CN103472840A - 基于arm9四轮微电脑鼠探索控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，包括电池、电线、传感器、陀螺仪、ARM9控制器、L298N芯片、电机和车轮，电池位于四轮微电脑鼠内部并与传感器、陀螺仪、ARM9控制器、L298N芯片和电机通过电线相连，传感器位于四轮微电脑鼠的上部，陀螺仪与ARM9控制器相连接，ARM9控制器和L298N芯片焊接在一起，L298N芯片与四个电机相连接，四个电机与四个车轮一一对应连接。通过上述方式，本发明的基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，实现了两片L298N控制四台电机的中断响应，实现了数据通信和存储实时信号，ARM9与两片L298N通讯，实时进行数据交换和调用。

Description

基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器

技术领域

本发明涉及微型机器人领域，特别是涉及一种基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器。

背景技术

微电脑鼠是一种使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的智能行走装置的俗称，它可以在迷宫中自动记忆和选择路径，寻找出口，最终到达所设定的目的地。一般在迷宫比赛中，将微电脑鼠放在起点，按下启动键之后，微电脑鼠自行决定搜寻法则并且在迷宫中实现前进、转弯、记忆迷宫墙壁资料、计算最短路径、搜寻终点等功能。微电脑鼠进行迷宫竞赛结合了机械、电机、电子、控制、光学、程序设计和人工智能等多方面的科技技术。

目前国内研发的微电脑鼠结构如图1所示，长时间运行发现存在着的安全问题有：

（1）微电脑鼠的执行机构采用的是步进电机，经常会遇到丢失脉冲的问题，导致对位置的记忆出现错误，步进电机使得机体发热比较严重，不利于在大型复杂迷宫中探索和冲刺。

（2）由于采用比较低级的算法，在迷宫当中的探索一般都要花费4~5分钟的时间，这使得微电脑鼠在真正的大赛中无法取胜。

（3）由于微电脑鼠要频繁的刹车和启动，加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足微电脑鼠快速启动和停止的要求。

（4）相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件，使得微电脑鼠的体积比较庞大，无法满足快速探索的要求。

（5）由于受周围环境不稳定因素干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起微电脑鼠失控，抗干扰能力较差。

（6）对于差速控制的微电脑鼠来说，一般要求其两个电机的控制信号要同步，但是对于单一单片机来说又很难办到，使得微电脑鼠在直道上行驶的时候要来回的补偿，而且有的时候在迷宫当中摇摆幅度较大，在快速探索时表现的尤其明显。

（9）由于受单片机容量和算法影响，微电脑鼠对迷宫的信息没有存储，当遇到掉电情况时所有的信息将消失，这使得整个探索过程要重新开始。

（10）由于受单片机容量影响，现有的微电脑鼠基本上都只有两个动力驱动轮，采用两轮差速方式行驶，使得系统对两轴的伺服要求较高，特别是直线导航时，要求速度和加速度追求严格的一致，否则直线导航将会失败，导致微电脑鼠出现撞墙的现象。

（11）两轮微电脑鼠系统在加速时由于重心后移，使得老鼠前部轻飘，即使在良好的路面上微电脑鼠也会打滑，有可能导致撞墙的现象出现，不利于高速微电脑鼠的发展。

（12）两轮微电脑鼠系统在正常行驶时如果设计不当造成重心前偏，将导致驱动轮上承受的正压力减小，这时微电脑鼠系统更加容易打滑，也更容易走偏，导致导航失败。

（13）两轮微电脑鼠系统在正常行驶时如果设计不当造成重心侧偏将导致两个驱动轮承受的正压力不同，在快速启动时两轮打滑程度不一致，瞬间就偏离轨迹，转弯时，其中正压力小的轮子可能打滑，导致转弯困难。

（14）由于采用两个动力轮驱动，为了满足复杂迷宫下探索的加速和减速，使得单个驱动电机的功率较大，不仅占用的空间较大，而且有时候在一些相对需求能量较低的状态下造成“大马拉小车”的现象出现，不利于微电脑鼠本体微型化发展和微电脑鼠系统能源的节省。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，该微电脑鼠探索控制器处理速度快，运行顺畅。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于ARM9控制器的四轮微电脑鼠，包括锂离子电池、电线、传感器、陀螺仪、ARM9控制器、两个L298N芯片、四个电机和四个车轮，所述锂离子电池位于所述四轮微电脑鼠内部并与所述传感器、所述陀螺仪、所述ARM9控制器、所述L298N芯片和所述电机通过所述电线相连，所述传感器位于所述四轮微电脑鼠的上部，所述陀螺仪与所述ARM9控制器相连接，所述ARM9控制器和所述两个L298N芯片焊接在一起，所述L298N芯片与所述四个电机相连接，所述四个电机与所述四个车轮一一对应连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述传感器为6个，所述6个传感器位于所述四轮微电脑鼠上部的上下左右前后的位置。

在本发明一个较佳实施例中，所述ARM9控制器为S3C2440A控制器。

在本发明一个较佳实施例中，所述四个电机为永磁直流电机。

本发明的有益效果是：本发明的基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，实现了四轴直流电机同步伺服系统的数字信号的实时处理，并实现两片L298N芯片控制四台电机的中断响应，实现数据通信和存储实时信号，把控制系统中工作量最大的四轴伺服系统、人机界面、迷宫探知、在线输出、数据存储、I/O控制等功能交给ARM9完成，并与两片L298N通讯，实时进行数据交换和调用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的背景技术中单片机控制的微电脑鼠的原理图；

图2是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的原理图；

图3是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的系统框图；

图4是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的程序框图；

图5是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的16*16迷宫示意图；

图6是本发明中所述微电脑鼠一较佳实施例的结构示意图；

图7是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的前进示意图；

图8是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的后退示意图；

图9是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的右进示意图；

图10是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的左退示意图；

图11是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的加速速度-时间运动图；

图12是本发明中基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器一较佳实施例的减速速度-时间运动图；

附图中各部件的标记如下：1、外壳，2、车轮，3、传感器，4、传感器S7，5、光电传感器。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2、3、4、6，本发明提供一种基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，包括锂离子电池、电线、传感器、陀螺仪、ARM9控制器、两个L298N芯片、四个电机和四个车轮。所述锂离子电池位于所述四轮微电脑鼠内部并与所述传感器、所述陀螺仪、所述ARM9控制器、所述L298N芯片和所述电机通过所述电线相连，所述传感器位于所述四轮微电脑鼠的上部，所述陀螺仪与所述ARM9控制器相连接，所述ARM9控制器和所述两个L298N芯片焊接在一起，所述L298N芯片与所述四个电机相连接，所述四个电机与所述四个车轮一一对应连接。

ARM9芯片采用 RISC（Reduce Instruction Computer，精简指令集计算机）结构，具有寄存器多、寻址方式简单、批量传输数据、使用地址自动增减等特点。新一代的ARM9处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。

S3C2440A采用ARM920T内核，其主要特点有：（1）1.2V内核，1.8V/2.5V/3.3V储存器，3.3V扩展I/O，16KB指令Cache（I-Cache）/16KB数据Cache（D-Cache）；（2）3路URAT；（3）4路PWM定时器/1路内部定时器/看门狗定时器；（4）8路10位ADC和触摸屏接口；（5）130个通用I/O，24个外部中断源；（6）32 bit定点RISC处理器，改进型ARM／Thumb代码交织，增强性乘法器设计，支持实时（real-time）调试；（7）片内指令和数据SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调；（8）片内指令和数据高速缓冲器（cache）容量从4K字节到1M字节；（9）设置保护单元（protection unit），非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护；（10）采用AMBA AHB总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线；（11）支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持；（12）支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持BIST（built-in-self-test）；（13）支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。此特点使得S3C2440A特别适合微电脑鼠多轴伺服系统的信号处理。

L298N芯片是SGS公司的产品，比较常见的是20管脚PowerSO20封装，内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便的驱动两个直流电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压。L298N的 6脚VS接电源电压，VS电压范围为＋2.5～46 V，输出电流可达2.5 A，可驱动电感性负载。2脚和19脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。其中一片L298N的8脚和14脚EnA、EnB是使能控制端，分别控制电机X和电机Y的停转。L298N的7、9、13、15脚接ARM9（S3C2440A）的输出脚，由ARM9（S3C2440A）控制OUT1、OUT2和OUT3、OUT4的电平，来控制电机X和电机Y的正反转；另外一片L298N的8脚和14脚EnA、EnB分别控制电机Z和电机R的停转。L298N的7、9、13、15脚接ARM9（S3C2440A）的输出脚，由ARM9（S3C2440A）控制OUT1，OUT2和OUT3，OUT4的电平，来控制电机Z和电机R的正反转。

请参阅5、7-12，所述基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器的具体的功能为：

1）在微电脑鼠未接到探索命令之前，它一般会在起点坐标（0，0）等待控制器发出的探索命令，一旦接到任务后，会沿着起点开始向终点（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）探索。

2）微电脑鼠放在起点坐标（0，0），接到任务后其前方的传感器S1、S6会对前方的环境进行判断，确定有没有挡墙进入运动范围，如存在挡墙将向ARM9（S3C2440A）发出中断请求，ARM9（S3C2440A）会对中断做第一时间响应，然后禁止控制四轮的两片L298N使能端ENA、ENB工作，封锁微电脑鼠的电机X、电机Y、电机Z和电机R的PWM驱动信号，使其静止在原地，然后二次判断迷宫确定前方信息，防止探索时信息误判。

3）在微电脑鼠启动瞬间，按照图11所示速度-时间梯形图进行运动，为了满足快速加速要求，ARM9（S3C2440A）会置两片L298N的的8脚和14脚EnA，EnB为高电平，开启两片L298N，ARM9（S3C2440A）立即将微电脑鼠加速度转化为需求扭矩，然后按照算法要求分配部分扭矩给前方两个驱动轮，系统自然切换到四轮驱动状态，当微电脑鼠的速度到达设定直线速度时，ARM9（S3C2440A）会置前轮控制芯片L298N的8脚和14脚EnA，EnB为低电平，系统释放电机Z和电机R，系统依靠电机X和电机Y进入后轮驱动状态。

4）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动，在任何一个方格的中心如果确定没有迷宫挡墙进入前方的运动范围，则微电脑鼠将存储其坐标（X,Y），并把向前运动一格的位置参数送给ARM9（S3C2440A），然后由ARM9（S3C2440A）根据探索速度和加速度要求生成速度运动梯形图，这个速度-时间图形包含的面积就是微电脑鼠电机X和电机Y要运行的一格距离。ARM9（S3C2440A）然后根据这个梯形图结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动两轴直流电机的PWM波，然后ARM9（S3C2440A）使能L298N，由L298N驱动两个独立电机X和电机Y向前运动，电机X和电机Y的光电编码器会时刻记录已经移动的距离；在未到达目标前，如果系统出现了打滑，ARM9（S3C2440A）会使能前驱芯片L298N的使能端，开启电机Z和电机R，系统进入四轮驱动状态，ARM9（S3C2440A）根据时间和速度要求，把剩余的距离转化为四轴直流电机的PWM波，使电机X、电机Y、电机Z和电机R以相同的速度前进；当到达设定目标时，将更新其坐标为（X,Y+1），在Y+1<15的前提下，判断其坐标是不是（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）其中的一个，如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1，微电脑鼠准备返程探索；

5）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围，并且此时左右的传感器S2、S3、S4、S5判断左右都有挡墙时，微电脑鼠将存储此时坐标（X,Y），根据传感器S1和S6的反馈计算出向前运动停车的位置参数，按后按照图12的速度-时间图形运动，由ARM9（S3C2440A）使能前驱驱动芯片L298N，开启电机Z和电机R使系统进入四轮驱动减速状态，ARM9（S3C2440A）根据停车位置参数、探索速度和加速度要求生成速度运动梯形图，这个图形包含的面积就是微电脑鼠四个马达要停车的距离。ARM9（S3C2440A）根据这个梯形图结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动四轴直流电机X、电机Y、电机Z和电机R的PWM波，四个独立电机向前减速运动并实现中心点停车，然后ARM9（S3C2440A）使能两片L298N，并调整OUT1、OUT2、OUT3、OUT4的电平，使得两侧的电机运动方向相反，微电脑鼠原地由陀螺仪控制调转180度，然后准备沿着Y轴反向运动，为了满足加速要求，ARM9（S3C2440A）会使能前驱芯片L298N的8脚和14脚EnA，EnB为高电平，开启L298N，ARM9（S3C2440A）立即将微电脑鼠加速度转化为需求扭矩，然后按照算法要求分配部分扭矩给前方两个驱动轮，系统自然切换到四轮驱动状态，当微电脑鼠的速度到达设定直线速度时，ARM9（S3C2440A）会记录下光电编码器移动的位移，并置前轮控制芯片L298N的8脚和14脚EnA，EnB为低电平，系统释放电机Z和电机R，系统依靠电机X和电机Y进入后轮驱动状态。把向前运动一格剩余的位置参数送给ARM9（S3C2440A），然后由ARM9（S3C2440A）根据探索速度时间要求结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动两轴直流电机X和电机Y的PWM波，由L298N驱动两个独立电机向前运动，当到达设定目标时，将更新其坐标为（X,Y-1），在确定Y-1>0的前提下，判断其坐标是不是（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）其中的一个，如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1，微电脑鼠准备返程探索；

6）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围，并且此时左右的传感器S2、S3、S4、S5判断左方有挡墙右方无挡墙时，微电脑鼠将存储此时坐标（X,Y），根据传感器S1和S6的反馈计算出向前运动停止在迷宫方格中心的位置参数，然后按照速度-时间图形运动，由ARM9（S3C2440A）根据探索速度和加速度要求生成速度运动梯形图，这个图形包含的面积就是微电脑鼠四个马达要停车的距离。ARM9（S3C2440A）根据这个梯形图结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动四轴直流电机的PWM波，然后ARM9（S3C2440A）使能两片L298N，由L298N驱动四个独立电机X、电机Y、电机Z和电机R向前减速运动并实现中心点停车，ARM9（S3C2440A）使能L298N，并调整两片L298N的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4的电平，使得两侧的电机运动方向相反，微电脑鼠原地由陀螺仪控制向右调转90度，然后沿着X轴正向运动，在其沿着X轴正向运动过程中，把向前运动一格的位置参数传输给ARM9（S3C2440A），由ARM9（S3C2440A）根据探索速度和加速度要求生成速度运动梯形图，由ARM9（S3C2440A）使能前驱和后驱驱动芯片L298N，开启电机X、电机Y、电机Z和电机R使系统进入四轮驱动加速状态，系统一直保持此加速度直到速度到达设定直线速度，光电编码器时刻记录已经移动的距离；然后系统禁止前驱驱动芯片L298N使能，电机Z和电机R得以释放，系统进入后驱运动状态；ARM9（S3C2440A）根据剩余的位置参数、直线探索速度结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动两轴直流电机X、电机Y的PWM波，两个独立电机向前匀速运动至设定目标，当到达设定目标时，将更新其坐标为（X+1,Y），在X+1<15的前提下，判断其坐标是不是（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）其中的一个，如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1，微电脑鼠准备返程探索；

7）在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围，并且此时左右的传感器S2、S3、S4、S5判断左方无挡墙右方有挡墙时，微电脑鼠将存储此时坐标（X,Y），根据传感器S1和S6的反馈计算出向前运动停止在迷宫方格中心的位置参数，然后按照速度-时间图形运动，由ARM9（S3C2440A）根据探索速度和加速度要求生成速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是微电脑鼠四个马达要停车的距离。ARM9（S3C2440A）根据这个梯形图结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动四轴直流电机的PWM波，然后ARM9（S3C2440A）使能两片L298N，由L298N驱动四个独立电机X、电机Y、电机Z和电机R向前减速运动并实现中心点停车，ARM9（S3C2440A）使能L298N，并调整两片L298N的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4的电平，使得两侧的电机运动方向相反，微电脑鼠原地由陀螺仪控制向左调转90度，然后沿着X轴反向运动，在其沿着X轴反向运动过程中，把向前运动一格的位置参数传输给ARM9（S3C2440A），然后由ARM9（S3C2440A）根据探索速度和加速度要求生成速度运动梯形图，然后由ARM9（S3C2440A）使能前驱和后驱驱动芯片L298N，开启电机X、电机Y、电机Z和电机R使系统进入四轮驱动加速状态，系统一直保持此加速度直到速度到达设定直线速度，光电编码器时刻记录已经移动的距离；然后系统禁止前驱驱动芯片L298N使能，电机Z和电机R得以释放，系统进入后驱运动状态；ARM9（S3C2440A）根据剩余的位置参数、直线探索速度结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动两轴直流电机X、电机Y的PWM波，两个独立电机向前匀速运动至设定目标，当到达设定目标时，将更新其坐标为（X-1,Y），在X-1<15的前提下，判断其坐标是不是（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）其中的一个，如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1，微电脑鼠准备返程探索；

8）当微电脑鼠到达（7，7）、（7，8）、（8，7）、（8，8）准备返程探索时，控制器会调出其已经存储的迷宫，然后根据快速迷宫算法计算出可能存在的最佳路径，然后返程开始进入其中认为最优的一条。

9）在微电脑鼠进入迷宫正常返航运行时，其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6将工作，并把反射回来的光电信号送给ARM9（S3C2440A），经ARM9（S3C2440A）判断后使能L298N，然后导航电机X、电机Y、电机Z和电机R：如果进入已经搜索的区域将快速前进，如果是未知返回区域则采用正常速度搜索，并时刻更新其坐标（X,Y），判断其坐标是不是（0，0），如果是的话置返航探索标志为0，微电脑鼠进入冲刺阶段，并置冲刺标志为1。

10）为了能够实现微电脑鼠准确的坐标计算功能，微电脑鼠左右的传感器S2、S3和S4、S5会时刻对周围的迷宫挡墙和柱子进行探测，如果S2、S3或者S4、S5发现传感器信号发生了跃变，则说明微电脑鼠进入了迷宫挡墙和柱子的交接点，此时侧面传感器S2或者是S5会精确探测这一时刻，当再次出现跃变时，说明老鼠已经开始当前的迷宫格子，ARM9（S3C2440A）会根据微电脑鼠当前运行的距离进行计算并根据对传感器反馈信息进行补偿，本发明在高速直流电机X轴、Y轴、Z轴和R轴上加入了512线的光电编码器，由于精度较高，使得微电脑鼠的坐标计算不会出现错误，为微电脑鼠的快速冲刺奠定了基础。

11）如果微电脑鼠在探索过程中遇到故障撞墙时，电机X、电机Y、电机Z和电机R的电流将增大，当超过设定值时，L298N的电流采集电路将工作，ARM9（S3C2440A）将会向L298N发出禁止使能中断，此时控制器会立即控制L298N停止工作，进而释放电机X、电机Y、电机Z和电机R，从而有效地解决了堵转问题。

12）微电脑鼠在运行过程会时刻检测电池电压，当系统出现低压时，传感器S7将开启并发出报警提示，有效地保护了锂离子电池。

13）为了能够减少光源对微电脑鼠探索过程的干扰，本发明加入了光电传感器S8，此传感器会在微电脑鼠运动过程对周围的异常光源进行读取，并自动送给控制器做实时补偿，消除了外界光源对冲刺的干扰。

14）在微电脑鼠运行过程中，控制器会对高速直流电机X、电机Y、电机Z和电机R的转矩进行在线辨识，如果转矩出现脉动，控制器会利用直流电机力矩与电流的关系进行线性补偿，快速调整电流环的PID参数，使得系统快速稳定下来，减少了电机转矩抖动对微电脑鼠快速探索时导航的影响。

15）当微电脑完成整个探索过程回到起始点（0，0），ARM9（S3C2440A）将控制两片L298N使得微电脑中心点停车，然后重新调整两片L298N的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4的电平，使能两侧的电机，电机X、电机Z和电机Y、电机R以相反的方向运动，并在陀螺仪的控制下原地旋转180度，然后停车1秒，调取迷宫信息，根据算法算出最优冲刺路径，然后置冲刺标志为1，系统进入快速冲刺阶段。

本发明具有的有益效果是：

1、在运动过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于ARM9+L298N芯片时刻都在对微电脑鼠的运行状态进行监测和运算，由于L298N内部集成了电流采集电路，时刻对电机的电流进行采集，从根本上避免了大电流的产生，解决了大电流对锂离子电池的冲击，避免了由于大电流放电而引起的锂离子电池过度老化现象的发生。

2、为了充分提高微电脑鼠探索系统的稳定性和行驶能力，本发明采用四轮驱动结构，前置驱动和后置驱动的四个电机功率一致，由于采用四轮驱动技术，微电脑鼠前后轮都有动力，可按迷宫探索时地面和周围环境状态不同而将需求扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上，以提高微电脑鼠探索时的行驶能力。

3、在正常直线探索行驶环境下，微电脑鼠一般会采用释放前轮，采用后轮驱动的方式；而一旦遇到路面灰尘较多、驱动轮打滑和停车减速的情况时，ARM9（S3C2440A）会自动检测并立即将微电脑鼠需求扭矩部分分配给前方两个前轮，自然切换到四轮驱动状态，增强了微电脑鼠探索的附着力和操控性，保证了探索迷宫的准确性。

4、由于采用四轮驱动方式，当需要加速行驶时，把动力平均分配到四个电机，一旦一个动力轮离开地面，ARM9（S3C2440A）可以重新分配扭矩，把更多的扭矩分配在不打滑的驱动轮上，使系统迅速脱离打滑状态，重新回到四轴动力平衡状态，使得微电脑鼠具有更好的直线行走功能。

5、微电脑鼠转向时，为了保证旋转的稳定性，采用四轮同控来实现转弯：需要停车时，ARM9（S3C2440A）把动力平均分配到四个电机上，四个电机采用相同的加速度进行同步减速，使微电脑鼠准确停车；需要加速启动时，ARM9（S3C2440A）把动力平均分配到四个电机上，四个电机采用相同的加速度进行同步加速，到达设定速度时，释放前轮采用后轮驱动；由ARM9（S3C2440A）结合转弯时间的要求根据轨迹的不同生成四路PWM控制直流电机X、电机Y、电机Z和电机R，完成四轴直流伺服系统的同步控制。

6、四轮微电脑鼠系统如果设计不当造成重心前偏，在正常行驶时，将导致后侧驱动轮上承受的正压力减小，ARM9（S3C2440A）会自动调整后侧的动力分配，使系统处于一种新的平衡状态，防止微电脑鼠探索时打滑，保证了探索时迷宫的准确性。

7、四轮微电脑鼠系统如果设计不当造成重心侧偏，在正常行驶时，将导致一侧驱动轮上承受的正压力减小，ARM9（S3C2440A）会自动调整这一侧的动力分配，使系统处于一种新的平衡状态，防止微电脑鼠探索时打滑，保证了探索时迷宫的准确性。

8、由ARM9（S3C2440A）处理微电脑鼠探索迷宫期间四只电机的独立伺服控制，使得控制比较简单，大大提高了运算速度，解决了单片机软件运行较慢的瓶颈，缩短了开发周期，并且程序可移植能力强。

9、本发明基本实现全贴片元器件材料，实现了单板控制，节省了控制板占用空间。

10、在此微电脑鼠系统中引入了陀螺仪，实现了微电脑鼠的速度大小和方向的独立控制，有利于提高微电脑鼠的稳定性和动态性能。

11、为了提高运算速度和精度，本微电脑鼠采用了国际上使用最多的红外传感器OPE5594A，使得运算精度大大提高，防止了微电脑鼠在迷宫当中的摇摆。

12、由于本控制器采用ARM9（S3C2440A）处理迷宫存储和探索算法，有效地防止了程序的“跑飞”，抗干扰能力大大增强。

13、由于本控制器采用两片L298N来驱动四轴直流电机，极大地减少了驱动电路所占用的空间，并提高了系统的效率。

14、由ARM9（S3C2440A）输出探索时PWM调制信号和方向信号，然后通过L298N的使能端直接驱动直流电机X、电机Y、电机Z和电机R，不仅减轻了ARM9（S3C2440A）的负担，简化了接口电路，使得系统的调试简单。

15、为了更好的保护电池，当系统在探索过程中遇到低压时，微电脑鼠上的低压报警传感器S7会自动开启，L298N会限制放电电流，保证微电脑鼠可以完成整个探索，在探索完成回到起点时，会自动锁死在当前位置，并记录下迷宫信息，提示更换电池。

16、在微电脑鼠运行过程中，控制器会对高速直流电机X、电机Y、电机Z和电机R的转矩进行在线辨识并利用电机力矩与电流的关系进行补偿，减少了电机转矩抖动对微电脑鼠快速探索的影响。

17、由于微电脑鼠的速度和方向独立控制，使得微电脑鼠更容易实现前进、倒退、左转和右转各个方向的运动。

18、由于具有存储功能，这使得微电脑鼠掉电后可以轻易的调取已经探索好的迷宫信息，使二次探索的时间和路径大大降低。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，其特征在于，包括锂离子电池、电线、传感器、陀螺仪、ARM9控制器、两个L298N芯片、四个电机和四个车轮，所述锂离子电池位于所述四轮微电脑鼠内部并与所述传感器、所述陀螺仪、所述ARM9控制器、所述L298N芯片和所述电机通过所述电线相连，所述传感器位于所述四轮微电脑鼠的上部，所述陀螺仪与所述ARM9控制器相连接，所述ARM9控制器和所述两个L298N芯片焊接在一起，所述L298N芯片与所述四个电机相连接，所述四个电机与所述四个车轮一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，其特征在于，所述传感器为6个，所述6个传感器位于所述四轮微电脑鼠上部的上下左右前后的位置。

3.根据权利要求1所述的基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，其特征在于，所述ARM9控制器为S3C2440A控制器。

4.根据权利要求1所述的基于ARM9四轮微电脑鼠探索控制器，其特征在于，所述四个电机为永磁直流电机。

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