物联网工程导论第4章
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物联网工程导论第4章
• 军用机器人
物联网工程导论第4章
ห้องสมุดไป่ตู้
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/22
物联网工程导论第4章
• 由于无线传感器节点具有数量大、拓扑 动态变化、携带非常有限的硬件资源等 特点，同时计算、存储和通信等操作需 要并发地调用系统资源，因此需要研究 适合传感器网络的新型操作系统
• 目前，最有代表性的是UC Berkeley的 TinyOS，它是一种面向无线传感器网络 的新型嵌入式操作系统
物联网工程导论第4章
• 可穿戴计算系统与人类紧密结合成一个整体，能够拓 展人的视觉、听觉，增强人的大脑记忆和应对外界环 境变化的能力，延伸了人的大脑与四肢，代表着计算 机的一个重要的发展趋势
• 可穿戴计算技术研究涉及计算机科学、智能科学、光 学工程、微电子技术、传感器技术、机械制造、通信 科学、生物学、数学、生物医学、工业设计技术等多 个交叉学科和技术领域
• 它是针对特定的应用，剪裁计算机的软件和硬件，以 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有 严格要求的专用计算机系统
• 嵌入式系统已经用于工业、农业、军事、家电等各个 领域
• 物联网环境中的各种智能设备都需要采用嵌入式技术 来进行设计与制造
• 嵌入式系统的设计理论、方法与工具是物联网研究的 理论基础，具有重要的借鉴与指导作用。
的特点
物联网工程导论第4章
4.3.3 嵌入式系统发展的过程
• 第一阶段：以可编程序控制器系统为核 心的研究阶段
• 第二阶段：以嵌入式中央处理器CPU为 基础、简单操作系统为核心的阶段
• 第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的 阶段
• 第四阶段：基于网络操作的嵌入式系统 发展阶段
物联网工程导论第4章
4.4 RFID读写器与中间件软件设计* 4.4.1 RFID应用系统结构与工作原理
• 民用机器人又可以进一步分为工业机器人、农业机器 人、服务机器人、仿人机器人、特种机器人、微机器 人与微操作机器人，以及空间机器人等
• 军事机器人按照应用的目的分类，可以分为侦察机器 人、监视机器人、排爆机器人、攻击机器人与救援机 器人。按照工作环境分类，可以分为地面军用机器人、 水下军用机器人、空中军用机器人
物联网工程导论第4章
4.2.2 微电子技术的发展 • 从电子管到晶体管的发展过程
物联网工程导论第4章
4.2.3 集成电路的研究与发展 • 从使用分立元器件的电路单元到集成电路芯片
物联网工程导论第4章
摩尔定律的基本内容： • 集成电路的集成度每18个月就翻一番 • 特征尺寸每3年缩小1/2 计算机界对于摩尔定律的两点推论： • 微处理器的性能每隔18个月提高一倍，
而价格下降一倍 • 用一个美元所能买到的计算机性能，每
隔18个月翻两番
物联网工程导论第4章
4.2.4 SoC研究与应用
• SoC芯片与集成电路的关系示意图
物联网工程导论第4章
4.3 嵌入式技术的研究与发展 4.3.1 环境智能化与嵌入式系统
• 未来98%的计算设备将工作在嵌入式系 统中
• 嵌入式系统是将计算与控制的概念联系 在一起，并嵌入到物理系统之中，实现 “环境智能化”的目的
物联网工程导论第4章
2020/11/22
物联网工程导论第4章
第4章 物联网智能设备 与嵌入式技术
物联网工程导论第4章
第 4 章 知 识 点 结 构
物联网工程导论第4章
4.1 智能设备的研究与发展
• 嵌入式系统（Embedded System）也称作“嵌入式计 算机系统（Embedded Computer System）”
4.5.5 无线传感器网络系统应用软件设计
无线传感器网络系统应用软件设计的要求
• 面向应用 • 适应性 • 能量优化 • 模块化 • 可管理
物联网工程导论第4章
• 无线传感器节点软件结构
物联网工程导论第4章
• 无线传感器网络软件结构
物联网工程导论第4章
4.6 可穿戴计算研究及其在物联网中的应用 4.6.1 可穿戴计算机在物联网中的应用
物联网工程导论第4章
4.1.5 智能家电 • 未来的智能家电向智能化、自适应和网络化方
向发展，智能家电将成为物联网中智慧家居应 用中主要的组成单元 • 可以接入互联网或移动通信网的智能家电称为 “网络家电” • 智能家电可以实现互联组成一个家庭内部网络， 可以与互联网连接 • 智能家电研究的对象主要是电视、冰箱、空调、 洗衣机与照明设备等 • 实现网络家电连接的技术主要是蓝牙、红外、 电力线、双绞线等
• 无线传感器网络、RFID应用系统是嵌入 式技术在实现“环境智能化”方向迈出 了一大步
物联网工程导论第4章
4.3.2 嵌入式系统的基本概念
• 微型机应用和微处理器芯片技术的发展为 嵌入式系统研究奠定了基础
• 嵌入式系统的发展适应了智能控制的需求 • 嵌入式系统的发展促进了芯片、操作系统、
软件编程语言与体系结构研究的发展 • 嵌入式系统的研究体现出多学科交叉融合
物联网工程导论第4章
4.1.4 智能手机
• 智能手机将是物联网中一种重要的智能终端设 备，很多物联网应用系统的用户终端设备是基 于智能手机操作系统平台上开发的
• 智能手机与个人计算机一样，具有自己独立的 嵌入式操作系统，可以由用户自行安装软件、 游戏等第三方服务提供商的程序
• 很多种智能手机已经嵌入了RFID标签芯片与 传感器芯片，成为物联网中重要的移动通信、 移动计算与位置服务的设备
物联网工程导论第4章
4.7.2 智能机器人在物联网中的应用
• 工业机器人 • 农业机器人
物联网工程导论第4章
• 服务机器人
物联网工程导论第4章
• 医用机器人
物联网工程导论第4章
• 微机器人与微操作机器人 • 仿人机器人
物联网工程导论第4章
• 特种机器人： 救援机器人、危险环境工作的机器人与探险机器人
• 电子工业产值的增长速率是国民经济总产值增 长速率的3倍，微电子产业的增长速率又是电 子工业增长速率的2倍
• 国民经济总产值每增加100~300元，就必须有 10元电子工业和1元集成电路产值的支持
• 集成电路对国民经济的贡献率远高于其他门类 的产品，以单位质量钢筋对GDP的贡献为1计 算，小汽车为5，彩电为30，计算机为1000， 而集成电路的贡献率则高达2000
• 无线传感器节点结构
物联网工程导论第4章
4.5.2 无线传感器网络节点设计原则
• 微型化与低成本 • 低功耗 • 灵活性与可扩展性 • 鲁棒性 传感器节点各部分能量消耗情况
物联网工程导论第4章
4.5.3 无线传感器网络节点硬件设计
• 传感器节点硬件部件之间关系示意图
物联网工程导论第4章
4.5.4 无线传感器网络嵌入式操作系统的研究
物联网工程导论第4章
4.1 智能设备的研究与发展 4.1.1 个人计算机PC
• IBM PC、图形工作站、台式机、笔记本计算机、一体 机与iPad
物联网工程导论第4章
4.1.2 个人数字助理PDA
• 各种形式的PDA
物联网工程导论第4章
4.1.3 GPS接收机
• 车载GPS导航仪、GPS手机与GPS手表
物联网工程导论第4章
4.5.4 可穿戴计算机在提高人的感知能力方面研究的发展
物联网工程导论第4章
4.7 智能机器人研究及其在物联网中的应用 4.7.1 机器人的基本概念
• 机器人学(robotics)是一个涉及计算机科学、人工智能 方法、智能控制、精密机械、信息传感技术、生物工 程的交叉学科
• 按照应用领域进行分类，机器人可以分为民用和军用 两大类
• RFID应用系统原理结构示意图
物联网工程导论第4章
4.4.2 RFID读写器结构 与设计方法
典 型 手 持 式 RFID 读 写 器 结 构
物联网工程导论第4章
4.4.3 RFID中间件的概念与结构
• RFID中间件结构示意图
物联网工程导论第4章
4.5 无线传感器网络节点设计* 4.5.1 无线传感器节点的结构
物联网工程导论第4章
4.6.3 可穿戴计算的定义和主要特征
可穿戴计算机与新 的人机交互模式： • 持久性 • 增强性 • 介入性
可穿戴计算机的六 个属性： 非限制性 非独占性 可觉察性 可控性 环境感知性 交流性
物联网工程导论第4章
可穿戴计算机的三大能力： • 移动计算能力 • 智能助手能力 • 多种控制能力
物联网工程导论第4章
4.1.6 数字标牌
• 数字标牌（Digital Signage）是一种新的专业多媒体视 听系统，体现出一种全新的媒体概念，同时也是物联网 应用系统与人通过视觉交互的工具
• 数字标牌在智慧城市与智能交通中的应用示例
物联网工程导论第4章
4.2 嵌入式技术发展的基础—集成电路 4.2.1 微电子技术和产业发展的重要性
物联网工程导论第4章
智能机器人在物联网中的应用前景 • 通过网络控制的智能机器人正在向我们展示出对世界
超强的感知能力与智能处理能力 • 智能机器人可以在物联网的环境保护、防灾救灾、安
全保卫、航空航天、军事，以及工业、农业、医疗卫 生等领域的应用中发挥重要的作用，必将成为物联网 的重要成员 • 物联网催生很多具有计算、通信、控制、协同和自治 性能的智能设备，实现实时感知、动态控制和信息服 务，智能机器人与物联网研究有很多共通之处 • 智能机器人的研究成果与研究方法对于物联网理论研 究具有极为重要的指导与借鉴意义
• 可穿戴计算机可以应用于物联网远程支 援、抢险救灾、医疗救护、社会治安、 新闻采访、社会娱乐与军事方面
• 为了适应不同的用户需求，不同的可穿 戴计算机根据其功能、与人交互方式的 不同，而被设计成不同的内部结构和不 同的外形
物联网工程导论第4章
4.6.2 可穿戴计算概念产生的背景
• 可穿戴计算技术体现出“以人为本，人机合一”和 “无处不在的计算”的理念，有力地支持着“从人围 着计算机转，转向计算机围着人转” 这一计算机演变 的重要趋势
• 军用机器人
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• 由于无线传感器节点具有数量大、拓扑 动态变化、携带非常有限的硬件资源等 特点，同时计算、存储和通信等操作需 要并发地调用系统资源，因此需要研究 适合传感器网络的新型操作系统
• 目前，最有代表性的是UC Berkeley的 TinyOS，它是一种面向无线传感器网络 的新型嵌入式操作系统
物联网工程导论第4章
• 可穿戴计算系统与人类紧密结合成一个整体，能够拓 展人的视觉、听觉，增强人的大脑记忆和应对外界环 境变化的能力，延伸了人的大脑与四肢，代表着计算 机的一个重要的发展趋势
• 可穿戴计算技术研究涉及计算机科学、智能科学、光 学工程、微电子技术、传感器技术、机械制造、通信 科学、生物学、数学、生物医学、工业设计技术等多 个交叉学科和技术领域
• 它是针对特定的应用，剪裁计算机的软件和硬件，以 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有 严格要求的专用计算机系统
• 嵌入式系统已经用于工业、农业、军事、家电等各个 领域
• 物联网环境中的各种智能设备都需要采用嵌入式技术 来进行设计与制造
• 嵌入式系统的设计理论、方法与工具是物联网研究的 理论基础，具有重要的借鉴与指导作用。
的特点
物联网工程导论第4章
4.3.3 嵌入式系统发展的过程
• 第一阶段：以可编程序控制器系统为核 心的研究阶段
• 第二阶段：以嵌入式中央处理器CPU为 基础、简单操作系统为核心的阶段
• 第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的 阶段
• 第四阶段：基于网络操作的嵌入式系统 发展阶段
物联网工程导论第4章
4.4 RFID读写器与中间件软件设计* 4.4.1 RFID应用系统结构与工作原理
• 民用机器人又可以进一步分为工业机器人、农业机器 人、服务机器人、仿人机器人、特种机器人、微机器 人与微操作机器人，以及空间机器人等
• 军事机器人按照应用的目的分类，可以分为侦察机器 人、监视机器人、排爆机器人、攻击机器人与救援机 器人。按照工作环境分类，可以分为地面军用机器人、 水下军用机器人、空中军用机器人
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4.2.2 微电子技术的发展 • 从电子管到晶体管的发展过程
物联网工程导论第4章
4.2.3 集成电路的研究与发展 • 从使用分立元器件的电路单元到集成电路芯片
物联网工程导论第4章
摩尔定律的基本内容： • 集成电路的集成度每18个月就翻一番 • 特征尺寸每3年缩小1/2 计算机界对于摩尔定律的两点推论： • 微处理器的性能每隔18个月提高一倍，
而价格下降一倍 • 用一个美元所能买到的计算机性能，每
隔18个月翻两番
物联网工程导论第4章
4.2.4 SoC研究与应用
• SoC芯片与集成电路的关系示意图
物联网工程导论第4章
4.3 嵌入式技术的研究与发展 4.3.1 环境智能化与嵌入式系统
• 未来98%的计算设备将工作在嵌入式系 统中
• 嵌入式系统是将计算与控制的概念联系 在一起，并嵌入到物理系统之中，实现 “环境智能化”的目的
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第4章 物联网智能设备 与嵌入式技术
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第 4 章 知 识 点 结 构
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4.1 智能设备的研究与发展
• 嵌入式系统（Embedded System）也称作“嵌入式计 算机系统（Embedded Computer System）”
4.5.5 无线传感器网络系统应用软件设计
无线传感器网络系统应用软件设计的要求
• 面向应用 • 适应性 • 能量优化 • 模块化 • 可管理
物联网工程导论第4章
• 无线传感器节点软件结构
物联网工程导论第4章
• 无线传感器网络软件结构
物联网工程导论第4章
4.6 可穿戴计算研究及其在物联网中的应用 4.6.1 可穿戴计算机在物联网中的应用
物联网工程导论第4章
4.1.5 智能家电 • 未来的智能家电向智能化、自适应和网络化方
向发展，智能家电将成为物联网中智慧家居应 用中主要的组成单元 • 可以接入互联网或移动通信网的智能家电称为 “网络家电” • 智能家电可以实现互联组成一个家庭内部网络， 可以与互联网连接 • 智能家电研究的对象主要是电视、冰箱、空调、 洗衣机与照明设备等 • 实现网络家电连接的技术主要是蓝牙、红外、 电力线、双绞线等
• 无线传感器网络、RFID应用系统是嵌入 式技术在实现“环境智能化”方向迈出 了一大步
物联网工程导论第4章
4.3.2 嵌入式系统的基本概念
• 微型机应用和微处理器芯片技术的发展为 嵌入式系统研究奠定了基础
• 嵌入式系统的发展适应了智能控制的需求 • 嵌入式系统的发展促进了芯片、操作系统、
软件编程语言与体系结构研究的发展 • 嵌入式系统的研究体现出多学科交叉融合
物联网工程导论第4章
4.1.4 智能手机
• 智能手机将是物联网中一种重要的智能终端设 备，很多物联网应用系统的用户终端设备是基 于智能手机操作系统平台上开发的
• 智能手机与个人计算机一样，具有自己独立的 嵌入式操作系统，可以由用户自行安装软件、 游戏等第三方服务提供商的程序
• 很多种智能手机已经嵌入了RFID标签芯片与 传感器芯片，成为物联网中重要的移动通信、 移动计算与位置服务的设备
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4.7.2 智能机器人在物联网中的应用
• 工业机器人 • 农业机器人
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• 服务机器人
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• 医用机器人
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• 微机器人与微操作机器人 • 仿人机器人
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• 特种机器人： 救援机器人、危险环境工作的机器人与探险机器人
• 电子工业产值的增长速率是国民经济总产值增 长速率的3倍，微电子产业的增长速率又是电 子工业增长速率的2倍
• 国民经济总产值每增加100~300元，就必须有 10元电子工业和1元集成电路产值的支持
• 集成电路对国民经济的贡献率远高于其他门类 的产品，以单位质量钢筋对GDP的贡献为1计 算，小汽车为5，彩电为30，计算机为1000， 而集成电路的贡献率则高达2000
• 无线传感器节点结构
物联网工程导论第4章
4.5.2 无线传感器网络节点设计原则
• 微型化与低成本 • 低功耗 • 灵活性与可扩展性 • 鲁棒性 传感器节点各部分能量消耗情况
物联网工程导论第4章
4.5.3 无线传感器网络节点硬件设计
• 传感器节点硬件部件之间关系示意图
物联网工程导论第4章
4.5.4 无线传感器网络嵌入式操作系统的研究
物联网工程导论第4章
4.1 智能设备的研究与发展 4.1.1 个人计算机PC
• IBM PC、图形工作站、台式机、笔记本计算机、一体 机与iPad
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4.1.2 个人数字助理PDA
• 各种形式的PDA
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4.1.3 GPS接收机
• 车载GPS导航仪、GPS手机与GPS手表
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4.5.4 可穿戴计算机在提高人的感知能力方面研究的发展
物联网工程导论第4章
4.7 智能机器人研究及其在物联网中的应用 4.7.1 机器人的基本概念
• 机器人学(robotics)是一个涉及计算机科学、人工智能 方法、智能控制、精密机械、信息传感技术、生物工 程的交叉学科
• 按照应用领域进行分类，机器人可以分为民用和军用 两大类
• RFID应用系统原理结构示意图
物联网工程导论第4章
4.4.2 RFID读写器结构 与设计方法
典 型 手 持 式 RFID 读 写 器 结 构
物联网工程导论第4章
4.4.3 RFID中间件的概念与结构
• RFID中间件结构示意图
物联网工程导论第4章
4.5 无线传感器网络节点设计* 4.5.1 无线传感器节点的结构
物联网工程导论第4章
4.6.3 可穿戴计算的定义和主要特征
可穿戴计算机与新 的人机交互模式： • 持久性 • 增强性 • 介入性
可穿戴计算机的六 个属性： 非限制性 非独占性 可觉察性 可控性 环境感知性 交流性
物联网工程导论第4章
可穿戴计算机的三大能力： • 移动计算能力 • 智能助手能力 • 多种控制能力
物联网工程导论第4章
4.1.6 数字标牌
• 数字标牌（Digital Signage）是一种新的专业多媒体视 听系统，体现出一种全新的媒体概念，同时也是物联网 应用系统与人通过视觉交互的工具
• 数字标牌在智慧城市与智能交通中的应用示例
物联网工程导论第4章
4.2 嵌入式技术发展的基础—集成电路 4.2.1 微电子技术和产业发展的重要性
物联网工程导论第4章
智能机器人在物联网中的应用前景 • 通过网络控制的智能机器人正在向我们展示出对世界
超强的感知能力与智能处理能力 • 智能机器人可以在物联网的环境保护、防灾救灾、安
全保卫、航空航天、军事，以及工业、农业、医疗卫 生等领域的应用中发挥重要的作用，必将成为物联网 的重要成员 • 物联网催生很多具有计算、通信、控制、协同和自治 性能的智能设备，实现实时感知、动态控制和信息服 务，智能机器人与物联网研究有很多共通之处 • 智能机器人的研究成果与研究方法对于物联网理论研 究具有极为重要的指导与借鉴意义
• 可穿戴计算机可以应用于物联网远程支 援、抢险救灾、医疗救护、社会治安、 新闻采访、社会娱乐与军事方面
• 为了适应不同的用户需求，不同的可穿 戴计算机根据其功能、与人交互方式的 不同，而被设计成不同的内部结构和不 同的外形
物联网工程导论第4章
4.6.2 可穿戴计算概念产生的背景
• 可穿戴计算技术体现出“以人为本，人机合一”和 “无处不在的计算”的理念，有力地支持着“从人围 着计算机转，转向计算机围着人转” 这一计算机演变 的重要趋势