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電腦鼠介紹

在文檔中 8051 智慧鼠迷宮遊戲設計 (頁 37-45)

電腦鼠就是一個獨立目主的運動型機器人。一個擁有獨立的電源,能 夠自我思考、做判斷,並且能夠運動的機器人。它的目的在於找尋一 個未知迷宮的終點,並且尋求找到最快路徑到達終點。

電 源

89C51

馬達

感應器

時 脈

按鍵 LED

揚聲器

一隻電腦鼠的架構應分四大部分:

一、 電腦鼠的頭腦—微處理機

為了要達到走冗迷宮的目的,電腦鼠的頭腦必須能夠有以 下功能

1) 記憶設計者軟體中預先所採取的策略。

2) 能夠接受並解讀感測器所傳進來的訊號。

3) 能夠根據預先設定好的情況與現在的狀況做比較,然後 下指令控制馬達。

4) 最後能夠記憶迷宮的地圖。

二、 電腦鼠的眼睛—感測器 在電腦鼠常用的感測器有三種:

1)機械式感測器。

機械式感測器是一種稱為微動開關(Microswitch)的機械 裝置。它的原理是利用只要很微小的接觸力,推動開關上 的扳手,電路就會打開成為 ON 的狀態,電路就會將這個 訊號送給微處理機,電腦鼠的大腦於是就會曉得現在的位 置。

2)光感測器。

光感測器的原理跟超音波的原理相近,且構造簡單又有 很快的反應能力,故光感測器是電腦鼠上最常用的感測 器。光感測器的原理可以分成反射型和遮斷型兩種。

一、 反射型:所謂的反射型就是光的發射器和接收 器位於偵測物體的同側,利用光線的反射原理是否 有接收來判斷壁面的有無。

二、 遮斷型:而遮斷型則是光的發射器和接收器位 於物體的兩側。當物體通過時,光線就被遮斷,以 這樣的方式來決定壁面是否存在。

以下是感光元件的種類介紹:

光感測的原理 靈敏度 光二極體 由於光照使得在 P-N

按合處產生光電流

較差

光電晶體 由於光照使得在基極 和集極間產生 電 流,,形成電晶體的 基極電流

其次

光敏電阻 由於光照使得電阻發 生改變

最佳

表 常用的光電轉換元件的特微及比較

設計有三個紅外線光反射器型的光感測器,其編號分別為 R、C、L。

電腦鼠希望做到將編號為 R 的光感測器用手遮蓋住時,七段顯示器 SEG1 的顯示值減 1,放開再蓋住時又再減 1;而將編號為 C 的光感測 器用手遮蓋住時,七段顯示器的顯示值清除為 0;另外將編號為 L 的 光感測器用手遮蓋住時,七段顯示器上的顯示值加 1,放開再蓋住時 又再加 1。七段顯示器使用已編碼的控制埠 P2,而光感測器的資料讀 入埠為 P0.0~P0.2,各別對應為 R、C、L。CNY70 的內部結構,其中 包含紅外線發光二極體、光電晶體,以及光濾波器,其功能分別是:

1. 紅外線發光二極體:類似發光二極體(LED)的功能,當 PN 二端加上順向偏壓時可發出波長為 800 nm 的紅外線不可 見光。

2. 光電晶體:為一個對紅外線波長具敏感反應的光偵測元 件,當光電晶體受紅外線光照射時為低阻抗,而未受光 時呈現高阻抗。

3. 光濾波器:為一僅讓波長為紅外線附近光譜通過的濾光 透鏡,可用來加強光電晶體的抗雜訊能力(紅外線以外

3)超音波感測器。

所謂的超音波感測器,就是利用超音波喇叭發射出人耳 聽不到的高頻聲波,再利用特別的超音波麥可風接收由壁 面反射回來的訊號,以決定壁面的有無。

三、 電腦鼠的腳—馬達

電腦鼠的馬達又可分為兩種,

1) 步進馬達。

2) 直流馬達。

下圖是步進馬達和直流馬達之比較:

步進馬達 直流馬達

效率 效率低、笨重、體積

大不易運轉

效率高,起動瞬間會 吃很大電流,高速運 轉時省電

轉矩 有靜止轉矩(靜止時

有磁力固定住)

無靜止轉矩 起動轉矩大

起動轉矩較小,加大 負荷即出現同步失調 (pulse loss)

高速運轉時力矩下降

適於這隻電腦的最快路徑。

三、 找最快路徑上的衝刺的智慧—不同於迷宮搜尋時的行進,要如 何能讓電腦鼠在最短時間內走完全程,而不失去平衡或迷失在迷 宮之中。

而我們所使用的電腦鼠跟上述的一般電腦鼠的功能有以下相異之處:

一、 在電腦鼠的微處理器上,我們採取的 IC 是 AT89C51 這顆單晶 片,且沒有其他的擴充 IC 來輔助,不像以前其他先進所做的電腦 鼠那麼功能強大。

二、 在電腦鼠的感測器中,我們所採取的方式是用光感測器。因為 光感測器在實作方面是比機械式感測器和超音波感測器來的簡 易,且比較不受到外界干擾。

三、 在電腦鼠的馬達方面,我們所用的是直流馬達,不似以前人們 所用的步進馬達,因為直流馬達的轉速是比較難控制的,不像步 進馬達這麼容易控制使用。

四、 在電腦鼠的智慧方面,我們可以做到讓電腦鼠能夠有迷宮搜尋 的智慧和能夠計算最快路徑這兩點。因為最快路徑上的衝刺需要 能夠精準的控制馬達,而我們所用的直流馬達很難做到這一點。

我們這個專題是以原本的只能根據貼好的路徑走的伺服器自走車

加以演變成現在的能夠搜尋迷宮的電腦鼠。

在文檔中 8051 智慧鼠迷宮遊戲設計 (頁 37-45)

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