控制系統(tǒng)中上位機要首先與轉接器通信，傳送控制命令，這部分需要一個串口通信協(xié)議。通信時采用兩次握手的方法，地址使用邏輯地址(詳見控制器地址配置部分)，數(shù)據(jù)的格式直接采用后面的CAN數(shù)據(jù)格式，在數(shù)據(jù)之后加一個字節(jié)的校驗和作為通信校驗。鑒于串口通信的文獻較多，此處不再贅述。

由于轉接器里的控制命令要通過CAN總線遠距離傳輸，而CAN V2.0B規(guī)范只規(guī)定了底層協(xié)議標準，并沒有對高層協(xié)議做統(tǒng)一規(guī)定，因此高層的控制協(xié)議需要單獨開發(fā)。CAN的報文由4個不同的幀類型表示和控制，即數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀。鑒于攝像機控制系統(tǒng)中控制命令不多，故本文采用數(shù)據(jù)幀的標準格式發(fā)送控制命令，這樣做的優(yōu)點是可以減少網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提高控制系統(tǒng)響應的實時性。協(xié)議具體設置如圖3所示，數(shù)據(jù)幀包括幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應答域以及幀結束共7個部分。其中幀起始、CRC域、應答域、幀結束4個部分在文獻[5]中已經(jīng)詳細規(guī)定，此處從略。

圖3 CAN控制數(shù)據(jù)報文幀格式圖

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(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，標識符和RTR位構成數(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，因此在設置時應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)的詳細設置如圖3下部所示。

① 字節(jié)Bytel。第7位控制攝像機電源開關，取值0控制電源開，取值1控制電源關閉;第6位控制攝像機縮放，取值0控制攝像機進行縮放，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，以二進制數(shù)0～7表示，等于8時表示按步進格式縮放，取其他值無意義。

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

③字節(jié)Byte3。第7位是控制工作臺移動的開關，取值0為開即進行移動，取值1則關閉工作臺移動;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)議是公開的，此處只需將控制命令轉換為VISCA協(xié)議的控制碼通過串口發(fā)送即可。

4 軟件設計

控制系統(tǒng)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計。

4.1 控制器地址配置與修改

當前市場上的監(jiān)控攝像機控制器(解碼器)地址設定都是采用DIP開關來完成的。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?；诖耍疚脑O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。

方案采用了地址映射的方法。將攝像機地理位置與監(jiān)控界面對應的地址稱為邏輯地址，攝像機控制器的CAN標識符對應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表，并將其映射到轉接器的程序地址表里，轉接器根據(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定時的地址沖突(可編寫程序在設定地址前檢查有無沖突)。

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(jù)該地址設置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開始通信進入中斷后要先進行兩次握手，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，若正確則調用24C04讀寫子程序寫入地址信息，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，再調用工作臺控制子程序完成工作臺控制，然后返回。

5 結束語

本文設計的礦用攝像機CAN總線遠程控制系統(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)移植方面進一步改進。該控制系統(tǒng)是煤礦現(xiàn)場總線遠程控制的典型應用。