物联网入门了解

原创已于 2022-10-11 15:35:54 修改 · 2.4k 阅读

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#物联网 #c++ #c #python #边缘计算

于 2022-10-11 09:15:32 首次发布

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一、什么是“物联网”？

“物联网（Internet of things）”一词由Kevin Ashton在 1999 年创造，指的是通过传感器将互联网连接到物理世界。从那时起，该术语就被用来描述与周围物理世界交互的任何设备，无论是通过从传感器收集数据，还是通过执行器提供真实世界的交互（例如打开开关或点亮 LED 的设备） )，一般连接到其他设备或互联网。

传感器收集来自世界各地的信息，例如测量速度、温度或位置。

执行器将电信号转换为真实世界的交互，例如触发开关、打开灯、发出声音或向其他硬件发送控制信号，例如打开电源插座。

物联网作为一个技术领域不仅仅是设备——它包括基于云的服务，可以处理传感器数据，或向连接到物联网设备的执行器发送请求。它还包括没有或不需要 Internet 连接的设备，通常称为边缘设备。这些设备可以自行处理和响应传感器数据，通常使用在云端训练的 AI 模型。

物联网是一个快速发展的技术领域。预计到 2020 年底，将有 300 亿台物联网设备部署并连接到互联网。

二、物联网设备

物联网中的T代表事物——通过从传感器收集数据或通过执行器提供现实世界交互来与周围物理世界交互的设备。

用于生产或商业用途的设备，例如消费者健身追踪器或工业机器控制器，通常是定制的。他们使用定制电路板，甚至可能是定制处理器，旨在满足特定任务的需求，无论是小到可以戴在手腕上，还是坚固到可以在高温、高压力或高振动的工厂环境中工作。

作为一名了解 IoT 或创建设备原型的开发人员，您需要从开发人员工具包开始。这些是专为开发人员设计的通用物联网设备，通常具有生产设备上不具备的功能，例如用于连接传感器或执行器的一组外部引脚、支持调试的硬件或其他资源在进行大型制造运行时会增加不必要的成本。

这些开发工具包通常分为两类——微控制器和单板计算机。

1、微控制器

微控制器（也称为 MCU，微控制器单元的简称）是一种小型计算机，包括：

🧠一个或多个中央处理单元 (CPU) - 运行程序的微控制器的“大脑”

💾内存（RAM 和程序内存）——存储程序、数据和变量的地方

🔌可编程输入/输出 (I/O) 连接 - 与传感器和执行器等外部外围设备（连接的设备）通信

💁在互联网上搜索微控制器时，请注意搜索“ MCU ”一词，因为这会为漫威电影宇宙带来很多结果，而不是微控制器。

微控制器的设计目的是为了执行有限数量的非常具体的任务，而不是像 PC 或 Mac 那样的通用计算机。除了非常特定的场景外，您不能连接显示器、键盘和鼠标并将它们用于一般用途的任务。

微控制器开发套件通常带有额外的传感器和执行器。大多数电路板都有一个或多个 LED 可供您编程，以及其他设备，例如使用各种制造商的生态系统或内置传感器（通常是最流行的传感器，如温度传感器）添加更多传感器或执行器的标准插头。一些微控制器具有内置的无线连接，例如蓝牙或 WiFi，或者板上有额外的微控制器来添加这种连接。

💁微控制器通常用 C/C++ 编程。

2、单板电脑

单板计算机是一种小型计算设备，它具有包含在单个小板上的完整计算机的所有元素。这些设备的规格接近台式机或笔记本电脑或 Mac，运行完整的操作系统，但体积小、功耗低且价格便宜得多。

Raspberry Pi 是最受欢迎的单板计算机之一。

与微控制器一样，单板计算机具有 CPU、内存和输入/输出引脚，但它们具有附加功能，例如图形芯片，可让您连接显示器、音频输出和 USB 端口以连接键盘鼠标和其他标准 USB网络摄像头或外部存储设备等设备。程序与操作系统一起存储在 SD 卡或硬盘驱动器上，而不是板上内置的存储芯片。

🎓您可以将单板计算机视为您正在阅读本文的 PC 或 Mac 的更小、更便宜的版本，并增加了 GPIO（通用输入/输出）引脚以与传感器和执行器进行交互。

单板计算机是功能齐全的计算机，因此可以用任何语言进行编程。IoT 设备通常使用 Python 进行编程。

三、物联网的应用

物联网涵盖了广泛的用例，涵盖了几个广泛的群体：

消费物联网
商业物联网
工业物联网
基础设施物联网

1、消费物联网

消费者物联网是指消费者将在家中购买和使用的物联网设备。其中一些设备非常有用，例如智能扬声器、智能加热系统和机器人吸尘器。其他人则对其有用性存有疑问，例如语音控制的水龙头，这意味着您无法将其关闭，因为语音控制无法通过流水声听到您的声音。

消费物联网设备使人们能够在周围环境中取得更多成就，尤其是 10 亿残障人士。机器人真空吸尘器可以为行动不便但无法自己吸尘的人提供清洁地板，语音控制烤箱允许视力或运动控制受限的人只用他们的声音加热烤箱，健康监测器可以让患者自己监测慢性病定期更详细地更新他们的状况。这些设备变得如此普遍，甚至年幼的孩子也将它们用作日常生活的一部分，例如，在 COVID 大流行期间进行虚拟上学的学生在智能家居设备上设置计时器以跟踪他们的功课或警报以提醒他们即将举行的课堂会议.

2、商业物联网

商业物联网涵盖了物联网在工作场所的使用。在办公室环境中，可能有占用传感器和运动检测器来管理照明和加热，仅在不需要时关闭灯和加热，从而降低成本和碳排放。在工厂中，物联网设备可以监控安全隐患，例如工人不戴安全帽或噪音达到危险水平。在零售业，物联网设备可以测量冷藏库的温度，如果冰箱或冰柜超出要求的温度范围，就会提醒店主，或者它们可以监控货架上的物品，以指导员工补充已售出的产品。运输行业越来越依赖物联网来监控车辆位置、跟踪道路用户充电的道路里程、跟踪司机工作时间和违反合规性。

3、工业物联网 (IIoT)

工业物联网或 IIoT 是使用物联网设备来大规模控制和管理机器。这涵盖了从工厂到数字农业的广泛用例。

工厂以多种不同方式使用物联网设备。可以使用多个传感器监控机械，以跟踪温度、振动和旋转速度等信息。然后可以监控此数据，以允许机器在超出某些公差时停止 - 例如，它运行得太热并被关闭。随着时间的推移，这些数据也可以被收集和分析以进行预测性维护，其中人工智能模型将查看导致故障的数据，并使用这些数据在其他故障发生之前预测它们。

如果地球要养活不断增长的人口，尤其是对 5 亿个家庭中的 20 亿人来说，数字农业非常重要，这些家庭以自给农业为生。数字农业的范围可以从几个个位数的美元传感器到大规模的商业设置。农民可以从监测温度开始，并使用生长期来预测作物何时可以收获。他们可以将土壤湿度监测与自动浇水系统连接起来，为他们的植物提供所需的水量，但不能再确保他们的作物在不浪费水的情况下不会变干。农民甚至更进一步，使用无人机、卫星数据和人工智能来监测大片农田的作物生长、疾病和土壤质量。