本书为中英双语版，以天津启诚伟业科技有限公司提供的TQD-Micromouse-JM 智能鼠为载体，是
智能微型运动装置（Micromouse）技术与应用系列丛书的高级篇。
本书以真实工程项目为背景，通过“基础知识篇”、“综合实践篇”和“拓展竞技篇”三篇讲述
了智能鼠的发展、硬件、开发环境、基本操作；智能鼠的运动姿态控制、智能控制算法和技术；智能
鼠迷宫信息的获取与存储、路径规划、走迷宫程序设计等。同时，本书附录提供了国际Micromouse
走迷宫竞赛相关知识、智能鼠器件清单、智能鼠迷宫图库、专业词汇中英对照表、国际实训课程标准
等丰富资源。
本书在重要的知识点、能力点和素养点上，配有丰富的视频、图片、文本等资源，学习者可以通
过扫描书中二维码获取相关信息。
本书适合作为高等院校，特别是“新工科”专业信息与自动化技术融合与创新学科教学的指导用书，
还可作为相关工程技术人员培训用书及智能鼠爱好者参考用书。

“智能鼠”，英文名为 Micromouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和
机电运动部件构成的一种智能微型运动装置（嵌入式微型机器人），智能鼠
可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速到达所
设定的目的地。智能鼠走迷宫竞赛结合了机械电子、控制、光学、程序设计
和人工智能等多方面的科技知识。
四十多年来，电气电子工程师学会（IEEE）每年举办一次国际性的智能
鼠走迷宫竞赛，自举办以来各国踊跃参加，尤其是美国和欧洲国家的高校学
生，为此有些大学还特别开设了“智能鼠原理与制作”的选修课程。中国从
2007年开始在上海长三角地区举行小规模尝试性比赛。2009年天津启诚伟业
科技有限公司将这项国际赛事引进天津，以工程实践创新项目（EPIP）教学
模式，对智能鼠走迷宫竞赛进行本土化创新改革，对于后期智能鼠竞赛的开
展和走进课堂、融入教学起到关键性的作用。经过多年的蜕变与优化，“智
能鼠”已经成为集“职业性、综合性、先进性、趣味性”于一体的创新实践
教育平台，在推动课程改革，提高教学质量，培养学习者的工程实践创新能
力等方面发挥了重要的作用。
为了将智能鼠的成果进一步推广应用，我们编写了适用于高等院校学生
学习的《智能鼠原理与制作》（高级篇），本书以天津启诚伟业科技有限公司
提供的 TQD-Micromouse-JM智能鼠为载体，由浅及深、由易到难、循序渐进
地进行教学。
本书遵循递进原则，从“玩转”到“掌握”，再到“精通”，丰富学习
者的工程实践知识和技术应用经验，拓展学习者的专业视野，内化形成良好
的职业素养，提升学习者的实践创新能力。本书所选案例均来自真实的工程
项目，编者均来自国内长期从事智能鼠研究与开发、国际智能鼠走迷宫竞赛
获奖的院校和企业。
本书在重要的知识点、能力点和素养点上，配有丰富视频、图片、文本
等资源，学习者可以通过扫描书中二维码获取相关信息。本书编著者长期的
国际化教学活动积淀，使得本书成为推进国际化人才培养的实践教学载体，

智能微型运动装置（Micromouse）技术与应用系列丛书是天津市“一带一
路”联合实验室（研究中心）——天津中德柬埔寨智能运动装置与互联通信
技术推广中心研究成果，同时也是工程实践创新项目（EPIP）教学模式规划
教材。
在本书附录中提供“智能鼠原理与制作”国际课程教学大纲，以专业基
础课程为前导，学生通过十个项目的学习训练，可具备智能机器人硬件设计
与驱动、软件设计与编程、项目工程实施等工程素养；深入理解传感器与检测
信号调试、电动机精密控制、机器人智能搜索与路径规划等专业知识。本课程
内容与多个国家的“鲁班工坊”建设项目高度融合，服务“一带一路”倡议，
推广中国教育标准，为“一带一路”沿线国家提供丰富实践教学资源，服务各
地技术技能人才培养。
本书由天津大学教授王超，南开大学副教授高艺，启诚智能鼠创始人、
天津启诚伟业科技有限公司总经理宋立红编著。英文部分由天津机电职业技
术学院讲师周蘩雨，天津启诚伟业科技有限公司总经理助理严靖怡，南开大
学外国语学院公共英语教学部讲师刘佳编译，天津中德应用技术大学副教授
张链、讲师高源参与了本书部分翻译工作。国际专家美国麻省理工学院教授
David Otten和英国伯明翰城市大学教授Peter Harrison、葡萄牙Trás-os-蒙特斯
与奥拓杜罗大学教授António Valente参与本书英文内容的译审，并专门为本书
写了贺信。本书在编写过程中得到了天津大学、南开大学、天津中德应用技
术大学、英国伯明翰城市大学和葡萄牙Trás-os-蒙特斯与奥拓杜罗大学等相关
院校教授专家的大力支持。天津启诚伟业科技有限公司陈立考、邱建国、宋
姗为本书出版提供了企业实际工程案例、二维码视频、动画、PPT等课程资
源。衷心感谢天津市教育委员会、中国铁道出版社有限公司、天津启诚伟业
科技有限公司对本教学资源开发提供的指导与帮助。中国铁道出版社有限公
司支持出版，并通过鲁班工坊在“一带一路”沿线国家使用。
限于编著者的经验、水平以及时间，书中难免存在不妥和疏漏之处，敬
请专家、广大读者批评指正。
编著者
2020年8月

第一篇 基础知识篇............................................................................001
项目一 智能鼠的发展历程 ........................................................................ 003
任务一 智能鼠的起源 ............................................................................ 003
任务二 智能鼠的竞赛与调试环境 ........................................................ 009
项目二 智能鼠的硬件结构 ........................................................................ 012
任务一 智能鼠的组成 ............................................................................ 012
任务二 智能鼠的核心控制电路 ............................................................ 013
项目三 智能鼠的开发环境 ........................................................................ 016
任务一 IAR EWARM开发环境 ............................................................. 016
任务二 智能鼠的程序下载 .................................................................... 017
项目四 智能鼠的基本功能操作 ................................................................ 019
任务一 智能鼠的红外检测 .................................................................... 019
任务二 智能鼠的电动机驱动 ................................................................ 026
任务三 智能鼠的姿态检测 .................................................................... 034
第二篇 综合实践篇........................................................................... 039
项目一 智能鼠的运动姿态控制 ................................................................ 041
任务一 智能鼠车速的闭环控制 ............................................................ 041
任务二 智能鼠转弯的精确控制 ............................................................ 049
项目二 智能鼠的智能控制算法和技术 .................................................... 057
任务一 智能鼠的智能避障 .................................................................... 057
任务二 智能鼠的坐标识别 .................................................................... 068
任务三 智能化吸地风扇技术 ................................................................ 074
第三篇 拓展竞技篇........................................................................... 077
项目一 智能鼠迷宫信息的获取与存储 .................................................... 079
任务一 相对方向与绝对方向的转换 .................................................... 079

任务二 迷宫信息的存储方法 ................................................................ 081
项目二 智能鼠路径规划的原理 ................................................................ 083
任务一 迷宫搜索的常用策略 ................................................................ 083
任务二 迷宫搜索的基本法则 ................................................................ 083
任务三 等高图的制作方法 .................................................................... 087
项目三 智能鼠走迷宫程序设计 ................................................................ 089
任务一 运行姿态程序控制 .................................................................... 089
任务二 基本程序结构解析 .................................................................... 090
附录..................................................................................................... 101
附录A 风靡全球的国际智能鼠走迷宫竞赛 ............................................. 103
附录B 高级段经典竞赛案例分析 ...............................................................112
附录C TQD-Micromouse-JMⅡ器件清单 ..................................................118
附录D 教学内容和课时安排 ......................................................................118
附录E 电路图形符号对照表 .......................................................................119
附录F 专业词汇中英文对照表 .................................................................. 120
附录G “智能鼠原理与制作”国际课程教学大纲 ................................... 122

Chapter 1 Elementary Knowledge..................................001
Project 1 Evolution of Micromouse ............................................................. 003
Task 1 Origins of Micromouse................................................................ 003
Task 2 Competition and Debugging Environment of Micromouse......... 010
Project 2 Micromouse Hardware Structure ................................................. 013
Task 1 Compositions of Micromouse...................................................... 014
Task 2 The Core Control Circuit of Micromouse.................................... 015
Project 3 Development Environment of Micromouse ................................. 017
Task 1 IAR EWARM Development Environment.................................. 017
Task 2 Program Download for Micromouse........................................... 018
Project 4 Basic Function Control of Micromouse ....................................... 020
Task 1 Infrared Detection of Micromouse............................................... 020
Task 2 Motor Drive of Micromouse........................................................ 027
Task 3 Attitude Detection of Micromouse.............................................. 035
Chapter 2 Comprehensive Practice...............................041
Project 1 Motion Attitude Control of Micromouse ...................................... 043
Task 1 Closed-Loop Control of Micromouse Speed............................... 043
Task 2 Accurate Control of Micromouse Turning................................... 052
Project 2 Intelligent Control Algorithm and Technology ............................ 060
Task 1 Intelligent Obstacle Avoidance of Micromouse........................... 060
Task 2 Coordinate Recognition of Micromouse...................................... 071
Task 3 Intelligent Suction Fan Technology............................................. 078
Chapter 3 Advanced Skills and Competitions...........081
Project 1 Acquisition and Storage of Maze Information ............................. 083
Task 1 Conversion of Relative Direction to Absolute Direction............. 083

Task 2 The Information Storage Method of a Maze................................ 085
Project 2 The Principle of Path Planning of Micromouse ........................... 087
Task 1 Common Strategies of Maze Searching....................................... 087
Task 2 The Basic Rules of Maze Searching............................................ 087
Task 3 The Step Map Making Method.................................................... 091
Project 3 Micromouse Program Design ....................................................... 093
Task 1 Attitude Program Control............................................................. 093
Task 2 The Main Program Structures...................................................... 095
Appendix........................................................................................105
Appendix A Micromouse Competition Going Popular in the World .......... 107
Appendix B Advanced-Level Classic Competition Analysis .......................119
Appendix C Device List of TQD-Micromouse-JMⅡ ................................. 127
Appendix D Teaching Content and Class Arrangement .............................. 127
Appendix E The Circuit Diagram Symbol Comparison Table .................... 128
Appendix F Bilingual Comparison Table of Glossary ................................. 129
Appendix G The International Curriculum Standard for “Micromouse
      Design Principles and Production Process” ............................ 131




 

王超，天津大学电气自动化与信息工程学院教授，天津市青年科技奖获得者，入选教育部新世纪优秀人才，2017年获天津市科技进步二等奖。教育部自动化类专业教学指导委员会委员，2018年获天津市教学成果一等奖，2016年获中国自动化学会高等教育教学成果奖二等奖；2017年指导的博士生获中国仪器仪表学会全国优博论文。自2010起，将智能鼠作为重要的实践教学载体，指导学生参加竞赛，多次获得天津市大学生电脑鼠走迷宫竞赛第1名，2018年，在第33届APEC国际电脑鼠大赛中，天津大学的2支队伍包揽冠亚军。高艺，南开大学电子信息工程学院硕士生导师，电子信息实验教学中心副主任，天津市单片机学会青年骨干工作委员会副主任，多项天津市大学生竞赛及职业技能竞赛裁判组成员。主要研究方向是：无人机系统、物联网、智能控制与检测。先后参与多项“国家高技术研究发展计划（863计划）项目”、“天津市科技支撑计划重点项目”以及横向科研项目。发表相关科研及教改论文16篇，其中多篇被EI检索。在工作期间，作为指导教师带学生组队参加全国大学生电子设计竞赛、天津市电子设计竞赛、天津市物联网竞赛、天津市大学生IEEE电脑鼠竞赛、APCE国际电脑鼠竞赛、全国机器人大赛等多种学生竞赛，并屡次佳绩。宋立红，天津启诚伟业科技有限公司总经理，启诚智能鼠创始人。毕业于南开大学，自2006年开始从事科研、教学、新型教仪装备的研发、设计、推广、服务工作。40余次赞助支持“启诚杯”大学生智能鼠走迷宫学科竞赛和职业院校学生技能大赛智能鼠赛项。亲自带领启诚技术团队，研发设计拥有自主知识产权的TQD教学竞赛科研机器人平台，先后取得国家级和天津市科委科技立项基金5项，计算机软件著作权8项，实用新型专利8项。公开发表智能鼠专题国际论文5篇。2016年开始，积极致力于 “鲁班工坊”国际项目技术支撑服务工作，先后在泰国、印度、印尼、巴基斯坦、柬埔寨等海外将TQD系列智能鼠教育平台与世界共享，服务国家一带一路倡议。

本书为中英双语教材，鲁班工坊配套系列教材。

本书以真实工程项目为背景，通过“基础知识篇”、“综合实践篇”和“拓展竞技篇”三篇讲述
了智能鼠的发展、硬件、开发环境、基本操作；智能鼠的运动姿态控制、智能控制算法和技术；智能
鼠迷宫信息的获取与存储、路径规划、走迷宫程序设计等。同时，本书附录提供了国际Micromouse
走迷宫竞赛相关知识、智能鼠器件清单、智能鼠迷宫图库、专业词汇中英对照表、国际实训课程标准
等丰富资源。