礦用攝像機嵌入式CAN總線遠(yuǎn)程控制技術(shù)

本協(xié)議以標(biāo)準(zhǔn)格式的11位標(biāo)識符(ID10一ID0)為控制器、轉(zhuǎn)接器地址，由于CAN協(xié)議規(guī)定IDIO—ID4必須不能全為隱性1，因此有效地地址數(shù)為2032個。根據(jù)CAN規(guī)定RTR位在數(shù)據(jù)幀格式里必須為顯性0，標(biāo)識符和RTR位構(gòu)成數(shù)據(jù)幀的仲裁域。需要指出的是由于仲裁域決定數(shù)據(jù)在總線上傳輸時的優(yōu)先級，因此在設(shè)置時應(yīng)將重要場所的攝像機配置為高優(yōu)先級地址?？刂朴虻膔位是兩位保留位，后面的DLC3一DLC0用于確定數(shù)據(jù)域的長度，本協(xié)議所需數(shù)據(jù)域為8字節(jié)，故控制域取值為：DLC3一DLC0=1000。

所有控制命令全部在數(shù)據(jù)域的8個字節(jié)中設(shè)置，其中最后1個字節(jié)Byte0用于決定發(fā)送的是控制器更新地址還是控制字節(jié)，當(dāng)其取值O*O1時表示發(fā)送的是更新地址，且其前面的Bytel～Byte2的高1 1位表示邏輯地址，Byte3-Byte4的高11位表示原地址，Byte5-Byte6的高11位表示要更新的地址;當(dāng)字節(jié)Byte0取值0x02時表示其前面的6個字節(jié)Bytel—Byte6是控制字節(jié)，控制字節(jié)的詳細(xì)設(shè)置如圖3下部所示。

① 字節(jié)Bytel。第7位控制攝像機電源開關(guān)，取值0控制電源開，取值1控制電源關(guān)閉;第6位控制攝像機縮放，取值0控制攝像機進(jìn)行縮放，取值1維持原狀不縮放且第0～5位的取值無意義;第5位表示在進(jìn)行縮放時是縮還是放，0則縮，1則放;第4位取值0表示按標(biāo)準(zhǔn)格式縮放，取值1表示按可變格式縮放，且前面的第0～3位表示可變格式的控制，取值范圍由低到高分8級，以二進(jìn)制數(shù)0～7表示，等于8時表示按步進(jìn)格式縮放，取其他值無意義。

②字節(jié)Byte2。用來控制攝像機的調(diào)焦，設(shè)置與Bytel相似，從略。

③字節(jié)Byte3。第7位是控制工作臺移動的開關(guān)，取值0為開即進(jìn)行移動，取值1則關(guān)閉工作臺移動;第6—3位表示工作臺移動的方向，取值0表示移動方向有效，1表示無效。

④字節(jié)Byte4的第7～4共4位控制工作臺左右移動速度，第3—0共4位控制工作臺上下移動速度，分9個等級，以二進(jìn)制數(shù)0—8表示，取其他值無意義。需要說明的是：控制字節(jié)的Byte2第7位、Byte3低3位以及Byte5、Byte6在協(xié)議中沒有使用，編程時全部取值1，Byte5、Byte6留作協(xié)議進(jìn)行下一步拓展時使用。雖然CRC域可以實現(xiàn)校驗，但是為了確保通信的可靠性，本協(xié)議仍以Byte7作校驗碼，校驗碼的計算方法為取Byte0～Byte6累加和的低8位。另外需要說明的是：由于工作臺的控制采用PWM調(diào)速，所以分了4個方向、9個速度等級，由Byte4控制，上下、左右的速度等級可以取不同值對應(yīng)不同的速度。

在本文中攝像模塊的控制要使用SONY的VISCA協(xié)議，因此還要在控制器中設(shè)計CAN控制協(xié)議到VIS—CA協(xié)議的轉(zhuǎn)換。VISCA協(xié)議是公開的，此處只需將控制命令轉(zhuǎn)換為VISCA協(xié)議的控制碼通過串口發(fā)送即可。

4 軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件包括上位機軟件、轉(zhuǎn)接器軟件以及控制器軟件。其中，上位機軟件主要是設(shè)計控制界面，以及與轉(zhuǎn)接器的串口通信。在此可基于微軟的VS2008平臺用C#語言開發(fā)上位機軟件，該平臺提供了串口的控件，程序編寫相對簡單，文獻(xiàn)也較多，限于篇幅不再詳述。以下重點說明控制器地址配置與修改方法以及控制器軟件設(shè)計。

4.1 控制器地址配置與修改

當(dāng)前市場上的監(jiān)控攝像機控制器(解碼器)地址設(shè)定都是采用DIP開關(guān)來完成的。這在實際煤礦現(xiàn)場使用時很不方便，若要改變地址就必須到現(xiàn)場去手動沒定，而煤礦中有許多地方人員由于會帶來安全問題不便出入?；诖?，本文設(shè)計了地址可實時在上位機直接修改的方案，徹底拋掉了DIP開關(guān)。

方案采用了地址映射的方法。將攝像機地理位置與監(jiān)控界面對應(yīng)的地址稱為邏輯地址，攝像機控制器的CAN標(biāo)識符對應(yīng)的地址稱為物理地址。在上位機程序中建立一張邏輯地址與物理地址的對應(yīng)表，并將其映射到轉(zhuǎn)接器的程序地址表里，轉(zhuǎn)接器根據(jù)表的狀態(tài)變化實時修改控制器的物理地址。這樣控制命令采用物理地址進(jìn)行傳輸就不會影響上位機對攝像機地理位置的判斷，只是控制器使用前必須在上位機設(shè)定一次邏輯地址與物理地址，修改時使用圖3所示的控制器更新地址命令即可完成。這種方案的另一個優(yōu)點就是不會引起手動設(shè)定時的地址沖突(可編寫程序在設(shè)定地址前檢查有無沖突)。

4.2 控制器軟件設(shè)計

控制器軟件由主程序、子程序和中斷程序組成。主程序主要完成處理器的初始化。初始化內(nèi)容主要包括：將P0.0、P0.1、P0.8、P0.9設(shè)置為串口功能，串口0工作為查詢模式，串口1工作為中斷模式，并設(shè)置其中斷優(yōu)先級及通信波特率，使能相應(yīng)中斷位;設(shè)置P0.2、P0.3為I C總線功能，禁止其中斷功能;設(shè)置P0.7、P0.21為PWM功能，置P1.17、P1.19為通用I/O口功能;設(shè)置P0.23、P0.24為CAN控制器功能，工作為中斷方式，讀取存儲在24C04中的控制器物理地址，根據(jù)該地址設(shè)置CAN控制器的濾波寄存器，使能CAN中斷控制位;開全局中斷控制;初始化完畢后主程序即進(jìn)入循環(huán)等待過程。

子程序主要有：24C04讀寫子程序、攝像機模塊控制命令發(fā)送子程序(該程序同時完成CAN控制命令到VISCA協(xié)議的轉(zhuǎn)換)、工作臺控制子程序、控制器地址修改子程序。

中斷程序只有串口1中斷和CAN中斷。串口1開始通信進(jìn)入中斷后要先進(jìn)行兩次握手，然后接收4字節(jié)的地址值，前2個字節(jié)的高11位是邏輯地址，后2個字節(jié)的高11位是物理地址。再接收1字節(jié)的校驗碼，然后按接收的數(shù)據(jù)計算校驗碼是否正確，若正確則調(diào)用24C04讀寫子程序?qū)懭氲刂沸畔?，若不正確返回發(fā)送錯誤信息，寫入24C04時，若發(fā)生錯誤，返回寫入錯誤信息，否則，返回寫入正確信息。通信過程中若發(fā)生超時，則返回超時信息。CAN通信進(jìn)入中斷后先讀取接收緩沖區(qū)的CAN報文，計算校驗碼。若校驗碼不正確則發(fā)送錯誤幀后返回;若正確則先調(diào)用攝像機模塊控制命令發(fā)送子程序控制攝像機動作，再調(diào)用工作臺控制子程序完成工作臺控制，然后返回。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的礦用攝像機CAN總線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)經(jīng)試驗測試運行穩(wěn)定可靠，無攝像機和工作臺失控、誤動現(xiàn)象，適合在煤礦現(xiàn)場使用。雖然是控制的SONY攝像模塊，但電路在后端改造后也可控制其他攝像模塊。系統(tǒng)還可以在錯誤檢測及操作系統(tǒng)移植方面進(jìn)一步改進(jìn)。該控制系統(tǒng)是煤礦現(xiàn)場總線遠(yuǎn)程控制的典型應(yīng)用。