python - 使用python在teensy bord和系统之间进行串行通信

Question

我对物联网领域还很陌生。我正在设置一个带有 teensy 的传感器，用于读取其数据并使用串行通信传输到系统，在系统中我使用 python 读取数据并将其存储到数据库中。

我面临的问题是，当我使用arduino串行监视器检查我的程序时，我得到疯狂的采样速度，例如在40毫秒内完成10k读数但是当我尝试使用python读取相同的程序，它甚至不会给我超过每秒1000个读数，而且如果没有数据库代码，它也只能读取200个每秒采样数。有什么方法可以提高采样率，或者我是否必须设置任何额外的参数以通过串行通信？

这是我的 teensy 代码:

int i;

elapsedMillis sinceTest1;

void setup()
{

  Serial.begin(2000000); // USB is always 12 Mbit/sec

  i = 0;

  delay(5000);

  Serial.println("Setup Called"); 

Serial.flush();

}

void loop()
{

  if (i == 0 || i == 500000)
  {

    Serial.println(sinceTest1);

  }

  Serial.println(i);

  //Serial.println(Serial.baud());

  i++;

}

对于Python:

import serial
import pymysql
from datetime import datetime
import time
import signal
import sys


class ReadLine:
    def __init__(self, s):
        self.buf = bytearray()
        self.s = s

    def readline(self):
        i = self.buf.find(b"\n")
        if i >= 0:
            r = self.buf[:i+1]
            self.buf = self.buf[i+1:]
            return r
        while True:
            i = max(1, min(2048, self.s.in_waiting))
            data = self.s.read(i)
            i = data.find(b"\n")
            if i >= 0:
                r = self.buf + data[:i+1]
                self.buf[0:] = data[i+1:]
                return r
            else:
                self.buf.extend(data)


ser = serial.Serial(
    port='COM5',\
    baudrate=2000000,\
    #baudrate=9600,\
    #parity=serial.PARITY_NONE,\
    #stopbits=serial.STOPBITS_ONE,\
    #bytesize=serial.EIGHTBITS,\
        #timeout=0
        )

print("connected to: " + ser.portstr)
count=1
#this will store the line
line = []

#database connection
connection = pymysql.connect(host="localhost", user="root", passwd="", database="tempDatabase")
cursor = connection.cursor()


checker = 0

rl = ReadLine(ser)
while True:

   time = datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
   print(time)
   print(checker)
   print(rl.readline())


   insert1 = ("INSERT INTO tempinfo(value,test,counter) VALUES('{}','{}','{}');".format(33.5, time,checker)) #.format(data[0])
   insert2 = ("INSERT INTO urlsync(textvalue,sync) VALUES('http://www.myname.com/value.php?&value={}&time={}',0);".format(33.5,time)) #.format(data[0])

   cursor.execute(insert1)
   cursor.execute(insert2)

   connection.commit()
   checker += 1


connection.close()
time = datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
print(time )
ser.close()

P.S:每秒 1000 个样本是我不使用数据库命令时获得的速率，包括它们，我每秒仅获得大约 250 个样本。

如有任何帮助或建议，我们将不胜感激，谢谢。

Answer 1

首先，这是个好问题。您面临的问题充满了学习机会。

让我们一项一项地进行:

-您现在可以了解微 Controller 和计算机之间的区别了。最基本形式的微 Controller (如果您正在运行裸机代码，即使它不是非常高效的代码，例如在 Arduino 上)只会做一件事，特别是当它与硬件相关时(例如读取或写入 UART) )它会非常有效地完成它。另一方面，在台式计算机上，您会同时运行一层又一层的任务(操作系统后台任务、更新屏幕等等)。由于许多事情同时发生，如果不确定优先级，就很难准确预测到底会发生什么以及何时发生。因此，不仅是您的 Python 代码在运行，还会有更多的事情出现并中断您的用户任务流程。如果您希望以稳定(或至少可预测)的速度从 UART 缓冲区读取数据，那么您目前使用的架构永远不会发生这种情况。

-即使你设法将操作系统精简到最低限度，终止所有进程，进入没有任何图形的终端......你仍然必须处理你在自己的 Python 上所做的事情的不确定性代码(这就是为什么您会看到 Arduino 串行监视器具有更好的性能，它除了从缓冲区中删除数据之外不执行任何操作)。在 Python 代码中，您按顺序从端口读取数据，尝试查找特定字符(换行符)，然后将读取的数据附加到列表中。如果您想提高性能，您需要只读取数据并将其存储以供离线处理，或者查看多线程(如果您的程序有一个线程专用于仅从缓冲区读取并且您这样做)在单独的线程上进一步处理可以显着提高吞吐量，特别是如果您设置正确的优先级)。

-最后，但实际上，最重要的是，您应该问自己:我真的需要以 2 Mbps 的速度从传感器读取数据吗？如果答案是肯定的，并且您的传感器不是摄像机，那么恐怕您需要退后一步，看看以下概念:传感器带宽和动态响应。完成此操作后，下一个问题是:您的传感器更新其输出的速度有多快？为什么？这个更新率有意义吗？我可以在这里给你一些引用。首先，假设您有一个温度传感器来读取和记录 toastr 中的温度。如果 toastr 中的温度以每分钟 10 摄氏度甚至每秒 100 度的速度变化，以 1 MHz(每秒 100 万个读数)对传感器采样值是否有意义？您的传感器是否能够做出如此快的 react (动态响应发挥作用)？我的猜测:可能不会。许多工业设备集成了数十个传感器来控制关键流程并通过 1.5 Mbps 链路(例如 Profibus 的相当标准)发送所有数据。