基于嵌入式單片機的移動網絡信息采集系統

何競松，彭光強，李清，武霽陽

（南方電網超高壓檢修試驗中心廣東廣州510000）

對各種移動網絡信息進行采集、處理與傳輸成為了我國當前網絡信息處理重要研究方向。數據采集技術是向著智能、快速、低功耗方向發展的，為工業領域、農業領域、軍事領域都帶來了巨大影響，該技術不但能夠為工業領域提供精準數據，協助工業機器設備智能生產，還能為農業領域和軍事領域提供先進技術和實時信息。隨著移動通信與網絡技術智能終端化發展，人們無論是在日常生活中，還是辦公過程中，都會使用移動網絡實現遠程視頻通信[1]。由于制造商生產的移動終端設備面對的是用戶，而對于運營商來說，面對的是其它互聯網終端制造商。如果運營商想要繼續在通信行業保持較高地位，就必須使用現有網絡信息為用戶提供強吸引力的業務[2]。

移動網絡環境下海量數據具有產生速度快、規模大特點，能夠實現大量信息快速存儲。但同時也受到噪聲干擾影響，使采集速度變慢，為了解決該方面的問題，需設計一個針對移動信息數據智能采集系統，根據移動用戶行為特征進行分析[3]。由于傳統系統受到噪聲干擾和網絡時延影響，信息采集效果差，為此，設計了基于嵌入式單片機的移動網絡信息采集系統。

1 嵌入式單片機信息采集系統設計

針對嵌入式單片機的移動網絡信息采集系統設計，需先對各項指標進行實時分配，合理分析各項任務，為每項任務找到合適的優先級，為系統提供優先級資源[4]。

1.1 系統硬件設計

1.1.1 傳感器模擬模塊

使用6位MCU和256位可編程內存，使傳感硬件部分設計更加簡單，采用10 kb隨機存取存儲器和12位數字信號轉換器，能夠實現對移動網絡信息快速傳輸[5]。使用MCS1210型號芯片作為嵌入式單片機的主要芯片，僅僅需要少量外部接收元件就能組成多個節點的傳感網絡，該模塊設計如圖1所示。

圖1 傳感器模擬模塊

由圖1可知，該傳感模塊是由樹狀傳感節點形式對輸入信號進行接收，任何一個接收節點都遵循低功耗局域網協議。通過根節點接收輸入信號，待全部信號接收完畢后，需將操作信息全部發送到信號調理模塊中進行信號調理。

1.1.2 信息調理模塊

針對上述傳感器傳輸信號，如果直接對其進行調理，那么會受到噪聲干擾影響，使信號不能全部轉換為數據形式，因此需設計信號轉換電路，將全部信號轉換為數據形式[6]。選擇型號為OPA380的跨阻值放大器，能夠放大信號，使信號調理不受噪聲干擾影響，依然保持有效調理結果。

信號轉換電路設計如圖2所示。

圖2 信號轉換電路

由圖2可知：采用LSSPD-PB3型號的光電二極管，可將較強信號迅速轉換為電流形式，而相對較弱的信號通過OPA380跨阻值放大器將信號進行放大處理，以便將全部弱信號轉換為電流形式。

1.1.3 信息采集模塊

經過信息調理模塊，對全部信號進行調理，可直接對其進行采集[7]。使用MCS1210型號嵌入式單片機可實現將全部數據集中在一個芯片上進行采集，具體采集模塊設計如圖3所示。

圖3 采集模塊

由圖3可知：采集模塊分成3個部分，分別是信號隊列等待、信號可用隊列和任務刪除隊列。其中信號隊列等待是等待信號調理模塊中的轉換數據，信號可用隊列是直接與外設訪問相關機制進行任務創建的，任務刪除隊列是對不可用信息進行刪除處理[8-10]。

1.2 軟件部分設計

對MCS1210型號嵌入式單片機的信息采集進行軟件部分設計，實現全部數據集中一個芯片上的采集方式[11-12]。

為了準確描述信息采集情況，需采用線性方程算法[13-14]，設A為采集時間，B為信息采集數量，由此獲取線性方程為：

公式（1）中：其中：A1和A2分別為信息采集的起始和終止時間；B1和B2分別為信息采集起始和終止數量值。依據線性方程計算結果來描述信息采集情況[15]，由此實現基于嵌入式單片機移動網絡信息采集系統軟件部分的設計。

根據信息采集流程對MCS1210型號嵌入式單片機設計的信息采集模塊下達指令，通過MCS1210嵌入式型號單片機中數據集中芯片連接指令集，以此作為降低時延出現的解決方法，采用線性方程準確描述信息采集情況，由此實現采集系統軟件部分的設計。

2 實驗分析

對于移動網絡信息采集系統設計，采用MCS1210型號嵌入式單片機，對是否能夠抵抗噪聲干擾和解決時延問題進行了實驗分析。

2.1 實驗參數

實驗參數設置如表1所示。

表1 實驗環境

2.2 實驗結果與分析

根據上述實驗參數，分別對系統抗噪聲干擾和無時延功能進行實驗對比分析。具體對比情況如下所示。

1）抗噪聲干擾

傳統系統對信息進行采集時，受到噪聲干擾影響，使信號不能全部轉換為數據形式，導致最后采集到的信息為無效信息。而采用MCS1210型號嵌入式單片機設計系統對信息進行采集時，不會受到噪聲干擾影響，使信號全部轉換為數據形式，采集效果較好。為了驗證該內容具有合理性，進行了對比實驗，結果如圖4所示。

圖4 噪聲干擾下兩種系統信息采集效率對比

由圖4可知：當采集時間為t1～t2時，采用傳統系統受到噪聲干擾，使信息采集效率呈負線性曲線下降趨勢。而采用嵌入式單片機系統不會受到噪聲干擾，使信息采集效率呈正線性曲線下降趨勢；當采集時間為t2～t3時，兩種系統信息采集效率呈直線性下降趨勢，從60%下降到58%；當采集時間為t3～t4時，兩種系統的信息采集效率呈直線性下降趨勢，從58%下降到38%；當采集時間為t4～t5時，兩種系統信息采集效率不變；當采集時間為t5～t6時，采用傳統系統受到噪聲干擾，使信息采集效率波動現象較大。而采用嵌入式單片機系統不會受到噪聲干擾，使信息采集效率波動較小；當采集時間為t6～t7時，兩種系統信息采集效率不變；當采集時間為t7～t8時，采用傳統系統受到噪聲干擾，使采集效率最終維持在60%，而采用嵌入式單片機系統不會受到噪聲干擾，使采集效率最終維持在80%。由此可知，采用MCS1210型號嵌入式單片機設計的系統對信息進行采集時，不會受到噪聲干擾影響，使信號全部轉換為數據形式，采集效果較好。

2）無時延問題

傳統系統對信息進行采集時，受到網絡時延問題影響，使信息采集波形受到影響。而采用MCS1210型號嵌入式單片機設計的系統對信息進行采集時，不會受到網絡時延問題影響，使用代碼密度較大的10位指令集來降低信息傳輸過程中時延出現的概率，采集效果較好。為了驗證該內容具有合理性，進行了對比實驗，結果如圖5所示。

圖5 兩種系統信息采集波形

由圖5可知：采用傳統系統受到網絡時延影響，使信息采集波形受到影響，導致采集效果變差；而采用嵌入式單片機系統不會受到網絡時延影響，信息采集波形呈折線形式上下波動，符合實際信息采集波形。

為了驗證嵌入式單片機系統不會受到受到網絡時延影響而得到精準度的采集效率，將這傳統系統與該系統進行對比，結果如圖6所示。

圖6 時延影響下兩種系統信息采集效率對比

由圖6可知：當網絡時延大小為1～30 ms時，采用傳統系統信息采集效率為65%。而采用嵌入式單片機系統信息采集效率為90%；當網絡時延大小為31～50 ms時，采用傳統系統信息采集效率為60%，而采用嵌入式單片機系統信息采集效率為85%；當網絡時延大小為51～100 ms時，采用傳統系統信息采集效率為50%，而采用嵌入式單片機系統信息采集效率為81%；當網絡時延大小為>100 ms時，采用傳統系統信息采集效率為40%，而采用嵌入式單片機系統信息采集效率為80%。由此可知，采用MCS1210型號嵌入式單片機設計的系統對信息進行采集時，不會受到網絡時延影響，采集效果較好。

3 結束語

針對移動通信網絡終端信息采集進行了詳細研究，使用MCS1210型號芯片作為嵌入式單片機主要工作芯片，能夠設計出準確采集信息的采集系統。雖然該系統具有較好采集性能，但仍然存在需要完善地方，主要包括：

1）社會網絡關系細化，盡可能實現系統智能分析；

2）特殊活動目標群體行為軌跡研究，盡可能更合理、詳細分析。

在未來研究過程中，以這兩點為對象進行更深層次研究，為系統更加合理化設計提供有效依據。