一种具有方位自锁能力的半球机及其自锁启停方法与流程

本发明涉及一种半球机，具体的说，是一种具有方位自锁能力的半球机及其自锁启停方法，可使用在车船环境下。

背景技术：

视频监控、取证在车船行驶系统中起着日益重要的作用，目前很多车船系统中安装有监控类半球机，但目前安装的半球机为不带云台或者带有非自锁云台的半球机。不带云台的半球机只能观察固定方位角度的视频画面，监控范围较小。非自锁云台的半球机不适合具有剧烈震动、冲击环境下的野外等使用环境，非自锁云台半球机在震动较为强烈环境下容易失步甚至损坏传动等机构。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种具有方位自锁能力的半球机及其自锁启停方法，具有方位自锁能力，适合在较强的振动冲击环境下使用。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有方位自锁能力的半球机，包括底座、与底座相连的半球云台，半球云台上设有成像装置，底座上设有减震器，半球云台内设有驱动半球云台围绕底座水平、俯仰转动的水平电机和俯仰电机，水平电机和俯仰电机的输出轴上均设有电动刹车片，电动刹车片连接有刹车升压控制电路。

进一步的，刹车升压控制电路包括升压电路和刹车控制电路，升压电路用于将dc12v升压到dc24v，为刹车控制电路供电；刹车控制电路包括三极管q2和mos管q1，三极管q2的基极与主控电路相连，三级管q2的发射极经电阻r18接地，三极管q2的集电极一端经电阻r15接+24v，另一端经电阻r16连接至mos管q1的栅极，mos管q1的源极接+24v，mos管q1的漏极一端与电动刹车片相连，另一端通过电容c13接地。

进一步的，升压电路包括电压变化芯片xl6009，芯片xl6009的输入端与+12v相连，输出端通过二极管d1输出升压后的+24v，芯片xl6009的输入端与接地端之间并联有消除输入噪音的电容c35、c7，反馈引脚通过电阻分压器网络检测并调节输出电压，电阻分压器网络包括分压电阻r1、r9、储能电容c3、c4，分压电阻r1连接在输出电压+24v与反馈引脚之间，分压电阻r9连接在反馈引脚与地之间，储能电容并联在输出电压+24v与地之间。

进一步的，底座侧面设有电连接器，底座内部设有电源板，云台内设有云台电路板，电连接器包括供电接口和网络接口，分别用于给整机供电dc12v和网络信号输出，电源板上设有电压转换和电源防雷电路、网络防雷电路，刹车升压控制电路位于云台电路板上，云台电路板上还设有降压电路、主控电路、电机驱动电路和一体机控制电路；电压转换和电源防雷电路将dc12v输入转换成dc12v、dc5v输出，用于为云台电路板供电，防雷电路用于保护内部器件免受电源电路传导过来的雷电的损坏；网络防雷电路用于保护网络信号，防止损坏网络器件；降压电路用于dc5v降压成dc3.3v，用于提供+3.3v电压，电机驱动电路驱动水平电机和俯仰电机，一体机控制电路包含ttl转换保护电路、rs485串口电路，用于与一体机ttl、rs485通信。

进一步的，所述电压转换和电源防雷电路包括电压转换电路和电源防雷电路，电源防雷电路包括放电电阻r1、r2、r3、瞬态抑制二极管d1、差模抑制电感l1、l2、共模抑制电感l6、滤波电容c13、c14、c8，放电电阻r2、串联的放电电阻r1、r3、瞬态抑制二极管d1、滤波电容c13并联在电源电压正极dc12v+、负极dc12v-之间，放电电阻r1、r3之间的结点接地，电源电压正极dc12v+通过差模抑制电感l1连接至共模抑制电感l6的引脚4，电源电压负极dc12v-通过差模抑制电感l2连接至共模抑制电感l6的引脚1，共模抑制电感l6的引脚3连接至输出电压+12v，共模抑制电感l6的引脚2接地，滤波电容c14、c8并联在输出电压+12v与地之间。

进一步的，所述电压转换电路包括芯片lm2576，+12v连接在芯片lm2576的输入端，芯片lm2576的输出端通过电感l4、l3输出dc5v电压，芯片lm2576的输出端与电感l4之间通过二极管d2接地，电感l4、l3之间分别通过电容c12、c15、c9接地，dc5v通过电容c10接地。

进一步的，电机驱动电路使用两片电机驱动芯片thb7128分别控制水平电机和俯仰电机，电机驱动芯片thb7128的输入端与主控电路相连，输出端与水平电机或者俯仰电机相连。

本发明还公开了一种半球机的自锁启停方法，控制半球云台俯仰、水平转动的步进电机上均设有电动刹车片，设置一延时时间t，启动或者停止步进电机时，间隔延时时间t对电动刹车片或者步进电机上电、断电。

进一步的，启动步进电机的具体步骤为：首先上电刹车片，延时时间t后，启动步进电机；停止步进电机的具体步骤为：停止步进电机，延时时间t后，断电刹车片。

进一步的，延时时间t为100ms。

本发明的有益效果：本发明所述半球机在驱动转动的步进电机上增加电动刹车片，并设有升压控制电路控制电动刹车片的上电和断电，使电动刹车片锁紧或者松开步进电机，使步进电机具有方位自锁能力，半球断电能够保持断电前所处位置，电机不会失步，配合减震器，使半球机可以在较强的振动冲击环境下使用。

附图说明

图1为半球机的整体结构示意图；

图2为步进电机与电动刹车片的结构示意图；

图3为半球机的原理框图；

图4为升压电路原理图；

图5为刹车控制电路原理图，5a为水平刹车控制电路原理图，5b为俯仰刹车控制电路原理图；

图6为电压转换和电源防雷电路原理图，6a为电源防雷电路原理图，6b为电压转换电路原理图；

图7为电机驱动电路原理图，7a为水平电机驱动电路原理图，7b为俯仰电机驱动电路原理图；

图8为半球机的自锁启停方法流程图；

图中：1、减震器，2、底座，3、电连接器，4、半球云台，5、半球护罩，6、步进电机，7、电动刹车片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种具有方位自锁能力的半球机，如图1所示，包括底座2、与底座2相连的半球云台4，半球云台4内设有成像装置，半球云台4外罩有半球护罩5，底座2上设有减震器1和电连接器3。

半球云台4内设有驱动半球云台围绕底座水平、俯仰转动的水平电机和俯仰电机，如图2所示，水平电机和俯仰电机的输出轴上均设有电动刹车片7，电动刹车片7连接有刹车升压控制电路。图2中，将水平电机和俯仰电机统称为步进电机6.

如图3所示，半球机的原理框图包括电源板、云台电路板云台、水平、俯仰刹车电机和一体机。电源板为云台电路板供电和防雷保护，云台电路板通过一体机控制电路与一体机通讯连接，接收一体机的控制信号，并转换成步进电机、电动刹车片的控制信号，通过电机驱动电路、升压刹车控制电路控制步进电机、电动刹车片工作。

具体的，电连接器包括供电接口和网络接口，分别用于给整机供电dc12v和网络信号输出，电源板上设有电压转换和电源防雷电路、网络防雷电路，刹车升压控制电路位于云台电路板上，云台电路板上还设有降压电路、主控电路、电机驱动电路和一体机控制电路；电压转换和电源防雷电路将dc12v输入转换成dc12v、dc5v输出，用于为云台电路板供电，防雷电路用于保护内部器件免受电源电路传导过来的雷电的损坏；网络防雷电路用于保护网络信号，防止损坏网络器件；降压电路用于dc5v降压成dc3.3v，用于提供+3.3v电压，电机驱动电路驱动水平电机和俯仰电机，一体机控制电路包含ttl转换保护电路、rs485串口电路，用于与一体机ttl、rs485通信。

刹车升压控制电路包括升压电路和刹车控制电路，升压电路用于将dc12v升压到dc24v，为刹车控制电路供电；刹车控制电路控制电动刹车片的断电和上电，刹车片上电情况下，刹车片会松开，此时步进电机可以根据电机驱动电路的控制转动，刹车片断电情况下，刹车片会锁紧步进电机，使刹车片不能转动。

如图4所示，升压电路包括电压变化芯片xl6009，芯片xl6009的输入端与+12v相连，输出端通过二极管d1输出升压后的+24v，芯片xl6009的输入端与接地端之间并联有消除输入噪音的电容c35、c7，反馈引脚通过电阻分压器网络检测并调节输出电压，电阻分压器网络包括分压电阻r1、r9、储能电容c3、c4，分压电阻r1连接在输出电压+24v与反馈引脚之间，分压电阻r9连接在反馈引脚与地之间，储能电容并联在输出电压+24v与地之间。

刹车控制电路包括水平刹车控制电路和俯仰刹车控制电路，分别用于控制水平电机和俯仰电机上的刹车片。如图5a所示，水平刹车控制电路包括三极管q2和mos管q1，三极管q2的基极与主控电路相连，三级管q2的发射极经电阻r18接地，三极管q2的集电极一端经电阻r15接+24v，另一端经电阻r16连接至mos管q1的栅极，mos管q1的源极接+24v，mos管q1的漏极一端与电动刹车片相连，另一端通过电容c13接地。h_brakemotor为来自主控电路的主控信号，当h_brakemotor是高电平时刹车片上电，此时步进电机可以受控，当h_brakemotor是低电平时刹车片断电，此时步进电机不能转动。如图5b所示，俯仰刹车控制电路与水平刹车控制的结构相同，也接收来自主控电路的主控信号v_brakemotor的控制。

如图6a所示，为电压转换和电源防雷电路原理图，如图6a所示，电源防雷电路包括放电电阻r1、r2、r3、瞬态抑制二极管d1、差模抑制电感l1、l2、共模抑制电感l6、滤波电容c13、c14、c8，放电电阻r2、串联的放电电阻r1、r3、瞬态抑制二极管d1、滤波电容c13并联在电源电压正极dc12v+、负极dc12v-之间，放电电阻r1、r3之间的结点接地，电源电压正极dc12v+通过差模抑制电感l1连接至共模抑制电感l6的引脚4，电源电压负极dc12v-通过差模抑制电感l2连接至共模抑制电感l6的引脚1，共模抑制电感l6的引脚3连接至输出电压+12v，共模抑制电感l6的引脚2接地，滤波电容c14、c8并联在输出电压+12v与地之间。本电路中，放电电阻r1、r2、r3、瞬态抑制二极管d1对电路进行防雷保护。

如图6b所示，所述电压转换电路包括芯片lm2576，+12v连接在芯片lm2576的输入端，芯片lm2576的输出端通过电感l4、l3输出dc5v电压，芯片lm2576的输出端与电感l4之间通过二极管d2接地，电感l4、l3之间分别通过电容c12、c15、c9接地，dc5v通过电容c10接地。

如图7所示，电机驱动电路使用两片电机驱动芯片thb7128分别控制水平电机和俯仰电机，电机驱动芯片thb7128的输入端与主控电路相连，输出端与水平电机或者俯仰电机相连。

本实施例所述半球机在步进电机上增加电动刹车片，并设有升压控制电路控制电动刹车片的上电和断电，使电动刹车片锁紧或者松开步进电机，使步进电机具有方位自锁能力，半球断电能够保持断电前所处位置，电机不会失步，配合减震器，使半球机可以在较强的振动冲击环境下使用。

实施例2

由于刹车电机上电、断电具有时延，所以需要对刹车电机上电、断电配合步进电机才能使之正常工作，否则会导致步进电机的失步。

基于此点，本实施例公开一种半球机的自锁启停方法，控制半球云台俯仰、水平转动的步进电机上均设有电动刹车片，设置一延时时间t，启动或者停止步进电机时，间隔延时时间t对电动刹车片或者步进电机上电、断电。

如图7所示，启动步进电机时：首先上电刹车片，延时时间t后，启动步进电机；停止步进电机时：先停止步进电机，延时时间t后，断电刹车片。

根据实际情况，本实施例将延时时间t设为100ms。

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