基于步进电机和编码器的红外镜头无热化系统的制作方法

本实用新型涉及监控领域，尤其是监控领域中的红外镜头，具体是一种基于步进电机和编码器的红外镜头无热化系统。

背景技术：

红外技术的发展方方面面，红外镜头在视频监控领域非常重要。监控需要连续不停的工作，对红外的成像质量要求越来越高。但是，在不同的温度条件下，由于光学材料和机械材料的热效应，使红外镜头的一些参数发生不同的变化，进而使镜头的像面发生偏离，降低成像质量，图像模糊，影响监控视频。无热化技术就是采用一定的技术消除温度的影响，使红外镜头在一定的温度范围内保持清晰的图像质量。现有的红外镜头无热化一般是对红外镜头本身进行改进，这种方式造价较高，且需要改变红外镜头的结构，不容易实施。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于步进电机和编码器的红外镜头无热化系统，为红外镜头无热化提供一种新的解决方案。

为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于步进电机和编码器的红外镜头无热化系统，包括温度传感器、主控系统、步进电机和编码器，温度传感器与主控系统的输入端相连，主控系统的输出端通过电机驱动电路连接步进电机，编码器与步进电机相连，用于记录步进电机的步数，并且编码器与主控系统的输入端相连，用于将记录的步进电机步数传递至主控系统。

进一步的，所述电机驱动电路包括双向收发器、电机驱动芯片、电机细分数选择电路和接线端子，主控系统的输出端与双向收发器的输入端相连，双向收发器的输出端连接至电机驱动芯片的输入端，电机驱动芯片的输出端通过接线端子与步进电机相连，电机细分数选择电路与电机驱动芯片的细分设置端相连。

进一步的，所述细分数选择电路包括电阻r5、r6、r7和开关器件k1、k2、k3，电压源分别通过电阻r5、r6、r7连接至电机驱动芯片的细分设置端m1、m2、m3，开关器件k1、k2、k3分别连接于电机驱动芯片的细分设置端m1、m2、m3与地之间。

进一步的，所述开关器件k1、k2、k3为电阻r15、r16、r18，根据细分设置决定电阻r15、r16、r18是否焊接。

进一步的，所述开关器件k1、k2、k3为继电器，继电器线圈电压与主控系统输出端相连，继电器触点连接在电机驱动芯片细分设置端与地之间。

进一步的，所述开关器件k1、k2、k3为三极管，三极管基极与主控系统输出端相连，三极管集电极与电机驱动芯片细分设置端相连，三极管发射极与地相连。

进一步的，电机驱动电路还包括电源滤波电路，电源滤波电路包括电容c28、c29、c30、c31和磁珠l4、l5，电容c28、c29、c30、c31并联在电机驱动芯片工作电源vm与gnd_earth，磁珠l4连接于gnd_ppwer与gnd_earth之间，磁珠l5连接于dc12v与电机驱动芯片工作电源vm之间。

本实用新型的有益效果：本实用新型利用温度传感器、步进电机、编码器和主控系统对红外镜头进行精确定位，使变焦热像仪图像不受温度的影响，达到无热化目的。使变焦的热像仪在不同的温度范围下（例如min-20℃—max60℃）成像清晰，保证红外镜头的图像清晰。本实用新型具有性能好、容易实施、数据可调整度高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的工作过程示意图；

图2为温度传感器与单片机的电路原理图；

图3为双向收发器的电路原理图；

图4为电机驱动芯片的电路原理图；

图5为接线端子的电路原理图；

图6为实施例1细分数选择电路的电路原理图；

图7为电源滤波电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种基于步进电机和编码器的红外镜头无热化系统，包括温度传感器、主控系统、步进电机和编码器，步进电机输出轴与红外镜头相连，温度传感器与主控系统的输入端相连，主控系统的输出端通过电机驱动电路连接步进电机，编码器与步进电机相连，并且编码器与主控系统的输入端相连，用于记录步进电机的步数，并将记录的步进电机步数传递至主控系统。

温度变化时，步进电机带动红外镜头运动使其变焦，从而使其成像清晰。主控系统内存储有红外镜头工作温度与使红外镜头在该温度下成像清晰的步进电机步数的映射表。本表可以实验的方式得知，首先将红外镜头所处的工作温度进行变化，比如在-20℃—60℃的温度范围内变动，手动读取不同温度下使红外镜头视频图像清晰的步进电机的步数值并记录，制定表格1。

表1

本实施例所述无热化系统的过程为：如图1所示，温度传感器采集实时的设备温度，传给主控系统；主控系统接收到设备的温度，判断温度是否有变化；如果温度有变化，进行查找表格，根据已经读取好的温度和步数的对应关系，找到当前温度下对应的电机步数；如果没有变化，等待温度传感器的下一次传输。

主控系统将当前温度下对应的电机步数通过电机驱动电路发送至步进电机，让步进电机定位到精确的位置。定位的过程中，编码器实时记录当前步进电机的运动步数并和映射表中的步数进行对比，判断步数是否相等，从而实时控制步进电机的工作状态。

本实施例中，所述电机驱动电路包括双向收发器、电机驱动芯片、电机细分数选择电路、电源滤波电路和接线端子，主控系统的输出端与双向收发器的输入端相连，双向收发器的输出端连接至电机驱动芯片的输入端，电机驱动芯片的输出端通过接线端子与步进电机相连，电机细分数选择电路与电机驱动芯片的细分设置端相连。

如图2所示，温度传感器采用ds18b20，主控系统采用stm32系列单片机，温度传感器连接至单片机的输入端。

如图3所示，双向收发器采用74lvc4245，使用b1~b7为输入端，a1~a7为输出端，输入端与单片机相连，输出端与电机驱动芯片相连。

如图4所示，双向收发器的输出端分别与电机驱动芯片的端口motor_clk、motor_en、motor_cw相连，motor_clk为步进电机脉冲信号输入端，motor_en为步进电机使能、失能控制端，motor_cw为步进电机正／反转信号输入端。电机驱动芯片的输出端通过接线端子con4连接步进电机，如图5所示，为接线端子的电路原理图。

如图6所示，所述细分数选择电路包括电阻r5、r6、r7和开关器件k1、k2、k3，+5v电压源分别通过电阻r5、r6、r7连接至电机驱动芯片的细分设置端h_m1、h_m2、h_m3，开关器件k1、k2、k3分别连接于电机驱动芯片的细分设置端h_m1、h_m2、h_m3与地之间。

本实施例中，所述开关器件k1、k2、k3为电阻r15、r16、r18，根据细分设置决定电阻r15、r16、r18是否焊接是否焊接。如采用32细分时，电阻r16焊接，r15、r18无需焊接；采用64细分时，电阻r15焊接，电阻r16、r18无需焊接。

细分数与细分设置端h_m1、h_m2、h_m3的取值有固定的真值表，开关器件用于决定细分设置端h_m1、h_m2、h_m3的取值（开关器件断开时，细分设置端为低，开关器件闭合时，细分设置端为高），从而实现相应的细分数。

相同的细分设置下，控制脉冲频率越高，电机转的越快，频率越低，电机转的越慢。如果频率不变，细分越高，电机转的越慢，细分越低，电机转的越快。

电机的细分数越高，转的越平稳，但能上到的最高转速越低。电机的细分数越低能上到的最高转速越高，相对运行的震动也会加大，本次细分选择32细分。

如图7所示，电机驱动电路还包括电源滤波电路，电源滤波电路包括电容c28、c29、c30、c31和磁珠l4、l5，电容c28、c29、c30、c31并联在电机驱动芯片工作电源vm与gnd_earth，磁珠l4连接于gnd_ppwer与gnd_earth之间，磁珠l5连接于dc12v与电机驱动芯片工作电源vm之间。

实施例2

实施例1细分数选择电路中的电阻一旦焊接就无法断开，因此实施例1中的细分数是固定的，无法根据实际情况在线修改。为了实现细分数能根据实际情况在线灵活修改，所述开关器件k1、k2、k3为继电器，继电器线圈电压与主控系统输出端相连，继电器触点连接在电机驱动芯片细分设置端与地之间。通过主控系统控制继电器的通断，从而实现电机驱动芯片细分设置端的取值变化，进一步实现细分数的改进。

实施例3

实施例1细分数选择电路中的电阻一旦焊接就无法断开，因此实施例1中的细分数是固定的，无法根据实际情况在线修改。为了实现细分数能根据实际情况在线灵活修改，所述开关器件k1、k2、k3为三极管，三极管基极与主控系统输出端相连，三极管集电极与电机驱动芯片细分设置端相连，三极管发射极与地相连。通过主控系统控制三极管的通断，从而实现电机驱动芯片细分设置端的取值变化，进一步实现细分数的改进。

以上描述的仅是本实用新型的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和替换，属于本实用新型的保护范围。