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作者/ 刘根水1 蒋健1 李振威1 陈炜2 1.北京理工大学(北京 100081) 2.北京世纪联信科技有限公司(北京 100091)

　　刘根水(1993-)，男，硕士生，研究方向：检测技术与自动化装置;蒋健，男，硕士，副教授，研究方向：嵌入式控制系统;李振威，男，硕士生，研究方向：检测技术与自动化装置;陈炜，男，硕士，高级工程师，研究方向：嵌入式系统开发与应用。

摘要：本文设计了一种基于MAX-1000视频矩阵系统和嵌入式Linux系统的视频矩阵控制服务器。采用树莓派作为控制器，通过RS-232串口接收键盘的切换和云台控制指令，解析该指令并转换成视频矩阵指令，再通过RS-232串口将指令下发给视频矩阵，实现对矩阵的切换和云台的控制。同时，设计了一个WEB服务器，可在WEB页面上配置视频矩阵控制服务器的参数，实现了视频矩阵的远程切换和云台PTZ控制。该控制服务器具有使用方便、功能强大、可扩展、易维护、可靠性高等特点，已成功应用到现场，能够满足大型监控现场的监控需求。

引言

　　视频矩阵是一种能够满足视频选择和切换的设备，其首要的功能是将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道，使图像能够按需显示。而视频矩阵切换控制服务器则是视频监控系统的核心^[1]。

　　本文基于嵌入式Linux系统[2]开发的视频矩阵控制服务器与传统单片机控制的视频矩阵系统相比，具有更好的移植性和扩展性。同时，开发了基于HTTP协议的WEB控制系统，相比于传统的键盘按键控制具有更丰富的应用场景，实现了网络化。

1 系统总体结构设计

　　本文采用MAX-1000视频矩阵系统，该系统是一个集视频切换、报警处理、多媒体图像控制、视频和数据信息交换的多功能开放系统。

　　视频矩阵控制系统由控制终端(包括键盘控制和WEB控制)、视频矩阵控制服务器、MAX-1000矩阵、监控设备和显示设备构成，视频矩阵控制系统结构如图1所示。

　　控制终端在本地键盘控制的基础上，增加了WEB控制，实现了对视频矩阵的远程控制。键盘采用HEGS-5300控制键盘，提供6级调速和27级调速两种云台速度调整范围，通过单工的RS-232串行频道与MAX-1000系统控制服务器通信。键盘按键发送切换指令，键盘三维比例操纵杆发送云台转动和镜头变焦的指令。

　　矩阵控制服务器和MAX-1000矩阵之间通过RS-232协议通信，控制服务器将矩阵控制的指令发送给MAX-1000矩阵，MAX-1000矩阵的控制卡根据接收到的指令进行输入通道和输出通道的切换或者进行云台的控制。

2 控制服务器硬件设计

　　控制服务器包含较复杂的控制功能以及WEB服务功能，因此没有采用基于单片机的设计，而是采用了嵌入式的设计。主控制器选择树莓派，以开源的Ubuntu^[3]为操作系统，选择Python为主要编程语言。

　　树莓派是一款基于ARM[4]的微型电脑主板，具备PC的基本功能。目前共发行A、B和B+三个版本，综合来说，B+版本的功耗更低，接口也更丰富，并且对热插拔和过流保护做了改良，因此，本系统选择B+版本，其各接口示意图如图2所示，其性能参数如表1所示。

　　控制服务器通过RS-232^[5]串口与其他设备通信，需要较多的RS-232串口，可在树莓派USB口上外接两个高速USB转4串口模块扩展出八个串口，并将该模块的串口模式设置为RS-232以满足需求。整个控制服务器采用9~36V供电，USB转4串口模块则由树莓派的USB口直接供电，实现低功耗设计。电源模块由EMC滤波器和DC-DC隔离电源模块组成，DC-DC电源选择URB2405YMD-6WR2隔离稳压电源模块，其输入为9~36V，输出为5V，作为树莓派的供电电源。

3 控制服务器软件设计

　　视频矩阵控制服务器主要的功能是视频矩阵的切换和云台的PTZ控制。

　　切换功能的主要流程是：根据串口参数初始化键盘串口和矩阵串口，开启串口线程读取键盘指令，开启矩阵下发串口指令线程，根据键盘协议解析键盘指令，根据矩阵协议生成矩阵控制指令，下发串口指令线程下发矩阵控制指令。

　　PTZ控制的主要流程和切换功能的流程类似，解析键盘指令稍有区别。

关键词： 视频矩阵 控制服务器 嵌入式Linux WEB服务器 RS-232 201710