基于嵌入式单片机的移动网络信息采集系统

何竞松，彭光强，李清，武霁阳

（南方电网超高压检修试验中心广东广州510000）

对各种移动网络信息进行采集、处理与传输成为了我国当前网络信息处理重要研究方向。数据采集技术是向着智能、快速、低功耗方向发展的，为工业领域、农业领域、军事领域都带来了巨大影响，该技术不但能够为工业领域提供精准数据，协助工业机器设备智能生产，还能为农业领域和军事领域提供先进技术和实时信息。随着移动通信与网络技术智能终端化发展，人们无论是在日常生活中，还是办公过程中，都会使用移动网络实现远程视频通信[1]。由于制造商生产的移动终端设备面对的是用户，而对于运营商来说，面对的是其它互联网终端制造商。如果运营商想要继续在通信行业保持较高地位，就必须使用现有网络信息为用户提供强吸引力的业务[2]。

移动网络环境下海量数据具有产生速度快、规模大特点，能够实现大量信息快速存储。但同时也受到噪声干扰影响，使采集速度变慢，为了解决该方面的问题，需设计一个针对移动信息数据智能采集系统，根据移动用户行为特征进行分析[3]。由于传统系统受到噪声干扰和网络时延影响，信息采集效果差，为此，设计了基于嵌入式单片机的移动网络信息采集系统。

1 嵌入式单片机信息采集系统设计

针对嵌入式单片机的移动网络信息采集系统设计，需先对各项指标进行实时分配，合理分析各项任务，为每项任务找到合适的优先级，为系统提供优先级资源[4]。

1.1 系统硬件设计

1.1.1 传感器模拟模块

使用6位MCU和256位可编程内存，使传感硬件部分设计更加简单，采用10 kb随机存取存储器和12位数字信号转换器，能够实现对移动网络信息快速传输[5]。使用MCS1210型号芯片作为嵌入式单片机的主要芯片，仅仅需要少量外部接收元件就能组成多个节点的传感网络，该模块设计如图1所示。

图1 传感器模拟模块

由图1可知，该传感模块是由树状传感节点形式对输入信号进行接收，任何一个接收节点都遵循低功耗局域网协议。通过根节点接收输入信号，待全部信号接收完毕后，需将操作信息全部发送到信号调理模块中进行信号调理。

1.1.2 信息调理模块

针对上述传感器传输信号，如果直接对其进行调理，那么会受到噪声干扰影响，使信号不能全部转换为数据形式，因此需设计信号转换电路，将全部信号转换为数据形式[6]。选择型号为OPA380的跨阻值放大器，能够放大信号，使信号调理不受噪声干扰影响，依然保持有效调理结果。

信号转换电路设计如图2所示。

图2 信号转换电路

由图2可知：采用LSSPD-PB3型号的光电二极管，可将较强信号迅速转换为电流形式，而相对较弱的信号通过OPA380跨阻值放大器将信号进行放大处理，以便将全部弱信号转换为电流形式。

1.1.3 信息采集模块

经过信息调理模块，对全部信号进行调理，可直接对其进行采集[7]。使用MCS1210型号嵌入式单片机可实现将全部数据集中在一个芯片上进行采集，具体采集模块设计如图3所示。

图3 采集模块

由图3可知：采集模块分成3个部分，分别是信号队列等待、信号可用队列和任务删除队列。其中信号队列等待是等待信号调理模块中的转换数据，信号可用队列是直接与外设访问相关机制进行任务创建的，任务删除队列是对不可用信息进行删除处理[8-10]。

1.2 软件部分设计

对MCS1210型号嵌入式单片机的信息采集进行软件部分设计，实现全部数据集中一个芯片上的采集方式[11-12]。

为了准确描述信息采集情况，需采用线性方程算法[13-14]，设A为采集时间，B为信息采集数量，由此获取线性方程为：

公式（1）中：其中：A1和A2分别为信息采集的起始和终止时间；B1和B2分别为信息采集起始和终止数量值。依据线性方程计算结果来描述信息采集情况[15]，由此实现基于嵌入式单片机移动网络信息采集系统软件部分的设计。

根据信息采集流程对MCS1210型号嵌入式单片机设计的信息采集模块下达指令，通过MCS1210嵌入式型号单片机中数据集中芯片连接指令集，以此作为降低时延出现的解决方法，采用线性方程准确描述信息采集情况，由此实现采集系统软件部分的设计。

2 实验分析

对于移动网络信息采集系统设计，采用MCS1210型号嵌入式单片机，对是否能够抵抗噪声干扰和解决时延问题进行了实验分析。

2.1 实验参数

实验参数设置如表1所示。

表1 实验环境

2.2 实验结果与分析

根据上述实验参数，分别对系统抗噪声干扰和无时延功能进行实验对比分析。具体对比情况如下所示。

1）抗噪声干扰

传统系统对信息进行采集时，受到噪声干扰影响，使信号不能全部转换为数据形式，导致最后采集到的信息为无效信息。而采用MCS1210型号嵌入式单片机设计系统对信息进行采集时，不会受到噪声干扰影响，使信号全部转换为数据形式，采集效果较好。为了验证该内容具有合理性，进行了对比实验，结果如图4所示。

图4 噪声干扰下两种系统信息采集效率对比

由图4可知：当采集时间为t1～t2时，采用传统系统受到噪声干扰，使信息采集效率呈负线性曲线下降趋势。而采用嵌入式单片机系统不会受到噪声干扰，使信息采集效率呈正线性曲线下降趋势；当采集时间为t2～t3时，两种系统信息采集效率呈直线性下降趋势，从60%下降到58%；当采集时间为t3～t4时，两种系统的信息采集效率呈直线性下降趋势，从58%下降到38%；当采集时间为t4～t5时，两种系统信息采集效率不变；当采集时间为t5～t6时，采用传统系统受到噪声干扰，使信息采集效率波动现象较大。而采用嵌入式单片机系统不会受到噪声干扰，使信息采集效率波动较小；当采集时间为t6～t7时，两种系统信息采集效率不变；当采集时间为t7～t8时，采用传统系统受到噪声干扰，使采集效率最终维持在60%，而采用嵌入式单片机系统不会受到噪声干扰，使采集效率最终维持在80%。由此可知，采用MCS1210型号嵌入式单片机设计的系统对信息进行采集时，不会受到噪声干扰影响，使信号全部转换为数据形式，采集效果较好。

2）无时延问题

传统系统对信息进行采集时，受到网络时延问题影响，使信息采集波形受到影响。而采用MCS1210型号嵌入式单片机设计的系统对信息进行采集时，不会受到网络时延问题影响，使用代码密度较大的10位指令集来降低信息传输过程中时延出现的概率，采集效果较好。为了验证该内容具有合理性，进行了对比实验，结果如图5所示。

图5 两种系统信息采集波形

由图5可知：采用传统系统受到网络时延影响，使信息采集波形受到影响，导致采集效果变差；而采用嵌入式单片机系统不会受到网络时延影响，信息采集波形呈折线形式上下波动，符合实际信息采集波形。

为了验证嵌入式单片机系统不会受到受到网络时延影响而得到精准度的采集效率，将这传统系统与该系统进行对比，结果如图6所示。

图6 时延影响下两种系统信息采集效率对比

由图6可知：当网络时延大小为1～30 ms时，采用传统系统信息采集效率为65%。而采用嵌入式单片机系统信息采集效率为90%；当网络时延大小为31～50 ms时，采用传统系统信息采集效率为60%，而采用嵌入式单片机系统信息采集效率为85%；当网络时延大小为51～100 ms时，采用传统系统信息采集效率为50%，而采用嵌入式单片机系统信息采集效率为81%；当网络时延大小为>100 ms时，采用传统系统信息采集效率为40%，而采用嵌入式单片机系统信息采集效率为80%。由此可知，采用MCS1210型号嵌入式单片机设计的系统对信息进行采集时，不会受到网络时延影响，采集效果较好。

3 结束语

针对移动通信网络终端信息采集进行了详细研究，使用MCS1210型号芯片作为嵌入式单片机主要工作芯片，能够设计出准确采集信息的采集系统。虽然该系统具有较好采集性能，但仍然存在需要完善地方，主要包括：

1）社会网络关系细化，尽可能实现系统智能分析；

2）特殊活动目标群体行为轨迹研究，尽可能更合理、详细分析。

在未来研究过程中，以这两点为对象进行更深层次研究，为系统更加合理化设计提供有效依据。