防爆排雷机器人的研究与设计

防爆排雷机器人的研究与设计

【摘要】随着电子技术的飞速发展和嵌入式单片机应用的日新月异，机器人已被广泛应用于工业和农业生产、国防、航天、科研、社会服务等各个方面。在自动控制的嵌入式单片机应用系统中，往往将单片机作为一个核心部件，结合具体的硬件结构，让单片机充分发挥其作用。本防爆排雷机器人电子设计与制作主要是基于32位嵌入式单片机STM32F103C8T6为核心芯片，以嵌入式单片机最小系统为基础，外加BMX-02蓝牙串口通信模块，电机驱动电路L298芯片，稳压电源LM2596和MIC5205BM5电路，LED发光二极管，前进后退电机，机械手臂电机，开关电路等。使用Altium_Designer9进行电路原理图和PCB双面板图的设计，利用雕刻机制作出PCB电路板，然后进行电子板元件的焊接安装，利用Keil uVision4软件编程和仿真和调试。使用手机蓝牙通信进行遥控，实现防爆排雷机器人（小车）的前进、后退、转弯、抓取拆卸物件等排雷功能。该防爆排雷机器人活动精度高、活动线路灵活，精致小巧，布局美观，成本低廉，实用性强，能够按照要求实现无人接触拆装危险物体。

【关键词】嵌入式单片机;机器人;防爆排雷;电路;蓝牙通信

随着微电子软硬件技术和先进制造技术的飞速发展，嵌入式单片机应用的日新月异，机器人时代的悄然到来，机器人已被广泛应用于工业和农业生产、国防、航天、科研、社会服务等各个方面。在许许多领域里机器人承担了人类繁重、枯燥、危险的工作，特别是在超出人类生存极限的环境下机器人更是大显身手，执行人类无法亲自去完成的工作任务，机器人综合了多学科的发展成果，代表了高技术的前沿发展，它正在改变人类的作业和生活方式，成为人类生活中不可缺少的成员。

一、作品介绍

在自动控制的嵌入式单片机应用系统中，往往将单片机作为一个核心部件，结合具体的硬件结构，让单片机发挥其实际的作用。本作品防爆排雷机器人的研究与设计，主要是基于32位嵌入式单片机STM32F103C8T6为核心芯片，以嵌入式单片机最小系统为基础，外加BMX-02蓝牙串口通信模块，电机驱动电路L298芯片，稳压电源LM2596和MIC5205BM5电路，LED发光二极管，前进后退电机、机械手臂电机，开关电路等，对防爆排雷机器人的控制器进行研究、设计与制作。使用Altium_Designer9进行电路原理图和PCB双面板图的设计，利用雕刻机制作出电路板后进行电子板元件的焊接安装，利用Keil uVision4软件编程和仿真和调试。使用手机蓝牙通信进行遥控，实现防爆排雷机器人（小车）的前进、后退、转弯、抓取、拆卸物件等排雷功能。该防爆排雷机器人精致小巧，布局美观，成本低廉，实用性强，能够按照要求利用手机进行遥控，实现无人接触拆装危险物体。

图1 防爆排雷机器人电路原理图

二、工作原理、设计与制作

（一）硬件电路工作原理图设计与制作

1.防爆排雷机器人电路原理图（如图1所示）

2.防爆排雷机器人PCB板图设计与制作

PCB板定制为110mmX65mm的双面板（如图2所示）。

图2 防爆排雷机器人PCB板图

3.电路板制作、元器件的安装与焊接

电路板制作、安装与焊接过程注意事项：

（1）元件安装与焊接：PCB板上32位嵌入式单片机STM32F103C8T6的管脚距离非常小，小于0.254mm;许多阻容元件封装为0603，元件体积小，管脚间距小。这些问题造成手工安装和焊接的难度非常大。

解决方法：安装焊接嵌入式单片机STM32F103C8T6时，先定位焊接对角两个管脚，确定位置无误后采用手工拖焊的焊接方法;对于0603封装元件，先在其中一个焊盘镀锡，左手用镊子夹住元件，右手拿电烙铁，把元件先固定焊接到镀锡的焊盘上，然后再焊接另外一端。

（2）PCB板的制作：在雕刻机上制作PCB双面电路板，由于电路上很多线路非常细，最小为0.254mm，并且线的密度比较大，为了减少电路出现短路现象，在雕刻板子时，需要把用不到的铜膜全部刻掉。

（3）PCB电路板的设计：在设计PCB板时，由于电机驱动电路L298芯片、稳压电源LM2596芯片属于贴片元件，且它们的地面（贴面）属于接地的金属散热片，因此除了电路的地接线之外，其它电路线路不能在电机驱动电路L298芯片、稳压电源LM2596芯片的贴面底部走过。

（4）电路板安装、焊接：安装前，要先检查PCB光身板，确定电路板无短路、无开路现象后方可安装和焊接;手工焊接要严格控制焊接时间，每个焊点时间不能超过3秒，防止元件热损坏，焊接后要用万用表检查电路板，排除因焊接出现的短路现象。

（二）系统软件设计

软件设计是实现机器人智能化运转的关键所在，相当于人类大脑的思维活动。通过软件控制硬件电路，产生相应的动作反应。在小车运行的过程中，采用蓝牙通讯实现手机对小车的智能控制。本次设计采用Keil uvision4进行软件开

发。

1.软件设计

根据总体设计的思路和本系统需要实现的功能，以及STM32F103C8T6具有的定时器和USART串行接收/发送器等功能，完成了软件程序设计。由于C语言具有编程灵活，可移植性强等特点，本设计采用C语言进行程序编写实现各部分功能。

（1）程序结构及功能

整个系统的程序由主程序和各子程序构成，主程序调用了3个子程序，分别是蓝牙通讯子程序、舵机驱动子程序、电机驱动子程序。

①蓝牙通信子程序：将蓝牙模块与手机蓝牙配对，手机中按下的不同键值使小车实现前进、后退、左转、右转、变速、手臂升降等功能。

②电机驱动子程序：配置电机用到的I/O端口，使能输出引脚，驱动电机工作。