单片机、嵌入式系统与物联网.ppt

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1、1,单片机、嵌入式系统与物联网V0.52,MCU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,4,1.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

2、物联网的定义还不太成熟。,5,1.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。,6,1.物联网的有关概念,1.3 智慧地球 2009年月日，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，I首席执行官彭明盛

3、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2009 IBM论坛上公布了名为“智慧地球”的最新策略。,7,1.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

4、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。,8,2.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,9,2.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

5、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,10,2.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,11,2.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。,12,2.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

6、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,13,2.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,14,2.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

7、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,15,2.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。,16,3.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,17,3

8、.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,18,3.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

9、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。,19,3.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

10、时空特性，这一特性源自互联网。,20,3.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。,21,3.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

11、 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,22,3.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）,23,4.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

12、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）,24,4.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,25,4.物联网事件的行为元素,4.2 物联网传感（物感）源头

13、：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。,26,4.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。,27,5.物联网与云计算,物联

14、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,