图解物联网 (图灵程序设计丛书)

图解物联网

• 本书以图解方式介绍了物联网的基础知识、架构、设备、技术、开发流程、数据分析、可穿戴设备以及机器人。
• 你能获得：全面了解物联网概念及技术体系，掌握物联网系统开发的关键点，为实际应用物联网打下坚实基础。

核心内容：

1. 物联网基础：

• 物联网 (IoT) 是指通过网络连接各种“物”来实现信息共享和自动化运行的机制，涉及设备、网络、平台、数据分析等多个市场。
  • 详细解释：物联网通过各种设备内置的传感器收集信息，并通过互联网进行传输和处理，实现设备之间的互联互通，从而创造出新的应用和服务。
  • 举例：智能家居系统通过连接家中的各种设备，如灯泡、空调等，实现远程控制和自动化管理。

2. 物联网架构：

• 物联网的整体架构包括设备、网关和服务器三个主要部分。
  • 详细解释：设备负责数据采集和执行指令，网关负责设备与互联网的连接和数据转发，服务器负责数据接收、处理、存储和指令发送。
  • 行动建议：在构建物联网系统时，需要根据实际需求选择合适的网关和服务器结构，并充分考虑其性能、接口和可扩展性。

3. 物联网设备：

• 物联网设备的核心结构包括微控制器、输入设备、输出设备以及网络连接模块。
  • 详细解释：微控制器是设备的大脑，负责控制设备的运行；输入设备（传感器）负责采集环境信息；输出设备负责执行指令并与环境交互；网络连接模块负责设备与互联网的连接。
  • 行动建议：在选择微控制器主板时，需要综合考虑产品规格、成本、尺寸、开发环境和信息可获得性等因素。

4. 先进的感测技术：

• 先进的感测技术包括 RGB-D 传感器、自然用户界面 (NUI) 以及卫星定位系统等。
  • 详细解释：RGB-D 传感器可以同时获取图像和深度信息，实现对环境的三维感知；NUI 利用手势和语音等自然方式进行人机交互；卫星定位系统 (GNSS) 可以实现高精度的位置定位。
  • 举例：微软 Kinect 和 Leap Motion Controller 是典型的 NUI 设备，可以通过识别用户的手势和动作来实现游戏控制和应用操作。

5. 物联网服务的系统开发：

• 物联网系统开发流程包括验证假设阶段、系统开发阶段和维护应用阶段。
  • 详细解释：验证假设阶段通过构建原型系统验证导入效果和技术可行性；系统开发阶段基于验证结果进行实际环境下的设备调配和服务器端系统开发；维护应用阶段负责设备的监控、维护、升级和管理。
  • 行动建议：在物联网服务开发过程中，需要充分考虑设备选择、处理方式设计、网络安全性以及应用与维护等因素。

6. 物联网与数据分析：

• 物联网的数据分析包括可视化分析、发现分析和预测分析等。
  • 详细解释：可视化分析将传感器数据以图表等形式呈现，帮助用户直观了解数据；发现分析通过分析算法发现数据中的因果关系；预测分析利用回归分析等方法预测未来趋势。
  • 行动建议：构建数据分析基础架构时，需要考虑数据的采集、积累、加工和分析等环节，并选择合适的分析工具和算法。

7. 物联网与可穿戴设备：

• 可穿戴设备是物联网的重要组成部分，其种类包括眼镜型、手表型和饰品型等。
  • 详细解释：可穿戴设备具有轻便、易携带、实时监测等特点，可以应用于医疗健康、运动健身、生活记录等领域。
  • 举例：智能手表可以监测心率、步数和睡眠质量，并将数据同步到手机App，帮助用户了解自身健康状况。

8. 物联网与机器人：

• 机器人是物联网的延伸，通过网络连接可以实现远程控制、数据共享和智能协作。
  • 详细解释：利用机器人专用中间件 (如 RT 中间件和 ROS) 可以简化机器人系统的开发；云机器人可以将计算和存储任务转移到云端，提高机器人的性能和可扩展性。
  • 展望：物联网和机器人的结合将带来更广阔的应用前景，例如智能制造、智慧医疗和智能物流等。

问答：

Q: 物联网系统开发中，如何选择合适的传感器？

A: 选择传感器需要明确目的和条件，比如要测量什么物理量、设备的使用环境是什么。然后，要根据这些目的和条件，参考传感器的性能指标（如分辨率、测量范围、灵敏度等）来选择合适的传感器。

Q: 如何确保物联网系统的安全性？

A: 可以从多层防御的思路出发，从设备、服务器端系统以及数据传输等多个层面采取安全措施。例如，定期更新设备和服务器的软件补丁、采用数据加密技术、进行网关设备认证等。

Q: 什么是数据分析在物联网中的作用？

A: 数据分析可以帮助用户从传感器数据中发现有价值的信息和模式，从而实现对设备的优化控制和对未来的趋势预测。例如，通过分析温度和湿度数据，可以优化空调的设置，达到节能的目的。