【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。
③舵机驱动子程序：在手机中拖动steer进度条，控制手爪旋转角度、手臂升降角度、前轮转向舵机左右转向的角度。
（2）主程序设计流程（如图3所示）
图3 主程序设计流程图
（3）子程序的设计
①蓝牙通信子程序：本函数采用USART1全双工模式实现串口通信。单片机根据通讯协议对手机发送过来的数据进行判断，校验无误后才会将数据在主程序中加以运用，由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，通过SetBits和ReSetBits两个库函数让电机动起来实现前进和后退功能;引入PWM（TIM4定时器产生）波，运用TIM_SetCompare函数改变PWM占空比实现对电机转速的控制。
③舵机驱动：用TIM3定时器产生PWM波，找出转动角度与PWM波占空比对应关系，运用TIM_SetCompare函数改变PWM占空比来控制舵机转动的角度。不同的引脚占用不同的时钟和通道，在设计程序时库函数一定要调用准确。
2.电路调试
电路板元器件安装、焊接完成，经检测无短路和开路现象，把上述按要求编好的软件控制程序通过USB接口下载到硬件电路板，在安卓手机上安装遥控程序，通过手机遥控进行硬件电路的调试验证，直至防爆排雷机器人符合各项功能要求。
三、防爆排雷机器人的功能特点
本机器人整体外观布局紧凑、整齐。其功能特点如下：
1.前进后退功能：由安装在小车后轮的两个电机MOTORA、MOTORB提供动力，动力强劲。
2.转向功能：由安装在前轮底盘下面的舵机控制前轮实现转向，转向灵活。
3.拆装功能：由一个升降手臂和一个手爪共同完成，升降手臂和手爪分别各有各自的控制舵机。手臂升降自如，手爪反转灵活。
4.遥控功能：机器人的进退停止、转向、拆装物件全部在手机上控制，利用蓝牙通信实现遥控。
四、结束语
由于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，能够利用手机进行遥控，实现无人接触拆装危险物体。读者可以根据这一设计思路和不同适用场合的要求，设计出满足社会需求、功能类似的实用遥控机器人。
参考文献
[1]王承启.小型远程探测机器人设计[J].2013（03）.
[2]文俊.全方位移动机器人设计与运动控制[J].2009 （05）.
作者简介：吴海春，高级技师，北部湾职业技术学校讲师。