防爆排雷机器人的研究与设计(2)
(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,论文发表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。
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