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21世紀(jì)是互聯(lián)網(wǎng)時代,沒有誰可以從互聯(lián)網(wǎng)中脫離出去,半天從網(wǎng)絡(luò)中消失,你的各個聯(lián)系方式都會“爆炸”,親朋好友們會以短信轟炸機(jī)的方式告訴你,沒有互聯(lián)網(wǎng),就會與世界脫節(jié)。于是,人們利用這一特點,建立了一個龐大而又強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以說,只要我有網(wǎng),我的貼身電子產(chǎn)品就可以和所有的智能家電連接在一起。
物聯(lián)網(wǎng)是目前發(fā)展最快,應(yīng)用最廣泛的新型技術(shù),它是基于互聯(lián)網(wǎng),專門為互聯(lián)網(wǎng)和其他電子產(chǎn)品服務(wù)的,嵌入式對物聯(lián)網(wǎng)來講像一個強(qiáng)力催化劑,進(jìn)一步推動萬物共聯(lián)智慧地球的腳步。而嵌入式系統(tǒng)獨自又在其他領(lǐng)域有著不可或缺的作用,所以,物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)并不能單一的定義為誰容納誰的關(guān)系,它們更像是一組巧妙的共存體,相互依存,相互推動其另一方的發(fā)展。
嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)像是一種特定的計算機(jī)系統(tǒng),以控制、監(jiān)視、輔助、機(jī)器、設(shè)備為基礎(chǔ),對應(yīng)于人們的各種需求而產(chǎn)生,例如教室里用的電腦,車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng),電視,微波爐中都有著嵌入式系統(tǒng)的影子。像一些遠(yuǎn)程的設(shè)備,自動化設(shè)備等都有著嵌入式系統(tǒng)的影子。我們生活中經(jīng)常見到的計算機(jī),筆記本電腦都是通用計算機(jī),而嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺是通用計算機(jī),但是作用平臺是不唯一的,是根據(jù)用戶需求所作出的特殊指定向的。例如收銀臺所用的收銀機(jī)系統(tǒng),就屬于嵌入式系統(tǒng)的一種,它并非我們通常使用的計算機(jī)系統(tǒng),而是一種傾向于術(shù)業(yè)有專攻的特殊平臺系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)最開始是由一片單片機(jī)構(gòu)成的,單片機(jī)的出現(xiàn)也推動了當(dāng)時電子行業(yè)的迅速發(fā)展,當(dāng)時的嵌入式系統(tǒng)主要是對手工工具進(jìn)行智能化改造,20世紀(jì)80年代初Intel公司在它的基礎(chǔ)上開發(fā)了著名的8051而Motorola公司推出了68Hc05,Zilong公司則轉(zhuǎn)向?qū)iT生產(chǎn)Z80單片機(jī),這些含有8位微處理器、RAM、ROM、幾個8位串行口,并行口以及兩個16位定時器的單片機(jī)被應(yīng)用于消費電子、醫(yī)用電子、智能控制、通信、儀器儀表和交通出行中。這也大概是單片機(jī)最初被應(yīng)用多個領(lǐng)域的時期。到了20世紀(jì)80年代后期,嵌入式計算機(jī)的大發(fā)展主要歸功于軟件技術(shù)的進(jìn)步。逐漸開始有了不同的語言,像PL/M,C等一些高級語言,而不是簡單的匯編語言。所有的科技前沿必然都是在軍事領(lǐng)域先被應(yīng)用,為改變各種武器系統(tǒng)使用五花八門的專用語言和軟件費用不斷增加的情況,美軍推行Ada語言,開發(fā)可重用軟件,提高軟件生產(chǎn)效率。嵌入式系統(tǒng)一步一步走到今天,條件逐漸變得隨意,不再那么苛刻,可應(yīng)用的領(lǐng)域隨著電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代也在不斷地擴(kuò)展著,在20世紀(jì)時,誰能想到未來有一天天空中會是嵌入式系統(tǒng)的無人機(jī)的天下,而現(xiàn)在卻又不光是低速無人機(jī),還有穿梭機(jī)等各種高端技術(shù)產(chǎn)品。在未來,能源技術(shù)的發(fā)展不知道會不會帶來嵌入式系統(tǒng)的噴氣式小型超音速速無人機(jī)出現(xiàn)。
物聯(lián)網(wǎng)
可能很多人從物聯(lián)網(wǎng)這三個字的字面意思中認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)最重要的是聯(lián)網(wǎng),是互聯(lián)網(wǎng)的延伸,事實上并非如此,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)可以分為三層:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層大部分由傳感器等器件構(gòu)成,主要功能就是負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對外界的感知,獲取數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸,所以網(wǎng)絡(luò)層就像一根無形的數(shù)據(jù)傳輸線,不斷的進(jìn)行著數(shù)據(jù)的送入和輸出,數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)層送至應(yīng)用層,再由應(yīng)用層進(jìn)行存儲和分析,然后以反饋的形式送回到感知層,再由感知層的其他顯示系統(tǒng)或語音系統(tǒng)輸出。所以,可以得出結(jié)論,物聯(lián)網(wǎng)是一個閉環(huán)的系統(tǒng)。
物聯(lián)網(wǎng)涉及的學(xué)科眾多,內(nèi)容也極其廣泛,總的來說,[n]一個完善的物聯(lián)網(wǎng)包含嵌入式技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、感知技術(shù)、通信技術(shù)、智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、智能控制技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、位置服務(wù)技術(shù)、以及信息安全技術(shù)。其實物聯(lián)網(wǎng)作為一個新時代技術(shù)的產(chǎn)物,它的定義并沒有一個統(tǒng)一的說法。而如今世界科技創(chuàng)新如雨后春筍般不斷冒出,于是形成了人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實等新興技術(shù)相互疊加的科技爆炸時代,計算機(jī)技術(shù)自出現(xiàn)后就在不斷的發(fā)展著,從未停下它的腳步,同時,5G的出現(xiàn)讓硬核移動網(wǎng)絡(luò)成為了可能,這些都將推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,并為其注入新的活力。不久將來,物聯(lián)網(wǎng)定走近千家萬戶,與AI智能結(jié)合在一起,為人類打造新的生存環(huán)境。
物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)是多種技術(shù)相結(jié)合后的產(chǎn)物,而嵌入式系統(tǒng)是一種具有監(jiān)視、制、計算機(jī)、設(shè)備運行的一種輔助裝置,但是有部分人認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是包含嵌入式系統(tǒng)的,我并不同意這一觀點,在我看來,物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)是兩種不完全相同的技術(shù),并不能籠統(tǒng)的說,誰是包含誰的,在很多方面,比如小孩子的玩具方面,物聯(lián)網(wǎng)并沒有涉及到,而嵌入式卻無處不在,一個有規(guī)律的閃著燈的小玩具里也許就藏著一個簡易的嵌入式系統(tǒng)。不過,物聯(lián)網(wǎng)卻離不開嵌入式系統(tǒng),上文也有提及,物聯(lián)網(wǎng)是由嵌入式系統(tǒng)和其他各個技術(shù)構(gòu)成,但是其嵌入式系統(tǒng)所包含的領(lǐng)域過于寬廣,我個人認(rèn)為,應(yīng)該說物聯(lián)網(wǎng)必須有嵌入式系統(tǒng)的支持而不是物聯(lián)網(wǎng)包含嵌入式系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng),如何聯(lián)網(wǎng)?課堂中所提及,一個WiFi模塊就可以搞定,只要電路匹配,再有一個WiFi模塊作為基礎(chǔ),再加上相應(yīng)的專有系統(tǒng)就可以將其它電子產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)控制,現(xiàn)如今這種技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在很多家庭,應(yīng)用比較出色的就要數(shù)小米公司了。小米旗下有很多產(chǎn)品,不僅僅是手機(jī)和電腦,還有各種各樣的家用電器,甚至最近賣起了文具和載具。小米手機(jī)都會默認(rèn)安裝一個叫米家的APP,是的,人們可以通過米家來控制家中所有可以聯(lián)網(wǎng)的電子產(chǎn)品,小到一個電飯煲,大到一個42寸液晶大彩電。而其他的家電品牌因其技術(shù)不夠完善,或?qū)W畏矫娈a(chǎn)品,便做不到用一部手機(jī)控制家中幾乎所有的聯(lián)網(wǎng)用電器。其實物聯(lián)網(wǎng)簡單的來說就是給電子產(chǎn)品加上WiFi模塊,讓其聯(lián)網(wǎng),然后加上相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)然后就可以做到與手機(jī)或平板電腦連接達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。
傳感器物通過嵌入式系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用也十分廣泛,傳感器能很好地實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集,使物品與物品之間的聯(lián)系更加緊密、更加符合實際進(jìn)行信息傳遞功能,而且隨著傳感器的更新?lián)Q代功能增強(qiáng),也使物聯(lián)網(wǎng)變得更有效更方便。而智能傳感器技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)息息相關(guān),有關(guān)于處理收集信息的系統(tǒng)幾乎全要靠嵌入式系統(tǒng)才能讓其更好的實現(xiàn)人與物、物與物之間的無誤交流。而目前傳感器種類從簡單的測溫測壓變得多種多樣,可見光傳感器、紅外線傳感器等。[4]但是器件的能力越強(qiáng)大從某種角度來說,它的威脅也可能會隨之增大,可能會有人尋找出系統(tǒng)中的bug,通過破譯、攔截、篡改手段,給用戶造成了相當(dāng)程度的損失。其主要手段是通過投放病毒、網(wǎng)站等感染系統(tǒng),進(jìn)行病毒傳播。所以各個領(lǐng)域也要不斷地加強(qiáng)和更新計算機(jī)和系統(tǒng)的防護(hù)系統(tǒng)。例如下載漏洞補(bǔ)丁等,防止人們在使用聯(lián)網(wǎng)器件時受到惡意攻擊。[5]嵌入式物聯(lián)網(wǎng)也可以通過傳感器攝像頭等對圖像進(jìn)行采集和探測,阻止一些非法入侵、煤氣泄漏、火災(zāi)等多種異常狀況的發(fā)生,然后將接收的信號反饋到主機(jī)系統(tǒng)中,再通過網(wǎng)絡(luò)反饋到用戶手中從而有效減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。
嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中并非是被其包含的關(guān)系,兩者之間的關(guān)系在不同的方向有不同的聯(lián)系,但兩者相輔相成共同促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,給我們的生活帶來了太多的便利,實現(xiàn)了信息化技術(shù)與實踐的結(jié)合,是當(dāng)代技術(shù)領(lǐng)域中較為領(lǐng)先的系統(tǒng),但是我們也得注意對系統(tǒng)的保護(hù)與更新,防止不法分子的侵入,造成不必要的損失,尤其是在將來科技更為發(fā)達(dá),每一個器件都連上網(wǎng)的時候,可能一個病毒就可以讓一個房子里所有的家電全都癱瘓。在未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中,嵌入式也必將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的先驅(qū),為其鋪通道路,讓其更好更快的發(fā)展。