物联网的嵌入式技术篇1
关键词：物联网；嵌入式系统；课程设计
作者简介：王小妮（1977-），女，山东威海人，北京信息科技大学理学院，讲师。（北京100192）
基金项目：本文系2011年北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：Km201110772018）的研究成果。
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）10-0105-02
2010-2012年教育部先后审批通过了138所高等院系开设了物联网相关专业，各高校也相继开始招生，但物联网专业体系建设和专业人才培养仍缺乏统一的标准。物联网中基于Zigbee技术的网络是一种新兴的短距离、低速率的无线网络，其以传感器、嵌入式系统为核心，构建了一个覆盖日常生活中万物的网络系统，被许多业内专家称为下一代的网络。[1]奥巴马就任美国总统后与美国工商业领袖举行的“圆桌会议”上，iBm首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一概念，得到了奥巴马的积极回应，“智慧的地球”已经上升至美国的国家战略。同志在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时，提出“感知中国”概念。同志说，“当计算机和互联网产业大规模发展时，我们因为没有掌握核心技术而走过一些弯路”。在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术。“感知中国”概念就是通过“物联网”让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网目前大家普遍认同的也是百度百科上的定义是“通过射频识别（RFiD）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念”。
物联网（theinternetofthings）即“物物互联”，是近年来出现的一种新型计算模式，建立在嵌入式系统、无线传感器网络、分布式计算、通信网络、移动计算等技术的飞速发展和日益成熟的基础上，将各种物体充分联接，通过无线网络将采集到的实时动态信息传送到中央服务处理中心，进行汇总、分析、处理、显示和控制。[2]嵌入式系统在物联网中扮演了尤其重要的角色。嵌入式系统作为目前支撑物联网主要服务提供者已经成为现实。北京航空航天大学何立民教授提出了关于物联网的十点看法——从嵌入式系统看物联网，他提出物联网不是互联网的延伸，嵌入式系统应有自己的语言与话语权，并分析了物联网与云计算的关系。广东电子工业研究院季统凯院长提出云计算产业化的思考，讲述了云计算的概念、技术特点及其在中国的产业化机遇，云计算的嵌入式系统前景。
一、物联网技术概述
无线通讯网络按其组网控制方式可分为集中式控制和分布式控制。[3]集中式控制系统如蜂窝移动通信系统，其依靠基站和移动交换为中心。分布式控制系统如adhoc网络，其能临时快速自动将分布式节点组网。无线分布式网络主要分三类：adHoc网络、无线传感器网络及无线mesh网络。adHoc为无线自动自组织网络，其不需要基站或交换机为中心，而是在移动环境中由移动节点组成的一种临时多跳无线移动通信网络。无线传感器网络是adHoc网络的一个特例，由大量低功耗、具备信息采集、处理和传输功能的传感器节点组成对设备进行实时监控的网络。无线mesh网络是在adHoc网络基础上解决无线接入发展起来的，具有更高的网络容量和故障自恢复性的多跳网络。现在人们关注比较多的物联网属于无线分布式网络系统，物联网示意图如图1所示。
物联网系统可以通过远端的声音、图像、压力、温度、烟雾等信号的采集或通过RFiD、指纹、声纹、条码等身份识别，将信息通过物联网络传送到中央服务器进行分析。当信息量比较大时，这种物联网传送信息的速度会降低，满足不了如实时系统对速度和可靠性有高需求的系统。实时系统在数据传送过程中，对物联网络的传送速度及带宽有很高要求，需要快速、可靠地将远端有效信息传送到中央服务器，对远端情况能及时掌握，如果出现异常现象能及时报警并处理。
1.物联网组成
身份识别部分，包括软件iD、条码、mac地址、RFiD、生物识别技术等；监测与控制部分，包括传感器、执行机构等；数据传输部分，包括总线方式、ZigBee网络、GSm/3G网络、wifi网络等；信息采集部分，包括单片机系统、嵌入式系统、X86系统、Gpio/串口/总线/USB接口系统等；数据中心部分，包括数据库、网络服务器等；数据访问部分，包括B/S模式、浏览器、短信/电话/邮件、个人pC/专用手持设备/手机等访问终端；移动设备部分，包括物流车辆、工程车辆、包裹、私人轿车等。
2.物联网系统
（1）物联网计算设备。各种移动设备或嵌入式设备，如pDa、汽车导航系统、智能卡、智能手机、poS销售机等。
（2）传感设备及其互联。适合普适计算的新型网络、传感、设备、终端等，及其互联互通问题，包括位置、温度、压力、生化等传感器，和传感器网络的自组织、低能耗、通信等支撑技术；嵌入式、便携式、可穿戴、专用化等新型用户终端设备和交互设备，设备间的信息互换方式和标准化。[3]
（3）物联网计算的软件技术。在操作系统和中间件上支持在异构动态多样的计算环境中有效完成用户任务的支撑技术，包括软件平台的体系结构、构建模式、开发与编程模式等；资源和服务的发现、重组，运行现场的重构，安全保障。
（4）物联网计算应用。智能空间如智能家庭、智能汽车、智能交通、智能会议室等；老年人智能家居及其他物联网计算应用系统。[4]
3.物联网特点
物联网主要特点：
（1）分布式。分布式网络由分布在不同地点的多个终端节点互连组成，数据可以选择多条路径传输。分布式网络没有中心，不会因为中心被破坏造成整体崩溃。
（2）自组织。节点能够随时加入和离开网络，节点的变化或故障不会影响网络的运行。
（3）多跳路由。无线分布式网络中的终端节点信息需要通过大量节点多跳多次传输才能到达目的节点，因此需要设计一个好的路由算法加快数据传输，并保证网络的健壮性。
（4）节点移动和动态拓扑。由于节点的移动，无线射频信号的有效范围也在发生改变，当节点移动到另一个节点传输范围时，这两个节点间通讯的无线链路就形成了；当节点超出另一个节点的传输范围，这两个节点间通讯的无线链路就断开，这样就形成了动态的拓扑网络。
（5）终端资源受限。移动节点一般由mCU、FLaSH和电池组成。与pC机比较，pC机采用性能高的CpU，主频速度、计算能力比mCU微控制器都要高出上百倍。pC机采用硬盘来存放数据，而移动节点由于造价和空间的限制一般采用FLaSH备份数据，FLaSH存储容量比硬盘少的多。pC一般使用不间断电源供电，而移动节点一般都使用电池供电，电池资源有限，一旦电池能源耗尽，该节点就失去作用，并且有些节点会处于不太容易更换电池的偏远地方，因此无线分布式网络设计时要考虑电能问题。
（6）安全性差。无线网络的信号散布在不可靠的物理通信媒体中，其广播式传播存在着安全隐患。因此在设计无线分布式网络时要考虑安全性问题。
对于图2中物联网网络，实现虚线表示移动节点无线发送有效范围，实线表现实现无线链路节点间连接。[5]
4.物联网前景
基于ZigBee技术的物联网的出现极大地方便了人们的工作和生活，以其低速率、低成本、低功耗的等特点，一般应用在以下几种领域中：
（1）家庭自动化。空调控制、照明开关等家居设备的远程控制以使其更加节能、便利，烟尘、有毒气体探测器等可自动监测异常事件以提高安全性。
（2）医疗领域。通过物联网可以将采集到的病人数据实时的传输到病人的监控数据库中，此外还可以制成医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等。
（3）工业自动化。利用传感器和物联网使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易。
（4）此外，ZigBee技术还有更加广泛地应用在智能建筑、现代农业以及环境检测上。
二、物联网课程设计
物联网包括三大部：底层硬件采集部分即感知层、无线网络通讯部分即网络层、终端应用部分即应用层。
1.专业基础课
专业基础课是为物联网中底层硬件采集部分设计做准备的。感知层是物联网的皮肤和五官，主要功能是信息感知与采集，主要包括二维码标签和识读器、RFiD标签和读写器、摄像头、各种传感器（如温度感应器、声音感应器、震动感应器、压力感应器）等。
构成物联网课程的前序基础课程包括“电路”、“数字电子”、“模拟电子”、“计算机组成原理与接口”、“通信电路”和“C语言程序设计”，这些课程是电子类、信息类及计算机类专业共同的专业基础课，是学习电子类产品设计的基础课程。随着物联网中各种各样信息的需求，大量的传感器应用在工业生产中，它们传达着温度、湿度、压力、角度、位移、气体浓度等不同的物理量信息。在大型的复杂系统中，传感器发挥着非常重要的作用，所蕴含的信息量极为丰富，具有数据容量大、测试对象较多、层次多等特点。针对物联网采集终端获得信息的特性，在专业基础课中加入了“传感器技术”课程，介绍各种传感器的软硬件功能及使用方法，包括电阻应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、光电式传感器、热电式传感器。
2.专业课
专业课是为物联网无线网络通讯部分做准备的。网络层是物联网的神经中枢和大脑—用于传递信息和处理信息。网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题，这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。
构成物联网课程的专业课包括“嵌入式操作系统”、“嵌入式系统及应用”、“计算机网络”、“嵌入式软件设计”和“嵌入式系统安全”。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘和理解，以及基于感知数据决策的理论与技术。由于物联网必须兼容和继承现有的tCp/ip网络、无线移动网络等，因此现有网络安全体系中的大部分机制仍然可以适用于物联网，并能够提供一定的安全性，如认证机制、加密机制等，但是还需要根据物联网的特征对安全机制进行调整和补充。
3.专业任选课
专业任选课是为终端应用部分设计的。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，结合行业需求实现行业智能化。
构成物联网课程的专业任选课包括“DSp技术及应用”、“无线传感器网络技术”和“物联网技术”。物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。实现物联网的关键技术主要包括：射频识别技术与无线传感器网络技术、通信和网络技术、软件技术、硬件技术、数据处理技术和安全保护。应用层是物联网发展的体现，软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。
4.课程设计
支撑物联网课程的相关课程设计有：“电工电子实习”2周，主要训练电子仪器使用如万用表、示波器、电路板焊接等基本技能；“电子电路课程设计”2周，训练学生掌握电子电路设计中的理论设计、查阅资料、选择元器件、计算机辅助设计、实际动手安装、调试等全过程，培养电子线路设计基本能力，强化学生的数字电子技术和模拟电子技术的综合应用应用，支撑学生参加电子竞赛；“硬件电路综合设计”3周，训练设计实现一个硬件系统（比如设计实现一个模拟数字混合系统、单片机控制等，包括电路设计、仿真、组装、调试、测试等全套流程），主要训练protel使用的单片机应用；“传感器技术课程设计”1周，培养学生综合运用各种传感器元器件进行传感器系统设计的能力；“物联网综合性课程设计”3周，学生在前述实践能力基础上，面向物联网领域的应用，设计实现相应功能系统。
三、结束语
物联网作为一个新兴产业，目前还处在起步阶段。发展物联网突出的障碍，包括技术标准还在制定之中、商业模式不够成熟、产业链尚未形成、配套的法律法规及政策亟待出台。所以在制定物联网相关专业课程设置时，可依靠嵌入式课程体系设置情况，根据各个学校专业发展特点，设置适合本专业发展的物联网课程体系。
参考文献：
[1]Xiaoniwang.Resource-awareclusteringbasedroutingprotocolintheinternetofthings[C].proceedingsofthe4thinternationalConferenceonawarenessScienceandtechnology（iCaSt2012）Seoul，Korea.21-24，august2012：20-25.
[2]朱近之.智慧的云计算——物联网的平台[m].北京：电子工业出版社，2011.
[3]王海涛，郑少仁.adHoc传感网络的体系结构及其相关问题[J].理工大学学报（自然科学版），2003，4（1）：1-6.
物联网的嵌入式技术篇2
问：为何说物联网现在还没有成熟？
答：回顾计算与应用的三次发展浪潮，第一次浪潮始于大型机时代，产生于上世纪80年代。第二阶段以pC机为主，始于上世纪90年代初，由于pC互联，诞生了互联网。第三个阶段是无处不在的泛在计算，产生了物联网。
但物联网的成熟还要有个过程，估计需要一二十年才会有相应的应用模式。首先，90年代末，我们谈论嵌入式系统（后pC），2009年提出了智慧地球、物联网。预计应该再过七八年才会出现今天互联网一样的成功商业模式。
我们可以回顾第二次浪潮是怎么走过来的：pC机出现十年后才有了互联网；Yahoo开创了互联网运营的成功商业模式，后来Google和阿里巴巴等成功运行了这种商业模式，前后历时十左右。因此要诞生一种成功的商业模式需要时间。在物联网发展中，首先要发现物联网的雅虎，找到成功的商业模式。
问：物联网为嵌入式系统带来哪些机会？
答：物联网包括感知层、网络层和应用层。实际上，最下面的感知层在物联网产业链里只占8%，感知层包括RFiD、传感器等物理设备。网络层，即系统集成的费用、价值只占20%～30%。因此，物联网里硬设备/看得到的东西在产业链里只占30%～40%，真正的产业效应是在应用和服务，即软件产业上。可见，物联网产业不是生产型的产业，而是信息服务的产业，这是物联网的本质。例如，提出智慧地球的公司不是芯片公司，而是做信息服务的iBm公司。
问：物联网有哪些关键技术？
答：物联网是信息和物理的融合。美国把CpS（信息融合物理系统，Cyber-physicalSystems）作为计算机的一个颠覆性的革命而提出来。因为现在有了计算机，它的处理对象是数字的。而物联网/CpS要处理的对象是连续的，跟时间有关，原有的计算体系实际上已不适合物联网/CpS。
问：CpS有何特征？
答：CpS融合了3C：计算、通信和控制。尤其控制很重要，因为所有的设备都要控制，因此需要嵌入式系统。
但是难点有几个：⒈对象现在不是静态的，而是动态的。⒉嵌入式设备要连起来，这不是一件简单的事情。很多人一定还记得，比尔盖茨在90年代末曾提出了维纳斯计划，要实现智能家庭/智能冰箱/智能洗衣机等联网，最后以失败告终。这其中有两个原因，第一是不合时机；第二，一些设备本身不具备联网、浏览器等功能。这怎么办？人们在总结了这些功能之后，就提出了信息平台的中间件oSGi（openServiceGatewayinitiative）架构，由众多公司和机构组成了开源组织——oSGi联盟，针对汽车电子、家庭网络、移动设备和工业环境等特定领域的与互联网连接的中间件。
问：成功的物联网应该是什么样？
答：必定有一朵“云计算”；否则将会是一堆废铜烂铁。同时，云计算要有地上具体应用的对象；否则将是一朵浮云。
目前云计算已在日本落地。汽车已成信息终端：通过云计算平台Gae（Googleappengine）实现汽车远程信息服务；还有新型急救医疗系统、电力银行和电影院的实况转播等。如果物联网没有后面的云计算，也就没有后面的60%、70%的真正的应用，同样道理，如果云计算不落地，永远只是一个流云。日本自认为有三朵云落地—车联网、智能电网、混合云。所以物联网和云是分不开的。
嵌入式系统新理念——SmartSystem
问：有的公司的战略叫SmartSystem，有的叫intelligentSystem，它们有区别吗？
答：都是一样的。2011年4月，intel、微软、通用汽车、高通、飞思卡尔、aRm、ti和三星等公司在旧金山联合成立了“Smart技术世界”。Smartsystem（智能系统或智慧系统）的特点是：⒈处理器不是我们以前用的最简单的8位处理器了，而是32位处理器或SoC。⒉内含高层次的嵌入式操作系统。⒊有联网功能，彻底解决原先嵌入式系统的孤岛现象。
新理念带来新技术
问：这会对嵌入式系统带来哪些新的技术革命？
答：嵌入式设计要从面相对象到面相角色转变，物联网的计算是跟时间有关的。第二，需要软硬件协同设计技术。第三，需要嵌入式软件建模、自动分析和验证技术。
问：难点是哪些？
答：嵌入式系统是面向特定应用的专用系统。因此，可用软硬件协同设计把该特定应用的多余的软硬件裁减掉，其中也包括oS。
另外，从动车事故等看出，可靠性是嵌入式系统最大的问题，但嵌入式系统的很多设计是在开源上完成的，需要把开放的嵌入式系统改造成封闭的专用系统。甚至于你可以到把oS裁到不像oS，甚至没有oS的这一历史，那么为什么嵌入式系统还要有oS呢？我的对象目标都已经定了，还要有文件调度，所以这个方式已经失去了意义，应该向无操作系统（演变为event驱动）的嵌入式系统方向发展。
物联网的嵌入式技术篇3
【关键词】物联网；现代物流；物联网技术
0引言
目前，物联网的发展在许多国家已经上升为国家战略，故在各行各业、社会管理和民生方面都将发挥重要作用。物流是物联网较早落地的行业之一，现代物流的发展需要数据的采集和传播具备高效性、准确性以及安全性，而物联网技术恰恰具备这些功能，因此，将物联网应用在物流领域具有很高的现实意义。物联网的应用从根本上提高了对物品生产、配送、仓储、销售等环节的监控水平，改变了供应链流程和管理手段，对于物流成本的降低和物流效率的提高具有重要意义。在应用智能终端的新型物流业务中，结合实际需要，配备无线网络环境和条形码技术，可以随时掌握物流链的任意节点上货物的情况，大大减少错误的发生，提高了工作效率，规范了企业的管理，在物流领域中得到了越来越广泛的应用。
1物联网简介
物联网（internetofthings）是一个基于网络、广域网或局域网等信息承载体，让一些相对零散的普通物理对象能够通过某种连接来实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。
简而言之，物联网就是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，即物物相息，以实现智能化识别和管理。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来互联网。
物联网有许多广泛的用途，用途涵盖：政府工作、公共的安全、智能家居、消防安全、工业监测、交通运输、环保领域、健康管理、花卉栽培、水质管理、食品安全、老人护理、国防安全和防控管理等多个领域，本文主要探讨其在现代物流领域中的应用及其使用到的关键技术。
2物联网在现代物流领域的应用
物联网在现代物流领域有着广泛的应用。
2.1运输过程的智能管理
目前，物联网的GpS/GiS卫星定位技术、RFiD技术、传感器网络技术在智能物流中已展开应用，以便实时了解关注对象的位置与状态，建立可视化的智能系统。在物流活动过程中实时实现对车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送的可视化管理。目前，有些技术比较先进的物流公司或企业大都建立与配备了GpS智能物流管理网络系统，可以实现对车辆定位与温度实时监控等，初步实现物流作业的透明化、可视化管理。通过在运输路线上布置一些网络节点，当装有相应标签或传感器等设备的货车经过时，便可获知其运输的路线、时间、货物等相关信息，使后台管理者实现可视化管理。也可以通过定位技术定时取得位置信息，监管货物动态。
2.2产品的可追溯性管理
应用物联网建立可追溯的智能系统，主要是为了实现在物流过程中的质量管理和责任追究的功能。基于RFiD等技术建立的产品可追溯网络系统的技术与政策等条件都已经成熟，应当加快全面推进。目前，这些智能产品的可追溯系统在医药、农产品、食品、烟草等行业和领域已有很多成功应用，比如，将物联网中的视频技术镶嵌在生产系统中，不仅能够实时监控产品的制造过程，而且可以事后进行查询。物联网在货物追踪、识别、查询、信息采集与管理等方面发挥了巨大作用，为保障食品安全、药品安全提供了坚实的物流保障。
2.3智能自动的物流配送管理
运用基于传感、RFiD、声、光、电、机、移动计算等各项先进技术，在物流配送中心实现全自动化管理，建立配送中心智能控制、自动化操作网络，从而实现物流、商流、信息流、资金流的全面管理。配送中心可以利用物联网中的RFiD等技术，根据需要将电子标签贴在货物、托盘或者周转箱上面，通过物品信息的实时记录、处理，再结合物联网的智能处理系统，实现货物出入库、盘点、配送的一体化管理。目前，很多的配送中心在货物装载和卸车上采用智能机器人、激光或磁性无人搬运车来进行作业和物品的搬运，采用自动化的分拣来作业，包括出入库也是自动化的机械来操作，使得物流配送作业系统能够实现自动化智能化。
2.4企业的智慧供应链
全球化背景下的企业竞争将是供应链与供应链之间的竞争，对企业的物流系统、生产系统、采购系统与销售系统提出较高要求。面对大量的个性化需求与订单，准确预测客户需求等问题是企业经常遇到的，这就需要智慧物流和智慧供应链的后勤保障网络系统支持。物联网在物流业中的应用将产生智慧生产与智慧供应链的融合，各个物流供应链的参与者可以按照预定的权限和流程各行其事，企业物流完全智慧地融入企业经营之中，信息流无缝链接，既可分工协作，又相对独立。
3物联网应用的关键技术
物联网关键技术主要涉及传感器技术、RFiD技术和嵌入式技术。
3.1传感器技术
这是计算机的一种关键技术。绝大部分的计算机现在能够处理的都是数字信号。计算机都是需要用传感器来把模拟信号
换成数字信号的，这样计算机才能处理。传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。
3.2RFiD技术
RFiD（RadioFrequencyidentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。也是一种传感器技术该技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，目前RFiD技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。RFiD在自动识别、物品物流管理中同样有着广阔的应用前景。
3.3嵌入式技术
嵌入式技术执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。嵌入式系统不能使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件，用术语表示就是固件（firmware），终端用户很难或者不可能改变固件。这是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个嵌入式处理器控制板，有控制程序存储在Rom中。事实上，带有数字接口的设备有很多都是这样的，比如录像机、汽车、手表、微波炉等，都使用嵌入式系统。嵌入式系统有一些还包含操作系统，不过大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。近年来嵌入式技术得到了快速的发展，嵌入式产业涉及的领域也越来越广泛，彼此之间的特点也是很明显的。如很多行业：军工产业、手机厂家、平板及车载导航、数字电视、多媒体终端、网关等。嵌入式系统正在逐渐的改变人们的生活，推动着生产以及国防的发展。传感器、嵌入式系统在物联网中有着非常关键的地位与作用。
4结论
物联网发展的步伐越来越快，很快就会进入规模发展阶段，物联网的发展将对提升很多产业的经济附加值，促进经济的发展方式进行转变，对产业结构的调整也具有非常重要的意义。物联网在物流领域的发展也将越来越广泛，它正推动着物流行业的变革，在不远的将来，随着物联网理念的引入，随着我国物联网标准体系的完善，越来越多的研发基地的建立，更多的行业应用等多项工作的推进，物联网将对物流业产生更强大的影响，这势必会带来智能化的物流配送链条、更敏捷的供应链、物流链条中商品的透明化与实时化管理，实现物流的可追踪管理。我们相信，在物联网的发展带动下，一个更加智慧、便捷、高效的美好物流前景将很快实现。
【参考文献】
[1]邹生，何新华.物流信息化与物联网建设[m].电子工业出版社，2010.01.23-25.
物联网的嵌入式技术篇4
关键词：智能交通控制物联网嵌入式模糊控制
中图分类号：U495文献标识码：a文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0015-02
1物联网概念及结构组成
物联网（theintemetofthings）在维基百科的定义是：把感应器和装备嵌入到隧道、铁路、建筑、电网、公路、桥梁、供水体系、大坝、油气管道以及家用电器等各式物体上，并接入互联网，用特定的软件程序运行，实现远程控制。
物联网有三个特征：一是全面感知，即利用RFiD、二维码、传感器等实时地获得物体的信息；二是可靠传递，通过电信网络与互联网的结合，实时准确地将物体的各种信息传达出去；三是智能处理，利用云计算、模糊控制等各种智能计算技术，分析和处理物体进行智能化地控制。
2智能交通
智能交通系统是在比较健全的道路硬件设施基础上，将先进的电子技术、传感器技术、信息技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种高效、准确、实时、全方位、大范围发挥作用的交通管理系统它是充分利用现有交通基础设施的能力，增加运输效率，保证交通安全，减少交通拥挤的有力措施。
世界上公认较好的城市交通控制系统是SCoot（英国）系统和SCat系统（澳大利亚），这两种系统早在20世纪80年代中期就已经被我国引进引，但实际效果并不乐观。两种系统的基础均为精确的数学模型或预设的方案，而我国城市的交通车辆种类繁多、随机性大、影响因素多，尤其是中小城市，很难通过用精确的数学模型来描述。
分布式人工智能的一个重要部分是多智能体系统，其目的是将复杂的大系统构造成简单的小的子系统，各子系统之间为能够相互连接、相互协调，便于控制管理。进而复杂系统的控制问题可以通过子系统的自治和相互协调来解决。正是由于城市交通网络的实时性和复杂性等特点，应用多智能体系统结构进行智能控制是一种比较明智的选择。本文按照该结构设计智能交通控制系统（结构如图1所示）。其中，进行车流量信息检测利用的是RFiD技术，结合嵌入式技术设计开发交通信号控制器，通过各种智能算法之间的比较，最终采用模糊控制。在该结构图中，路口信号控制器能够实时更新单个路口的车流量数据，并给相连接的路口提供交通流数据用于信号配时；区域信号控制器通过分析区域交通流信息能够使路段之间交通流达到动态平衡；信号控制中心管理智能体统一协调各区域交通运行。
3RFiD技术的概述和发展
RFiD（RadioFrequencyxDentifieation）是一种非接触式的自动识别技术，即无线射频识别。它是通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，辨识目标获取相关的信息。射频识别技术的优点是：无需直接接触、无需人工干预、无需光学可视即可完成数据的通信和处理，并且便于操作。能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗等需要大量收集和处理数据的应用领域。
RFiD最早出现在第二次世界大战时期，当时它被应用在空中作战行动中进行敌我识别。因此，RFiD并不是一个全新的技术，它在国外的发展比较迅速，RFiD产品种类很多，像摩托罗拉、德州仪器、西门子等世界著名厂家都生产RFiD产品，而且都各有特色。虽然我国的RFiD技术的开发较晚，但经过长时间的努力已经开发出了具有自主知识产权的特色产品。
4交通信号机
交通控制系统的一个重要组成部分就是交通信号机，且交通信号控制算法的硬件载体也是交通信号机。随着32位单机的功耗和价格的不断走低，国人对它的认可越来越多。实时多任务的嵌入式操作系统的使用也被应用到各种领域，并且受到越来越多的重视。应用了嵌入式操作系统的产品市场也日趋活跃起来。今后市场的主导必然嵌入式系统在智能交通控制领域上的应用。本文目的是建立一种基于RFiD技术和aRm处理器为对象的嵌入式智能交通控制系统，对城市交通进行实时高效的智能控制。
本系统的信号控制采用的是嵌入式模块，处理器选择的是拥有200mHz的aRm920t内核的ep9315处理器，它是高度集成，能够满通控制高效实时运算要求。该模块集成了多种通信接口，与流量数据检测设备，信号控制机的通信可以通过串口或者Can口实现，由以太网接口完成与控制中心的通信。人机交互部分是工作人员在特殊或紧急情况下进行现场调试的重要组成部分，输入部分包括8×8键盘阵列，pS/2接口和触摸屏，输出部分包括LCD，VGa显示器，iDe和CF卡槽以及USB接口。JtaG及串口调试部分提供了系统开发调试时实现程序下载、运行调试等功能。
5模糊控制器
模糊控制（FuzzyControl）是以模糊化的语言变量、模糊化的集合论以及模糊逻辑推理为基础，它是智能控制的一种重要方法。它的设计方法主要来取决于操作员的实际经验，对于处理一些非线性的系统，模糊控制是非常合适的。模糊控制器的设计包括：确定模糊控制器的结构，即根据具体的系统确定其输入、输出变量；输入输出变量的模糊化，即把输入、输出的精确量转化为对应语言变量的模糊集合；模糊推理决策算法的设计，即根据模糊控制规则进行模糊推理，并决策出输出模糊量；对输出模糊量进行解模糊判决，即通过各种解模糊方法完成由模糊量到精确量的转化，实现对被控对象的控。
交通需求通常用路口停车线前的排队长度即停车线前相隔一定距离（通常为80～100m）的两检测器之间的车辆数来表示。建立模糊表如表1和表2所示。
6结语
随着物联网技术的不断成熟，交通控制朝着智能化的方向发展已经是大势所趋，智能交通系统是交通事业的一场革命。通过有效的结合与应用先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术、计算机技术和系统综合技术，使人、车、路之间的相互作用关系以最优的方式呈现，进而实现高效、准确、实时、安全、节能的目标。本文的主要研究工作为：通过对物联网和智能交通知识的学习，了解了物联网和智能交通领域的新技术，新概念，了解了物联网技术在智能交通领域的应用。学习RFiD技术，了解RFiD的发展和特点以及优势，设计了基于aRm嵌入式系统的交通信号机，并采用模糊控制算法对交通信号灯进行实时高效的控制。
参考文献
[1]吴功宜.智慧的物联网一感知中国平日世界的技术[m].机械工业出版社，2010：81-90.
[2]胡振文.城市智能交通系统现状与发展构想[J].国防交通工程与技术，2003（2）.
[3]张国伍.智能交通系统工程导论[m].北京：电子工业出版社，2003.
[4]周晓光，王晓华.射频识别（RFiD）技术原理与应用实例[m].人民邮电出版社，2008：5-7.
[5]董丽华.RFD技术与应用[m].电子工业出版社，2008：60-71.
[6]陈颐.aR刻嵌入式技术原理与应用[m].北京：北京航空航天大学出版社，2011.
[7]周立功.aRm嵌入式系统基础教程[m].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[8]蔡教武，蔡延光.一种基于自适应模糊神经网络的交通灯控制系统[J].仪表技术，2010（9）：32-36.
物联网的嵌入式技术篇5
应用嵌入式芯片构建网络安全设备的设计研究文/童友连本文全面分析了网络安全隐患，清楚地阐述了构建网络安全设备的必要性，结合文献资料及现阶段的技术现状，尝试性提出将嵌入式芯片应用于网络安全设备的相关技术，以期为程序编写人员提供参考依据，提高网络使用的安全性能。摘要技术
1.1嵌入式智能岛技术
目前最常见的嵌入式系统为Linux操作系统，它具有优良的内核管理功能，还可为后续程序的编程修改提供相关的工具与数据库支持，且该系统的操作方法简单易行，在实际使用过程中备受推崇。现以Linux系统为基础，探讨嵌入式智能岛技术的实现过程及其可行性。嵌入式智能岛技术是在嵌入式芯片内部功能的基础上，加设网络控制程序，最大限度地确保网络使用安全。用户可直接将嵌入式芯片应用于网络安全设备，从而达到安全用网的目的。通过这一技术，未联网用户或内部网络用户在访问外部网络时，用户使用网络的相关指令将由浏览器发送至嵌入式芯片中的服务器，服务器可自动收集指令，并实现指令处理的智能化运作。同时，智能岛服务器还能对所收集的指令进行集中化处理，对指令中对应的网站点进行全网式搜索，将相关信息进行分类处理，并将合乎安全性要求的信息及其类别导入到芯片内部的数据库中，为后续使用提供便利。若用户在未联网的情况下使用计算机等设备时，嵌入式智能岛结构中的网络开关可实现内部网络与外部网络的物理隔离，从而有效减轻来自外部网络的病毒或黑客攻击等安全隐患。
1.2嵌入式防火墙技术
传统防火墙多位于网络入口的控制位置，可很好地抵抗来自外部网络的攻击，但其对内部攻击毫无抵抗能力，具有较强的安全局限性。嵌入式防火墙技术是将防火墙软件通过一定的编程技术写入嵌入式芯片，利用嵌入式芯片实现对整个网络的安全防护。嵌入式防火墙系统由多个内部网络中的客户端和一部集中管理器组成。通过嵌入式芯片的使用，可很好地对内部网络中的每一客户端实行安全监控，具有过滤和检测进入内网的外部网络数据的作用，从而实现对各用户使用外部网络过程中不安全因素的有效控制。内网中所有的嵌入式芯片均可作为整个嵌入式防火墙的重要组分，通过与集中服务器的联合使用，可清楚明了地进行内部网络的安全管理工作，其具体作用过程为：服务器可通过嵌入式芯片的使用，制定相应的安全管理策略，根据各客户端的使用要求分配相应的安全控制任务。通过嵌入式芯片构建嵌入式防火墙系统，可实现对整个内网中的服务器、各客户端主机等组件在使用过程中的安全防护，进一步确保内网用户的网络使用安全。利用嵌入式芯片实现嵌入式防火墙的关键技术主要体现在以下几个方面：
（1）利用分割点计算编写区域分割包的有关算法，对嵌入式防火墙内部的库管理过程进行动态点计算，减小决策树的长度，有效提高防火墙的操作快捷性。
（2）根据用户在内网中的使用等级，编写相对应的策略生成算法，实现对不同用户使用外网的安全监护。
（3）可通过编程技术，创新性地将嵌入式防火墙应用于操作系统的桌面防护中，从硬件和软件两方面对内部网络中的用户进行保护。此外，在构建嵌入式防火墙系统的同时，应将传统防火墙与嵌入式芯片技术联合使用，进一步提高网络访问的安全性能。
2结束语
物联网的嵌入式技术篇6
>>射频识别技术在智能化物流管理中的应用基于嵌入式技术的大容量射频识别系统设计与实现射频技术在物流管理系统中的应用探索项目化嵌入式教学在物流管理专业的实施与保障基于射频识别技术的智能化物流管理基于无线射频识别技术应用高校资产的物流管理RFiD技术在烟草仓储物流管理系统中的应用研究基于嵌入式车牌识别的研究基于条码技术的仓储物流管理系统设计基于嵌入式系统的人脸识别技术研究及实现基于物联网技术的仓储物流管理系统应用研究Dtw算法在嵌入式语音识别系统中的应用研究射频识别技术在农业物流中的应用基于嵌入式隧道照明节能技术的研究基于嵌入式的车牌识别系统设计基于FpGa的嵌入式技术基于J2me技术在嵌入式领域的应用研究基于多属性决策的嵌入式操作系统识别技术基于构件技术在嵌入式操作系统中的应用基于嵌入式internet技术的北部湾物流过程监控系统的研究与设计常见问题解答当前所在位置：.
[2]百度百科.RFiD[eB/oL].(2010-03-02)./view/26303.htm?fr=ala0_1.
[3]罗华群,谢新文.网络化RFiD关键技术浅析[eB/oL].(2010-03-02)..
[4]马选.基于RFiD的现代邮政物流仓储管理信息系统研究[D].桂林:桂林电子科技大学,2008.
[5]郝玲艳,赵建平,刘秋霞,等.射频识别关键技术及其在学生管理中的应用[J].现代教育技术,2007,17(1):80-82.
物联网的嵌入式技术篇7
关键词：嵌入式系统；应用模式；两个层次
1嵌入式系统的发展史
计算机诞生于1946年，在漫长的历史进程中，计算机始终由于其体积大和不便携带而始终搁置在室内，用来完成数值计算的大型设备。随着20世纪70年代微型机的出现，微型机嵌入式专用化的深化，而进入嵌入式系统独立的微控制器发展时期，嵌入式处理器与集成电路技术发展成带处理器内核的单片机，即微控制器智能化电子系统。微型计算机以其小型、价廉、性能可靠的特点，逐步走出机房；快捷高速计算能力的微型机，智能化水平以及专业人士技能的不断提高，要求将微型机嵌入到一个不同应用实体中，实现其智能化的控制。
在工控机和单板机时期，无法彻底地满足嵌入式系统小体积，低价位、高可靠性要求，现在我们的日常生活中嵌入式系统无处不在，有着较广泛的应用领域，如：手机、汽车、家用电器、都有嵌入式系统，随着互联网和微处理器的开发研究，将来嵌入式系统在人们日常生活、工业、科技、军事等领域都会有广泛地应用。
2嵌入式的定义和特点
在嵌入式系统应用领域中，现在有许多人对嵌入式系统了解较少。其实单片机就是嵌入式系统的代表；也有些人对嵌入式系统无法给出较完整的定义，而是把嵌入式系统的特点和定义混在一起。因而有必要从计算机的发展历史，了解嵌入式系统，从科学和专业角度来探讨嵌入式系统和特点。
2.1嵌入式系统要素和定义
按照嵌入式系统开发和应用的要求，嵌入式系统可概括为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统三个基本要素。定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、工耗严格要求的专用计算机系统。
2.2嵌入式系统的特点
嵌入式系统应用软件是嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也使其具有以下的特点：⑴软件固态化存储提高了执行速度和系统可靠性，嵌入式系统软件一般都固化于存储器或单片机本身。⑵软件代码质量高、半导体和处理器速度可靠性不断提高、存储器容量增加，具体应用中存储空间仍有实时性的要求。
⑶在多任务嵌入式系统中，基本要求是高实时性，保证对重要性不相同的任务合理调度是任务执行的关键，单纯提高处理器速度无法达到和完成，只能由优化的系统软件来完成。
⑷嵌入式系统需要开发工具和计算机具有完善的人机接口界面，并增加一些开发应用程序即可进行对自身的开发。
⑸嵌入式系统软件需要开发平台具有完善的操作系统和应用程序接口，新开发的软件应用程序必须在平台上运行，嵌入式系统的应用程序则可以没有操作系统直接在芯片上运行。
⑹嵌入式系统开发人员以应用为主，计算机开发人员一般是计算机科学或工程方面的专业人士，而嵌入式系统是各个不同行业的应用相结合，需要的是计算机以外的专业知识，嵌入式系统开发人员都是其他应用领域的优秀人才。
2.3嵌入式系统的种类与发展
按照上述瞒足嵌入式系统定义及定义中三要素的计算机系统，即可称为嵌入式系统。嵌入式系统可分为设备级、板级、芯片级。有些从事嵌入式开发的人员把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，将嵌入式处理器构成计算机系统，并与嵌入式共同应用时，这样的计算机系统才是嵌入式系统。
嵌入式系统与对象系统密切相关，主要发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求所涉及的电路，够成满足对象要求的应用系统。嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。才可以把定义中的嵌入式系统看成是满足对象系统要求的计算机应用系统。
3嵌入式系统的发展前景
3.1嵌入式系统引入单片机的发展
微型计算机的出现诞生了嵌入式系统，可是微型计算机的体积、价位、可靠性无法满足对象系统的嵌入式应用要求，为此；嵌入式系统的独立发展道路就是芯片化道路。把计算机系统设置在芯片上，而进入了单片机时代。
在单片机的发展进程中，有过两种模式，即本质上的计算机直接芯片化模式，它是将计算机系统的基本单元进行裁剪，设置在一个芯片上，形成单片机，芯片则完全按嵌入式设计出新的嵌入式应用体系结构，微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。才是全面完善的嵌入式系统。芯片化模式是嵌入式系统独立发展并成为单片嵌入式系统的典型结构体系。
3.2嵌入式系统发展前景
日益普及的家用电器体现了互联网时代嵌入式产品，为嵌入式市场展现了美好前景，带来了新的生命；也对嵌入式系统、软件技术带来新的挑战。包括：支持迅速增长的功能密度、快捷的网络联接、小巧的移动应用和多媒体信息处理，因此也带来了更加激烈的市场竞争。
⑴嵌入式软件开发需要完备的开发工具和操作系统支持，随着网络技术的成熟，网上提供的信息量也越来越大、应用项目像电话、手机、电冰箱等嵌入式设备的功能多样化。为满足功能的多样化，专业人士采用更强大的嵌入式处理器来增强处理能力；同时还应用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能，简化应用程序、确保软件质量和开发周期。
⑵随着嵌入式实时操作系统的国际商品化，已有windRiver、microsoft、等产品进入我国市场。自主开发的嵌入式系统软件产品如科银公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，它不仅包括嵌入式实时操作系统，而且还包括交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等。
⑶互联网的逐渐普及和迅速发展。嵌入式系统要求配备标准的或多种网络通信接口。为应对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，由于家用电器相互关联（如防盗、影视和信息终端交换）及协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备多种实用或通信接口，也提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。
⑷嵌入式产品设计降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。支持电子设备向小尺寸、微功耗和低成本方向发展。为满足这种特性，并相应提高了嵌入式软件设计技术要求。选用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器性能。因此；既要软件人员经验丰富，同时需要先进嵌入式软件技术。
⑸嵌入式设备受众多家庭和人们喜爱，原因是它们与使用者之间具有亲和力，能提供丰富多样的人机交互界面，如信息终端交互要求以夜景或电子屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号、彩色图形、图像已取得初步成效。
4嵌入式系统的两种应用模式
因嵌入式系统具有多学科交叉的应用特点，则需要计算机领域人员介入其结构体系、软件技术、工程应用的研究。所以了解对象系统的控制要求，实现系统控制就应具备该领域的专业知识。从嵌入式系统发展的历史，以及嵌入式应用的多样性，足以了解到嵌入式系统形成的两种应用模式。
4.1现存的两种应用模式
从微型机出现到独立发展的单片机时代，嵌入式系统从原器件状态进入到电子技术领域，从电子技术应用为主体，到电子系统的智能化，计算机专业人员没有真正进入单片机应用领域。所以电子技术应用专业人员以习惯性的电子技术应用，进入到单片机的应用开发。这种应用模式具有：软、硬件的低层性和随意性，缺少计算机工程设计方法。
尽管在单片机时代，计算机专业出现嵌入式系统领域，随着后微型机时代的到来，网络、通信技术迅速发展；嵌入式系统软、硬件技术有了迅猛发展，为计算机专业人员进入嵌入式系统应用另辟了新的空间，使得嵌入式系统应用模式带有计算机工程应用的特点，即嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式低层次应用。
4.2两种模式的并存与互补
由于嵌入式系统最大、最广、最低层的应用是传统电子技术领域和智能化改造，以针对专业电子技术队伍为主，以较少的嵌入式系统软和硬件成本，使其产品带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式较长时间存在。也使得计算机专业设计师会愈来愈多地介入嵌入式系统，由于对象专业知识的差别，其应用领域会集中在网络、电子商务等方面，无法替代电子系统人员在控制、仪器仪表、智能化等方面的嵌入式应用。所以，现存的两种应用模式会在一定时期并存下去，同时在不同领域相互补充。在嵌入式系统软和硬件研发过程中，不断学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术，在电子系统设计过程中，不断了解嵌入式系统应用的电路系统特性及电路设计方法和对象系统的设计原则。
4.3嵌入式系统应用的两个层次
嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，在实现最低层的嵌入式系统应用，使其有着明显的电子系统设计特点。许多从事单片机研发人员，都是电子系统设计的专业人士，由于单片机的出现，部分人员脱离了计算机领域，另辟途径而进入电子系统领域，且没有带入嵌入式系统理念。所以：许多从事单片机应用的人，没有真正了解单片机与嵌入式系统，在涉及嵌入式系统时，往往理解成计算机专业：从事网络、通信等的应用。从而形成了“单片机”与“嵌入式系统”两个独立的名词。因为“单片机”是独立产生的嵌入式系统，应该把它统一归结到嵌入式系统。也可以把嵌入式系统按应用对象分成高层次与低层次，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低层次应用。
5结束语
由于嵌入式系统的市场巨大、潜力无限，全球的生产商都非常看好这一领域，且投入了许多人力物力，而围绕嵌入式系统的研究、设计和研发正成为计算机发展方向。笔者结合自身的学习和积累以及网站资料的搜索与分析，对嵌入式系统发展及应用进行了概述，希望能同从事嵌入式开发的人员共同探讨，为使嵌入式系统在未来的发展，能给人们的工作、学习、生活带来更多的便利而共同努力。
[参考文献]
[1]aRm嵌入式技术实践教程.http：//.cn/buaa.
[2]姚正.计算机发展趋势展望[J].《商情（教育经济研究）》2008年第1期.
[3]沈连丰，宋铁成，叶芝慧.嵌入式系统及其开发应用[m].北京：电子工业出版社.
物联网的嵌入式技术篇8
当下的北京街头,不时能见到一些白色机柜。这些设备将收集到的交通信息传送到北京市交通管理中心,服务商再将收集到的信息和地图结合起来。如此一来,开车出行的人们可以随时查看这些实时更新的地图,选择行驶畅通的“绿色”路段出行。
这就是一个典型的物联网应用。而在这些白色机柜中,放置的是工业自动化厂商研华的嵌入式工业计算机,它能够汇总感测器收集到的信息,进行基本的分析处理,然后将其传送到后台。
“物联网来了,我们也看到了自己的机会。”在接受《计算机世界》报记者独家专访时,工业自动化厂商研华股份有限公司总经理何春盛表示,他们已经将触角伸向了更多的行业应用领域,包括公共领域的城市安全监测、智能化车载信息监控、工业领域的危险源监测、能源领域的风场管理系统等智能应用。
进军物联网
在记者的调查中发现,研华并不是惟一在物联网中寻找新蓝海的工业自动化厂商。同属工业计算机领域的研祥智能和研扬科技也已经开始掘金物联网。
在4月举办的2010英特尔信息技术峰会(iDF)上,研祥展出了智慧医疗产品解决方案。在这个解决方案中,移动医疗终端mCa1001、mpC1202、病房自助终端mpC1701和各种监护仪器等硬件,借助无线/3G/有线网络,接入医疗网络平台及各种信息系统。后台的医疗终端专用服务器通过无线/3G/有线网络,能够在终端设备和中心机房之间,传递交换相关资料和数据,为整个医疗信息产品及仪器构建一个物联网。
同在4月份,研扬科技也宣布成立医扬科技股份有限公司,新公司主要针对医疗it提供自动化解决方案,如eHR(电子健康档案),HiS(医院信息系统)和RiS(放射科信息系统)。
《物联网产业发展研究(2010)》报告指出,中国物联网产业未来发展有4大趋势:细分市场递进发展、标准体系渐进成熟、通用型平台出现、技术与人的行为结合促进商业模式创新。工业自动化厂商首先就在通用型平台上寻找机会。
“通用型产品采集信息不外乎温度、压力和湿度。”何春盛介绍,“这其中有水位计、流量计、一氧化碳浓度计、二氧化碳浓度计,或者酸碱度的检测。这些将来都可以做成一个标准的模块。买这个模块,就可以探测所有类型。”
对于未来物联网最末端产品的形态,何春盛认为,做物联网就像搭积木,用户只要把研华的产品买回去,然后‘搭一搭’就可以了。“我们已经把中间件、硬件都弄好了。只要调一下参数,在软件方面做一些创新,就可以接入物联网。”
技术一脉相承
整个4月份,何春盛一路马不停蹄,从台北到深圳,再从西安到重庆,在各地举办的每一场“2010研华技术应用创新论坛”,他都亲自出席。会议现场,他都仔细聆听每一位嘉宾的发言,并在笔记本上认真地记录;在会议的休息空隙,他总是和与会嘉宾进行更详细的沟通。
为什么研华、研祥、研扬这样的工业自动化厂商开始寻机物联网?何春盛解释说,如果工业自动化是一个“小区”,物联网就是一个城市,两者在实质上是相通的。
“其实物联网与工业自动化是分不开的。”重庆邮电大学物联网研究院执行院长王平教授解释道,工业自动化包含采集、传输、计算等环节,而物联网是全面感知、可靠传递、智慧处理,二者是相通的。物联网只是更加强调无线、海量采访、智能计算。
一脉相承的天性,让工业自动化厂商寻机物联网顺其自然。在物联网的3个关键领域:传感器、RFiD和m2m(机器对机器)中,工业自动化厂商至少在传感器和m2m领域有很强的优势。
10年前,主要集中在设备领域的针对m2m之间的通信已经出现。10年间,m2m的概念不仅扩展到机器与人、机器与服务等更宽泛的概念,而且还成为“物联网的主要现实形态”,这也带动了在m2m中大量应用的自动化需求。现在,更多的自动化和智能技术已经从m2m应用的工业应用扩展到社会生活的方方面面。由此,自动化也“傍”上了物联网这个蔚然成风的“概念大款”。
在感知层面,工业自动化厂商也积累了上千种的产品和解决方案,包括工业计算机、工业交换机、数据采集器、触摸屏和软件等。并且,在物联网时代,最末端的传感器数量众多,收集到的数据也相当庞杂,如果不加分析处理就将这些信息传递到后台,必将对网络层和后台处理系统造成负担。而如果把部分数据分析工作放在前端,就能提高效率。相应地,工业自动化厂商在前端数据处理上积累了不少经验,它们的代表型产品―内嵌在工业计算机中的数据采集软件就能够胜任这个“工作”。
另外,既有能力打造通用平台,又深入行业的工业自动化厂商在物联网应用上也大有可为。王平指出,物联网的应用应该是通用平台加行业应用。通用平台是指信息感知与传输,它的孵化性是比较强的,整个标准规范能够尽快形成协议。而在行业应用上,需要企业从行业着手下自己的功夫。
产业链支持至关重要
在4月21日举办的2010研华技术应用创新论坛(重庆)现场,英特尔、德州仪器、微软、泰科电子等企业的代表悉数到场,无形中增加了研华打造物联网产业链的信心。何春盛也表示,为了让自动化更智慧,能够驱动更多的智能应用,把握物联网的大局,合作伙伴的支持必不可少。
从产业技术应用角度来看,应用识别与系统整合能力将加速物联网的应用发展,信息实时高效的互动与传递,将使物联网的应用更智能,这其中就包含了开放式软硬件开发平台以及软件的应用创新。
从工业计算机出发搭建物联网产业链,嵌入式的智能芯片必不可少。英特尔曾预测,到2015年,全球将有150亿个嵌入式设备与互联网连接。英特尔对嵌入式颇为用心,这从2010iDF上,英特尔大谈嵌入式中可见一斑。从智能交通基础设施到物联网,从车载信息娱乐设备到智能家电,英特尔都努力嵌入其中。
而作为最基本的人机交互,触控是物联网的基础技术。泰科电子美商易触控系统销售经理杨肃一边展示最新的触摸屏,一边介绍说,物联网时代,触控技术是一种最基本的技术。“未来,声音、表情、图像都可以通过设备变为一种触控技术,这使得人们能够更方便地‘touch’。”
物联网的嵌入式技术篇9
关键词：嵌入式；物联网；ZigBee；智能学生宿舍；智能家居
中图分类号：tp273
物联网是在现代计算机互联网的基础上，利用RFiD、无线数据通信技术，构造一个覆盖万事万物的网络世界，在这个网络中，可以对各个事物进行智能化管理和互动[1]。如今，智能家居的理念不断深入人心，许多家用电器都实现了智能化控制，但很少有将这种物联网技术应用于大学生宿舍。然而，学校宿舍用电安全及财产安全一直是社会关注的焦点，所以设计一个基于物联网的智能控制系统来对学生宿舍进行管理是有现实意义的。
1系统总体方案
本系统是以aRm嵌入式系统为基础，利用无线传感器技术、RFiD以及信号处理与通信技术实现系统的整体架构。该系统将实现对宿舍的门禁、照明、采光和供电插座进行远程控制与管理，利用RFiD对人员进出进行记录。
智能宿舍系统按照功能结构可以分为应用层、网络层和感知层。系统应用层的具体实物包含了android应用程序及其服务器相关程序。在系统的网络层中，服务器是建立外网通信的核心部分，宿舍网关是建立内部通信连接数据传输的核心部分。在tiny6410开发板上扩展ZigBee模块作为宿舍网关，负责宿舍内部网络和外部网络的连接和数据转换。系统的感知层是采用ZigBee近距离无线传输协议来组建宿舍内部通信网络，ZigBee终端节点扩展不同的模块以实现不同功能。智能宿舍系统的总体架构如图1所示。
2智能宿舍系统硬件设计
智能宿舍系统硬件主要是宿舍网关（嵌入式Linux网关）、ZigBee自组网中各个内部网络节点的设计。智能宿舍网关设计是建立在嵌入式Linux系统上，与服务器建立tCp连接，实现网络通信，并与ZigBee协调器建立串行数据通信连接，ZigBee协调器通过组建内部网络并实现相互间的通信连接，从而实现网络化的管理与控制。
智能宿舍网关设计采用的是tiny6410嵌入式开发板[3]，其配有一个网络接口和四个串行通信接口，可以简化了硬件设计。在移植嵌入式Linux系统后，只需要在该系统上运行建立网络与串行通信连接的应用程序。
ZigBee节点的硬件设计采的是ti公司的CC2530F256芯片，单个芯片上整合ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。[2]
图1智能宿舍系统的总体架构
2.1嵌入式Linux网关设计
Linux内核支持Dm9000的驱动和串行通信接口驱动，并且对tCp/ip协议有良好的支持，设计网络通信程序较容易，作为智能宿舍的内部网关，要处理来自服务器的控制指令数据，解析后通过串行通信方式传递给ZigBee协调器，以实现网络数据的获取与传输，系统整体结构如图2所示。
图2嵌入式系统结构图
2.2ZigBee节点的设计
寝室环境中，各功能设备的通讯是基于ZigBee无线网络。介于智能宿舍的规模，即网络中传输的数据量不大、节点较多等因素，宿舍内部网络结构选择星形结构。在实际环境中搭建的网络结构，必要的硬件设备按结构可分为协调器和终端节点。
2.2.1ZigBee协调器
ZigBee组网具有自组织的特点。ZigBee协调器主要是组建整个ZigBee网络，实现内部网络相互间的数据传输，并与嵌入式智能宿舍网关建立通信连接，以实现数据的上传及指令的下发。
2.2.2终端节点
在学生宿舍环境中，安全方面是首要考虑的。所以终端节点的功能设计，包含了RFiD门禁系统、照明与插座控制节点、窗帘电机控制节点等。
（1）门禁控制节点。RFiD门禁系统采用RC52213.56mHZ高频的射频识别模块，可以快速、准确地读取常见类型的学生校园卡，通过驱动电路实现门阀的控制。由于本RFiD门禁系统是通过ZigBee终端节点控制，通过无线传感网络技术，可以方便的实现android手机的远程控制。当需要远程开门时，点击android系统上的开门按钮，通过internet和ZigBee网络将数据传输到该门禁系统的节点上，通过该节点对门阀的控制实现开门。同时，还可以通过网络远程管理此门禁系统，当需要锁定某种RFiD卡号，通过锁定按钮以实现RFiD射频识别的失效；需要恢复时，通过解锁按钮恢复。
图3门禁节点原理图
（2）照明与插座控制节点。与门禁节点原理相似，电灯与插座都是CC2530单片机通过驱动电路实现对继电器的控制，从而实现对电灯以及用电器件的控制。当接收到网络传递的指令数据时，ZigBee终端节点执行相应的控制指令，实现对电灯或是用电器件的开关控制，进而实现了学生宿舍的用电器件的管理以控制，以无接触方式实现用电器件的控制，保证了用电的安全可靠。
（3）窗帘电机控制节点。窗帘控制就是通过CC2530单片机通过对步进电机驱动模块实现对步进电机的驱动，原理与门禁节点类似。当该终端节点接收到相关控制指令通过驱动电机的以实现窗帘的开关控制，这里可以通过实现需要来控制窗帘的开合度，保证室内的合理化采光控制。
3智能宿舍系统的软件设计
3.1服务器程序设计
服务器程序是建立在具有固定ip的服务器上，最主要的作用是建立android手机客户端和嵌入式系统的tCp连接的线程间的管理和通信。嵌入式Linux系统与服务器建立tCp连接后，服务创建相应线程与其通信，当android手机客户端建立连接时，服务器创建另一个线程与其通信，服务器将两者通信数据相互传输，以实现两个客户端线程的通信。
3.2android应用程序设计
android应用程序是用户远程访问控制宿舍的客户端。应用程序设计就是与ZigBee节点相应的，分为门禁的控制按钮、电灯的开关按钮、插座的通断按钮和窗帘的开闭按钮。应用程序首次安装登录时，会与手机号进行绑定，以提高系统的安全性。登录后与服务器建立tCp连接，按钮动作会向服务器发送相应的控制指令，达到控制目的。
4结束语
本文设计的系统实现了学生宿舍的智能化管理与控制功能，整体结构清晰明了，节点安装方便。可以根据实际需求扩展节点的功能，适用于不同环境。此项技术将web技术、嵌入式技术和ZigBee技术完美的结合，在学生宿舍方面的应用与推广有较好的前景。
参考文献：
[1]Luigia，antonioi，Giacomom.theinternetofthings：asurvey[J].Computernetworks，2010：784-2805
[2]texasinstruments.atrueSystem-on-ChipSolutionfor2.4-GHzieee802.15.4andZigBeeapplications[eB/oL].http：//.cn/cn/lit/ds/symlink/cc2530.pdf.
[3]友善之臂.tiny6410开发板[eB/oL].http：///tiny6410.asp.
物联网的嵌入式技术篇10
物联网两年内将
引爆嵌入式软件市场
工业和信息化部统计数据显示,2009年我国软件服务业收入为9513亿元,是2000年的16倍;软件出口185亿美元,是2000年的46倍。而成都2009年的软件与信息服务业主营业务收入为756亿元,同比增长47.1%;出口实现4.3亿美元,同比增长43.3%。
今年年初,成都获批成为全国首批“中国软件名城”创建试点城市之一。目前成都通过工业和信息化部认证的软件企业累计达711家,软件服务业从业人员达15万人,通过Cmm/Cmmi认证企业达37家,4家企业入选国家规划布局内重点企业,2家企业入围中国电子信息百强企业,6家企业被评为中国服务外包成长型企业。成都已成为西部软件及信息服务业核心集聚城市之一。
软件服务行业发展如火如荼,更火的是什么?物联网啊。10个it人,会有9个这么回答。确实如此,从本届软洽会的会场,我们也能看得出来物联网的火热程度:根据记者观察,为时两天的十几场各种主题的论坛中,底下观众最多、演讲交流时间排得最满、现场气氛最热烈的两个主题论坛就是2010中日嵌入式软件研讨会和2010物联网产业发展高峰论坛。
中国物联网标准联合工作组组长张琪在物联网产业发展论坛上表示,物联网是庞大的由感知层、网络层和应用层三层构筑的一个集大量应用和服务于一体的信息化社会工程。当前,物联网工作的重点和切入点是加快制定相关的标准,包括物品编码的标准,重点放在核心技术产品的研发和产业化、引导和开拓各类传感器的应用、智能卡和识别码的应用、使物联网能够服务于改善民生、促进经济发展和推动社会信息化的进程。
中国计算机学会嵌入式系统专业委员会副主任陈章龙教授在接受记者采访时表示,在他看来,物联网的核心就是3C――把嵌入式的物理设备(Computation)通过无线宽带通信(Communication)与后台数据处理系统相连达到自治的控制(Control)和信息服务。陈章龙告诉记者,物联网的无处不在,将会引发嵌入式软件的广泛应用,同时,不能只用嵌入式软件编码的大小来衡量嵌入式软件产业化的程度,必须通过系统来实现软硬件的一体化,关键是加强物联网中的信息服务,这才是未来盈利的关键点。
工业和信息化部软件与集成电路促进中心主任助理高松涛在嵌入式软件研讨会上表示,中国的嵌入式软件在消费电子、医疗电子、工控等多领域的应用保持了高速增长的态势,在中国软件产业中有特殊地位:2009年,它的产值占整个软件产业产值的17.6%;在中国软件出口中,嵌入式软件的贡献占据了近2/3。
日本嵌入式产业的快速发展和优质成果有目共睹,在家电、工业控制、汽车等领域,嵌入式软件都获得了长足发展。据统计,2009年日本嵌入式相关行业生产额占日本国内总生产额的13.5%。日本t-engine论坛代表诸隈立志在接受记者采访时表示,日本正在采用边实践边证明的方式摸索着物联网应用。诸隈立志是日本无处不在的计算机网络研究所(YRp)的副所长,他在主题演讲中,讲述了目前在日本已有的电脑住宅、食品安全、国际服装物流、家庭电器、医药品等领域的物联网应用实例,他说:“两年后,嵌入式软件在物联网领域的应用将爆发。”
中日软件外包路径:成都―冲绳―东京
无论是《关于嵌入式软件增值税政策的通知》政策的出台,还是各地软件园区如雨后春笋般冒出的各个嵌入式软件实验室,都说明嵌入式软件无疑已成为当前我国软件产业中的焦点。高松涛说,当前中国软件收入领先的企业都是从事嵌入式软件研发工作的,嵌入式软件外包将会成为未来几年的市场主流。
东软集团高级副总裁陈锡民在会上分享了东软10年来对日嵌入式软件发展的经验,将对日软件外包的发展分为三个阶段:第一阶段是能做,指能建立安全的外包研发环境,通过需求管理、进度管理和风险管理等保证交付的能力;第二阶段是能做好,在能做的基础上,通过提升交付品质、降低验收测试缺陷率和建立定量化质量管理机制提升质量保证能力;第三阶段是超越客户需求,为客户创造新价值,通过改善作业流程和沟通,建立自我改善机制提升生产效率,并强化自己的技术、Ui设计及策划能力、提案能力等提升自己的核心竞争能力。
陈锡民建议,沿着三阶段的发展路径,中国软件外包企业必须要面向国际标准,提升QCD能力(质量成本交付),并打造核心竞争能力,向外包价值链高端发展,并且要注意加大在基础建设和先行研发等方面的投入。
日本知名的专门致力于离岸外包开发业务的资讯机构ai-Coach株式会社董事长幸地司在接受记者采访时表示,通过近几年软洽会平台和双方的深入交流,中日软件外包已经形成成都―冲绳―东京的有效路径。同时,他认为,由于日本人力资源结构特点,五年后日本的软件工程师将面临巨大的人才缺口,对中外包将会成为主流,而沟通是目前中日软件外包的较大难点。
而近几年来在对日汽车电子类软件外包取得迅猛发展的武汉光庭汽车电子有限公司总经理朱敦尧对此的解决办法是将项目核心人员直接送至日本,与发包方进行2~3周或者2~3个月的需求沟通,深入交流。朱敦尧的观点是,发包方和接包方要形成战略合作伙伴关系,不能只控制眼前成本,要互相学习,共同成长,才能长期合作。