矿用摄像机嵌入式CAN总线远程控制技术

地址使用逻辑地址(详见控制器地址配置部分)，数据的格式直接采用后面的CAN数据格式，在数据之后加一个字节的校验和作为通信校验。鉴于串口通信的文献较多，此处不再赘述。

由于转接器里的控制命令要通过CAN总线远距离传输，而CAN V2.0B规范只规定了底层协议标准，并没有对高层协议做统一规定，因此高层的控制协议需要单独开发。CAN的报文由4个不同的帧类型表示和控制，即数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。鉴于摄像机控制系统中控制命令不多，故本文采用数据帧的标准格式发送控制命令，这样做的优点是可以减少网络传输的数据量，提高控制系统响应的实时性。协议具体设置如图3所示，数据帧包括帧起始、仲裁域、控制域、数据域、CRC域、应答域以及帧结束共7个部分。其中帧起始、CRC域、应答域、帧结束4个部分在文献[5]中已经详细规定，此处从略。

图3 CAN控制数据报文帧格式图

本协议以标准格式的11位标识符(ID10一ID0)为控制器、转接器地址，由于CAN协议规定IDIO—ID4必须不能全为隐性1，因此有效地地址数为2032个。根据CAN规定RTR位在数据帧格式里必须为显性0，标识符和RTR位构成数据帧的仲裁域。需要指出的是由于仲裁域决定数据在总线上传输时的优先级，因此在设置时应将重要场所的摄像机配置为高优先级地址。控制域的r位是两位保留位，后面的DLC3一DLC0用于确定数据域的长度，本协议所需数据域为8字节，故控制域取值为：DLC3一DLC0=1000。

所有控制命令全部在数据域的8个字节中设置，其中最后1个字节Byte0用于决定发送的是控制器更新地址还是控制字节，当其取值O*O1时表示发送的是更新地址，且其前面的Bytel～Byte2的高1 1位表示逻辑地址，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;当字节Byte0取值0x02时表示其前面的6个字节Bytel—Byte6是控制字节，控制字节的详细设置如图3下部所示。

① 字节Bytel。第7位控制摄像机电源开关，取值0控制电源开，取值1控制电源关闭;第6位控制摄像机缩放，取值0控制摄像机进行缩放，取值1维持原状不缩放且第0～5位的取值无意义;第5位表示在进行缩放时是缩还是放，0则缩，1则放;第4位取值0表示按标准格式缩放，取值1表示按可变格式缩放，且前面的第0～3位表示可变格式的控制，取值范围由低到高分8级，以二进制数0～7表示，等于8时表示按步进格式缩放，取其他值无意义。

②字节Byte2。用来控制摄像机的调焦，设置与Bytel相似，从略。

③字节Byte3。第7位是控制工作台移动的开关，取值0为开即进行移动，取值1则关闭工作台移动;第6—3位表示工作台移动的方向，取值0表示移动方向有效，1表示无效。

④字节Byte4的第7～4共4位控制工作台左右移动速度，第3—0共4位控制工作台上下移动速度，分9个等级，以二进制数0—8表示，取其他值无意义。需要说明的是：控制字节的Byte2第7位、Byte3低3位以及Byte5、Byte6在协议中没有使用，编程时全部取值1，Byte5、Byte6留作协议进行下一步拓展时使用。虽然CRC域可以实现校验，但是为了确保通信的可靠性，本协议仍以Byte7作校验码，校验码的计算方法为取Byte0～Byte6累加和的低8位。另外需要说明的是：由于工作台的控制采用PWM调速，所以分了4个方向、9个速度等级，由Byte4控制，上下、左右的速度等级可以取不同值对应不同的速度。

在本文中摄像模块的控制要使用SONY的VISCA协议，因此还要在控制器中设计CAN控制协议到VIS—CA协议的转换。VISCA协议是公开的，此处只需将控制命令转换为VISCA协议的控制码通过串口发送即可。

4 软件设计

控制系统软件包括上位机软件、转接器软件以及控制器软件。其中，上位机软件主要是设计控制界面，以及与转接器的串口通信。在此可基于微软的VS2008平台用C#语言开发上位机软件，该平台提供了串口的控件，程序编写相对简单，文献也较多，限于篇幅不再详述。以下重点说明控制器地址配置与修改方法以及控制器软件设计。

4.1 控制器地址配置与修改

当前市场上的监控摄像机控制器(解码器)地址设定都是采用DIP开关来完成的。这在实际煤矿现场使用时很不方便，若要改变地址就必须到现场去手动没定，而煤矿中有许多地方人员由于会带来安全问题不便出入。基于此，本文设计了地址可实时在上位机直接修改的方案，彻底抛掉了DIP开关。

方案采用了地址映射的方法。将摄像机地理位置与监控界面对应的地址称为逻辑地址，摄像机控制器的CAN标识符对应的地址称为物理地址。在上位机程序中建立一张逻辑地址与物理地址的对应表，并将其映射到转接器的程序