物联网智能设备与嵌入式技术教材.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,Nankai University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,Nankai University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第,4,章,物联网智能设备,与嵌入式技术,1,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第1页,第,4,章,知,识,点,结,构,2,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第2页,4.1,智能设备研究与发展,嵌入式系统（,Embedded System,）也称作“嵌入式计算机系统（,Embedded Computer System,）”,它是针对特定应用，剪裁,计算机,软件和硬件，以适应应用系统对功效、,可靠性,、成本、体积、功耗有严格要求,专用计算机,系统,嵌入式系统已经用于工业、农业、军事、家电等各个领域,物联网环境中各种智能设备都需要采取嵌入式技术来进行设计与制造,嵌入式系统设计理论、方法与工具是物联网研究理论基础，含有主要借鉴与指导作用。,3,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第3页,4.1,智能设备研究与发展,4.1.1,个人计算机,PC,IBM PC,、图形工作站、台式机、笔记本计算机、一体机与,iPad,4,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第4页,4.1.2,个人数字助理,PDA,各种形式,PDA,5,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第5页,4.1.3 GPS,接收机,车载,GPS,导航仪、,GPS,手机与,GPS,手表,6,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第6页,4.1.4,智能手机,智能手机将是物联网中一个主要智能终端设备，很多物联网应用系统用户终端设备是基于智能手机操作系统平台上开发,智能手机与个人计算机一样，含有自己独立嵌入式操作系统，能够由用户自行安装软件、游戏等第三方服务提供商程序,很各种智能手机已经嵌入了,RFID,标签芯片与传感器芯片，成为物联网中主要移动通信、移动计算与位置服务设备,7,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第7页,Today,8,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第8页,4.1.5,智能家电,未来智能家电向智能化、自适应和网络化方向发展,，,智能家电将成为物联网中智慧家居应用中主要组成单元,能够接入互联网或移动通信网智能家电称为“网络家电”,智能家电能够实现互联组成一个家庭内部网络，能够与互联网连接,智能家电研究对象主要是电视、,冰箱,、,空调,、,洗衣机与,照明设备等,实现网络家电连接技术主要是蓝牙、,红外、电力线,、,双绞线,等,9,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第9页,10,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第10页,11,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第11页,4.1.6,数字标牌,数字标牌（,Digital Signage,）是一个新专业多媒体视听系统，表达出一个全新媒体概念，同时也是物联网应用系统与人经过视觉交互工具,数字标牌在智慧城市与智能交通中应用,示例,12,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第12页,4.2,嵌入式技术发展基础,集成电路,4.2.1,微电子技术和产业发展主要性,电子工业产值增加速率是国民经济总产值增加速率,3,倍，微电子产业增加速率又是电子工业增加速率,2,倍,国民经济总产值每增加,100300,元，就必须有,10,元电子工业和,1,元集成电路产值支持,集成电路对国民经济贡献率远高于其它门类产品，以单位质量钢筋对,GDP,贡献为,1,计算，小汽车为,5,，彩电为,30,，计算机为,1000,，而集成电路贡献率则高达,13,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第13页,4.2.2,微电子技术发展,从电子管到晶体管发展过程,14,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第14页,4.2.3,集成电路研究与发展,从使用分立元器件电路单元到集成电路芯片,15,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第15页,摩尔定律基本内容,：,集成电路集成度每,18,个月就翻一番,特征尺寸每,3,年缩小,1/2,计算机界对于摩尔定律两点推论,：,微处理器性能每隔,18,个月提升一倍，而价格下降一倍,用一个美元所能买到计算机性能，每隔,18,个月翻两番,16,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第16页,4.2.4 SoC,研究与应用,SoC,芯片与集成电路关系示意图,17,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第17页,补充：微电子学发展历史,18,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第18页,4.3,嵌入式技术研究与发展,4.3.1,环境智能化与嵌入式系统,未来,98%,计算设备将工作在嵌入式系统中,嵌入式系统是将计算与控制概念联络在一起，并嵌入到物理系统之中，实现“环境智能化”目标,无线传感器网络、,RFID,应用系统是嵌入式技术在实现“环境智能化”方向迈出了一大步,19,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第19页,4.3.2,嵌入式系统基本概念,微型机应用和微处理器芯片技术发展为嵌入式系统研究奠定了基础,嵌入式系统发展适应了智能控制需求,嵌入式系统发展促进了芯片、操作系统、软件编程语言与体系结构研究发展,嵌入式系统研究表达出多学科交叉融合特点,20,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第20页,4.3.3,嵌入式系统发展过程,第,一,阶段：以可编程序控制器系统为关键研究阶段,第,二,阶段：以嵌入式中央处理器,CPU,为基础、简单操作系统为关键阶段,(eg.PLC),第,三,阶段：以嵌入式操作系统为标志阶段,第,四,阶段：基于网络操作嵌入式系统发展阶段,21,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第21页,22,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第22页,4.4 RFID,读写器与中间件软件设计,*,4.4.1 RFID,应用系统结构与工作原理,RFID,应用系统原理结构示意图,23,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第23页,4.4.2 RFID,读写器结构,与设计方法,典,型,手,持,式,RFID,读,写,器,结,构,24,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第24页,4.4.3 RFID,中间件概念与结构,RFID,中间件结构示意图,25,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第25页,4.5,无线传感器网络节点设计,*,4.5.1,无线传感器节点结构,无线传感器节点结构,26,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第26页,4.5.2,无线传感器网络节点设计标准,微型化与低成本,低功耗,灵活性与可扩展性,鲁棒性,传感器节点各部分能量消耗情况,27,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第27页,4.5.3,无线传感器网络节点硬件设计,传感器节点硬件部件之间关系示意图,28,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第28页,4.5.4,无线传感器网络嵌入式操作系统研究,因为无线传感器节点含有数量大、拓扑动态改变、携带非常有限硬件资源等特点，同时计算、存放和通信等操作需要并发地调用系统资源，所以需要研究适合传感器网络新型操作系统,当前，最有代表性是,UC Berkeley,TinyOS,，它是一个面向无线传感器网络新型嵌入式操作系统,29,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第29页,4.5.5,无线传感器网络系统应用软件设计,无线传感器网络系统应用软件设计要求,面向应用,适应性,能量优化,模块化,可管理,30,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第30页,无线传感器节点软件结构,31,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第31页,无线传感器网络软件结构,32,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第32页,4.6,可穿戴计算研究及其在物联网中应用,4.6.1,可穿戴计算机在物联网中应用,可穿戴计算机能够应用于物联网远程支援、抢险救灾、医疗救护、社会治安、新闻采访、社会娱乐与军事方面,为了适应不一样用户需求，不一样可穿戴计算机依据其功效、与人交互方式不一样，而被设计成不一样内部结构和不一样外形,33,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第33页,产品分类介绍,对智能穿戴各类别中含有影响力产品进行介绍,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第34页,产品类别之,智能眼镜,智能眼镜：,它最多能够将眼镜、智能手机、摄像机等各种功效集于一身，经过电脑化镜片将信息展现在用户眼前；,另外能够帮助随时进行拍照、录像、看视频，省去了拿出相机、手机和,PAD,麻烦。,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第35页,功效：,集眼镜、智能手机、摄像机于一身,价格：,1500,美元,Google,眼镜,智能眼镜产品,1,语音：,支持语音控制,如“,OK Glass，Take a picture,”,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第36页,功效：,拍照和摄像,价格：,540,元,Thanko,眼镜型摄像机,智能眼镜产品,2,语音：不支持,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第37页,功效：运动、视频流、,web,和社交媒体,价格：未知,Recon Jet,智能眼镜产品,3,语音：不支持,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第38页,产品类别之,智能手环,智能手环：,用户能够经过手环统计日常生活中锻炼、睡眠和饮食等实数据，无屏幕显示，可将这些数据与,Pad,、手机等智能终端同时，起到经过数据指导健康生活作用。,当前，智能手环中还未有集成语音控制功效。,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第39页,功效：,跟踪睡眠运动和饮食、空闲提醒、智能闹钟等功效，而且对监控数据进行分析,上市时间：,Jawbone UP,智能手环产品,1,价格：国行版,1100,人民币,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第40页,功效：,专为好感人士设计，测量你天天运动量，只需佩戴或手持,Nike Fuelband,智能手环产品,2,上市时间：,价格：,1,080,人民币,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第41页,功效：,首款基于,baidu,云开发便携式可穿戴设备，可实现活动监测、睡眠监测、活动提醒、智能闹钟四大功效,baidu咕咚手环,智能手环产品,3,上市时间：,.6,价格：,399,人民币,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第42页,产品类别之,智能手表,智能手表：,是将手表内置智能化系统、搭载智能手机系统而连接于网络而实现多功效，能同时手机中电话、短信、邮件、照片、音乐等。3月媒体报道，苹果、三星、谷歌等科技巨头都将在晚些时候公布智能手表。美国市场研究企业Current Analysis分析师Avi Greengart认为可能会成为智能手表元年。,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第43页,功效：最值得期待智能手表！,Apple iwatch,智能手表产品,1,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第44页,功效：,支持阅读来电信息，短信，日历等，支持邮件,/,微博,/,人人以及更多扩展应用，支持音乐播放。这款智能手表是智能手机扩展，设置需要经过应用与智能手机相连然后进行设置,上市时间：,索尼,SmartWatch,智能手表产品,2,价格：,149,美元,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第45页,功效：接听电话,，看短信，邮件提醒，拍照等,上市时间：,价格：,2398,人民币,三星,Gear,智能手表产品,3,语音功效：,支持三星,S Voice,语音操控命令，在国内与baidu达成战略合作，内置baidu语音助手实现对应功效调用,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第46页,Sony SmartWatch,智能手表产品,4,功效：,定位智能手机配件（当前只支持配对安卓手机），拨打电话、看短信、看邮件、拍照、查天气等,上市时间：,价格：,1000,左右人民币,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第47页,硅谷创业,Pebble,智能手表产品,5,功效：,GPS,定位、音乐播放、接打电话、收发邮件、收发短信、日历提醒、接收,Facebook,、天气以及推文信息,上市时间：,价格：,149,美元,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第48页,谷歌,Nexus,和,moto Im watch,智能手表产品,6,功效：未知。最值得期待是,谷歌 now,语音功效加入，将带来智能手表语音应用风暴。,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第49页,产品类别之,智能穿着,智能穿着：,衣服、裤子、鞋子、衣物装饰等，统计日常生活中运动情况、睡眠和饮食等实数据，无屏幕显示，可将这些数据与,Pad,、手机等智能终端同时，起到经过数据指导健康生活作用。,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第50页,功效：搜集运动情况,价格：￥,169,Google,智能鞋,智能穿着产品,1,语音：未知,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第51页,功效：搜集运动情况,价格：未定价,小米智能鞋,智能穿着产品,2,语音：未知,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第52页,功效：,率领盲人到其指定位置，同时防止可能发生碰撞以及障碍物躲避等。,价格：暂无,Le Chal,智能盲人鞋,智能穿着产品,3,语音：未知,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第53页,功效：娱乐，让,音乐兴趣者可随时拍打节拍,价格：,29,美元,鼓点,T,恤,智能穿着产品,3,语音：无,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第54页,功效：,佩戴于胸前衣服之上，能够在人们从事跑步、足球以及网球等体育运动时监测统计人体奔跑速度、反应速度、跳跃力、心率以及锻炼时间,价格：,$20,Adidas,miCoach X_Cell,智能穿着产品,4,上市时间：未知,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第55页,4.6.2,可穿戴计算概念产生背景,可穿戴计算技术表达出“,以人为本，人机合一,”和“,无处不在计算,”理念，有力地支持着“从人围着计算机转，转向计算机围着人转”这一计算机演变主要趋势,可穿戴计算系统与人类紧密结合成一个整体，能够拓展人视觉、听觉，增强人大脑记忆和应对外界环境改变能力，延伸了人大脑与四肢，代表着计算机一个主要发展趋势,可穿戴计算技术研究包括计算机科学、智能科学、光学工程、微电子技术、传感器技术、机械制造、通信科学、生物学、数学、生物医学、工业设计技术等多个交叉学科和技术领域,56,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第56页,4.6.3,可穿戴计算定义和主要特征,可穿戴计算机与新,人机交互模式,：,持久性,增强性,介入性,可穿戴计算机六,个属性,：,非限制性,非独占性,可觉察性,可控性,环境感知性,交流性,57,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第57页,可穿戴计算机三大能力,：,移动计算能力,智能助手能力,各种控制能力,58,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第58页,4.5.4,可穿戴计算机在提升人感知能力方面研究发展,59,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第59页,4.7,智能机器人研究及其在物联网中应用,60,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第60页,4.7.1,机器人基本概念,机器人学,(robotics),是一个包括计算机科学、人工智能方法、智能控制、精密机械、信息传感技术、生物工程交叉学科,按照应用领域进行分类，机器人能够分为民用和军用两大类,民用机器人又能够深入分为工业机器人、农业机器人、服务机器人、仿人机器人、特种机器人、微机器人与微操作机器人，以及空间机器人等,军事机器人按照应用目标分类，能够分为侦察机器人、监视机器人、排爆机器人、攻击机器人与救援机器人。按照工作环境分类，能够分为地面军用机器人、水下军用机器人、空中军用机器人,61,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第61页,智能机器人在物联网中应用前景,经过网络控制智能机器人正在向我们展示出对世界超强感知能力与智能处理能力,智能机器人能够在物联网环境保护、防灾救灾、安全保卫、航空航天、军事，以及工业、农业、医疗卫生等领域应用中发挥主要作用，必将成为物联网主要组员,物联网催生很多含有计算、通信、控制、协同和自治性能智能设备，实现实时感知、动态控制和信息服务，智能机器人与物联网研究有很多共通之处,智能机器人研究结果与研究方法对于物联网理论研究含有极为主要指导与借鉴意义,62,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第62页,4.7.2,智能机器人在物联网中应用,工业机器人,农业机器人,63,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第63页,服务机器人,64,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第64页,医用机器人,65,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第65页,微机器人与微操作机器人,仿人机器人,66,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第66页,特种机器人,：,救援机器人、危险环境工作机器人与探险,机器人,67,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第67页,军用机器人,68,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第68页,利用无人机对建筑物结构安全性数据移动采集,利用海底爬行机器人实现海底环境数据移动采集,69,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第69页,End,谢谢大家,70,物联网智能设备与嵌入式技术教材,第70页,