掌握物联网开发技术，未来究竟有多吃香

「只要有人的地方，就有物联网技术。」我不清楚这句话的出处，我只知道有人的地方就有江湖~哈哈。我想说的是，「物联网技术」这个名词是一个很大很泛的概念，我可以说不存在这种技术，我也可以说这技术实际上就是当今电子、通信、计算机三大领域的基础技术。

我在这问题下的回答「物联网和互联网的区别和联系？」简单阐明了物联网和互联网之间的关系。请问，1994年中国接入互联网以来，我们作为互联网原著居民的90后，认为互联网技术又是一种怎样的技术呢？

我就奇了怪了，当初教育局怎么不开一个互联网技术专业？实际上现在也没必要开设互联网专业了，当今大学的计算机系本科所学的大部分内容，就是互联网会用到的技术。其中之一是Web建站技术。

Web 建站技术中，HTML、HTML5、XHTML、CSS、SQL、JavaScript、PHP、ASPNET、Web Services 是什么？ - 张秋怡的回答

什么？你们计算机系不是学这些？来来来，我电脑坏了，过来帮我修一下电脑吧~

总之，互联网是一个时代，物联网，也是一个时代。物联网技术是当今电子、通信、计算机、IT行业技术的大融合。如图，物联网技术的技术组成（简单版）。

# 物联网技术之一：单片机/嵌入式开发

智能硬件，哎，不就是单片机吗？说到底就是一个微控制器，现在出现的智能手表，调光LED灯，蓝牙开锁，WiFi插座等等，说到底不就是单片机开发嘛？单片机，电子和通信专业一般都会教51或AVR、计算机系接触不到。现在流行的Arduino也是单片机开发的一种。

但是要做一款智能硬件，技术上只会单片机编程还是不行的。哎呀嘛什么智能硬件，本质上就是一个电子产品！。所以你要开发一款能拿得出手的智能硬件，电子系统设计必须要会的！

电子系统设计（电子系统设计与实践 (豆瓣)），我不是指《电子系统设计》这本书里的内容，而是一个动手实验过程。要做智能硬件，广看书没用，只会单片机编程也不够的！真正有用的是一个实打实的课程设计，或者一个项目经历。一个电子系统设计流程一般是这样的：

硬件设计阶段：

MCU选择

电路设计（电路图）

验证电路（面包板、万用板）

电路板设计（PCB图）

送工厂打板或自己做板

元器件、物料管理（采购等）

拿到电路板后

焊接芯片和元器件

上电测试

烧写最后版本的代码到芯片里

如果你熟悉以上硬件设计阶段，并知道要做什么事情，已经是一个合格的单片机硬件工程师了哈~接下来就是单片机软件工程师的事情了，单片机软件一般都不会太复杂，有的还是不用上 *** 作系统的裸机开发，做过单片机课程设计的学生都懂。

软件设计流程：

确定软件架构（主循环？状态机轮询？）

编写软件

调试代码（开发板或自己搭建好的电路）

烧写最终版本的代码到电路里

这些都不算复杂了，如果你用的芯片高级一点，不是微控制器而是微处理器的话，那么就是嵌入式开发了。

如图是ARM芯片架构系列。

一般网上STM32开发板的芯片是STM32F103，也就是Cortex-M3核，还算是单片机开发，如果外设没有太多功能，单片机想用更小巧一点的，可以选用M0核的芯片，名副其实的微控制器了。如果使用Cortex-A9开发，你这是要开发手机还是机顶盒（黑人问号）？

Cortex-A系列芯片的开发，或者说这类产品，一般一个人不可能独立完成所有工作，这种嵌入式开发的技术最少分为四个层次：硬件层、驱动层、系统层和应用层。每一层次都需要有人去设计。驱动和系统可以移植，硬件电路板肯定要专门的硬件工程师去做的，应用层可以交给应用工程师，只要上了Linux系统，不也就是Linux应用开发嘛？如果去网上买回来的嵌入式开发板，能拿得出手的项目只能应用层开发，比如什么「数码相框系统」、「视频点播系统」。别告诉我学会移植uboot或Linux就可以找工作了。

# 物联网技术之二：网络通信协议

智能硬件与传统的电子产品最大的差别，就是智能硬件连上了网络。要连上网络，就需要用到网络通信模块及学习网络通信协议——TCP/IP。

TCP/IP是一个技术的总称，里面包含两种协议TCP、UDP，位于网络通信分层模型的传输层，同时也是由 *** 作系统管理。而>

为了让电子产品有联网的能力，只要在电路设计上给主控芯片连接一个通信模块，写好收发网络指令的代码，剩下的就是电子产品设计了。

到这里，基本是一个物联网产品的雏形了，以上也是物联网中基本会用到的电子和通信技术。

# 物联网技术之三：服务端开发框架

Client/Server架构，即客户端/服务器架构。智能硬件连上后台服务器后，其就是一个客户端，一个终端。由于单片机中资源受限，实际上是不太可能用>

服务端开发就比较复杂了。单片机/嵌入式软件开发还好，只要学习好C语言即可打遍天下无敌手，而服务端开发，用Java呢还是Python还是PHP？反正Java和Python选一个就好了，嵌入式出身的工程师，一般都会学Python。

Python服务器端的开发框架种类繁多，Web开发的有Django、Flask、Tornado Web Server，TCP服务器可以用Twisted，等等。MQTT有已经做好的服务器，像这样的服务器不用自己开发，直接部署即可。

如图，这是我开发一个智能硬件的服务器端的框架图。使用Redis作为>

在这个项目开发中，最少需要开发用户端的>

到了这里，服务端开发和前面两个技术可以作为一个分层，前面的单片机/嵌入式和网络通信的开发可以算作是一个电子设备的开发，后台工程师只要拿到了这个电子设备，知道这个设备提供了哪些接口（API），就可以进行后台开发了——把设备连上网络，分配给它一个IP或者什么的，配置好接口及相关 *** 作，剩下的事情就交给前端了。

## 关于前端技术

关于前端技术，我这里不好单独写一个主题，其一，我对前端技术没有那么熟悉，还处于前端技术=HTML+JavaScript+CCS的概念，以及手机端的APP开发；其二，前端技术与电子硬件技术间隔相差太远，前端更多的是和美工沟通，和后台协调，和设计师交流，甚至可能还需要有一定的美感；其三，大部分项目的最重要的是实现设备的稳定性、联网、数据的获取和控制。如果设备不稳定，数据出现差错，没法控制，再漂亮的前端页面也没用。其四，如果是做智能家居，做消费电子领域的项目，针对广大普通消费者，比如WiFi插座，一个漂亮的界面是很重要，但是大多数的物联网项目，只需要一个后台管理界面就行了。

所以，没有前端的设计，界面都是很丑咯！

# 物联网技术之四：无线自组网

无线自组网，或称无线传感网络，这肯定是物联网专业的学生要学的一门学科，属于通信领域，电子、计算机出身的人对这没有太多的概念。无线自组网最典型的技术之一是，ZigBee。

什么是自组网？做个对比，比如我们的WiFi，我们要用手机去连一个SSID，输入密码才能连上WiFi，而且你的手机，一般来说也不可能再发射Wifi出去让其他手机连接，WiFi网络拓扑成星型网。

而自组网不一样，不需要用户输入用户名和密码，直接连到最近的一个自组网设备，最后自组网设备也可以作为一个中间节点，让下一级的设备连接进来，网络拓扑可以成星型网、簇型网和网型网。那么无线自组网的数据怎么流动呢？流去哪？无线自组网一般都会有一个数据汇聚的地方，这个地方就是网关。

但是ZigBee并没有连上互联网啊，它最多只是一个局域网！——这还不简单？这是就是网关要处理的事情了。而且，ZigBee协议栈Z-Stack是有Linux网关版本的。

Z-Stack - ZigBee 协议栈

不过呢，由于各种原因，ZigBee开始走下坡路了，最新的6LoWPAN会逐渐替代。6LoWPAN，是一种低功耗的无线网状网络，其中每个节点都有自己的 IPv6 地址，允许其使用开放标准直接连接到互联网。Zigbee使用网内专用地址，互联网主机无法访问。集成 Ipv6/6LoWPAN 堆栈的开源 *** 作系统Contiki也会逐步取代Z-Stack。

如果大学开设了无线自组网的课程，不是学习ZigBee的Z-Stack就是Contiki。使用无线自组网也并不是一个单独的开发过程，其技术需要结合单片机/嵌入式开发。

## 电源问题

是的，如果要用无线自组网，电池续航的能力是一个问题。如果是类似与WiFi插座、智能饮水机、智能风扇等等，接上市电就能用，这些电源都不是问题。而对于无线自组网，往大的方向说就是所有的便携式智能设备，都受限于电池续航能力，比如智能手表，运动手环。不过呢，突破电池技术并不是物联网开发者所需要做的工作，我们能做的，只能是挑选更低功耗的芯片，设计电路功耗更低一点，让单片机休眠并使用中断唤醒机制。

图，用水果电池供电的某430单片机系统。

# 物联网技术之五：RFID

仔细观察上面那张无线技术的图，最右边，NFC/RFID。嗯，对，RFID，非接触射频识别，也是物联网技术重中之重的技术，很多物联网书籍都会介绍RFID，搞得很多人以为RFID就是物联网。

介绍RFID前先简单说一下条形码。去超市购物的时候，收银员把扫描q对准上面的条形码扫一扫，商品信息和价格就录入到电脑里了。条形码替代了收银员手动输入数据，工作效率提高了几倍。

可是，进入21世纪后，条形码已经不能满足人们的需求，存储能力小、工作距离近、穿透能力弱、不能写 *** 作等等都是条形码的缺点。这个时候就出现了RFID技术。典型应用如下图：

（。。。好像没有什么奇怪的啊？）

一二线城市早已实现了的公交卡，以及校园一卡通，用的就是RFID技术。RFID可读可写，所以公交卡、校园卡的钱能存在卡里面。

NFC，也是RFID的技术一种，目前大部分手机都支持的NFC功能，手机取代公交卡真的是迟早的事。要是手机没有NFC功能，也可以这么装逼：

上班，在地铁里碰到同事。
我看他用手机刷卡出入站挺方便，就问他怎么弄的，是不是要下载什么软件。
他告诉我：“这个很简单，只要把公交卡藏在手机套里就行了。”

同样，RFID开发也是离不开单片机开发，网上也有相关的RFID开发套件出售。

# 结语

当然，物联网技术绝对不止以上五种，物联网本身就是所有技术的大融合，做电子产品的还要考虑产品外壳，不过这是结构工程师的事情；做服务器后台的还要考虑用户帐号数据库读写等，前端也要考虑如何把设备数据和 *** 作方式优雅的展现给用户看，这些是IT程序员的事情；电池技术也需要单方面突破，超小体积、超大容量，这个还得等待多时。

与其说物联网是一种技术吧，不如说它是一个时代，物联网通过对相关技术进行整合，形成一个时代的概念，是一个建立在技术基础之上的时代。

一、云计算助力数据存储与交换

如何解决跨平台的移动访问需求呢？这是大多数人都在想的问题。曾经我们随时携带数据的唯一方式就是U盘、移动硬盘。后来，我们也尝试过给自己发邮件保存数据，自从有了DropBox或Evernote之类的移动应用，在任何智能设备上分享和存档数据都变的非常容易。现在，类似这样的模式基本上已应用到每一款APP中，从流媒体内容APP到实用性工具类APP，都可以把我们的数据保存起来便于分享和检索，但不占用设备的空间。

那些过去为微博、微信等社交媒体提供一键分享功能的APP也开始采用Evernote、DropBox等云存储APP的接口，云计算现已成为移动应用的标配。访问线上存储的意义不仅便利我们在任何设备上获取数据，还鼓励了更多的个人联网的行为。

二、物联网是必争之地

在处理APP开发时，物联网被衡量为全球行业转移技术之一。物联网的未来趋势包括智能家居和城市，智能 汽车 ，医疗领域的物联网等等。像LED灯泡、运动设备、家用电器、玩具和电源插座等产品将通过应用程序与你的智能手机集成。

通过这种方式，智能手机可以作为远程控制，与社交网络协调，监控微博或帖子。像微软这样的公司也开始加入到物联网开发领域；而软件技术像RiotOS和ThingsquareMist，通信技术像RFID，WiFi，和EnOcean也开始加入。谷歌当然也不甘落后，开始发起Nest和Brillo这样的项目为物联网做准备。这些应用程序将帮助你轻松地控制家里的各种电器。

三、人工智能与机器学习深度发展

人工智能在过去两年非常热门，可以说是家喻户晓。目前，人工智能已应用于人们生活的各个方面，包括面部识别APP开发、艺术品识别APP开发等。未来人工智能将为企业提供更强的应用。 想象一下，一幅可以按照你的心情随时变化，肯定会有不少乐趣吧。

越来越多的APP开发人员开始把机器学习和人工智能技术添加到APP里，这很可能会彻底颠覆移动应用行业。许多行业也会因此发生巨大的变革，应用人工智能及机器学习 (Machine Learning, 缩写为ML) 在改善现有的服务将成为一大趋势。不仅如此，未来的iOS及安卓系统版本将拥有更多兼容AI及ML的功能及应用。

四、虚拟现实与增强现实锦上添花

AR和VR等技术改变了用户体验，使APP趋势列表更加有趣。领先的组织和APP开发公司正在大力投资“屏幕外”工具。根据Statista的预测，高度表明，在这两种技术的参与下，技术市场在2022年将达到2090亿美元。

AR和VR趋势的一些实例包括基于移动的AR中断，营销中的AR / VR，医疗保健和制造业中的AR / VR。AR和VR在 游戏 和 娱乐 行业具有革命性，AR也经常用于智能家居。目前该市场尚未爆炸，但随着接受的用户增加，AR和VR APP开发之后将会实现快速发展。

五、位置定位与传感器提升服务

提供定位数据是现在APP开发的主流，这是一个革命式的创新，因为它以高 科技 手段提升了我们的个人安全系数，实现防盗、电源管理等功能不在话下。定位系统还可以提供很多增值服务，像是地理标记和车辆导航，这些功能快速被人们接受和使用。

像是精确的室内定位这样的个性化服务也已经在一些应用程序中实现。人体传感器的应用可以将个人网络从智能手机扩展到可穿戴设备，如智能珠宝、手表技术、医疗传感器以及镶嵌在服装和鞋类上的其他身体小配件。通过传感器可以实现APP应用程序与人体活动进行智能集成，在医疗 健康 、安全防护、活动延伸等方面有着极其重要的作用。

 我觉着有很多，比如《大话西游》、《无极》、《唐人街探案》等等。生活真的是一部戏，不一定什么时候就会给你来个大转折，而在多年以后你也会发现里面有的台词真的是神预言啊，竟然经过了时间的验证成了真。

 王宝强在《唐人街探案》里的表现可以说是很精彩了，并且在中昊然弟弟的表现也很精彩，不过这部的台词也在多年以后成真了，那就是王宝强在中扮演的唐人在回忆过去的时候，说自己结婚时他的太太就和别人偷情，当时陈思诚还说这个角色是专门为王宝强量身定做的，结果谁能想到真的一语成谶，在时隔几年以后竟然真的发生了马蓉和宋哲的事情了。

 在张柏芝和谢霆锋的夫妻档《无极》中基本每一句台词都是经典啊，不过当时的谢霆锋和张柏芝还是很搭配的，中的台词张柏芝对众将士说你们想看我脱衣服吗，并且导演也说过这部初看看不懂，但是时隔多年之后再看就看懂了，只能说明导演也是个神预言者啊，现在看，当时的导演也是说准了。

 周星驰的经典作品《大话西游》成就了朱茵，也成就了周星驰和朱茵的爱情，但是二人最终没有走到一起，并且二人的关系也和中的台词一样，由于周星驰太过花心，而没有好好的珍惜这段感情，导致于自己一直后悔，但是后悔也没有用了，这些作品都是神预言啊。

物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效的推动了这些方面的智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。

在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大的提高了人们的生活质量;

在涉及国防军事领域方面，虽然还处在研究探索阶段，但物联网应用带来的影响也不可小觑，大到卫星、导d、飞机、潜艇等装备系统，小到单兵作战装备，物联网技术的嵌入有效提升了军事智能化、信息化、精准化，极大提升了军事战斗力，是未来军事变革的关键。

一、智能交通

物联网技术在道路交通方面的应用比较成熟。随着社会车辆越来越普及，交通拥堵甚至瘫痪已成为城市的一大问题。对道路交通状况实时监控并将信息及时传递给驾驶人，让驾驶人及时作出出行调整，有效缓解了交通压力；

高速路口设置道路自动收费系统(简称ETC)，免去进出口取卡、还卡的时间，提升车辆的通行效率;公交车上安装定位系统，能及时了解公交车行驶路线及到站时间，乘客可以根据搭乘路线确定出行，免去不必要的时间浪费。

社会车辆增多，除了会带来交通压力外，停车难也日益成为一个突出问题，不少城市推出了智慧路边停车管理系统，该系统基于云计算平台，结合物联网技术与移动支付技术，共享车位资源，提高车位利用率和用户的方便程度。

该系统可以兼容手机模式和射频识别模式，通过手机端APP软件可以实现及时了解车位信息、车位位置，提前做好预定并实现交费等等 *** 作，很大程度上解决了“停车难、难停车”的问题。

二、智能家居

智能家居就是物联网在家庭中的基础应用，随着宽带业务的普及，智能家居产品涉及到方方面面。 家中无人，可利用手机等产品客户端远程 *** 作智能空调，调节室温，甚者还可以学习用户的使用习惯，从而实现全自动的温控 *** 作，使用户在炎炎夏季回家就能享受到冰爽带来的惬意；

通过客户端实现智能灯泡的开关、调控灯泡的亮度和颜色等等; 插座内置Wifi，可实现遥控插座定时通断电流，甚者可以监测设备用电情况，生成用电图表让你对用电情况一目了然，安排资源使用及开支预算;

智能体重秤，监测运动效果。内置可以监测血压、脂肪量的先进传感器，内定程序根据身体状态提出健康建议; 智能牙刷与客户端相连，供刷牙时间、刷牙位置提醒，可根据刷牙的数据生产图表，口腔的健康状况;

智能摄像头、窗户传感器、智能门铃、烟雾探测器、智能报警器等都是家庭不可少的安全监控设备，你及时出门在外，以在任意时间、地方查看家中任何一角的实时状况，任何安全隐患。看似繁琐的种种家居生活因为物联网变得更加轻松、美好。

三、公共安全

近年来全球气候异常情况频发，灾害的突发性和危害性进一步加大，互联网可以实时监测环境的不安全性情况，提前预防、实时预警、及时采取应对措施，降低灾害对人类生命财产的威胁。

美国布法罗大学早在 2013 年就提出研究深海互联网项目，通过特殊处理的感应装置置于深海处，分析水下相关情况，海洋污染的防治、海底资源的探测、甚至对海啸也可以提供更加可靠的预警。该项目在当地湖水中进行试验，获得成功，为进一步扩大使用范围提供了基础。

利用物联网技术可以智能感知大气、土壤、森林、水资源等方面各指标数据，对于改善人类生活环境发挥巨大作用。

趋势和特征

物联网近年来的主要显着趋势是由互联网连接和控制的设备的爆炸性增长。物联网技术的广泛应用意味着从一个设备到另一个设备的具体细节可能大不相同，但大多数人都具有基本特征。

物联网为将物理世界更直接地集成到基于计算机的系统中创造了机会，从而提高了效率、经济效益和减少了人力。

物联网设备的数量在 2017 年同比增长 31% 至 84 亿，预计到 2020 年将有 300 亿台。物联网的全球市场价值预计为到 2020 年达到 71 万亿美元。

环境智能和自主控制并不是物联网最初概念的一部分。环境智能和自主控制也不一定需要互联网结构。然而，（英特尔等公司）的研究发生了转变，将物联网和自主控制的概念结合起来，初步成果朝着这个方向发展，将物体视为自主物联网的驱动力。

在这种情况下，一种有前途的方法是深度强化学习，其中大多数物联网系统提供动态和交互式环境。训练代理（即 IoT 设备）在这样的环境中表现得更聪明，无法通过传统的机器学习算法（例如监督学习）来解决。

通过强化学习方法，学习代理可以感知环境状态（例如，感知家庭温度），执行 *** 作（例如，打开或关闭暖通空调）并通过最大化其长期获得的累积奖励来学习。

可以在三个级别提供物联网智能：物联网设备、边缘/雾节点和云计算。每个级别对智能控制和决策的需求取决于物联网应用的时间敏感性。例如，自动驾驶汽车的摄像头需要进行实时障碍物检测以避免发生事故。

通过将数据从车辆传输到云实例并将预测返回给车辆，这种快速决策是不可能的。相反，所有 *** 作都应在车辆本地执行。集成高级机器学习算法，包括深度学习物联网设备是一个活跃的研究领域，使智能对象更接近现实。

此外，通过分析物联网数据、提取隐藏信息和预测控制决策，可以从物联网部署中获得最大价值。物联网领域使用了各种各样的机器学习技术，从回归、支持向量机和随机森林等传统方法到卷积神经网络、LSTM和变分自动编码器等高级方法。

未来，物联网可能是一个非确定性和开放的网络，其中自动组织或智能的实体（Web 服务、SOA组件）和虚拟对象（化身）将可互 *** 作并能够独立行动（追求自己的目标）目标或共享目标）取决于上下文、情况或环境。

通过上下文信息的收集和推理以及对象检测环境变化（影响传感器的故障）并引入合适的缓解措施的能力的自主行为构成了一个主要的研究趋势，显然需要为物联网技术提供可信度。

市场上的现代物联网产品和解决方案使用各种不同的技术来支持这种上下文感知自动化，但需要更复杂的智能形式，以允许在真实环境中部署传感器单元和智能网络物理系统。

以上内容参考 百度百科-物联网

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