物联网工程设计与开发

第1章概述

本章首先介绍物联网的基本概念和常见应用场景，使读者对物联网形成初步认识；其次说明物联网系统构建需要掌握的关键环节，以及学习物联网工程开发的正确方法；最后阐述了物联网的发展现状及趋势。

1.1物联网简介

1.1.1物联网概念及构建环节

物联网（Internet of Things,IoT）是指由万物互联构成网络，实现彼此信息互通。物联网的概念包含狭义和广义两个层面。狭义物联网是指通过智能设备互连，实现万物信息的互联互通；广义物联网是指包括各种软件在内的所有事物的互联互通。

在本书中，智能设备是指配备通信接口和通信协议、可与计算机实现自动信息交互的设备。传感设备是指具有传感功能的器件、装置或设备。传感器是具有传感功能、输出信号没有经过任何调理的器件。

从以上约定的概念中可以看出，智能设备与传感设备包含的内容既有重叠，又不完全相同；传感设备包含传感器。在物联网概念中使用了智能设备，是因为物联网面临的前端设备比传感设备的概念更广，既包含带有传感功能的智能设备，也包含其他智能设备。

我们经常使用打车平台软件，在手机上预约出租车后，地图上就会显示该出租车的位置。手机终端与出租车的互联结构如图1.1所示。这是因为所预约的出租车上安装了基于全球定位系统（global positioning system,GPS）的智能设备。GPS可以实时把代表出租车位置的数据信息上传至系统服务器，手机终端通过系统服务器获取出租车的位置信息，并把它标记在手机终端地图上，从而使用户在手机上可以看到出租车的所在位置。这便是物联网狭义互联的一个简单实例。

对于智能设备之间的互连，如果去深究其中的具体原理细节，就会使学习过程变得非常复杂，而本书旨在讲述如何利用现有的智能设备和技术快速构建实际的物联网系统，无须关心智能设备的内部工作细节。在实际应用场景中，物联网应用系统构建包括5个关键环节。

（1）选择智能设备：根据实际应用需求，选择合适的具有传感功能的智能设备。

（2）智能设备互连：实现智能设备和计算机之间硬件通信连接，这种连接既可以是有线连接，也可以是无线连接。通常采用目前成熟的产品和技术。

（3）设备交互软件编程：获取智能设备传感数据或实现智能设备的控制。

（4）应用软件系统开发：实现物联网信息的管理、分析和应用。

（5）应用软件之间互联：根据需要实现应用软件之间互联，避免形成信息孤岛。

本书将主要围绕后面的4个环节展开，通过给出每个环节的规律和方法，帮助读者尽快掌握物联网工程的设计和开发方法。

1.1.2物联网应用领域简介

物联网工程在工业、农业、智能家居、海洋、医疗等领域具有广泛的应用前景。

1.工业领域

在产品设计和生产过程中，存在大量的自动化测试系统。例如，产品在设计阶段需要进行性能测试，批量生产前需要进行可靠性测试、用户模拟测试，在批量生产时需要进行抽样测试等。每一种产品从设计到出厂都需要历经多种情况测试。在某些大中型企业中，由于拥有跨省甚至跨国的多个工厂，同时产品种类繁多，因此在这些企业内部存在成百上千套结构各异的测试系统。

从获得市场订单、零部件采购、生产过程管理到物流配送等各个环节，虽然大部分企业都建立了相对完善的信息化系统，但尚缺乏对各个环节之间的信息在全局进行及时交互的技术手段，因此形成了数量庞大的信息孤岛，无法有效进行产品全生命周期的有效管理和数据分析。这些问题的存在，给物联网应用软件技术的发展留下了巨大空间。

2.农业领域

一段时期以来，中国农业主要采用家庭承包责任制，这是一种依靠个人体力劳动的生产经营模式。在这种模式下，农业领域的生产、加工、运输、销售等环节处于一种独立、分散的状态，从而降低了农产品的流通效率，也在一定程度上限制了农业发展。

在美国等发达国家，其农业模式已经由自动化、机械化生产经营模式，向融合了物联网技术的高度智能化生产经营模式逐步转变。中国从2011年开始，在政府政策的引导下，已经开始尝试农业物联网试点工程，但由于成本与技术的限制，物联网技术的应用和普及较为缓慢。

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