40x40 矩阵控制系统

40x40 矩阵控制系统 - 技术文档

1. 项目概述

本系统是一个用于控制40x40音视频矩阵的桌面应用程序，通过以太网（TCP/IP）与矩阵设备通信，实现灵活的路由切换和预设管理功能。

1.1 技术栈

组件	技术
编程语言	Python 3.12
GUI框架	tkinter (Python标准库)
数据库	SQLite
通信协议	TCP/IP Socket

1.2 项目结构

juzhen/
├── config/              # 配置管理模块
│   └── __init__.py      # 配置类
├── core/                # 核心控制引擎
│   └── __init__.py      # 矩阵控制器
├── protocol/            # 通信抽象层
│   └── __init__.py      # 协议适配器
├── storage/             # 数据持久化层
│   └── __init__.py      # 数据库操作
├── ui/                  # GUI界面
│   └── __init__.py      # 主窗口类
├── data/                # 数据目录
│   └── matrix.db        # SQLite数据库
├── config/              # 配置目录
│   └── settings.json    # 配置文件
├── main.py              # 程序入口
└── requirements.txt    # 依赖清单

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2. 功能模块

2.1 配置管理 (config)

Config 类负责应用程序配置的加载、保存和访问。

主要功能：

• 从JSON文件加载配置
• 保存配置到JSON文件
• 支持层级配置访问（如 protocol.switch_format）

默认配置：

{
    "matrix_ip": "192.168.1.100",
    "matrix_port": 23,
    "connection_timeout": 5,
    "command_delay": 0.05,
    "retry_count": 2,
    "sync_interval": 5,
    "protocol": {
        "switch_format": "{in_}V{out}\r",
        "query_output_format": "Q{out}\r",
        "query_all_format": "ALLSTATUS\r",
        "response_delimiter": "\r"
    }
}

2.2 通信协议 (protocol)

ProtocolAdapter 类负责与矩阵设备建立TCP连接并发送指令。

主要功能：

• TCP连接到矩阵设备
• 发送切换指令
• 发送查询指令
• 支持指令重试机制

核心方法：

# 连接矩阵
connect(ip, port) -> bool

# 断开连接
disconnect()

# 发送指令
send_command(command, wait_response=False, timeout=2) -> response

# 生成切换指令
generate_switch_command(input_id, output_id) -> str

# 生成查询指令
generate_query_command(output_id) -> str

2.3 核心控制引擎 (core)

MatrixController 类实现核心的矩阵控制逻辑，包括路由状态管理和预设部分调用。

主要功能：

• 维护40x40路由状态缓存
• 实现预设部分调用逻辑
• 自动同步矩阵状态

核心方法：

# 切换路由
switch(input_id, output_id) -> bool

# 应用预设（部分调用）
apply_preset(preset_id) -> bool

# 查询单个输出路由
query_route(output_id) -> input_id

# 查询全部路由
query_all_routes()

# 保存当前路由到预设
save_current_to_preset(preset_id) -> dict

部分调用算法：

def apply_preset(self, preset_id):
    mappings = self.database.load_preset(preset_id)
  
    for output_id in sorted(mappings.keys()):
        input_id = mappings[output_id]
      
        # 检查当前是否已是此路由
        current_input = self.get_current_input(output_id)
      
        if current_input != input_id:
            # 发送切换指令
            self.switch(input_id, output_id)
  
    # 未在预设中出现的输出端口保持不变

2.4 数据存储 (storage)

Database 类负责SQLite数据库操作，存储预设和端口标签。

主要功能：

• 预设的增删改查
• 输入/输出端口标签管理
• 配置导入/导出

数据库表结构：

-- 预设表
CREATE TABLE presets (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name TEXT NOT NULL,
    mappings TEXT NOT NULL,      -- JSON格式: {"1": 2, "3": 4}
    created_time TEXT NOT NULL,
    updated_time TEXT NOT NULL
);

-- 输入标签表
CREATE TABLE input_labels (
    input_id INTEGER PRIMARY KEY,
    label TEXT NOT NULL
);

-- 输出标签表
CREATE TABLE output_labels (
    output_id INTEGER PRIMARY KEY,
    label TEXT NOT NULL
);

2.5 用户界面 (ui)

MainWindow 类使用tkinter实现完整的图形界面。

界面布局：

+-------------------------------------------------------------------+
|  [连接矩阵]  IP:192.168.1.100  端口:23  状态:已连接   [刷新状态]  |
+-------------------------------------------------------------------+
|  预设方案:                                                        |
|  [方案1] [方案2] [方案3] [方案4] [方案5]  [保存当前] [查看预设]  |
|  [方案6] [方案7] [方案8] [方案9] [方案10]                         |
+-------------------------------------------------------------------+
|  手动切换:  输入: [摄像机1 ▼] → 输出: [投影机左 ▼] [切换]        |
+-------------------------------------------------------------------+
|  矩阵路由视图:                                                    |
|  +-------------------------+  +-------------------------+         |
|  | 输入端口                |  | 输出端口                |         |
|  | IN1 → OUT3 (投影机)    |  | OUT1 ← IN5 (摄像机2)    |         |
|  | IN2 → OUT4             |  | OUT2 ← IN1 (摄像机1)    |         |
|  | ...                    |  | ...                    |         |
|  +-------------------------+  +-------------------------+         |
|  提示: 点击端口可查看连接信息，选择后进行切换                      |
+-------------------------------------------------------------------+
|  状态: 已连接到 192.168.1.100:23                                  |
+-------------------------------------------------------------------+

菜单功能：

• 文件 → 导出配置 / 导入配置 / 退出
• 工具 → 编辑输入标签 / 编辑输出标签

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3. 通信协议

3.1 默认指令格式

操作	指令格式	示例
切换	{in}V{out}\r	1V3\r (IN1→OUT3)
查询单路	Q{out}\r	Q3\r (查询OUT3)
查询全部	ALLSTATUS\r	ALLSTATUS\r

3.2 响应解析

系统会自动解析矩阵返回的响应，提取当前输入源编号。

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4. 使用说明

4.1 运行程序

python main.py

4.2 连接矩阵

1. 在IP输入框中输入矩阵的IP地址
2. 在端口输入框中输入端口号（默认23）
3. 点击"连接矩阵"按钮
4. 连接成功后状态显示为"已连接"

4.3 手动切换

1. 从"输入"下拉框选择输入源
2. 从"输出"下拉框选择目标输出
3. 点击"切换"按钮
4. 确认弹出的对话框

4.4 预设管理

调用预设：

• 点击方案按钮直接调用预设

保存预设：

1. 先设置好当前路由
2. 点击"保存当前"按钮
3. 输入方案编号

查看预设：

• 点击"查看预设"按钮，可查看所有预设详情

4.5 端口标签

1. 点击菜单"工具" → "编辑输入标签"或"编辑输出标签"
2. 为每个端口设置自定义名称
3. 点击"确定"保存

4.6 配置导入/导出

1. 点击菜单"文件" → "导出配置"
2. 选择保存路径（JSON格式）
3. 导入时选择JSON文件即可

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5. 典型使用场景

场景：部分调用验证

初始状态：
  - 方案一 = {1→3, 2→4}
  - 方案二 = {1→4, 2→3}

操作步骤：
1. 调用方案一 → 路由变为：1-3, 2-4
2. 手动修改 5→8 → 路由：1-3, 2-4, 5-8
3. 调用方案二 → 仅执行 1→4, 2→3，5-8 保持不变

最终路由：1→4, 2→3, 5→8 ✅

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6. 配置说明

6.1 协议配置

如果矩阵设备的通信协议不同，可以修改 config/settings.json 中的协议格式：

{
    "protocol": {
        "switch_format": "{in_}V{out}\r",
        "query_output_format": "Q{out}\r",
        "query_all_format": "ALLSTATUS\r",
        "response_delimiter": "\r"
    }
}

6.2 其他参数

参数	说明	默认值
connection_timeout	连接超时（秒）	5
command_delay	指令间隔（秒）	0.05
retry_count	重试次数	2
sync_interval	自动同步间隔（秒）	5

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7. 版本信息

版本	日期	说明
1.0	2025-03	初始版本
1.1	2025-04	优化界面，改为上下两表

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8. 注意事项

1. 确保矩阵设备与控制电脑网络互通
2. 确认矩阵设备的TCP端口已开放
3. 部分调用功能不会影响未在预设中定义的输出端口
4. 建议定期导出配置备份