微控制器單元模塊 - 基于ARM的電腦鼠走迷宮設計方案

　2.3 微控制器單元模塊

　　本文采用美國Luminary Micro公司生產的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個中斷，帶8個優先級。微控制器模塊和其他模塊共同構成一個閉環的反饋控制系統，通過對路程信號、岔口信號和姿勢修正信號的檢測，經由LM3S615進行運算，再將結果賦給電機執行，由此實現電腦鼠的智能穿越迷宮。

　　2.4 傳感器模塊

　　2.4.1 傳感器模塊組成

　　傳感器模塊采用紅外傳感器：紅外線發射對管SIR563ST3F和IRM8601S，紅外線收發對管IR204和PD204-6B。紅外線發射管SIR563ST3F最大輻射角約為30°，工作中心頻率38 kHz;紅外線接受管IRM8601S為一體式紅外線接收頭，最佳工作波長940 nm。可以通過設置不同的發射頻率來實現用一個紅外傳感器完成遠距和近距探測的功能。紅外線發射管IR204和紅外線接收管PD204-6B工作波長均為940 nm，它們固定在兩輪內側，并在輪內貼上黑白碼盤，碼盤隨車輪的轉動而轉動，當傳感器正對著碼盤黑色條紋時，輸出高電平，反之低電平。通過GPIO口中斷檢測電平變化，就可以計算并記錄電腦鼠行走的距離。

　　2.4.2 傳感器模塊功能

　　(1)路程檢測。由安裝在兩輪內側的紅外線收發管IR204和PD204-6B，對黑白碼盤條紋進行計數，按照迷宮單元的長度為單位進行路程計數，以記錄電腦鼠在迷宮中的方位坐標，同時還可以精確地實現轉彎。

　　(2)岔口檢測。岔口檢測由安裝在正前、左前、右前的3個紅外線發射對管SZR563ST3F和IRM8601S實現，工作波長940 nm，實現遠紅外測距功能，探測前、左、右有無障礙。

　　(3)姿勢修正。姿勢修正由左右2個紅外線發射對管SIR563ST3F和IRM8601S實現，發射信號約30.5 kHz，實現近紅外測距功能，保持電腦鼠在中軸線附近行走，避免撞擊迷宮。值得注意的是，在轉彎過程中不要進行姿勢修正，這樣有可能導致轉彎的角度出現偏差，即電腦鼠只是在前進的過程中才進行姿勢修正。

　　2.5 電機控制模塊

　　電機控制模塊主要負責控制電腦鼠的運動，包括電機和電機驅動電路兩部分。電機為兩個兩相四線制步進電機，工作電壓為7.4 V。電機驅動芯片采用BA6845FS，每個芯片包含2個H橋，它的最大驅動電流為1 A，且在輸入邏輯的控制下輸出有3種模式：正向、反向和停止。

　　3 電腦鼠軟件研究與實現

　　電腦鼠的軟件部分主要用來檢測迷宮環境，傳送控制信號給相應的硬件模塊，對在迷宮中行走的電腦鼠進行制導與導航。其主要由迷宮搜索主程序和其他實現各種功能的子程序組成，主程序主要起到搜索探測迷宮和決策功能，而其他各種功能則是通過調用其相應子程序來實現的，搜索流程如圖2所示。

　　3.1 迷宮搜索主程序

　　在沒有預知迷宮路徑的情況下，電腦鼠必須優先探索迷宮中的所有單元格，直到抵達終點為止。做這個處理的電腦鼠要隨時知道自己的位置及姿態，同時要記錄所有訪問過的方塊四周是否有墻壁，并且在搜索過程中盡量避免重復搜索它搜索過的地方。迷宮搜索流程圖如圖3所示。

　　3.1.1 左手法則

　　電腦鼠在前進的方向上存在兩條和兩條以上支路時，優先考慮左轉，其次是向前，最后才考慮向右。示意圖如圖4所示。

　　3.1.2 右手法則

　　電腦鼠在前進方向存在兩條和兩條以上的支路時，優先考慮右轉，其次向前，最后才向左。示意圖如圖4所示。

　　3.1.3 求心法則

　　求心法則就是當電腦鼠有至少兩個方向可以選擇時，則優先轉向離中心點最近的方向前進。如圖5所示，把迷宮分為對等區域(1，2，3，4)。可以觀察出，在區域1中，電腦鼠向右和向上更能接近中心，其他區域同理。如果電腦鼠可供選擇的前進方向包含兩個都有可能是離迷宮中心點最近的方向時，優先選擇可以直接前進的方向，其次選擇只用轉90°的方向前進。如果可前進方向都是遠離中心點的方向時，優先選擇直線運行方向，其次選擇轉彎90°的方向。其搜索示意圖如圖6所示。