一种机载摄像头低温加热系统及其加热方法与流程

1.本发明属于机载摄像头技术领域。


背景技术：

2.由于受到飞机飞行环境的影响，机载摄像头会经常性的处于高温或者低温的工作环境，在低温或者温度剧变时，摄像头的光学镜头或者窗口玻璃处容易产生水雾、结霜甚至结冰，造成观察不清晰，影响观察结果。
3.目前，传统型的机载摄像头在镜头玻璃处也会设置加热系统，这类系统往往存在以下几个缺点：
4.1、加热电路比较复杂，出现故障的概率较大；
5.2、加热方式采用镜头玻璃贴合加热膜的方式，影响镜头的透过率；
6.3、不能根据外界温度的变化，实时、动态的调整加热功率，加热功耗较大，工作效率较低；
7.4、不具备手动加热模式，灵活性不高，环境适应能力较差；
8.5、没有设置加热电路工作状态的检测电路，当一旦加热出现故障时，不能及时的反馈给用户，增加了安全隐患，同时增加了后期的维护和检修的成本。


技术实现要素：

9.发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种机载摄像头低温加热系统及其加热方法。
10.技术方案：本发明提供了一种机载摄像头低温加热系统，包括：上位机，控制电路以及与控制电路连接的测温电路，加热电路和通讯电路，还包括用于供电的电源电路；所述上位机通过通讯电路与控制电路连接。
11.进一步的，所述测温电路包括测温芯片、第一电阻和第一电容；所述测温芯片采用 max31826；所述测温芯片的vdd端连接第一电阻的一端，第一电容的一端和+3.3v 电源；所述测温芯片的dq端与控制电路以及第一电阻的另外一端连接；所述第一电容的另外一端接信号地；所述测温芯片的gnd端和所有的ad端均接信号地。
12.进一步的，该系统还包括检测电路，所述检测电路分别与加热电路和控制电路连接。
13.进一步的，所述加热电路包括第一光电耦合器、第一稳压二极管、p型沟道mos 管、加热丝、第二～四电阻和第二电容；所述第二电容的一端、第二电阻的一端、第一稳压二极管的阴极以及p型沟道mos管的源极均连接+28v电压；所述p型沟道mos 管的栅极与第一稳压二极管的阳极，第二电阻的另外一端，第二电容的另外一端以及第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另外一端连接第一光电耦合器的第二输出端，所述第一光耦合器的第一输入端连接第三电组的一端，所述第三电阻的另外一端连接+3.3v 电压；所述第一光电耦合器的第二输入端连接控制电路；第一光电耦合器的第一输出端连接模拟地；所述p型沟道mos
管的漏极作为加热电路的输出端与检测电路，加热丝的一端连接，所述加热丝的另外一端连接模拟地。
14.进一步的，所述加热丝通过导热胶带固定缠绕在机载摄像头的窗口玻璃上。
15.进一步的，所述检测电路包括第二光电耦合器，第二稳压二极管和第五～八电阻；所示第五、六电阻的一端相互连接后作为检测电路的输入端连接加热电路，第五、六电阻的另外一端相互连接后与第二稳压二极管的阴极以及第七电阻的一端连接；所述第二稳压二极管的阳极连接模拟地；所述第七电阻的另外一端连接第二光电耦合器的第一输入端，所述第二光电耦合器的第二输入端连接模拟地，第一输出端连接信号地，第二输出端连接控制电路以及第八电阻的一端，所述第八电阻的另外一端连接+3.3v电压。
16.一种机载摄像头低温加热系统的加热方法，该方法包括自动加热模式和手动加热模式；
17.当采用自动加热模式对镜头进行加热时，测温电路实时探测外界温度t，并将t转换为数字信号temp传送至控制电路，控制电路根据收到的信息输出pwm信号至加热电路从而控制加热电路对机载摄像头进行加热；同时检测电路根据控制电路输出的 pwm信号，以及加热电路的输出电压，判断加热电路是否故障，并将判断结果反馈至控制电路；pwm信号的取值如下所示：
[0018][0019]
其中t1为预设的最高温度阈值，t2为预设的最低温度阈值，p1为预设的最小pwm 值，p2为预设的最大pwm值，当pwm＝p1时，控制电路控制加热电路停止加热；
[0020]
当采用手动加热模式时，上位机通过通讯电路发出加热指令至控制电路，控制电路根据加热指令输出预设的pwm值至加热电路从而控制加热电路对机载摄像头进行加热；同时检测电路根据控制电路输出的pwm信号，以及加热电路的输出电压，判断加热电路是否故障，并将判断结果反馈至控制电路。
[0021]
进一步的，所述检测电路采用标志位flag表示判断结果，flag的取值如下所示：
[0022][0023]
当flag等于0的时候表示加热电路故障。
[0024]
有益效果：
[0025]
1、加热电路简单，出现的故障概率低；
[0026]
2、加热方式采用在窗口玻璃四周放置加热丝，不影响透过率；
[0027]
3、可以根据外界温度的变化，实时、动态的调整加热功率，加热电源功耗可控；
[0028]
4、具有手动加热的模式，当自动加热模式失效时，可以切换手动加热，灵活性高、环境适应能力强；
[0029]
5、具有加热电路工作状态的检测电路，检测电路原理简单，功能强大，当一旦加热
出现故障时，能及时的反馈给用户，安全系数高，后期维护和检修成本较低。
附图说明
[0030]
图1为本发明的系统结构图。
[0031]
图2为本发明的测温电路图。
[0032]
图3为本发明的加热电路图。
[0033]
图4为本发明的检测电路图。
[0034]
图5为本发明中加热丝安装示意图。
[0035]
图6为本发明中pwm与温度关系示意图。
具体实施方式
[0036]
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0037]
如图1所示，本发明提供了一种机载摄像头镜头低温加热系统，包括控制电路、测温电路，加热电路和电源电路。
[0038]
控制电路，用于接收测温电路反馈的数据信息，并控制加热电路完成加热工作；
[0039]
测温电路，用于探测外界的环境温度；
[0040]
加热电路，用于加热摄像头的镜头；
[0041]
电源电路，用于为其他电路提供工作电源。
[0042]
本发明还包括检测电路和通讯电路；
[0043]
检测电路，用于检测加热电路是否正常工作；
[0044]
通讯电路，用于接收上位机发出的指令信息和上报加热电路的工作状态信息；
[0045]
本发明的一个实施例中，上述控制的核心控制单元由fpga完成，用于实现加热控制和通信工作。
[0046]
本发明能够使操作人员能够及时获取操作信息的正误以及报警信息，进而及时采取应对措施。
[0047]
如图2所示，所述测温电路包括测温芯片d1、第一电阻r1、第一电容c1；所述测温芯片d1采用max31826，所述测温芯片芯片d1的vdd端与第一电阻r1的一端、第一电容c1的一端、+3.3v电压相连；测温芯片d1的引脚2也既dq端与第一电阻 r1的另一端、控制电路中的temp管脚相连；测温芯片d1的引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8、第一电容c1的另一端均接信号地。
[0048]
本实施例的max31826芯片提供12位温度测量，只需要一条数据线进行通信。器件工作温度范围为：
‑
55℃～+125℃，
‑
10℃～+85℃范围内精度可达
±
0.5℃。实际测得温度与输出值如下表所示。
[0049]
表1温度值实测表
[0050]
温度℃二进制输出值十六进制输出值1250000，0111，1101，000007d0h850000，0101，0101，00000550h25.06250000，0001，1001，00010191h
10.1250000，0000，1010，001000a2h
‑
0.51111，1111，1111，1000fff8h
‑
10.1251111，1111，0101，1110ff5eh
‑
25.06251111，1110，0110，1111fe6fh
‑
551111，1100，1001，0000fc90h
[0051]
如图3所示，所述加热电路包括光电耦合器d2、稳压二极管vd1、p型沟道mos 管vt1、加热丝r9、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2；光电耦合器d2的引脚1(第一入端)与第三电阻r3的一端相连；光电耦合器d2的引脚2(第二输入端)与控制电路中的pwmh管脚相连；光电耦合器d2的引脚3(第一输出端) 与加热地相连；光电耦合器d2的引脚4(第二输出端)与第四电阻r4的一端相连；第三电阻r3的另一端与+3.3v电压相连；第四电阻r4的另一端与第二电容c2的一端、二电阻r2的一端、稳压二极管vd1的一端、p型沟道mos管vt1的栅极端相连；第二电容c2另一端、第二电阻r2的另一端、稳压二极管vd1的另一端、p型沟道mos 管vt1的源极端均与+28v电压相连；p型沟道mos管vt1的漏极作为镜头低温加热系统的输出端与检测电路，加热丝的一端连接；加热丝r9的另一端与加热地相连。所述加热地也就是虚拟接地。
[0052]
本实施例中，p型沟道mos管采用fdn86265p，该mos管的开启电压在2v～4v，最大输出电流在0.8a左右，支持最大的加热功率在22w。控制电路输出加热pwm，光电耦合器打开，28v电压一部分通过电阻分压使得mos管导通，另一部分作为加热电压提供给加热丝，为了提高加热电路的稳定性、确保mos管能够导通，mos管的栅极和源极部分加上了一个稳压二极管。
[0053]
如图4所示，所述检测电路包括光电耦合器d3、稳压二极管vd2、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8；光电耦合器d3的引脚1(第一输入端)与第七电阻r7的一端连接；第七电阻r7的另一端与第五电阻r5的一端、第六电阻r6 的一端、稳压二极管vd2的阴极相连；第五电阻r5的另一端、第六电阻r6的另一端相互连接后作为检测电路的输入端连接加热电路；光电耦合器d3的引脚2(第二输入端)、稳压二极管vd2的阳极均接加热地；光电耦合器d3的引脚3(第一输出端)接信号地；光电耦合器d3的引脚4(第二输出端)与第八电阻r8的一端、控制电路中的 htflag管脚相连；第八电阻r的另一端与+3.3v电压相连。
[0054]
如图5所示，加热丝安装在摄像头的窗口玻璃上，在玻璃的四周绕圈，通过导热胶带固定。
[0055]
如图6所示，加热电路在自动加热的模式下，测温电路实时探测外界温度t，并将 t转换为数字信号temp传送至控制电路，并传送至控制电路，控制电路根据收到的温度信息输出pwm信号至加热电路从而控制加热电路进行加热；pwm信号的取值如下所示：
[0056][0057]
其中t1为预设的最高温度阈值的温度值，t2为预设的最低温度阈值，p1为预设的最小pwm值，p2为预设的最大pwm值；temp测温电路测得的温度值，当pwm＝p1 控制加热电路停止加热，本实施例中p1＝0。
[0058]
在手动加热的模式下，上位机通过通讯电路发出加热指令，此时控制电路不再接
收外界的环境温度信息，直接输出pwm，pwm为一个常量，即pwm的大小不受环境温度决定。
[0059]
检测电路根据控制电路发出的加热指令，可以反馈给控制电路一个正常工作的标志符号flag“1”，或者非正常工作(故障)的标志符号flag“0”。关系如下：
[0060][0061]
本实施例中，检测电路与加热电路紧密相关，当加热电路有输出电压时，使得检测电路中而输出一个电平给控制电路。
[0062]
本实施例的方案中，温度与pwm的关系如图6所示，当外界环境降低至
‑
10℃才开启加热，当降低至
‑
25℃时，pwm输出“60”；当降低至
‑
35℃时，pwm输出“128”；当降低至
‑
45℃时，pwm输出“192；当降低至
‑
55℃时，pwm输出“255”。
[0063]
本发明加热电路简单，出现的故障概率低；加热方式采用在窗口玻璃四周放置加热丝，不影响透过率；可以根据外界温度的变化，实时、动态的调整加热功率，加热电源功耗可控；具有手动加热的模式，当自动加热模式失效时，可以切换手动加热，灵活性高、环境适应能力强；具有加热电路工作状态的检测电路，检测电路原理简单，功能强大，当一旦加热出现故障时，能及时的反馈给用户，安全系数高，后期维护和检修成本较低。
[0064]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。