礦用攝像機嵌入式CAN總線(xiàn)遠程控制技術(shù)

本協(xié)議以標準格式的11位標識符(ID10一ID0)為控制器、轉接器地址，由于CAN協(xié)議規定IDIO—ID4必須不能全為隱性1，因此有效地地址數為2032個(gè)。根據CAN規定RTR位在數據幀格式里必須為顯性0，標識符和RTR位構成數據幀的仲裁域。需要指出的是由于仲裁域決定數據在總線(xiàn)上傳輸時(shí)的優(yōu)先級，因此在設置時(shí)應將重要場(chǎng)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用于確定數據域的長(cháng)度，本協(xié)議所需數據域為8字節，故控制域取值為：DLC3一DLC0=1000。

所有控制命令全部在數據域的8個(gè)字節中設置，其中最后1個(gè)字節Byte0用于決定發(fā)送的是控制器更新地址還是控制字節，當其取值O*O1時(shí)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;當字節Byte0取值0x02時(shí)表示其前面的6個(gè)字節Bytel—Byte6是控制字節，控制字節的詳細設置如圖3下部所示。

① 字節Bytel。第7位控制攝像機電源開(kāi)關(guān)，取值0控制電源開(kāi)，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(wú)意義;第5位表示在進(jìn)行縮放時(shí)是縮還是放，0則縮，1則放;第4位取值0表示按標準格式縮放，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0～7表示，等于8時(shí)表示按步進(jìn)格式縮放，取其他值無(wú)意義。

②字節Byte2。用來(lái)控制攝像機的調焦，設置與Bytel相似，從略。

③字節Byte3。第7位是控制工作臺移動(dòng)的開(kāi)關(guān)，取值0為開(kāi)即進(jìn)行移動(dòng)，取值1則關(guān)閉工作臺移動(dòng);第6—3位表示工作臺移動(dòng)的方向，取值0表示移動(dòng)方向有效，1表示無(wú)效。

④字節Byte4的第7～4共4位控制工作臺左右移動(dòng)速度，第3—0共4位控制工作臺上下移動(dòng)速度，分9個(gè)等級，以二進(jìn)制數0—8表示，取其他值無(wú)意義。需要說(shuō)明的是：控制字節的Byte2第7位、Byte3低3位以及Byte5、Byte6在協(xié)議中沒(méi)有使用，編程時(shí)全部取值1，Byte5、Byte6留作協(xié)議進(jìn)行下一步拓展時(shí)使用。雖然CRC域可以實(shí)現校驗，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(shuō)明的是：由于工作臺的控制采用PWM調速，所以分了4個(gè)方向、9個(gè)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計CAN控制協(xié)議到VIS—CA協(xié)議的轉換。VISCA協(xié)議是公開(kāi)的，此處只需將控制命令轉換為VISCA協(xié)議的控制碼通過(guò)串口發(fā)送即可。

4 軟件設計

控制系統軟件包括上位機軟件、轉接器軟件以及控制器軟件。其中，上位機軟件主要是設計控制界面，以及與轉接器的串口通信。在此可基于微軟的VS2008平臺用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)上位機軟件，該平臺提供了串口的控件，程序編寫(xiě)相對簡(jiǎn)單，文獻也較多，限于篇幅不再詳述。以下重點(diǎn)說(shuō)明控制器地址配置與修改方法以及控制器軟件設計。

4.1 控制器地址配置與修改

當前市場(chǎng)上的監控攝像機控制器(解碼器)地址設定都是采用DIP開(kāi)關(guān)來(lái)完成的。這在實(shí)際煤礦現場(chǎng)使用時(shí)很不方便，若要改變地址就必須到現場(chǎng)去手動(dòng)沒(méi)定，而煤礦中有許多地方人員由于會(huì )帶來(lái)安全問(wèn)題不便出入?；诖?，本文設計了地址可實(shí)時(shí)在上位機直接修改的方案，徹底拋掉了DIP開(kāi)關(guān)。

方案采用了地址映射的方法。將攝像機地理位置與監控界面對應的地址稱(chēng)為邏輯地址，攝像機控制器的CAN標識符對應的地址稱(chēng)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表，并將其映射到轉接器的程序地址表里，轉接器根據表的狀態(tài)變化實(shí)時(shí)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(huì )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定一次邏輯地址與物理地址，修改時(shí)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(gè)優(yōu)點(diǎn)就是不會(huì )引起手動(dòng)設定時(shí)的地址沖突(可編寫(xiě)程序在設定地址前檢查有無(wú)沖突)。

4.2 控制器軟件設計

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。初始化內容主要包括：將P0.0、P0.1、P0.8、P0.9設置為串口功能，串口0工作為查詢(xún)模式，串口1工作為中斷模式，并設置其中斷優(yōu)先級及通信波特率，使能相應中斷位;設置P0.2、P0.3為I C總線(xiàn)功能，禁止其中斷功能;設置P0.7、P0.21為PWM功能，置P1.17、P1.19為通用I/O口功能;設置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，根據該地址設置CAN控制器的濾波寄存器，使能CAN中斷控制位;開(kāi)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(guò)程。

子程序主要有：24C04讀寫(xiě)子程序、攝像機模塊控制命令發(fā)送子程序(該程序同時(shí)完成CAN控制命令到VISCA協(xié)議的轉換)、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(kāi)始通信進(jìn)入中斷后要先進(jìn)行兩次握手，然后接收4字節的地址值，前2個(gè)字節的高11位是邏輯地址，后2個(gè)字節的高11位是物理地址。再接收1字節的校驗碼，然后按接收的數據計算校驗碼是否正確，若正確則調用24C04讀寫(xiě)子程序寫(xiě)入地址信息，若不正確返回發(fā)送錯誤信息，寫(xiě)入24C04時(shí)，若發(fā)生錯誤，返回寫(xiě)入錯誤信息，否則，返回寫(xiě)入正確信息。通信過(guò)程中若發(fā)生超時(shí)，則返回超時(shí)信息。CAN通信進(jìn)入中斷后先讀取接收緩沖區的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;若正確則先調用攝像機模塊控制命令發(fā)送子程序控制攝像機動(dòng)作，再調用工作臺控制子程序完成工作臺控制，然后返回。

5 結束語(yǔ)

本文設計的礦用攝像機CAN總線(xiàn)遠程控制系統經(jīng)試驗測試運行穩定可靠，無(wú)攝像機和工作臺失控、誤動(dòng)現象，適合在煤礦現場(chǎng)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。系統還可以在錯誤檢測及操作系統移植方面進(jìn)一步改進(jìn)。該控制系統是煤礦現場(chǎng)總線(xiàn)遠程控制的典型應用。