MicroPython软件...SP32-C3通信性能测试_董俊杰.pdf

敬请登录网站在线投稿（）年第期 软件开发平台的 通信性能测试董俊杰，彭亚斌（湖北科技学院 计算机学院，咸宁 ；湖北科技学院 自动化学院）基金项目：湖北科技学院校内科研项目（，）。摘要：现有的 通信方法成本较高、结构复杂，而智能家居对软硬件成本比较敏感。针对此，本文基于开源开发语言 搭建了 芯片网络传输性能的测试系统。该测试完成了 与单台 下位机单数据包传输，与 的大数据传输，与 下位机的网络传输特性测试，作为，与 下位机网络传输特性测试。实验结果表明，的单数据包传输时间主要变化范围为 ，基于 的通信方案的传输时间最长为 ，大数据的归一化传输时间的主要波动变化范围是，传输速度比较稳定。单芯片网络传输系统的带宽为，满足智能家居的开关信号及监控静态图像的传输速度要求。关键词：；通信性能中图分类号：文献标识码：，（，；，）：，：；引言智能家居控制系统的设计原理就是利用无线网络技术将家居各个设备连接到终端上，利用这种终端即可实现智能化操作。常见的无线通信方式包括 、蓝牙、射频 、等，其中 和 是物联网主流无线通信方式。通信方案的优势包括通信距离远、功耗低等，但是缺点也非常明显：多芯片架构的硬件成本高、开发软件价格及代码开发成本高、通信速率低，适用于工业、商业等要求高可靠性、高稳定性的领域，对于智能家居等通信距离短、价格敏感应用领域，的高成本成为主要劣势。国产芯片 内含高性能全功能 模块及 蓝牙模块，硬件综合成本是 的几分之一，在 智 能 家 居 应 用 领 域 具 有 非 常 显 著 的 价 格优势。年第期 是目前应用广泛的开源编程语言之一，而 以微控制器为目标，可以通过 脚本控制硬件，即 就是运行在 的 。基于 ，语法与 基本一致，拥有解析器、编译器、虚拟机和类库等。目前，已经有不少嵌入式硬件移植 ，例如 支持基于 位的 处 理 器，如 、等 。因此，本文基于开源开发语言 搭建了 芯片网络传输性能的测试系统。系统软硬件选用 芯片介绍 搭载 位单核处理器，时钟频率高达 ，具有 个可编程 引脚、内置 ，支持串口、等常用接口，满足各类物联网产品功能需求，集成 和支持长距离的 ，有助于构建覆盖范围更广、射频性能更强的物联网设备。支持基于 算法的安全启动和基于 算法的 加密功能，确保设备安全连接；创新的数字签名模块和 模块确保设备身份安全；支持加密算法的硬件加速器确保设备在本地网络和云上安全传输数据。软件开发环境 控制板软件系统及运行代码基于开源开发语言 。是运行在微控制器上的缩减版 解释器，执行 代码，让微控制器实现相应功能。在支持的控制板上都可以使用通用的 控制硬件底层，比如点亮 灯、读取传感器信息、驱动 控制电机、连接网络、连接蓝牙等。其典型特点是开发使用开源软件，代码语言简单易学，代码易于移植到不同。的 通信模式 的 有 种基本通 信 模 式：基 站（）模式，作为终端设备，连接到接入点（）；接入点（）模式，自身作为接入点，其他设备连接到此，每个 允许连接的终端设备数量是台；共存模式，既是接入点，也连接到其他接入点。模式的配置代码连接到 需要连接的 名称 密码 ，（，）接入点（）模式的配置代码 （）：（）创建接入点界面 （）激活界面 （）设置接入点的 和 通道 （）：等待连接 （）（）获取 地址 （）端口号 （）创建套接字 （，）绑定地址和端口号 （）（，）设置套接字 （），共存模式将上面两种代码合并即可，在此不重复。为了简化结构，终端设备设置为服务器方式，等待其他设备接入，接收其他设备发送的命令和信息，并反馈信息。其设备接入代码如下：（），（）接收连接请求，返回收发数据的套接字对象和客户端地址 （，）由于 芯片资源有限，作为客户端，与终端设备交互数据的并发数量是，因此，只能采用轮询方式。端的测试方法使用 编程语言编写了 端数据接收软件，控制板的连接代码如下：（）创建 对象 （，）链接 （）发送数据 （）接收数据 不同传输方案的网络速度测试在实际智能家居应用场景中，终端设备的数量可能是几十至上百台，单个 的终端设备连接数量有限，只依靠 自身组网，网络层次较多，网络延时较大；将 与家用 交换机相结合后，可以有效减少网络层次，显著缩短网络延时，提升系统响应敬请登录网站在线投稿（）年第期 速度。基于 的智能家居网络架构简述如下：中央控制器 终端设备，当终端数量较多时，可以适当增加 的数量和层数。的网络通信方式有多种，本文进行的网络通信性能测试包括 通过 与一个及多个 控制板的网络通信速度，基于 ，与一个及多个 控制板的网络通信速度，以及 与一个及多个 控制板的网络通信速度等通信方式。基于家用 路由器的 网络特性测试（）与单台 下位机单数据包传输单数据包的传输是最基本的传输方式，其过程包括 与 建立连接、发送数据给 、向 反馈数据等个阶段。单数据包传输的不同阶段耗时测试结果如图所示。图 与单台 下位机的单数据包的传输测试时间将测试数据排序得到图，观察时间分布范围，单数据包传输的完整周期的主要变化范围为 ，与 建立连接的时间主要变化范围为，向 反馈数据的时间主要变化范围为，向 发 送 数 据 的 时 间 量 级 为 几 十微秒。在物联网通信中，除了开关信号和温度湿度等简单信息的网络传输外，还有静态图片和动态视频等监控图像的大数据通信，需要测试 大数据量的传输速度及稳定性，确定其是否满足静态图片及动态视频的传输速度要求 单次发送数据的最大长度为，因此大数据包的传输需要拆分为若干个 再依次传输。传输过程包括建立连接、依次发送数据、接收反馈信息个阶段。等不同长度数据包的传输时间测试如图单数据包的传输测试时间排序图所示。图 发送数据测试时间排序（）与 的大数据传输不同长度数据包的传输测试时间如图所示。测试时间排序后的曲线如图所示。可以看到，长度为 的数据包的单次传输耗时变化幅度较小，长度数据包的单次传输耗时有一定的波动，从 增加到。图不同长度数据包的传输测试时间（实际测试数据波形）年第期 图不同长度数据包的传输测试时间排序（测试数据排序波形）将不同长度数据包的耗时转换为 数据的传输时间并排序，得到的 字节归一化测试耗时曲线如图所示，除了 和 数据包之外，的传输 字节的耗时基本都在 以内，得到 的网络传输带宽外，还需要完成其他功能和计算，因此，其传输速度还会有所减少。图不同长度数据包的字节归一化测试耗时曲线 与 下位机的网络传输特性测试 与 下位机的网络传输特性测试结果如图所示。将图的数据进行排序得到图，和 下位机的数据包传输时间主要分布在 之间，及 的数据包传输时间大部分分布在 ，小部分分布在 之间。这种时间的跳变有多种原因，例如，的中断优先级、与下位机之间的距离，但是这种时间的跳变幅度不大，在可接受范围内。图 与 下位机的网络传输时间曲线图 与 下位机的网络传输时间排序 使用 作，与 下位机网络传输特性测试 与一个 下位机通信，次数据包传输为一个周期，计算周期内的平均传输耗时。测试了 个周期，测试结果如图（）所示，平均耗时变化范围为 ，基本不变。与个 下位机通信，次数据包传输为一个周期，计算周期内的平均传输耗时。测试了 个周期，测试结果如图（）所示，平均耗时从 逐渐下降到 ，并基本保持不变。结语本文测试了应用于智能家居场景的 的网络通信特性，包括 通过 与一个及多个 控制板的网络通信速度、基于 ，与一个及多个 控制板的网络通信速度以及 与一个及多个 控制板的网络通信速度。本文的测试结果对物联网智能家居的发展 敬请登录网站在线投稿（）年第期 结语本文提出了一种将优化雷达点迹关联和雷达信息与相机图像信息融合决策的方法，实现目标检测并获取其动态信息。首先，使用微波雷达和可变焦相机，从带有噪声的原始雷达数据中提取出有效的目标信号；其次，利用齐次坐标表示投影方程实现雷达视觉数据空间对齐，利用雷达点投影影响视觉 检测框的位置，可以在获取更精确目标属性的同时消除更多环境杂波干扰。参考文献范邓楠基于微波雷达与视频融合技术的车辆检测系统研究桂林：桂林电子科技大学，：，：，朱玉成智能驾驶汽车毫米波雷达应用分析中国新通信，（）：，袁赛柏，金胜，朱天林 雷达发展技术综述 现代雷达，（）：孙扬，杨贺无人驾驶车辆智能水平等级划分科技导报，（）：刘任机场周界监视雷达入侵目标检测与跟踪技术研究成都：电子科技大学，万仁杰 毫米波线性调频连续波汽车雷达关键信号处理技术研究 南京：南京理工大学，黄海 视频与雷达数据融合在周界入侵报警的应用探讨智能建筑与智慧城市，（）：，：冯勋勋车辆目标跟踪系统设计与交互行为预测方法研究西安：西安理工大学，段涛伟（在读硕士），主要研究方向为数据融合等；陈平（教授），主要研究方向为信号与信息处理、图像处理与重建、人工智能等。通信作者：陈平，。（责任编辑：薛士然收稿日期：）图测试结果具有一定的借鉴意义。参考文献 ，：，（）：王立华，邓健基于 的智能家居实验平台设计 实验科学与技术，（）：邓健，王立华 基于 和 的智能家居数据采集与控制系统设计 电子器件，（）：林贤炼，方遒 语言在物联网中的运用 闽江学院学报，（）：陈彦溱，钱璐遥，陈麒安，等 用 于 微控制器的研究与设计 中国集成电路，（）：徐帅驰，郑恭明 与云平台在互联网应用领域的开发与应用单片机与嵌入式系统应用，（）：董俊杰（研究生），主要研究方向为嵌入式软件开发；彭亚斌（工学博士），主要研究方向为嵌入式软件开发。通信作者：彭亚斌，。（责任编辑：薛士然收稿日期：）