引言

　　隨著人們生活水平的提高，人們愈來愈追求多樣化和個性化的休閑娛樂方式，除了“求新、求奇、求特、求異”之外，大家更加注重體驗參與式的游藝活動，為了應對這種消費需求偏好的改變，提升企業(yè)自身競爭力，本系統(tǒng)將先進的激光多址編碼[1]、RF無線射頻、CAN總線、動漫與光機電控制等技術相結合，設計一種基于光機電與動漫結合的新型交互式射擊游藝系統(tǒng)。

　　目前，比較好的射擊游藝系統(tǒng)有迪斯尼公司的“巴斯光年星際歷險”，另一種類似的游樂設施有“Buzz Light year’s Space Ranger Spin”，它們一直以來都是主題樂園內深受歡迎的游樂設施之一。但以上兩種系統(tǒng)都缺少游藝過程和調度中心控制協(xié)作的功能，沒有上位機控制軟件，不能存儲分析射擊數據。本系統(tǒng)在集成上述系統(tǒng)先進技術和創(chuàng)意理念的基礎上，克服了上述技術問題，通過有線與無線通信的有機結合，從技術到創(chuàng)意都有較大的提高，使游客可享受到更大的游藝樂趣。

　　控制系統(tǒng)的設計與實現

　　系統(tǒng)主要由中心調度分系統(tǒng)、游藝小車通信分系統(tǒng)、區(qū)域道具動作機電控制分系統(tǒng)、車載PLC運動控制分系統(tǒng)、動漫效果與光機電控制分系統(tǒng)組成，如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)組成結構示意圖

　　中心調度分系統(tǒng)

　　通過CAN總線與區(qū)域道具動作機電控制分系統(tǒng)進行雙向數據通信實現計分與道具機電動作控制;與游藝小車通信分系統(tǒng)采用基于無線射頻模塊nRF905的主從式雙向數據通信實現動漫效果與光機電控制，實現射擊過程的實時計分顯示、動漫場景與光機電動作協(xié)調控制。中心調度分系統(tǒng)接收/處理各區(qū)域控制分系統(tǒng)計分和檢測開關狀態(tài)、車載分系統(tǒng)初始化等信號;顯示車載系統(tǒng)各車子網絡連接狀態(tài);通過人工方式向車載分系統(tǒng)發(fā)送啟動、停車等控制指令;自動向車載分系統(tǒng)發(fā)送實時分數信息;控制播放數字化動漫影音信息，并向車載分系統(tǒng)發(fā)送控制信號(該信號由各車子行走控制系統(tǒng)解釋并執(zhí)行車子動作);處理分數排行及歷史紀錄、用戶信息管理等;下客區(qū)顯示屏播放即時分數、候客區(qū)顯示屏播放歷史紀錄、預演區(qū)顯示屏播放游戲短片及解說、區(qū)域控制區(qū)內投影機播放數字化動漫影片;能控制至少8個區(qū)域控制分系統(tǒng)(共110個控制點)。

　　游藝小車通信分系統(tǒng)

　　通過人工觸發(fā)玩具手槍內的紅外激光發(fā)射模塊，向區(qū)域道具動作機電控制分系統(tǒng)發(fā)射多址編碼信息，模擬射擊過程，完成游客與現場道具的交互過程。接收/處理中心調度分系統(tǒng)的分數信息并顯示;接收中心控制分系統(tǒng)的啟動、停止和動作指令，并通過RS232數字接口通道透明地傳輸給車載PLC控制分系統(tǒng);接收車載PLC控制分系統(tǒng)信息并發(fā)送給中心調度分系統(tǒng);實時顯示對應車號座位打中靶模分數;實現叩動扳機或按鈕音效、其它動作音效。

　　車載PLC運動控制分系統(tǒng)

　　通過西門子的S7_200 PLC控制伺服電機，控制游藝小車的行走、旋轉、定位、防撞等動作，自動探測位置實現防碰撞、自動上報游藝小車當前運行狀態(tài)等。

　　動漫效果與光機電控制分系統(tǒng)

　　由中心調度分系統(tǒng)通過CAN控制總線下發(fā)動漫播放控制指令，接收區(qū)域控制器輸出的道具控制信號控制機電動作效果，執(zhí)行道具相應特定的聲光電效果;實現各場景機電控制動作。

　　區(qū)域道具動作控制分系統(tǒng)

　　接收/處理車載通信分系統(tǒng)發(fā)射的紅外激光編碼信息;通過CAN總線向中心調度分系統(tǒng)發(fā)送計分信息，接收中心調度分系統(tǒng)的控制指令;響應區(qū)域控制器輸出信號的動作及燈光特效、音響效果;每個區(qū)域能容納至少各20個輸入輸出I/O口(I口光電隔離，O口繼電器)。

　　通信網絡的組成

　　本系統(tǒng)有機地將CAN總線與RF無線通信有機結合在一起，實現射擊過程的有效互動。

　　基于nRF905主從式無線局域網通信

　　系統(tǒng)由一個中心控制設備(中心調度分系統(tǒng)主通信模塊)及8個節(jié)點設備(游藝小車)組成[2]，中心設備PC機使用全雙工USB-UART串口與主模塊通信，主模塊與各節(jié)點模塊傳輸無線數據。根據網絡協(xié)議，數據傳輸采用半雙工的點對點方式或廣播的方式。節(jié)點模塊可根據接收的數據進行相應的顯示、控制操作，并可通過UART與下位機PLC進行通信，如圖2所示。

　　圖2 基于nRF905主從式無線局域網通信結構示意圖

　　為此，定義用戶數據內容如下：用戶數據包括4位的狀態(tài)字X和Data數據：狀態(tài)字X的高兩位用于控制數據發(fā)送方向，如X高兩位為00表示中心控制設備向節(jié)點設備發(fā)送顯示數據，此時低兩位為屏幕ID，用于進行分屏顯示，顯示內容為Data數據;如X高兩位為01，低兩位備用，表示中心控制設備向節(jié)點設備發(fā)送控制數據Data，節(jié)點設備可通過UART將Data數據送至下位機PLC;如X高兩位為10，低兩位備用，表示節(jié)點設備向中心控制設備發(fā)送來自下位機PLC串口的Data數據。

　　基于CAN總線的道具動作多址通信

　　如圖3所示，CAN總線通信網絡中每個道具作為獨立的CAN節(jié)點，通過PIC18F4580的CAN接口掛在CAN總線上，CAN總線各個節(jié)點與主控器連成一體，利用CAN通信協(xié)議實現各節(jié)點間分區(qū)域的數據交換與信息處理[3]。

圖3 CAN總線通信結構示意圖
　　中心調度程序的設計與實現

　　中心調度程序采用面向對象的設計方法，開發(fā)語言使用Visual Basic，后臺數據庫使用SQL-SERVER 2000，如圖4所示。

　　圖4 中心調度程序結構示意圖

　　根據系統(tǒng)功能要求不同，分為射擊分數顯示客戶端程序、動漫播放控制客戶端程序，中心調度服務器程序和后臺數據庫。程序之間通過Winsock進行局域網數據通信，CAN總線和nRF905無線射頻的主控制器通過UART-USB模塊與調度中心程序進行數據通信。

　　基于Winsock的網絡通信程序設計

　　使用Winsock控件時可以使用兩種協(xié)議：TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，本系統(tǒng)采用TCP協(xié)議，分別建立客戶應用程序和服務器應用程序。

　　在創(chuàng)建客戶應用程序時，必須知道服務器計算機名或其IP地址(存于RemoteHost屬性)、及服務器計算機進行偵聽的端口(存于RemotePort屬性)，然后調用Connect方法。

　　創(chuàng)建服務器應用程序時，就應相應設置一個偵聽端口(LocalPort屬性)并調用Listen方法。當客戶機需要連接時(connect)，就會發(fā)生ConnectionRequest事件。由于系統(tǒng)有多個客戶端，因此要動態(tài)管理客戶端的各個連接請求，參考如下程序設計：

　　Private sub sckserver_connectrequest(Index as Integer,Byval requestid as long)
　　dim sip as string
　　dim I as integer
　　sip=sckserver(0).RemoteHostIP '獲得登錄者的IP地址
　　I=1
　　Do while I<=sckserver.ubound '檢查是否已經有該地址的記錄
　　If sckserver(I).RemoteHostIP=sip then '如有，不必加載新的控件
　　Sckserver(I).Accept requestid
　　Exit sub
　　End if
　　I=I+1
　　Loop
　　Load sckserver(I) '否則，加載新的控件
　　Scksrver(I).accept requestID
　　End sub

　　為了完成連接，在ConnectionRequest事件中調用Accept方法。建立連接后，任何一方計算機都可以發(fā)送、接收對方數據。發(fā)送數據時，需調用SendData方法。當接收到數據時，會發(fā)生DataArrival事件，調用DataArrival事件中的GetData方法就可以獲得對方傳送的數據。

　　基于MSComm的串口通信程序設計

　　MSComm通信控件提供了一系列標準通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設備、還可以發(fā)送命令、進行數據交換以及監(jiān)視和響應在通信過程中可能發(fā)生的各種錯誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工的、事件驅動的、高效實用的通信程序。

　　在程序加載過程中，由于可能存在無線和CAN兩種通信方式，所以在Form_Load事件中要進行初始化處理，參考以下程序：

‘CAN總線主控制器初始化程序
For i = 0 To Comm_Port_Num - 1
    If CommSetups(i).commType = "CAN" Then
        MSComm1.CommPort =CInt(Mid(Trim(CommSetups(i).commID), 4))
        If MSComm1.PortOpen Then MSComm1.PortOpen = False
        MSComm1.Settings = Trim(CommSetups(i).commSetting)
        MSComm1.PortOpen = True            '打開串行口
        Text1.Text = "CAN通信端口初始化成功" & vbCrLf
        Exit For
    End If
Next i
‘nRF905射頻主控制器初始化程序
For i = 0 To Comm_Port_Num - 1
    If CommSetups(i).commType = "COM" Then
        MSComm1.CommPort =CInt(Mid(Trim(CommSetups(i).commID), 4))
        If MSComm1.PortOpen Then MSComm1.PortOpen = False
        MSComm1.Settings = Trim(CommSetups(i).commSetting)
        MSComm1.PortOpen = True            '打開串行口
        Text1.Text = "nRF905端口初始化成功" & vbCrLf
        Exit For
    End If
Next i

　　在數據接收過程中，MSComm提供了兩種處理通信問題的方法，一是事件驅動方法，一是查詢法。本系統(tǒng)采用事件驅動方法，當有新字符到達或端口狀態(tài)改變，或發(fā)生錯誤時，MSComm控件將觸發(fā)OnComm事件，而應用程序在捕獲該事件后，通過檢查MSComm控件的CommEvent屬性可以獲知所發(fā)生的事件或錯誤，從而采取相應的操作。
　　當需要發(fā)送數據時，通過調用MSComm的Output方法實現。

　　結論

　　作為中山市新一輪產業(yè)結構重點支持發(fā)展產業(yè)之一的游戲游藝產業(yè)，為適應市場營銷需求多元化結構及綜合性游玩方式的新需求，本系統(tǒng)由中山市金馬游藝機有限公司和電子科技大學中山學院聯(lián)合開發(fā)并于2008年下半年成功交付使用。本系統(tǒng)是集多項先進技術于一體，突破游藝和動漫原有的產業(yè)邊界，在傳統(tǒng)游藝機項目[4]的基礎上首創(chuàng)性地將動漫與機電控制、有線與無線組網等技術有機地結合在一起，設計完成一種新型交互式射擊游藝控制系統(tǒng)。