能力。在本次課題研究中，電腦鼠需要完成連續(xù)轉彎、路徑探測、姿態(tài)調整等任務，速度的連續(xù)轉換與調整會導致電機需要承擔過負載和頻繁沖擊負載的狀況。 傳感器模塊分析本次畢設采用的傳感器模塊是由5個分別位于“左前”、“左”、“前”、“右”、“右前”的反射式紅外發(fā)射接收傳感器檢測電路構成。 反射式紅外發(fā)射接收傳感器檢測電路 模擬濾波器，利用模擬濾波器對頻率響應非理想的特性，在略微偏離中心頻率的頻點上可以獲得探測距離稍短的探測結果。出發(fā)位置為任意位置，終點目的地中心位置的四個空白位置單元（）。其中路徑?jīng)Q策功能模塊、驅動功能模塊完成迷宮探測與路徑優(yōu)化。電腦鼠傳感模塊包括5個分別位于“左前”、“左”、“前”、“右”、“右前”的反射式紅外發(fā)射接收傳感器檢測電路。開始前、左、右可行方向是否為終點左方可行且未探測過前方可行且未探測過右方可行且未探測過死路，按原數(shù)組元素值遞減1方向返回1個單元是否有新路口左轉并前進1個單元前進1個單元右轉并前進1個單元數(shù)組更新進入終點結束YNYYYNNNNY 迷宮探測流程圖 路徑?jīng)Q策功能程序及分析依據(jù)上述分析，具體實現(xiàn)如下： switch( sensorsStateamp。 break。0x10) /*如果左方墻壁距離較遠，繼續(xù)前行，如果距離較近，向右轉。 } case 0x10://LF F如果左前和左方存在墻壁且距離較近，向右調整 { TurnRight(2)。0x14) TurnRight(3)。0x10) MoveRight(3)。 break。 break。（f）case 0x04:00100如果左方或左前方存在墻壁，如果墻壁過近(30度角左右)，向右轉；反之，向右調整電腦鼠電腦鼠（g）case 0x1c:11100四周不存在墻壁，向左轉（h）case 0x00:00000死路，向右調整或向右轉，返回 路徑?jīng)Q策功能執(zhí)行情況 驅動控制功能的實現(xiàn)電腦鼠搜尋迷宮以及該過程中的運動調整等機械運動均是基于位于左右兩側的電機驅動實現(xiàn)的。電腦鼠處于直行狀態(tài)時，左右兩部電機輸入的PWM一致；電腦鼠發(fā)生左、右轉彎（路徑調整）或小角度轉向（運動狀態(tài)調整）時，左右兩部電機分別采用不同占空比的PWM信號。停止：產(chǎn)生信號為‘0’的控制信號，左右車輪分別停止車。 /*******************(IN1,IN2,IN3,IN4)******************/ /*選擇要控制的GPIOC引腳*/ = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9。GPIO_InitStructure)。 /*調用庫函數(shù)，初始化GPIOA*/ GPIO_Init(GPIOA, amp。 TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure。 //重設為缺省值 /*TIM1時鐘配置*/ = 721。 //無影響 = 0x0。 //PWM模式2 先輸出無效電平 再輸出有效電平 = TIM_OutputState_Enable。 //輸出極性 有效為低 // = TIM_OCNPolarity_Low。TIM_OCInitStructure)。 /* TIM1 Main Output Enable 使能TIM1外設的主輸出*/ TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE)。// GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8)。 GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8)。// GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8)。 //1 GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9)。 GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6)。 Motor_Right_Run()。 Motor_Right_Run()。 Motor_Right_Back()。 Motor_Right_Back()。 Motor_Left_Run()。 Motor_Left_Stop()。 Motor_Left_Stop()。 Motor_Right_Run()。}void Car_TurnBR(void){ Motor_Right_Back()。 Motor_Left_Stop()。 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure。 //PB8 清除之前設置 = GPIO_Mode_IPD。 //PB8 拉低 /* Time base configuration */ = psc。 //向上計數(shù)模式 TIM_TimeBaseInit(TIM4, amp。 //上升沿捕獲 = TIM_ICSelection_DirectTI。TIM4_ICInitStructure)。 //從優(yōu)先級0級 = ENABLE。//允許更新中斷 ,允許CC3IE捕獲中斷 TIM_Cmd(TIM4,ENABLE )。 //輸入捕獲值 2/* * 函數(shù)名：TIM4_IRQHandler * 描述 : 定時器4中斷服務函數(shù) * 用于實現(xiàn)高電平捕獲 * 輸入 ：無 * 輸出 ：無 * 調用 ：內(nèi)部調用 */ void TIM4_IRQHandler (void){ if ((TIM4CH3_CAPTURE_STA amp。 //標記成功捕獲了一次 TIM4CH3_CAPTURE_VAL2 = 0xFFFF。 //標記成功 TIM4CH3_CAPTURE_VAL2 = TIM_GetCapture3(TIM4)。 TIM4CH3_CAPTURE_VAL1 = TIM_GetCapture3(TIM4)。 //下降沿捕獲 } } } TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC3 | TIM_IT_Update)。測試使用的迷宮為單迷宮，且迷宮包含擋板、方柱（擋板連接）、地板。依據(jù)搜尋準則和搜尋策略，利用微控制器對反饋的迷宮擋板和岔口信息進行判定，完成對目標區(qū)域的搜尋與記錄。在迷宮路徑記憶功能設計中，電腦鼠存在以下幾個方面的問題：（1）電腦鼠碼盤精度不高，使得電腦鼠在迷宮行進過程中記錄的路徑數(shù)據(jù)未能按照最初迷宮模型數(shù)學描述的方法對迷宮墻壁信息進行存儲，影響到記憶功能模塊存儲的結果準確性。 迷宮中位置單元對應的墻壁信息存儲方式變量位絕對方向（以迷宮為參照系）相對方向（以電腦鼠為參照系）Bit0上方01：存在道路；0：存在擋板Bit1右方11：存在道路；0：存在擋板Bit2下方21：存在道路；0：存在擋板Bit3左方31：存在道路；0：存在擋板Bit4~Bit7保留位依據(jù)本次畢設所使用的迷宮賽道特征，可以知道，迷宮包括88個方格（位置單元），每一個位置單元處用一個字節(jié)存儲墻壁信息。因此，可以檢測某一位置單元對應的字節(jié)數(shù)據(jù)是否為0來判定該位置單元是否進行過搜尋。算法原理如下：路口順序與坐標：A(X1,Y1)，B(X2,Y2)，C(X3,Y3)，D(X4,Y4)棧底SP=(X1,Y1)，SP+1=(X2,Y2)，SP+2=(X3,Y3)，SP+3=(X4,Y4)采用先進后出原則，面對死路時，首先彈出當前棧頂SP+3的地址，返回到該地址后（依據(jù)路徑?jīng)Q策結果）選擇另一方向前進。其測定的結果是基于車輪的反饋得到的。通過計算目前位置單元與起點位置的最短路徑，選擇前進方向，并且更新數(shù)組，從而完成最優(yōu)路徑的確定。（3）采用“左手準則”