電腦鼠

“電腦鼠”，英文名為MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構成的一種智能行走裝置（微型機器人），電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，採用相應的算法，快速地達到所設定的目的地。

國際電氣和電子工程學會（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，自舉辦以來參加國踴躍，為此許多大學還開設了“電腦鼠原理和製作”選修課程。真正的首場電腦鼠迷宮競賽於1979年在紐約舉行。1991年以來，每年都有世界級的比賽。

依照比賽規則，當電腦鼠放入起點，按下啓動鍵之後，它就必須自行決定搜尋法則並且在迷宮中前進、轉彎、記憶迷宮牆壁資料、計算最短路徑、搜尋終點等功能。電腦鼠迷宮競賽結合了機械、電機、電子、控制、光學、程序設計和人工智能等多方面的科技知識。

人類在科技的發展史上，一直在嘗試着想要創造出一個具有肢體、感官、腦力等綜合一體的智能機器人，而電腦鼠就是一個很能夠用來詮釋肢體、感官及腦力綜合工作的基本實例，這也是當初電腦鼠被髮明的理由，希望能夠藉助電腦鼠的創作來進而研究與發明更加複雜的機械。

一隻電腦鼠是具有機電知識整合的基本架構，本身就像是一個智能的機器人。要在指定的迷宮中比賽，就像是一個人置身於競賽中，必須要靠本身的判斷力、敏捷動作及正確探查周邊環境，來贏得勝利。一般來説，一隻電腦鼠需具備有下列三件基本能力：

(1) 擁有穩定且快速的行走能力；

(2) 能正確判斷能力；

(3) 記憶路徑的能力。

行走能力指的就是電機，當電機收到訊號時，系統必須判斷是否能同步行走，遇到轉角時，轉彎的角度是否得當，一個好的電機驅動程序，可以減少行走時所需要做的校正時間。判斷能力的關鍵就在於傳感器，它的地位如同人類的雙眼，一個好的傳感器驅動程序，可避免一些不必要的錯誤動作，如撞壁、行走路線的偏移等等。

而記憶能力就像是大腦，它的功能並沒有因為看不見而遭到忽視，相反地，它的地位在整場比賽中是最重要的，他必須把所走過的路都能一一記下來，並將其資料送給系統，讓系統整理出最佳路徑以避開不必要的路段。

1956年夏天，達特默斯人工智能會議在美國達特茅斯大學（Dartmouth）召開，會議首先提出了“人工智能”（Artificial Intelligence）這一術語，標誌着人工智能（AI）作為一門新興學科正式誕生。香農（信息論之父）參與發起了達特茅斯人工智能會議，成為這一新學科的開山鼻祖之一。他不僅率先把人工智能運用於電腦下棋方面，而且發明了一個能自動穿越迷宮的電子老鼠，以此證明計算機可以通過學習提高智能。

1972 年，機械設計雜誌發起了一場比賽。在比賽中，僅由捕鼠器彈簧驅動的機械鼠不停地與其它參賽鼠競賽，以判斷哪個機械鼠能夠沿着跑道跑出最長的距離。冠軍是“mousemobile”，它跑了825.3 英尺。

1977 年，IEEE Spectrum 雜誌提出電腦鼠的觀念。電腦鼠是一個小型的由微處理器控制的機器人車輛，在複雜迷宮中具有譯碼和導航的功能和能力。1977 年5 月，Spectrum 宣佈首場美國令人震驚的電腦鼠迷宮大賽在1979 年於紐約舉行。在6000 個參賽作品中僅有15個電腦鼠比賽勝出。一些電腦鼠被報道為“大腦智障”（“brain failure”），另外一些則被宣佈為電腦鼠“爆炸”（“blow up”）。當大家都非常關心這個話題時，智能電腦鼠的設計和製作顯然就被證實比想象中的困難得多。

1979年，電子和電氣工程師協會通過其Spectrum and Computer雜誌發起了一場競賽，比賽項目為製造出能夠在短時間內自主走出迷宮的電腦鼠的人獎勵1000美元。在6000個參賽作品中僅有15個電腦鼠比賽勝出，這是第一場真正的電腦鼠走迷宮的競賽，標誌着電腦鼠走迷宮競賽的正式誕生。

1980 年，在倫敦Euromicro’80 舉辦了一場歐洲版的比賽，但是18 個參賽鼠都沒能成功地完成這個迷宮賽。在比賽的觀眾當中，有五位來自日本新科學基金會的代表。他們將此比賽規則帶回了東京，後來還在1980 年11 月舉辦了首場全日本電腦鼠比賽。

1985 年8 月，在日本Tsukuba 舉行了首場世界電腦鼠大賽。電腦鼠來自整個歐洲和美國，使用的傳感器有紅外的、超聲波的和CCD 的，驅動裝置有步進電機的和DC 伺服電機的。所有最高獎項均由日本的電腦鼠Noriko-1 贏得，一舉成為世界冠軍。

1987 年，電機工程協會（IEE）在倫敦舉辦了一場電腦鼠錦標賽，13 個電腦鼠角逐冠軍。來自美國麻省理工學院（MIT）的David Otten 帶着他的兩個參賽鼠Mitee Mouse I 和

Mitee MouseII 獲得了一等獎和二等獎。比賽採用新的得分體制，以獎勵那些能夠智能、高效地解開迷宮的方案和能夠獨立運行的電腦鼠。

一位新加坡工程協會（IES）的議會成員在1986 年偶然發現了電腦鼠。因為他對電腦鼠以及電腦鼠的複雜程度和前景非常感興趣，所以他覺得在新加坡舉辦一場國際電腦鼠大賽非常合適（IES 作為主要的贊助商）。

1987 年10 月，新加坡舉行了第一屆新加坡電腦鼠比賽。比賽的冠軍MIR3+(來自Nanyang技術協會)是1988 年在倫敦舉行的IEE UK 國際電腦鼠比賽的季軍。

1989 年7 月，由第二屆新加坡電腦鼠比賽的獲勝者組成比較大的新加坡隊參加了在倫敦舉行的1989 年IEE UK 國際電腦鼠大賽。新加坡參賽者獲得了最高8 個獎項中的6 個。

David Otten 的Mittee Mouse III 奪得了亞軍，UK 某企業則獲得了第五名。

在1989 年10 月21 日，IES 邀請澳大利亞、日本、台灣、UK 和美國最好的電腦鼠來參加新加坡首場國際電腦鼠大賽。來自美國和台灣的電腦鼠等待着復仇的時機，因為他們在7月份的倫敦大賽曾一度被新加坡打敗。13 個來自當地的和外國的參賽者的電腦鼠在3 個小時的比賽中，表演出來的速度和敏捷程度使得觀眾歎為觀止。新加坡獲得第2 名、第4 名、第5 名和第7 名的事實出乎了很多人的意外。

1991 年，世界錦標賽在香港舉行，這是繼1985 年Tsukuba 世界錦標賽的又一場最大的國際盛會：來自13 個國家的21 位選手帶着30 個電腦鼠來比賽。

自1991 年以來，世界級的比賽數目顯著增加。原來一年舉行5～6 場比賽，現今增加到100 場以上。

電腦鼠比賽在中國大陸還很少見，直到2007 年，由上海市計算機學會主辦的IEEE 標準電腦鼠走迷宮邀請賽（長三角地區）在上海師範大學舉行，有三十多所院校參加，反響強烈。

IEEE國際標準電腦鼠走迷宮大賽是計算機、機械、電子、信息類專業的經典競賽，該項比賽從2007年進入中國，在短短几年內，迅速紅遍大江南北。天津市大學生國際標準電腦鼠走迷宮大賽 ^[1]  ，意在提高學生對嵌入式技術應用、倡導實訓教學，順應國家大力提倡的兩化融合技術，培養大學生科技創新意識，動手設計能力。

人工智能電腦鼠競賽 ^[2]  隸屬天津市大學生學科競賽，繼美國麻省理工學院 David Otten 教授、新加坡義安理工學院 Bengkiat NG 教授來津擔任競賽專家之後，英國伯明翰城市學院 Peter Harrison 教授也親臨指導，有效推動了天津高校學科競賽國際化進程。

2009年至2012年天津大學生國際標準電腦鼠走迷宮大賽在工大開賽 ^[3]  ，來自天津市28所高校賽隊經過層層海選，最終有88支代表隊參加決賽。賽場上聰明機智的小老鼠穿梭於千變萬化的迷宮中，時而認真搜索路徑、時而勇猛衝刺，再加上現場脱口秀解説主持人，妙語連珠的技術講解，讓在場的500多名師生欣賞了一場精彩絕倫的嵌入式實訓體驗課程 ^[3]  。

天津市大學生電腦鼠大賽(5張)

2014年“啓誠杯”第四屆天津市大學生電腦鼠走迷宮大賽在天津工業大學盛大開賽。該項大賽由天津市教育委員會主辦，天津工業大學、天津市通信學會高等教育委員會承辦，天津啓誠偉業科技有限公司贊助協辦 ^[4]  。來自我市18所普通高校、6所職業院校近100支參賽隊經過層層遴選，最終有70支代表隊入圍決賽。各個參賽隊伍的電腦鼠各式各樣，有的輕快敏捷，有的平緩穩健，在偌大的賽道上，聰明機智的小老鼠首先搜尋最優路徑，巧妙地迴轉，躲避障礙到達終點，最後的勇猛衝刺更是贏得現場陣陣歡呼 ^[4]  。

2015年至2016年，“啓誠杯”第五屆天津市大學生電腦鼠走迷宮大賽在天津理工大學盛大開賽。共有17所普通高校100多支代表隊參加決賽。為推動京津冀協同發展戰略，本屆競賽特別邀請了北京與河北省部分高水平電腦鼠精英賽隊角逐本次大賽 ^[5]  。

2017年，第六屆“啓誠杯”電腦鼠走迷宮大賽在南開大學開賽，來自全國20所高等院校的150支參賽隊參加了此次賽事，本屆大賽吸引了來自北京、河北、浙江等多個省市高校的電腦鼠精英隊參賽，有效推動IEEE電腦鼠競賽在中國高校的普及發展 ^[6]  。

2018-2019天津市大學生電腦鼠大賽(3張)

2018年，第七屆“啓誠杯”天津市大學生人工智能電腦鼠競賽在津開賽。本着與國際賽項接軌的宗旨，本屆大賽設置了“古典電腦鼠走迷宮”和“半尺寸電腦鼠走迷宮”兩個賽項。在古典電腦鼠競技中天津大學、天津工業大學等參賽隊採用了國際領先的“吸地風扇技術”，增加了電腦鼠與地面摩擦力，從而實現高速轉彎不減速。在半尺寸電腦鼠賽項中南開大學、職業技術師範大學、中德應用技術大學等參賽隊，採用創新“磁編碼器”技術，半尺寸電腦鼠不僅體積小、而且精度高、動力強 ^[7]  。

2019年，第八屆“啓誠杯”天津市大學生人工智能電腦鼠競賽在南開大學開賽。來自京津冀18所高等院校的200餘支參賽隊，參加了Micromouse經典賽項和半尺寸賽項的角逐。智能鼠的軟硬件技術和人工智能算法在教學、科研等方面都具有廣泛的應用前景，亦可拓展應用於未知環境搜救、機器人路徑規劃、高速運動控制及自動駕駛等智能領域。競賽的舉辦對於提升大學生實踐創新能力和多學科交叉協作科研能力有着深遠的意義 ^[8]  。

2020年“啓誠杯”第九屆人工智能電腦鼠大賽(3張)

2020年11月15日由天津市教育委員會主辦的大學生學科競賽，第九屆“啓誠杯”人工智能電腦鼠大賽在南開大學鳴鑼開賽。來自天津大學、南開大學、天津工業大學、天津理工大學、天津科技大學、中德應用技術大學等,16所高等院校180多支參賽隊，進行了“古典智能鼠”和“半尺寸智能鼠”走迷宮賽項的初賽和決賽。 ^[9]  產生一等獎13名，二等獎34名，三等獎38名。

2021年第十屆“啓誠杯”天津市大學生人工智能電腦鼠競賽(3張)

2021年，第十屆“啓誠杯”天津市大學生人工智能電腦鼠競賽在南開大學舉行。來自天津大學、南開大學、工業大學、理工大學、商業大學、中國民航大學等14所高校，190支參賽隊現場角逐“古典”和“半尺寸”兩個賽項。天津市教育委員會高教處處長徐震,副處長劉冰，南開大學教務處處長李川勇等相關領導蒞臨決賽現場視察指導。 ^[17]  智能鼠（Micromouse，也稱迷宮機器人）已納入第五屆世界智能大會智能體驗項目。競賽組委會將擇優推薦決賽成績優異的獲獎參賽隊，入選世界智能大會進行成果展示。 一直從事智能鼠教學和競賽的天津啓誠偉業科技有限公司總經理宋立紅表示，人才在產業經濟持續增長的過程中扮演着基礎性和決定性的重要角色，產業轉型升級人才培養緊跟產業需求變化。通過產教融合、校企合作，能夠培養大學生學習嵌入式、多傳感融合、智能圖像識別、高速運動控制等相關知識技術，構築智能科技產業人才培養高地。 ^[18] 

IEEE電腦鼠走迷宮國際邀請賽(5張)

四十多年來，美國、日本、葡萄牙、英國、新加坡等國家每年舉辦多次國際性高水平的Micromouse（電腦鼠）走迷宮競賽，自舉辦以來各國踴躍參加，為此國際上很多大學和職業院校還特別開設了“智能鼠原理與製作”的選修課程。十餘年內，電腦鼠走迷宮競賽經歷了學習、模仿、實踐、優化、創新的過程，已經逐步蜕變與優化成為中國EPIP Micromouse國際邀請賽 ^[10]  。該項競賽既順應了中國教育教學競賽模式，又兼容國際Micromouse電腦鼠競賽的全部精髓和特點。 ^[11]  2016“津台”電腦鼠走迷宮表演賽在天津渤海職業技術學院舉行，融合技術與國際接軌，來自泰國大成學院、台灣龍華科技大學、南開大學IEE-MM團隊、天津大學、天津中德應用技術大學等10支代表隊參賽。2017年5月9日，由天津市教育委員會主辦，天津渤海職業技術學院、啓誠科技協辦的 ^[12]  天津市第二屆IEEE電腦鼠走迷宮國際邀請賽暨2018年世界APEC 電腦鼠大賽中國選拔賽在天津渤海職業學院工程實踐創新實訓中心舉行。 ^[13]  “新加坡電腦鼠教父”的新加坡義安理工學院Bengkiat NG教授加盟此次賽事。同時還將有來自泰國魯班工坊、南開大學、天津大學、北京交通大學、河北工業大學等11所院校的15支代表隊參加此項賽事。

2018年5月9日，經天津市教委批准，由國際教育聯盟主辦，天津渤海職業技術學院、啓誠科技聯合承辦的第三屆IEEE智能鼠走迷宮國際邀請賽在天津開賽。 ^[14]  本屆大賽吸引了來自英國、泰國、蒙古等國際代表隊，以及國內實力雄厚天津大學、南開大學、北京交通大學、天津中德應用技術大學等智能鼠精英賽隊角逐本屆大賽。英國智能鼠競賽主席，英國伯明翰城市大學彼得哈里森教授，強勁加盟第三屆IEEE智能鼠走迷宮國際邀請賽。

2019“啓誠杯”第四屆IEEE電腦鼠走迷宮國際邀請賽暨2020年世界APEC電腦鼠大賽中國選拔賽在天津渤海職業技術學院正式開賽。 ^[15]  全日本電腦鼠國際公開賽組委會秘書長中川友紀子率領世界電腦鼠公開賽古典和半尺寸賽項世界冠軍和亞軍宇都宮正和松井祐樹，加盟大賽本屆邀請賽。與自英國、新加坡和泰國、印度尼西亞等國的180名選手同場競技。 ^[16] 

第五屆“啓誠杯”智能鼠走迷宮國際邀請賽(3張)

2021年5月30日，由天津市教育委員會主辦，天津渤海職業技術學院、天津啓誠偉業科技有限公司承辦的2021年第五屆“啓誠杯”智能鼠走迷宮國際邀請賽於2021年全國職業教育活動週期間舉行。 ^[19]  本屆邀請賽採用線上和現場相結合形式，設置中職組、高職組、本科組、教師組和國際組五個競賽組別。國內參賽隊採用現場比賽方式，經過初賽，天津職業技術師範大學、天津渤海職業技術學院等24所院校的百餘名師生入圍決賽；國際隊採用線上競賽形式，包括尼日利亞阿布賈大學、柬埔寨國立理工學院等國際魯班工坊代表隊入圍決賽。 ^[20] 

世界智能大會(6張)

2021年5月20日至23日，在天津舉行第五屆世界智能大會，由天津市教育委員會、市工業和信息化局主辦，天津啓誠偉業科技有限公司、天津渤海職業技術學院、南開大學聯合承辦的迷宮機器人智能體驗項目將首次亮相世界智能大會。 ^[21]  2016年以來，天津市打造了國際人文交流知名品牌“魯班工坊”，智能鼠作為創新型教學競賽設備，伴隨“魯班工坊”走出國門與世界分享。先後來到泰國、印度、印尼、巴基斯坦、柬埔寨、埃及、尼日利亞等國家和地區，進行相關課程培訓。 ^[22]  連續5屆“啓誠杯”智能鼠走迷宮國際邀請賽，不僅邀請美國、日本、英國、新加坡等國家高水平參賽隊，還特別邀請了泰國、印尼、巴基斯坦、柬埔寨等“魯班工坊”代表隊，既體現了國際化交流與合作成果，還凸顯了“魯班工坊”在當地技術技能人才培養方面的成效。今年國際邀請賽成績優異的選手，經競賽組委會推薦將參加第五屆世界智能大會迷宮機器人現場展示。 ^[23]  多年從事智能鼠競賽和教學的天津啓誠偉業科技有限公司總經理宋立紅介紹，啓誠科技作為天津市首批產教融合型企業，與天津高校和職業技術學校開展校企合作，共同編寫出版了中英文《智能鼠原理與製作》系列叢書，並配套國際課程標準和教學大綱，以智能鼠為載體建立起從中等職業學校到高等職業院校再到本科院校，“中、高、本、碩”系統化培養教育體系，助力“魯班工坊”當地國家智能科技產業人才培養。 首次亮相世界智能大會上的迷宮機器人智能體驗項目將展現人工智能賦能教育深化產教融合的成就，以及在服務國家智能科技產業人才培養方面貢獻的智慧和力量。

最新的電腦鼠比賽規則是2006 年國際電工和電子工程學會（IEEE）制定的電腦鼠走迷宮競賽規則，這個規則將會對我們製作電腦鼠具體方案的設計提供依據。

電腦鼠比賽標準迷宮由廣州周立功單片機發展有限公司設計和生產的電腦鼠比賽專用迷宮完全符合 IEEE 國際標準。針對不同的需求，現今共有兩種可供選擇的型號。

1. MicroMouse Maze 8×8：

四分之一迷宮，如圖1所示。即該迷宮是標準迷宮的四分之一大小。該迷宮底板的尺寸為1.48m×1.48m，上面共有8×8 個標準迷宮單元格。該迷宮可以用來初期調試學習使用，也可以用來做學校課程設計、畢業設計和內部競賽的比賽迷宮。

2.MicroMouse Maze 16×16：

標準迷宮。該迷宮尺寸規格等完全符合IEEE 國際標準。迷宮底板的尺寸為2.96m×2.96m，上面共有16×16 個標準迷宮單元格。

，MicroMouse615 是由廣州致遠電子設計生產的一款電腦鼠，它的微控制器是由Luminary 公司生產的Cortex-M3 內核的ARM 處理器——LM3S615，它具有以下一些特點：·體積小，寬度只有迷宮格的一半；

·五組可測距的紅外線傳感器，靈敏度方便現場調節；

·電機為步進電機，控制容易；

·電池為 2200mAh，7.4V 的可充電鋰電池；

·支持電池的電壓監測，避免電量不足帶來的麻煩；

·一個按鍵，完全滿足了實際需要；

·為用户預留了 6 個GPIO 口，一個串口，一個SPI 接口。配套的開發工具

如圖2所示，與MicroMouse615 配套的有充電器、LM LINK USB JTAG 調試器和SPI接口的鍵盤顯示模塊，使用户開發調試更為方便。

文檔閲讀説明

本文以廣州致遠電子有限公司生產的MicroMouse615 型電腦鼠作為硬件開發平台，從硬件原理到程序設計都做了詳細分解。文中附了大量程序源代碼，在程序設計過程中，為了便於閲讀和編寫，使用了一套變量的定義方法。

數據類型定義

如程序清單1.1 所示，重新定義幾種常用的數據類型名。

//程序清單1.1 數據類型重定義

typedef unsigned char uint8; // 無符號8 位整型變量

typedef signed char int8; // 有符號8 位整型變量

typedef unsigned short uint16; // 無符號16 位整型變量

typedef signed short int16; // 有符號16 位整型變量

typedef unsigned int uint32; // 無符號32 位整型變量

typedef signed int int32; // 有符號32 位整型變量

typedef float fp32; // 單精度浮點數（32 位長度）

typedef double fp64; // 雙精度浮點數（64 位長度）

2． 局部變量定義

局部變量名包含變量類型和變量描述兩個部分，以局部變量Temp 為例，在不同類型下的定義如表1.1 所示。可以看出，在變量Temp 前加上了其類型的縮寫。