#我的高光時刻#

物聯網概念最早于 1999 年由美國 MIT 提出，2013 年前後物聯網在國内萌芽并開始迅猛發展，時至今日，大家對物聯網領域概念性内容有了一定認知。

本次分享我們聚焦在物聯網的現狀和關鍵技術兩方面，過程中包涵了一些問題與思考。

物聯網的發展過程大緻分為兩個階段，消費互聯網帶動産業互聯網，再進化到物聯網。

共享單車、智能電表、智能家居等都是物聯網領域的典型案例，車聯網、自動駕駛、智能工業等諸多場景，蘊含着巨大潛力。

那麼物聯網是怎麼實現的呢？如下圖是典型架構之一，四層架構：

由感知、網絡、平台和應用這四層組成的架構是物聯網典型架構之一，目前諸多物聯網場景均按照這個架構進行布設，如智慧垃圾桶、智慧井蓋、智慧城市等。

感知層：物聯網設備端，一般由單片機作為主控，用來承載企業的業務邏輯，外接傳感器，作用是數據采集。

網絡層：網絡層用于接入和傳輸數據，通常分為兩大類，一類是蜂窩網絡，如 4G Cat1、NB-IoT；另一類是非蜂窩網絡，如 Wi-Fi、藍牙、ZigBee、LoRa。

兩者的區别是，蜂窩網絡直接通過核心網直接連入 Internet，非蜂窩網絡則需要一個網關。

網關會有專門企業進行研發，一端能夠通過 4G、5G 能上網，另一端能夠通過 Wi-Fi、藍牙、ZigBee、LoRa 去連接很多設備。

平台層：劃分為連接管理平台和業務使能平台，解決業務規劃、安全、維護，以及數據如何存儲、檢索、使用等内容。

應用層：用于應用的部署，面向具體的業務，作用是數據呈現及客戶交互。

另一種是自組網式的局域網架構，這種物聯網場景不需要服務器，設備之間就可以實現互聯。

如下圖，這種架構的典型案例：HarmonyOS 以手機為核心，構建的 1 8 N 全場景應用。

物聯網的應用現狀

我們選擇比較熱的智能家居與消費物聯網、智慧城市與公共事業物聯網、智慧城市與數字孿生、車聯網與智能汽車這四大方向來談談物聯網的應用現狀。

①智能家居與消費物聯網

消費物聯網領域最典型的場景就是智能家居，于國内華為、小米在智能家居領域市場份額占比相對較多，華為的 Hilink、HarmonyOS，小米的米粉卡，頻繁出現在我們的工作和生活中。

②智慧城市與公共事業物聯網

公共事業物聯網最典型的場景就是智慧城市，包涵智慧停車、智慧垃圾桶、城市噪音污染監測、井蓋監測等。

③智慧城市與數字孿生

智慧城市中有個概念叫做數字孿生，如下圖如，是兩者之間的關系：

什麼是數字孿生呢？就是在整個城市實物的基礎之上，通過物聯網的傳感器采集必要數據，并對這些數據進行建模，之後把模型放到雲端運行，形成一個數字化的城市模型，于我們的城市一一對應。

④車聯網與智能汽車

車聯網早期就是把車連接起來，通過調度系統進行通信，之後擴展了廣告屏，也有安裝實時監控。

現在的車聯網大多是指自動駕駛，自動駕駛場景一般采用 V2X（自組網式的局域網）架構，與路基設施，人，其他車輛通過特定協議進行互動。

車聯網領域涉及的内容很多，如 OTA、SOA、TBox 和智能座艙的預控制器等。

物聯網設備開發核心技術

物聯網涉及的技術非常繁多，本次直播主要分享物聯網設備端的八大核心技術：

• 單片機軟硬件開發
• 傳感器技術
• 網絡通信編程
• 網絡協議棧
• 雲平台對接
• 低功耗技術
• RTOS
• 網絡安全技術

①單片機軟硬件開發

物聯網設備開發，核心技能是單片機的軟硬件開發，大緻包涵單片機硬件電路設計、射頻及天線部分硬件設計、單片機軟件編程、I2C/SPI/UART 等通信總線編程、AD 轉換軟硬件生産部署與測試等核心開發，以及結構、散熱、光學、機加工等配套開發。

②傳感器技術

傳感器技術，學習門檻相對較低，因為大多以數字傳感器為主，都有數字接口，如溫濕度傳感器、煙感探頭（煙霧傳感器）、9 軸傳感器（動力加速度、陀螺儀、地磁）、GNSS（GPS/Beidou/Glonass）等。

也有一些傳感器是模拟的，需要用AD轉換才行，比如電壓檢測、壓力傳感器等。

③網絡通信編程

網絡通信編程和互聯網通信相關，首先要懂網絡編程基礎知識，對基本原理有一定了解，這樣在學習新模塊時，才能比較快速的掌握到核心精髓。

當前，物聯網模塊編程會采用 AT 指令，也會直接用 socket 編程接口。設備之間相互鍊接采用應用層協議，如 HTTP、MQTT，也可以使用更底層的傳輸層協議 TCP、UDP。

④網絡協議棧

CoAP 與 MQTT 是物聯網常用協議，COAP 可以理解為 HTTP 針對物聯網的移植版本，采用 UDP 而不是 TCP 是為了節約建立連接的開銷，數據包頭采用的是二進制而不是文本編碼，發送和接收可以異步進行。

MQTT 采用發布/訂閱模式，進行雲端管理主題，負責消息的轉發，采用二進制編碼方式，各終端通過 TCP 連接到雲端。

對于安全要求比較高的領域，如國防、民航、工業控制領域，采用實時數據通信協議 DDS。

⑤雲平台對接

對于單片機開發的老工程師來說，是新知識點，一般成熟雲平台會提供接口，設備端按照指令流程進行對接，于設備端上下行進行數據編程，雲平台對接協議編程實現，在到雲端進行開發（譬如華為 OC 平台的 profile 和編解碼插件）。

⑥低功耗技術

物聯網場景中移動設備居多，供電方式為電池，所以低功耗是必須考慮的問題。

那麼要如何實現低功耗呢？對于 MCU 部分，盡量選擇低功耗、喚醒時間短的 MCU，适當降低系統工作頻率，進入睡眠前，關掉内部所有外設。

如對晶振精度要求不高，盡量選用内部晶振，同時降低工作電壓（不同的工作電壓功耗不同）和降低工作溫度。

對于外設部分，選擇合适的供電方式，采用 LDO 供電或 DCDC 供電要權衡，選擇低洩漏電流器件（MOS 管和電容等），選擇低功耗的開關切換電路，切換外部模塊，以及降低系統工作電壓（根據伏安特性電壓越高漏流越大）。

⑦RTOS

RTOS 是物聯網設備端技術精華，當前很多單片機工程師都集中在學習 RTOS，當前也有很多熱門的 RTOS，如華為 LiteOS、阿裡 AliOS、RT-Thread、freeRTOS、uCOS2/uCOS3 和 ARM mbed/RTX 等。

那麼，這麼多 RTOS 在做項目時要如何選擇呢？其實就考察其的配套組件和生态完善程度即可。

⑧網絡安全技術

物聯網産品，非常注重網絡安全，在這方面防護方式有很多，如身份驗證授權、入侵檢測、冗餘機制、異常行為檢測、白盒密碼（抵抗白盒攻擊環境下的攻擊）、FOTA 與區塊鍊等。

學習物聯網的建議

物聯網的學習建議總結如下：

①物聯網并非單一技術，而是多項技術的組合：學習物聯網的時候，首先要了解物聯網的整體架構，确定學習物聯網的設備開發，還是雲端開發。

其次，選定一個行業深耕，畢竟車聯網與農業物聯網行業差别很大，涉及的技術也大相徑庭。

②注重基礎知識和核心技能，不着急做項目：當前，很多開發者是這個狀态，物聯網不是通過短暫學習，就能做出項目的。

成型的物聯網項目門檻較高，周期長，也一定會用到細分行業裡的基礎知識。所以，非常不推薦過早考慮做項目，先把基礎知識和核心技能掌握紮實為宜。

③注意更新知識體系，不要讀死書：這點對于老工程來說，注意更新知識體系，尤為重要。因為物聯網正處于持續不斷的發展當中，每天都在發生變化，不斷融入更多領域的高新科技。

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