电脑鼠(micromouse)是一种由微处理器操控的集环境感知、动态决议计划与规划、行为操控与履行等多种功用于一体的微型机器人。现在大多数电脑鼠选用Luminarv Micro Stellaris R系列LM3S101、LM3S102、LM3S615或许单片机微操控器，其红外检测模块选用了一体式红外传感器，只能判别有无障碍物，无法进行测距；电机部分选用步进电机，耗电大、速度慢；此外软件体系多选用传统中左或中右算法，功率较低。本文规划了依据Cortex-M3内核的32位ARM芯片STM32F103RCT6作为运算操控中心，由其发生PWM信号调制红外发射接纳完结测距，配套空心杯直流电机，经过改善智能迷宫算法，使电脑鼠超卓高效地完结迷宫搜索及冲刺使命。
1 电脑鼠作业原理
电脑鼠周围装置六组红外传感器，别离感知左方、左前方、前方、右前方、右方，发射端发射必定频率的红外线，接纳端经过六个方向的反射波来判别是否有障碍物，实时地贮存单元格的材料，经过六组红外传感器反应的迷宫信息，操控电脑鼠完结避障、转弯、加快等动作，运用智能算法对迷宫的部分单元格或悉数单元格进行遍历，并将迷宫的信息以有用的数据结构存储，微操控器依据这些记载信息运用迷宫高效算法找到一条最优化途径，然后完结从起点到结尾的最大化冲刺。
2 硬件电路规划
为完结迷宫勘探和冲刺使命，电脑鼠需具有以下各功用模块：ARM微处理器作为操控中心和谐各功用模块正常作业；电机及驱动模块实时操控电机发动、制动；红外检测模块担任红外线勘探感知；电源为整个体系供电安稳电压，陀螺仪及指南针模块确认电脑鼠方位，依据走过的间隔，然后解分出地点坐标。硬件组成如图1所示。
2．1 电源模块
电源调理器材一般运用线性稳压器材(如LM7805)，具有输出电压可调、稳压精度高的长处，可是其线性调整作业办法在作业有较大的“热损耗”，导致电源使用率不高、满意不了便携低功耗需求。开关电源调理器，不同于线性稳压器材，以彻底导通或关断的办法作业，经过操控开关管的导通与截止时刻，有用的削减作业中的“热损耗”，进步了电源使用率。本规划中电源模块为体系供应三种不同的电压，12V电源用于驱动电机，运用开关式电源LM2596将12V直流电压降到5V给红外模块、人机交互模块供电，再经过AMS1117将5V降到3．3V，供ARM处理器及其他模块运用。
2．2 微处理器模块
微处理器是整个操控体系的中心，它完结从红外检测模块获取途径信息，收集瞬时速度，进行数据处理，操控算法运算，输出实时操控量等功用。为了确保体系的实用性和易扩展性，本操控体系选意图法半导体推出的“增强型”系列STFM32F103RCT6，STM32F103xx增强型系列运用高性能的ARM Correx-M3 32位的RISC内核，作业频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，丰厚的增强I／O端口和联接到两条APB总线的外设。一切类型的器材都包括2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包括规范和先进的通讯接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN，在存储容量和运算速度方面满意要求。
2．3 电机及驱动模块
为进步体系功率、下降功耗，驱动电路选用依据脉宽调制办法的%&&&&&%芯片L298N。比较常见的是15脚Muliwart封装的L298N，内部包括四通道逻辑驱动电路，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，能够驱动和操控两个直流电机，芯片选用供应电机电源和逻辑电平电源的双电源供电，可接受规范TTL逻辑电平信号，驱动46V，2A以下的电机，并可驱动电理性负载。其间ENA、ENB是操控使能端，IN1、IN 2、IN3、IN4是操控电平输入端，电路如图2所示。本规划中选用空心杯直流电机，它具有杰出的节能特性、活络便利的操控特性和安稳的运转特性，最大功率一般在70％以上，部分产品可到达90％以上；起动、制动敏捷，呼应极快；其分量、体积相对削减1／3-1／2，经过PWM调理脉冲占空比进行调速。
2．4 红外检测模块
红外检测模块首要担任迷宫环境监测和处理。红外线经调制后由发射管宣布，接纳管接纳迷宫墙面反射光，依据接纳反射信号强弱来判别与隔墙的间隔。本体系相对传统红外检测办法做如下特色：
(1)红外传感器由本来的5组添加到6组。除了正前、正左、正右以及正前方两个45度斜角外，正前方添加1组红外传感器，经过正前方两组传感器信息的交融完结路口45度斜走，相对于以往的90度直角调整，节省了时刻，进步了功率。
(2)选用依据双T选频网络的扩大器规划，红外传感器依据反射信号的强弱完结电脑鼠与障碍物之间的测距。以往运用的是一体化红外接纳传感器(如IRM8601S)，其接纳头内部集成自动增益操控电路、带通滤波电路、解码电路及输出驱动电路，但因为检测信号输出的是数字信号，只能判别有或无障碍物，不能依据检测信号输出的强度核算间隔。本规划中选用依据双T选频网络和TLC084组成的选频扩大规划，完结频率不同增益不同，对有用信号进行扩大处理，滤除或按捺无用信号。
(3)发射三种频率调制波，削减信号之间的搅扰。6组传感器分为三组，正左和正右两组传感器担任检测电脑鼠是否走在中线上，以便及时做出姿态校对；左前方和右前方两组传感器首要查看前方是否有路口；前方两组传感器合作电机，协同作业完结45度转弯。红外光发射频率越高，传达间隔相对越远，在本规划中因为迷宫墙面之间间隔16．8cm(单元格18cm．墙面厚度1．2cm)，而电脑鼠的宽度一般为10cm左右，车体距两头墙体的间隔只要3cm左右，所以正左方和正右方发射频率挑选为33kHz，左前方和右前方发射35kHz，正前方间隔最远，发射频率为38kHz。详细如图3所示。
本规划进行了硬件电路改善，由STM32定时器输出三路PWM信号，每两组红外发射管共用一路PWM信号，遇到障碍物后回来，红外接纳管进行信号收集，经过选频扩大器对有用信号进行扩大处理，送入STM32的12位逐次迫临型AD转化器。因为整流滤波有延时，所以此处选用沟通采样，ADC在最高速采样的时分需求1．5十12．5个ADC周期，在14M的ADC时钟下到达1Msps的速度。红外测距电路如图4所示，当接纳管接纳到红外线，D2导通，而且反射越强，D2阻值越小，没有收到红外线时，D2阻值无穷大，相当于截止；R3和R4两个10K电阻供应2．5V的直流偏置。
3 软件体系规划
软件模块是体系的重要组成部分，电脑鼠经过红外检测获取周围信息，完结行进、转弯、冲刺、中止等根本动作，此外还要经过以获取信息完结最优途径的搜索并完结最终的冲刺。本规划才用模块化规划，经过主程序调用各个功用子程序，主程序流程图和中止流程图如图5(a)(b)所示。
4 实验验证及剖析
(1)红外传感器测距体系中运用依据选频网络的扩大规划，因为电阻%&&&&&%选用国标，无法使中心频率刚好落在38kHz，双T选频网络中心频率f0=1／2πRC，挑选R／C=10k／430pF，f0=37kHz，用multisim仿真出的幅频特性如图6所示，建立硬件实验电路，中心频率并未落在37kHz而是30kHz，减小RC值屡次实验，当R／C=9．1k／430pF，中心频率落在38kHz。
(2)迷宫墙面由空心的白色塑料做成，有很大一部分红外光发生透射，加之日光影响，因而如法给发射管套用黑色外管，削减外界搅扰；由ARM微处理器发生PWM信号送人红外发射管，接纳管接纳经过调制的红外信号；用三极管完结电平转化，调理电位器添加发射功率，使信号调整扩大到A／D转化的最佳量程范围内，取得希望的处理精度。经过实验屡次丈量，得到一组红外丈量间隔与输出电压的数据，以障碍物间隔S为横坐标，选频扩大后的电压值U为纵坐标，用matlab制作曲线，电压值与间隔联系式为U=0．1195+4．5962*S-1，如图7所示。
(4)使用STM32定时器功用，经过软件编程调制出需求的PWM信号，以此操控电机、发射红外，图8是Timer4的CH1通道输出频率为38kHz，占空比为30％的PWM信号。
5 结束语
本文规划了依据STM32F103RCT6的电脑鼠操控体系，在matlab、muhisim仿真基础上，确认了选频网络的RC参数，并经过实验得到间隔与电压值的联系图，表现了对称RC双T网络杰出的选频特性；电机及驱动模块选用功率高、呼应快的空心杯直流电机。经实验验证，该规划方案能够满意体系要求。
