📘 第1篇：Pelco 协议前世今生 & KBD300A 键盘基础解析
欢迎来到 Pelco KBD300A 模拟器兼 Pelco-D / Pelco-P 协议现场维护工具 开发系列教程！
本系列基于 Python 3.7（兼容 Windows 7），旨在帮助安防工程师、协议爱好者和旧系统维护人员快速掌握 Pelco 协议的调试与模拟。最终目标不仅是打造一个功能完整的维护工具，更是构建一套"活的教材"，让你从零开始理解协议原理、掌握串口通信、复刻经典硬件。
本工具已实现以下完整功能：
- 串口自动扫描与手动选择（支持主流 USB 转 232/485 芯片）
- 实时波特率检测（2400--19200）与协议自动识别（D/P）
- Pelco-D & Pelco-P 全指令集支持（含扩展指令）
- KBD300A 键盘面板 100% 视觉还原（PyQt5 自定义皮肤）
- 云台、镜头、辅助开关、预置位、巡航、花样、轨迹等全功能操作
- 宏脚本编辑器（支持循环、延时、条件判断）
- 模板库管理（常见场景一键加载）
- 实时接收并解析返回数据（含报警与状态信息）
- 指令日志记录（十六进制 / 解析双视图）
- 结果导出（CSV、TXT、HTML 报告）
- 离线波形模拟器（无需真实设备也能学习协议）
本篇作为系列的起点，我们将从 Pelco 协议的历史与结构讲起，解析 KBD300A 键盘的功能布局，并提供 Win7 环境下的开发环境搭建指南。
🍄 1. Pelco 协议的前世今生
📜 历史起源
Pelco 协议诞生于 1980 年代，由美国 Pelco 公司（现属施耐德电气）开发，旨在为 PTZ 摄像机、矩阵切换器、解码器等设备提供统一的控制协议。其代表作 Pelco-D 于 1986 年推出，采用 RS-485 通信，7 字节固定帧结构，迅速成为行业标准。
关键发展历程：
- 1980s：Pelco-D 发布，支持 1--255 地址，广泛应用于矩阵系统（如 CM6700、CM9760）
- 1990s：Pelco-P 推出，采用 8 字节结构（0xA0 开头，0xAF 结尾），适配国产设备兼容需求
- 2000s：扩展指令加入（如翻转、归零），并支持通过同轴传输（Coaxitron）
- 至今：尽管 ONVIF 等新协议普及，Pelco 仍在全球大量老旧系统中活跃，年出货量仍达百万级
Pelco 协议的魅力在于其"极简主义"：无需握手、结构固定、实现简单，堪称安防协议界的"ASCII"。
🔗 兼容性优势
Pelco 协议之所以经久不衰，关键在于它的高度兼容性：
- 跨厂商支持：海康、大华、宇视、博世等主流厂商均支持 Pelco 模式
- 硬件适配广泛：基于 RS-232/485，支持长距离传输，兼容 CH340、PL2303、FTDI 等芯片
- 软件生态成熟：许多 NVR/DVR 默认将 Pelco 作为"通用协议"
- 向下兼容强：Pelco-D 支持扩展帧，Pelco-P 更紧凑，适合低速链路
在本工具中，serial_manager.py 实现了自动串口扫描，protocol_sniffer.py 可在 1--2 秒内识别协议类型与波特率，避免手动试错。
⚖️ Pelco-D vs Pelco-P 总览
| 特性 | Pelco-D | Pelco-P |
|---|---|---|
| 地址范围 | 1--255（适合大型矩阵） | 0--31（适合小型系统） |
| 帧结构 | 7 字节（0xFF 开头 + 校验） | 8 字节（0xA0 开头 + 校验 + 0xAF 结尾） |
| 校验方式 | 加法溢出取低位再异或 0xFF | XOR（第2--6字节） |
| 波特率 | 2400 / 4800 / 9600 / 19200 | 2400 / 4800 / 9600 |
| 指令集 | 标准 + 扩展（翻转、报警 ACK 等） | 基础指令为主 |
| 返回包支持 | 支持报警与状态查询 | 支持有限 |
| 应用设备 | Pelco 矩阵、国际品牌球机 | 国产 PTZ（如海康、大华） |
示例：云台右转指令
- Pelco-D：
FF 01 00 04 3F 00 [checksum]- Pelco-P：
A0 00 00 40 3F 00 [checksum] AF
🍄 2. KBD300A 键盘基础解析
Pelco KBD300A 是一款经典的 PTZ 控制键盘，广泛用于矩阵系统。它配备 LCD 显示屏、数字键、功能键与摇杆，支持多协议切换与多通道控制。
主要功能区详解
| 区域 | 按键/控件 | 功能说明 |
|---|---|---|
| LCD显示屏 | 1602 蓝底白字 | 显示当前摄像机号、预置位号、协议类型（D/P）、报警信息 |
| 3轴摇杆 + 旋转环 | Joystick + Zoom/Focus/Iris环 | 模拟量控制云台、镜头，支持可变速度 |
| 数字键盘左侧 | 0--9、cam、mon、clr、pre | 输入摄像机号、监视器号、清除、预置位 |
| 数字键盘右侧 | 0--9、pre、pat、tour、ack | 输入预置位号、花样编号、巡航编号、报警确认 |
| 方向控制区 | ◀ ▶ ▲ ▼ | 云台上下左右，带Turbo高速键（按住Shift） |
| 镜头控制 | Zoom环、Focus环、Iris环 | 变倍、聚焦、光圈（旋转越快，速度越快） |
| 高级功能键 | macro / seq / run / menu / flip / aux | 宏、序列、运行、菜单、180°翻转、辅助开关 |
KBD300A 按键功能对照表
| 按键名称 | 协议命令 (Pelco-D/P) | 实际作用 |
|---|---|---|
| CAM | 0x00 + 地址选择 | 切换当前控制的摄像机通道 |
| MON | 0x00 + 显示器选择 | 切换输出到指定监视器 |
| PRESET | 0x07 + 预置位号 | 调用或设置摄像机预置位 |
| PATTERN | 0x08 + 模式号 | 启动或停止摄像机巡航/轨迹模式 |
| MACRO | 0x09 + 宏号 | 执行预定义的宏命令序列 |
| F1--F5 | 用户自定义命令 | 快捷功能键，可编程为常用操作 |
| SEQUENCE | 0x0A | 启动自动轮巡功能 |
| HOLD | 0x0B | 暂停当前巡航或序列 |
| ACK | 0x0C | 确认/应答某些系统提示 |
| CLEAR | 0x0D | 清除当前输入或命令 |
| PGM | 0x0E | 进入编程模式，配置矩阵或键盘参数 |
| 数字键 (0--9) | 地址/预置位输入 | 输入摄像机地址、预置位号或宏号 |
| NEXT / PREV | 0x0F | 在巡航或序列中切换下一个/上一个摄像机 |
| 摇杆 (Joystick) | 0x00 + PTZ 控制字节 | 控制云台上下左右、变焦、聚焦、光圈 |
| SHIFT | 修饰键 | 与其他键组合，扩展功能（如调用高位预置位） |
在本项目中，我们使用 PyQt5 完整复刻了其外观与操作逻辑，相关模块包括：
main_window.py：主界面与按键布局joystick.py：摇杆模拟（方向 + 变速）lcd_display.py：LCD 状态显示（摄像机号、预置位等）
🔢 按键布局图（ASCII 模拟）
+-------------------+ +------------------------+
| LCD Display | | PWR ● RX ● TX ● ERR |
| [0001] | +------------------------+
+-----+-----+-----+ +---------------------+
| 1 | 2 | 3 | | Joystick (摇杆) |
+-----+-----+-----+ | ↑ |
| 4 | 5 | 6 | | ← ○ → |
+-----+-----+-----+ | ↓ |
| 7 | 8 | 9 | +---------------------+
+-----+-----+-----+
| CLR | 0 | ENT |
+-----+-----+-----+
+--------+--------+--------+--------+
| PRESET | SET | PATTERN| MACRO |
+--------+--------+--------+--------+
| AUX 1 | AUX 2 | TOUR | ALM ACK|
+--------+--------+--------+--------+✅ 按键功能映射（代码实现）
| 按键 | 功能说明 | 对应模块 / 函数 |
|---|---|---|
| 数字键 0--9 | 输入摄像机 / 预置位号 | on_digit_input() |
| CLR / ENT | 清除 / 确认输入 | on_clear() / on_enter() |
| CAM / MON | 切换摄像机 / 监视器 | insert_command() |
| PRESET / SET | 调用 / 设置预置位 | preset_call() / preset_set() |
| PATTERN / MACRO | 花样轨迹 / 宏脚本 | script_engine.py |
| AUX 1 / 2 | 辅助开关控制 | aux_on() / aux_off() |
| TOUR / ALM ACK | 巡航 / 报警确认 | tour_start() / alarm_ack() |
🍄 3. 实操：安装 Python 3.7 & PySerial（Win7 环境）
为确保兼容性，我们选择 Python 3.7 + PySerial + PyQt5。以下为 Win7 下的安装步骤：
✅ 步骤 1：安装 Python 3.7
- 访问官网：https://www.python.org/downloads/release/python-370/
- 下载适合系统的安装包（推荐：Windows x86-64 executable installer）
- 安装时务必勾选 "Add Python 3.7 to PATH"，并选择 "Install for all users"
- 安装完成后，打开命令行（Win + R → 输入
cmd），输入：
bash
python --version若输出为 Python 3.7.x，说明安装成功。
✅ 步骤 2：安装 PySerial
- 在命令行中输入：
bash
pip install pyserial==3.5- 安装完成后，验证版本：
bash
python -c "import serial; print(serial.__version__)"输出应为 3.5 或相近版本。
✅ 步骤 3：安装 PyQt5
bash
pip install pyqt5安装完成后，运行以下命令测试：
bash
python -c "from PyQt5.QtWidgets import QApplication"无报错即表示安装成功。
✅ 驱动提示（如使用 USB 转串口）
如果使用USB转串口，设备管理器中出现 "未知设备"，请安装对应驱动：
- CH340 芯片：可从 wch.cn 下载
- PL2303 芯片：可从 prolific.com.tw 获取驱动
- FTDI 芯片：可从 ftdichip.com 下载
🍄 4. 扩展阅读：为什么老项目仍离不开 Pelco？
虽然现代安防系统多采用 ONVIF、RTSP 等网络协议，但 Pelco 协议依然在大量老项目中扮演关键角色。以下是几个真实案例：
🏥 案例 1：医院矩阵系统
某三甲医院于 2005 年部署了 Pelco CM9760 矩阵系统，连接 128 台 Spectra IV 球机。升级成本高昂，且原系统稳定运行多年。通过本工具，工程师可快速调试预置位、响应报警，兼容新接入的海康球机，节省大量改造成本。
🏭 案例 2：工厂周界监控
某工厂使用 Pelco-P 协议控制大华 PTZ，波特率为 2400bps，通信距离超 800 米。因电磁干扰严重，RS-485 + Pelco-P 的稳定性远胜 IP 方案。通过本工具的模板库，可一键加载"周界巡航"脚本，自动调用预置位并延时切换，极大提升效率。
🧪 案例 3：协议逆向与调试痛点
许多老设备无文档、无界面，仅能通过串口调试。借助本工具的离线波形模拟器与十六进制日志视图，工程师可快速分析协议格式，甚至反推出厂商自定义指令，避免反复试错。
🍄 Pelco 的生命力，来自它的"低门槛 + 高兼容 + 强鲁棒性"。在现场环境中，这些特性比"先进"更重要。
🔜 下篇预告：串口扫描与协议嗅探实现
在下一篇中，我们将深入解析 serial_manager.py 与 protocol_sniffer.py 的实现逻辑，讲解如何：
- 自动识别串口设备与芯片类型
- 动态检测波特率与协议类型
- 发送测试指令并解析返回包
- 构建稳定的串口连接管理机制
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📅 更新时间：2025 年 12 月 11 日
✍️ 作者：我送炭你献花