嵌入式系统与物联网技术精编WORD版

嵌入式系统与物联网技术精编W O R D版

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嵌入式系统与物联网技术

索明何

工作单位：淮安信息职业技术学院?

研究方向：嵌入式系统、物联网技术

摘要：本文通过参考嵌入式系统理论奠基人何立民教授，中嵌协会、中国物联网产业协会秘书长柏斯维等专家关于“嵌入式系统与物联网技术”的观点，进行了总结、摘取了相关的理论，旨在从嵌入式系统的角度理解物联网的概念，在嵌入式系统技术的基础上学习物联网技术，推动物联网技术的应用与发展。?

一、物联网的源头?

物联网与云计算不是概念炒作，是互联网与嵌入式系统发展到高级阶段的融合，如图1所示。?物联网有3个源头：智慧源头、物联源头、网络源头。智慧源头是微处理器，物联源头是嵌入式系统，网络源头是嵌入式系统局域网和互联网。

图1?物联网的源头

1.物联网的物联源头?

图2?嵌入式应用系统的物联基础

如图2，嵌入式系统的四个通道接口（物联界面）：?

（1）感知接口?

物理信息感知：电子标签（RFID、二维码——后IP时代）感受对象的物理信息。?物理参数感知：传感器感受对象的静态参数、动态参数信息。?时空信息感知：GPS给予物理对象进行时空标定。?

（2）控制接口?

所有对物理对象的控制，都要经过这一端口完成数字化控制信息到对象系统控制信号的转化。?????

（3）人机接口?

人机接口，是嵌入式系统的输入、输出端口，是一个归一化的人机交互界面。多元化的人-机交互方式，如各种类型的键盘、显示器、音视频设备的人机交互等，都要归一化成输入、输出端口的标准化结构与通信协议。人机通道的基础是嵌入式系统的串行接口，以及由此衍生的各种串行总线，如I2C总线、单总线、SPI串行接口等多元化的串行输入/输出通道。?

（4）互联接口?

为嵌入式应用系统之间、嵌入式应用系统与互联网之间通信提供标准的通信手段。通信方式可以有多种有线与无线方式。通常，将满足信息传输要求的硬件电路与通信协议栈内嵌到嵌入式系统中，或制成可在嵌入式系统外部扩展的专用通信芯片。

嵌入式设备通过有线（485、CAN、工业以太网等）或无线（如Zigbee）局域网互联形成嵌入式系统局域网。嵌入式系统、嵌入式系统局域网与互联网相连，形成了物联网。?

2．物联网的网络源头?

物联网有无限大的应用领域，物联网应用系统则是一个与互联网相连的局域物联系统。物联网的网络源头有互联网的广域网与嵌入式系统的局域（物联）网。?

（1）互联网的广域网?

互联网是全球性无限时空、无限通达的广域网。互联网通信没有时空限制，也不受局部通信链路故障的影响。互联网的全球性特征还表现在它遵从全球化公共利益的技术特征，按“包交换”方式连接的分布式网络不存在中央控制，也无法把互联网封闭在一个国家之内。互联网的根本作用是为人们的交流服务，而不单纯是用来计算。?

构成互联网的途径有多种多样，计算机网、公共电信网、有线电视网，甚至智能电网，它们都是信息网、人文网，与物理对象没有直接联系。?

（2）嵌入式系统的局域物联网?

嵌入式系统的局域物联网，是以嵌入式系统为核心，与物理对象相连，局部地区应用环境下，满足TCP/IP的传输协议要求，具有网络拓扑结构，动态路由的数据传输系统。?

嵌入式设备通过现场总线（485、CAN等）互联形成嵌入式系统的局域分布式物联系统，如CAN总线的汽车电子、机器人、工业控制、智能家居等局域物联系统。无线数据传输网络（如ZigBee）推出后，嵌入式系统才有了真正的局域物联网，它既满足了局域网的协议要求以及网络拓扑结构、动态路由的数据传输要求，又有全面的物联界面。?

（3）局域物联网与广域网互联?

嵌入式系统的局域物联系统或局域物联网受地域环境限制，与无限时空、无限通达的互联网连接后，便形成了无限通达、无限时空应用的物联网。例如，由CAN总线构成的

汽车电子系统是局限在一辆汽车中的局域物联系统，当延伸到互联网后，便可将单辆汽车纳入城市交管的物联网系统中。物联网交管系统可随时随地实时地了解车辆状况、行驶状态、违章事件等。又如，当一个智能家居延伸到互联网后，成为无限时空、无限通达的物联网家居后，家居主人可以在任何时间、任何地点与家居中的物联对象实时交互。?

通常，局域物联网与广域网互连是局域网的一种上联行为，即局域物联网向互联网延伸。通过局域物联网中主控节点内含的互联网接口，或在外部扩展一个互联网接口芯片，与互联网相联。?

3．物联网事件的行为元素?

物联网中有众多的物联系统，物联系统中有众多的物联网事件。不同的物联网事件中，有许多不同的行为过程。?

物联网中所有不同的事件过程，都有相同的行为元素。这些行为元素是物储、物感、物控、物信、物管、物互。?

（1）物联网的存储（物储）?

物联网的物储元素，是物联系统中物联网事件的知识与信息的存储行为。为了满足物联系统构建，满足物联网事件过程要求，物联系统中要有足够的存储空间，以实现物联系统中的电子化信息存储、真实世界的虚拟存储、虚实交互存储与数字文件存储等。?

电子化信息存储，是网络实名制的个人及其财、物等的信息存储；真实世界的虚拟存储，是数字化系统的虚拟存储，如网上银行、购物系统、交管系统、认证系统等的虚拟系统存储；虚实交互存储，是物理认证环境基础上的数字化虚拟存储，如FPGA的物理认证

基础上，集成电路、IP核、系统电路的数字化文件虚拟存储；数字文件存储，则是图片、音视频资料存储。?

物联网中所有的存储内容，都是“0、1”数字符号归一化的量子化存储，与具体物质无关。因此，物联网中存储的数据可以在不同的介质中转换或传输。?

（2）物联网的传感（物感）?

物联网的物感元素，是物联系统中，物联网事件对物理对象的感知行为。这种感知行为的源头，是嵌入式应用系统中传感器的数字釆集。通常，物联网事件中的感知有物理对象的物理状态感知、物理参数感知，以及感知对象的时间、空间定位信息。物理状态信息与物理参数信息感知，通常是依靠各种类型的传感器将物理状态与物理参数变换成模拟电压信号，然后通过模/数转换技术转换成数字信号，输入到嵌入式应用系统的前向通道中；物理对象的时间、空间定位信息则依靠嵌入式应用系统与GPS系统的交互感知。?

（3）物联网的控制（物控）?

物联网的物控元素，是物联系统中，物联网事件对物理对象的控制行为。这种行为的源头，是嵌入式应用系统控制接口对物理对象的伺控制能力。通常，嵌入式应用系统控制接口输出的是归一化的“0、1”数字化信号，必须通过相应的数/模转换技术转换成物理对象能够接受的模拟控制信号。?

（4）物联网的信息（物信）?

物联网的物信元素，是物联系统中，物联网事件的信息流管理行为。物联网事件的信息流管理行为，主要表现在“0、1”归一化数字化信息的变换与传输。它包括“0、1”数