基于C51单片机的蓝牙远程智能扫雷机器人设计

基于C51单片机的蓝牙远程智能扫雷机器人设计唐骁可贺师跨越（空军工程大学电气工程及其自动化专业陕西西安710000）目录特色说明2总体设计2基于单片机的金属探测技术3AD转换原理4超声波测距系统5温度采集系统6无线蓝牙数传模块HC-068MG995舵机9Wifi视频传输模块10控制部分11系统适用范围13特色说明：唯物主义认为,技术决定战术。

社会科技、生产和武器装备的发展,是影响作战方法变革、战争形态变化的最富活力的因素。

那么,现代高技术的发展和应用,使电子战成为决定战争胜负的关键，在现代高技术条件下,如不掌握电子战的优势,就可能丧失战场主动权,很难赢得胜利。

我们开发的基于C51单片机的蓝牙远程智能扫雷机器人正是为了现代化战争中减少人员伤亡，应用于高危场所，以蓝牙为数据传输载体，实现实时控制，视频传输和爆炸物监测，温度采集，测距等功能的智能系统而制作的。

总体设计：此智能扫雷机器人主要通过51单片机进行控制，通过HC-06蓝牙模块与上位机进行通信，由于处理的数据较多所以采用三块单片机最为从机，通信模式采用串口多机通信模式，上位机控制程序采用Visual basic6.0编写，上位机与蓝牙配对后，会新增一个无线串口，在VB中可采用MSComm控件打开无线串口，实现与从机的无线通行，上位机控制程序主要负责通过无线蓝牙串口发送控制指令，并处理从机返回的数据，从机主要负责从上位机接收指令并完成相应的操作，从机控制电机的驱动以达到控制机器人位置的改变，控制DS18B20温度模块采集温度，控制超声波测距模块采集摄像头前方到障碍物的距离，控制舵机的角度改变云台摄像头的视角,控制接近式开关监测机器人下方是否有爆炸物，之后再返回由从机处理完的数据给上位机。

由于视频信息数据量太大所以采用专用的wifi视频传输模块进行视频信息的传输以达到实时监控的目的。

总体设计：设计模块图如图1示：根据图1，本设计需要器件清单见表1。

图1元件数量元件数量元件数量C52单片机3蓝牙模块1PC端11舵机2AD转换器1Wifi视频模块1接近式开关1摄像头1电机驱动模块电机2超声波传感器1履带式底盘1基于单片机的金属探测技术探测金属的理论依据金属探测器是采用线圈的电磁感应原理来探测金属的。

根据电磁感应原理，当有金属物靠近通电线圈平面附近时，将发生如下现象和效应：1.线圈介质条件的变化：当金属物接近通电线圈时，将使通电线圈周围的磁场发生变化：1，对于半径为R的单匝圆形电感中，通过交变电流I=Imcos t时，线圈周围空间产生交变磁场，根据毕奥一萨伐尔定律可计算出线圈中心轴线上一点的磁感应强度B2.涡流效应：根据电磁理论，我们知道，当金属物体被置于变化的磁场中时，金属导体内就会产生自行闭合的感应电流，这就是金属的涡流效应。

涡流要产生附加的磁场，与外磁场方向相反，削弱外磁场的变化。

据此，将一交流正弦信号接入绕在骨架上的空心线圈上，流过线圈的电流在周围产生交变磁场，当将金属靠近线圈时，金属产生的涡流磁场的去磁作用会削弱线圈磁场的变化。

金属的电导越大，交变电流的频率越大，则涡电流强度越大，对原磁场的抑制作用越强。

通过以上分析可知，当有金属物靠近通电线圈平面附近时，无论是介质磁导率的变化，还是金属的涡流效应均能引起磁感应强度B的变化。

对于非铁磁性的金属〔包括抗磁体如:金、银、铜、锌等)和顺磁体(如锰、铬、钦等)]大，可认为是既导电又导磁物质，主要产生磁效应，同时又有涡流效应。

本设计正是基于这样的理论，来寻找一种方法来体现这种变化。

原理简介：物体LC振荡器开关级放大输出级Object LC oscillator switching stage magnified output stage电感式接近开由三大部分组成:振荡器、开关电路及放大输出电路。

振荡器产生一个交变磁场。

当金属物体接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属物体内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。

振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开磁信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式这检测目的。

物体离传感器越近，线圈内的阻尼就越大，阻尼越大，传感器振荡器的电流越小。

AD转换模块所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器（ADC），是将输入的模拟信号转换成数字信号。

信号输入端可以是传感器或转换器的输出，而ADC的数字信号也可能提供给微处理器，以便广泛地应用。

2，ADC0804的规格及引脚图8位COMS依次逼近型的A/D转换器.三态锁定输出存取时间:135US分辨率：8位转换时间：100US总误差：正负1LSB工作温度：ADC0804LCN---0~70度/CS芯片选择信号。

/RD外部读取转换结果的控制输出信号。

/RD为HI时，DB0~DB7处理高阻抗：/RD为LO时，数字数据才会输出。

/WR：用来启动转换的控制输入，相当于ADC 的转换开始（/CS=0时），当/WR由HI变为LO时，转换器被清除：当/WR回到HI时，转换正式开始。

CLK IN，CLK R：时钟输入或接振荡无件（R，C）频率约限制在100KHZ~1460KHZ，如果使用RC电路则其振荡频率为1/（1.1RC）/INTR:中断请求信号输出,低地平动作. VIN(+)VIN(-):差动模拟电压输入.输入单端正电压时,VIN(-)接地:而差动输入时,直接加入VIN(+)VIN(-).AGND,DGND:模拟信号以及数字信号的接地.VREF:辅助参考电压. DB0~DB7:8位的数字输出.VCC:电源供应以及作为电路的参考电压.功能说明1,ADC0804将输入模拟值转换成数字值输出到P0,使相对应的LED亮.如输入3V,ADC0804的输出应为96H=10010110,此数字信号送入8051的P1,再由P1存入8051的累加器,然后累加器再到P0,使相应的LED亮.2,先将ADC0804的参考电压VREF调整为2.56V.(在腾龙套件中主要演示原理，未作此精确调整电压，用2个1K电阻分压，约2.5V) 3调整ADC0804的VIN可变电阻器.由0V调到5V根据其关系观察P1的LED变化情形.超声波测距系统由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。

为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。

本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。

超声波测距原理图1压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2。

这就是所谓的时间差测距法。

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。

由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。

测距的公式表示为：L=C×T式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。

超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。

由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。

在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。

通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。

超声波测距误差分析根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。

温度传感器DS18b20DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。

DS18B20测温原理如图3所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。

计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

图3DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。

主要根据应用场合的不同而改变其外观。

封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。

耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

1:技术性能描述①、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

②、测温范围－55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1℃。

③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

④、工作电源:3.0~5.5V/DC（可以数据线寄生电源）⑤、在使用中不需要任何外围元件⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送⑦、不锈钢保护管直径Φ6⑧、适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温⑨、标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2”任选⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。