单片机、嵌入式系统与物联网(黑白)V0_52 hlm 101007

1单片机、嵌入式系统与物联网V0.52MCU技术创新与嵌入式应用大会深圳（101116）北京航空航天大学《单片机与嵌入式系统应用》杂志社何立民2单片机、嵌入式系统与物联网前言◆嵌入式系统发展史就是物联与物联局域网的发展史。◆嵌入式系统普遍网络接入，将互联网演变成物联网。◆物联网的物联基础是单片机与嵌入式系统，智慧源头是微处理器，服务体系是云计算。3单片机、嵌入式系统与物联网1.物联网的有关概念2.寻找物联网的源头3.物联网与物联网事件4.物联网事件的行为元素5.物联网与云计算41.物联网的有关概念物联网与智慧地球不是概念炒作，是互联网与嵌入式系统在高级阶段的融合。目前对物联网的定义还不太成熟。51.物联网的有关概念1.1传感网1999年，中科院启动了传感网的研究和开发。为我国在物联网领域争得了话语权。1.2物联网2005年，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交互。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。61.物联网的有关概念1.3智慧地球2009年１月２８日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IＢＭ首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念。随后，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧地球”的最新策略。71.物联网的有关概念1.4物联网定义◆定义：物联网是一种通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是“物物相连的互联网”。第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。◆定义的缺陷：◇没有讲淸是通过什么手段、方式将物品与互联网连接起来。◇没有反映单片机与嵌入式系统的物联网中的地位与作用。◇不了解单片机与嵌入式系统的物联发展史。82.寻找物联网的源头物联网有三个源头：即智慧源头、网络源头、物联源头三个源头形成三大特点：即智慧地球、全球网罗、物物相联2.1物联网的智慧源头2.2物联网的网络源头2.3物联网的物联源头92.寻找物联网的源头2.1物联网的智慧源头无处不在的微处理器使物联网呈现出智慧地球特征。◆物联网的智慧基础是微处理器：无处不在的通用微处理器与嵌入式处理器◆微处理器有两种智慧方式：◇通用微处理器智慧平台：通用计算机桌面系统与互联网◇嵌入式系统的智慧嵌入：单片机与嵌入式应用系统的智能芯片、智能化工具与智能化设备◆微处理器的智慧表现：归一化的软件方式微处理器指令系统上的应用软件、固化软件、操作系统102.寻找物联网的源头2.2物联网的网络源头物联网的网络源头，使物联网具有以下三个特性：无限时空、全球网罗、网罗及物◆物联网有两个网络源头：◇通用计算机的互联网（无限时空、全球网罗）◇嵌入式系统的局域网（物理参数、物理对象被网罗）◆两个分支从分离到融合：从微处理器开始的两大分支，在物联网时代的融合见下图112.寻找物联网的源头微处理器的两个分支、两个分支的独立发展时代、相互融合的物联网时代。122.寻找物联网的源头◆两个源头的独立发展时代◇通用微处理器→通用计算机→互联网◇嵌入式处理器→嵌入式系统应用系统→局域网◆网络融合的物联网时代◇单片机、嵌入式应用系统的单机互联网接入◇各种总线局域网的互联网接入：CAN线、现场总线、无线传感器网络等的互联网接入132.寻找物联网的源头2.3物联网的物联源头◆两个物联源头：物理对象物联、物理信息物联。◆对象物联物理对象物联源头：单片机与嵌入式应用系统的四个物联界面1990年《单片机应用系统设计》中，首次明确了单片机应用系统的四个通道接口的概念。这就是单片机与嵌入式系统应用系统的四个物联界面142.寻找物联网的源头◇感知物联：传感器接口通道，物理参数感知◇物控物联：伺服驱动接口通道，物理对象控制◇人-物互联：人机交互接口通道，人-物交互◇物-物互联：系统互联的接口通道，物-物交互152.寻找物联网的源头◆信息物联物理信息物联是互联网从社会信息、人文信息、向物理信息领域的延伸。◇GPS信息物联：物理对象的动态时空信息。嵌入式应用系统GPS功能◇互联网中的信息物联：物理对象的静态虚拟信息。网上银行、有效证件、电子标签、数字多媒体信息等。◇嵌入式系统物联对象的动态物理信息。163.物联网与物联网事件从应用角度出发，弄清物联网的三个概念：物联系统、物联网事件、物联网事件。3.1物联网中的物联系统3.2物联系统中的物联网事件3.3物联网事件的行为进程3.4物联网事件的实时性要求173.物联网与物联网事件3.1物联网中的物联系统物联系统是物联网中，完成规定任务的的一个应用系统。无限大的物联网中，有无限多的物联系统，例如：◆智能家居物联系统家居电子系统被物联，组成家居体系的安全监测、系统运行、远程控制的物联系统。智能家居大多为局域网，并具有互联网的接人功能，是典型的物联系统。◆交通事故处理物联系统人、车被物联，纳入网上交通事故处理物联系统。物联网是汽车电子的新机遇。除了交通事故处理物联系统，还有自动驾驶物联系统、行车安全监测物联系统等183.物联网与物联网事件◆远程医疗救助物联系统病人、诊断设备、医疗设备、医生等，共同组成一个远程医疗救助物联系统。目前，有众多的全球医疗咨询系统。从咨询系统向救助系统发展，是医疗领域物联网的重要发展方向。远程机器人手术是医疗救助物联系统的一个重要事例。还可以举出许多物联系统，并指出它们的智慧源头、网络源头与物联源头。193.物联网与物联网事件3.2物联系统中的物联网事件物联网事件是物联系统中的某个特定行为事件。这些特定行为事件都是物联系统预先规定好的任务进程。例如：◆交通事故处理物联系统中的物联网事件：某个违犯限行交通规定的事件、某个追尾的交通事故、某个超速行驶违规事件等。◆在智能家居物联系统中的物联网事件：某个远程控制家用电器的事件、某个防盗报警事件、某个远程的查表、收费事件等。物联网事件具有无限时空特性，这一特性源自互联网。203.物联网与物联网事件3.3物联网事件的行为进程物联网事件的行为进程，是指一个完整的物联网事件必须具备的行为过程。所有的物联网事件的行为都可抽象化成三个进程：事件激励、信息处理、响应输出。简称激励、处理、响应。◆激励：物联网事件的的激发因素。有主动激励、被动激励。◆处理：各个处理器环节上的信息处理过程。有物联界面的信息处理与综合的数字信号处理。◆响应：对激励要求的的最终反应。有实时响应、准实时响应。213.物联网与物联网事件以智能家居为例的物联网事件进程：*激励：主动激励—远程家电控制被动激励—家居失火*处理：界面信息处理—物联系统进入许可，许可认证综合信息处理—过程参数与信息的数字处理*响应：实时响应—火災、入室盗窃报警准实时响应—空调、微波炉定时启动223.物联网与物联网事件3.4物联网事件的实时性要求◆实时性要求：物联网事件中，激励对响应的时间要求。◆实时响应与准实时响应◇实时响应：物联网事件的即时响应要求◇准实时响应：物联网事件的指定时间响应要求◆物联网事件中的主要耗时环节◇网络带宽（信号传输的时间耗费）◇软件运行时间（指令周期的时间耗费）234.物联网事件的行为元素物联网事件的行为元素是物联网事件典型行为过程。物联网事件行为元素有：物储、物感、物控、物管、物互。4.1物联网存储（物储）4.2物联网传感（物感）4.3物联网控制（物控）4.4物联网管理（物管）4.5物联网交互（物互）244.物联网事件的行为元素4.1物联网存储（物储）◆源头：数字化的信息、虚拟系统、虚实交互与数字化文件◆方式：“0、1”数字符号的量子化存储，与具体物质无关◇电子化信息存储：个人信息，财、物信息存储。◇数字化虚拟存储：真实世界的虚拟电子系统存储，如，网上银行、购物系统、交管系统、认证系统等。◇虚实交互存储：物理认证环境基础上的数字化虚拟存储。如，集成电路、IP核、系统电路的数字化虚拟存储与FPGA的物理认证◇数字文件存储：图片、音视频资料存储，有效证件存储254.物联网事件的行为元素4.2物联网传感（物感）◆源头：嵌入式系统传感器接口的感知能力◆方式：智能传感器、智能化工具、传感器的物感或网络物感。4.3物联网控制（物控）◆源头：嵌入式系统控制接口的控制能力◆方式：远程对象控制、嵌入式系统软件远程升级、局域网的远程控制、远程机器人操作等。264.物联网事件的行为元素4.4物联网管理（物管）◆源头：互联网的数据库、信息流、数据流管理平台。◆方式：数据流管理、数据库互联、数据信息认证、信息流通的许可等安全性管理与经营性管理。4.5物联网交互（物互）◆源头：嵌入式系统的四个物联界面：人机界面、传感界面、控制界面、通信界面。◆方式：人、物、网（广域、局域）的多种交互行为。275.物联网与云计算◆物联网与云计算是基础与上层建筑的关系◆物联网是智慧地球，云计算是智慧服务◆物联网是物联基础，云计算是软件服务◆云计算是物联网时代全方位、无限时空的全球服务体系28结束语1.互联网、物联网、云计算都是概念创新，其重要性远在技术创新、方法创新之上。概念创新起着科技发展的统帅作用。2.物联网、云计算都是多学科的综合领域，不同学科视角不同。应集合不同领域的专家从不同的视角观察。3.集成电路、微处理器、现代计算机（通用计算机与嵌入式系统）是现代科技之本。应加强对集成电路、微处理器、现代计算机的深层原理与发展史研究。4.嵌入式系统是物联网、云计算的重要技术基础。应该认真研究物联网、云计算的嵌入式系统源头，以及物联网、云计算中嵌入式系统的软硬件技术。29谢谢大家