基于局域網(wǎng)協(xié)議的串口集中控制技術(shù)研究與應(yīng)用

徐海青++孫飛++吳立剛++湯捷

摘要：隨著各類集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，集成度越來越高，多信息管理遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集中控制已經(jīng)成為今后計(jì)算機(jī)發(fā)展的新趨勢(shì)。本文基于無線局域網(wǎng)和485總線的串口集中控制技術(shù)，自主研發(fā)了以“信號(hào)集中發(fā)送模塊”為核心的魔鏡中控硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“魔鏡”全景智能融合系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制。

關(guān)鍵詞：集中控制；全景智能融合；局域網(wǎng)；安卓APP

中圖分類號(hào)：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）12-0003-02

投影融合技術(shù)就是將一組投影機(jī)投射出的畫面進(jìn)行邊緣重疊，并通過融合技術(shù)顯示出一個(gè)沒有縫隙更加明亮、超大、高分辨率的整幅畫面，畫面的效果就象是一臺(tái)投影機(jī)投射的畫面，是現(xiàn)在比較流行的一種技術(shù)[1]。

傳統(tǒng)LCD/LED圖像有縫拼接的方式缺乏畫面完整性與亮度色彩均勻性，且存在藍(lán)光灼傷和維護(hù)成本高等問題，很難滿足用戶對(duì)整屏無縫顯示視覺效果的迫切需求[2][3]。投影融合技術(shù)應(yīng)用多臺(tái)投影顯示單元組成多通道融合展示系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)LCD/LED圖像拼接顯示技術(shù)存在的缺陷，成為實(shí)現(xiàn)大屏無縫拼接顯示的重要技術(shù)方法，逐步成為電力行業(yè)顯示系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢(shì)[4]。

隨著各類集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，且集成度也越來越高，多信息管理遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集中控制已經(jīng)成為今后計(jì)算機(jī)發(fā)展的新趨勢(shì)[5][6]。本文中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)“魔鏡”全景智能融合系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制，基于無線局域網(wǎng)和485總線的串口集中控制技術(shù)，自主研發(fā)了以“信號(hào)集中發(fā)送模塊”為核心的魔鏡中控硬件系統(tǒng)。

1 全景可視化智能融合展示系統(tǒng)——“魔鏡”

“魔鏡”系列全景可視化智能融合展示系統(tǒng)——是安徽繼遠(yuǎn)軟件公司推出的新一代分布式架構(gòu)融合處理產(chǎn)品，基于純硬件FPGA架構(gòu)開發(fā)，采用自動(dòng)幾何校正、圖像融合、高清畫質(zhì)增強(qiáng)、智能投射與控制技術(shù)，將一組投影機(jī)投射出的畫面進(jìn)行邊緣重疊，并通過圖像邊緣融合技術(shù)顯示出一個(gè)沒有縫隙更加明亮、超大、高分辨率的整幅畫面，專門針對(duì)各類工業(yè)展示大屏設(shè)計(jì)，可以完成平面、弧面、曲面等各種大規(guī)模、超高清、無失真的智能展示系統(tǒng)?！澳хR”主要是由智能融合系統(tǒng)和融合屏組成，多路信號(hào)源通過融合處理后顯示一幅極致高清無縫整體畫面，具有更大的顯示尺寸、更寬的視野、超高分辨率以及更具沖擊力和沉浸感的視覺體驗(yàn)。

繼遠(yuǎn)軟件公司“魔鏡”集中控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“‘魔鏡中控”）研發(fā)始于2017年初，重點(diǎn)分為硬件研發(fā)、軟件開發(fā)兩個(gè)部分。其中，軟件是一款基于安卓5.1系統(tǒng)的原生開發(fā)APP，通過在用戶界面配置各個(gè)設(shè)備參數(shù)以及基于TCP/IP協(xié)議的APP與中控模塊數(shù)據(jù)通信，可實(shí)現(xiàn)對(duì)投影機(jī)、融合機(jī)、電動(dòng)窗簾、音效和現(xiàn)場(chǎng)燈光的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

“魔鏡”集中控制系統(tǒng)以JYS-P7平板（注：JYS-P7平板為安徽繼遠(yuǎn)軟件公司自主研發(fā)產(chǎn)品，下同）為控制終端，系統(tǒng)架構(gòu)中以千兆網(wǎng)無線交換機(jī)為數(shù)據(jù)收發(fā)節(jié)點(diǎn)，通過無線局域網(wǎng)連接“魔鏡”中控，中控再通過串行總線和以太網(wǎng)口連接“魔鏡”各個(gè)附帶設(shè)備。通過終端控制平板上APP以無線的方式，遠(yuǎn)程控制“魔鏡”中控系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)投影機(jī)、融合機(jī)、燈光、窗簾及空調(diào)設(shè)備常見功能操作。“魔鏡”中控系統(tǒng)的詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

“魔鏡”中控的硬件系統(tǒng)由信號(hào)集中發(fā)送模塊、485調(diào)光模塊、485功放控制模塊和232繼電器構(gòu)成，其中核心部件為“信號(hào)集中發(fā)送模塊”。

該電路模塊采用Atmel單片機(jī)控制，為一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，擁有電源電路、單片機(jī)電路、信號(hào)放大電路、濾波電路、串口輸入輸出電路和RJ45輸入電路等六個(gè)主要功能電路。采用DC+5V供電，有兩個(gè)輸出通道和一個(gè)輸入通道。輸出通道為兩路串口輸出通道，輸入通道為單路RJ45千兆網(wǎng)輸入口，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程以設(shè)定每個(gè)輸出端口的工作模式、波特率、奇偶校驗(yàn)等串口參數(shù)。模塊通過右邊的RJ45接口用網(wǎng)線連接無線路由器，將電路模塊、路由器和控制平板組成局域網(wǎng)，并且通過單片機(jī)將電路模塊在局域網(wǎng)中設(shè)置為TCP/IP服務(wù)器模式。

在工作時(shí)，首先設(shè)定好兩個(gè)端口的輸出參數(shù)，用串口線纜連接特定設(shè)備，平板電腦通過WIFI接入局域網(wǎng)，通過TCP/IP協(xié)議向模塊所在的IP地址發(fā)送特定數(shù)據(jù)包，模塊接收到數(shù)據(jù)包后，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和二次打包，再由單片機(jī)控制將二次打包的數(shù)據(jù)包從設(shè)定好的端口發(fā)送出去，再通過串口傳輸線發(fā)送至各個(gè)設(shè)備，從而達(dá)到一個(gè)無線遠(yuǎn)程控制功能。

4 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

中控系統(tǒng)軟件以JYS-P7平板為基礎(chǔ)，是一款基于安卓5.1系統(tǒng)的原生開發(fā)APP，采用外部配置文件配置相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)可隨意增減設(shè)備，更改命令參數(shù)，開發(fā)性強(qiáng)，二次開發(fā)簡(jiǎn)單便捷，適用于各類用戶定制化需求。

APP和中控模塊硬件的通信基于TCP/IP協(xié)議，在通信過程中APP工作模式被固定寫死為TCP/IP客戶端，在APP啟動(dòng)時(shí)可以同前面設(shè)定好的中控模塊自動(dòng)建立握手連接。界面中每個(gè)按鈕都是一個(gè)特定的功能區(qū)，短按或長(zhǎng)按某個(gè)圖標(biāo)或按鈕將觸發(fā)APP后臺(tái)向服務(wù)器發(fā)送控制指令。

APP界面設(shè)計(jì)如圖2所示，界面簡(jiǎn)潔友好，以可視化操作為基礎(chǔ)，可以對(duì)會(huì)場(chǎng)使用的多媒體設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

客戶端APP加入了投影機(jī)、融合機(jī)、電動(dòng)窗簾及現(xiàn)場(chǎng)燈光的控制，在用戶界面可對(duì)各個(gè)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置。

燈光和音效均具有一鍵開啟功能，同時(shí)可以自定義調(diào)節(jié)燈光和音效大小。最下方有三個(gè)設(shè)定好的模式，用戶可以自定義設(shè)置這三個(gè)模式中需要的燈光和音效，免去了每次使用魔鏡都需要重新調(diào)整的麻煩。

4.1 投影機(jī)、融合機(jī)控制

實(shí)現(xiàn)多媒體系統(tǒng)中對(duì)投影機(jī)、融合機(jī)的控制是系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。系統(tǒng)針對(duì)投影機(jī)，采用RS-232串口控制方式，將中控硬件設(shè)備串口輸出端與投影機(jī)串口輸入端直連，通過調(diào)用投影機(jī)自身的串口控制ASCII碼實(shí)現(xiàn)投影機(jī)所有基本功能。針對(duì)融合機(jī)，采取相同的控制方法，調(diào)用融合機(jī)的串口控制ASCII代碼，實(shí)現(xiàn)融合機(jī)開、關(guān)機(jī)等基本操作及信號(hào)源切換、屏幕分屏、屏幕切換等高級(jí)操作。endprint

操作界面和功能可以按需求高度定制化，針對(duì)不同型號(hào)被控設(shè)備預(yù)先寫入不同的控制代碼。軟件前端只是實(shí)現(xiàn)對(duì)不同控制代碼的觸發(fā)操作。

4.2 燈光、窗簾和溫度控制

系統(tǒng)對(duì)燈光、窗簾和溫度的控制，采用TCP/IP協(xié)議，通過對(duì)燈光控制繼電器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和空調(diào)的控制實(shí)現(xiàn)最終控制目的。

交換機(jī)LAN口連接上述網(wǎng)口繼電器和網(wǎng)口紅外互轉(zhuǎn)器的RJ-45接口，從同屬局域網(wǎng)的控制平板上向指定IP發(fā)送指令數(shù)據(jù)，再由該IP所分配的設(shè)備將指令轉(zhuǎn)換為開斷指令和紅外發(fā)射指令來控制燈光的亮滅、窗簾的開關(guān)和會(huì)場(chǎng)空調(diào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)會(huì)場(chǎng)總體環(huán)境的控制。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著大屏展示系統(tǒng)集成度越來越高，集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用度也更加廣泛。采用基于無線局域網(wǎng)和485總線的集中控制系統(tǒng)，控制領(lǐng)域廣、性能穩(wěn)定，多信息管理計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)是今后計(jì)算機(jī)發(fā)展的新方向，其利用自身優(yōu)勢(shì)，通過多技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)最先進(jìn)的控制系統(tǒng)的應(yīng)用，突出其集中管理的特點(diǎn)，它必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理和應(yīng)用模式。同時(shí)，這一系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化運(yùn)用，不受地域的控制，可以滿足市場(chǎng)的多樣化需求，具有很好的應(yīng)用前景。

目前，“魔鏡”中控系統(tǒng)及APP已經(jīng)通過安徽繼遠(yuǎn)軟件公司測(cè)評(píng)中心的測(cè)試，并且已經(jīng)在國家電網(wǎng)公司諸多項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用，受到一致的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：As all kinds of the application of centralized control system become more and more widely， and integration is becoming more and more higher， multi-information management remote central control computer has become a new trend in the development of the computer in the future. In this paper， in order to achieve the remote centralized control of the panoramic view of “Magic-Mirror” intelligent fusion system， using a serial concentration based on the wireless local area network （LAN） and 485 bus control technology， and independently research and develop the “signal concentrated delivery module” as the core of the Magic-Mirror hardware control system.

Key words：centralized control；panoramic intelligence fusion；local area network；Android APPendprint