我梦想着物联网/第 1 章：物联网与自动化

引言

物联网是如今非常流行的现象。你能想象随着这种互联网技术的發展，未来 5 到 10 年的世界会是什么样吗？仅仅依靠人力，人类将越来越难以控制所有事物。控制和交互所有事物以改进系统并减少浪费将变得困难。此外，连接到互联网的事物数量已经超过了地球上的人口，而这仍然不到当今世界上所有物理事物的百分之一。当然，技术开发的成本也会增加。然而，物联网和自动化有可能克服所有这些问题。

例如，在商业范围内，移动技术和物联网将改善公司系统之间的互连。物联网将帮助员工更高效地工作，改善运营并提高客户满意度。在许多情况下，企业或消费者也能够远程控制设备。例如，企业可以远程打开或关闭特定设备，或调整气候控制环境中的温度。

与此同时，在日常生活的世界中，物联网和自动化将提高人类的安全。例如，人们可能长时间离开家，却忘记锁门。使用物联网自动化，人们可以使用移动设备控制家庭系统。另一个例子：当人们去超市买 groceries 时。通过移动设备的信息，人们可以追踪和计算所有东西，同时大大减少总时间和成本。随着具有无线功能的计算机和传感器变得越来越便宜，将更多事物连接到互联网将变得更加实惠和实用。

什么是物联网和自动化？

微小的改变可以产生巨大的影响。它从人们已经建立的基础设施开始，以新的方式使用设备和服务。使用预测性维护来减少机器停机时间并提高效率。通过对地理分散资产的实时远程监控，更好地控制全球运营。使用智能的互联产品来取悦人们，并通过提供增值产品服务来推动收入增长。在某些情况下，它可以被定义为类似于机器对机器 (M2M) 通信的方式，而在其他情况下，它更好地被定义为商业智能。然而，物联网和自动化本质上被描述为将所有可以想象的事物连接到网络，以便来自所有这些连接的“事物”的信息可以以新的、通常是自动化的方式存储、传输、分析和采取行动。例如，如果您有一个系统，它应该在 X 到 Y 的范围内运行，您可以在光纤网络上连接一个温度传感器，以便在系统超出规格运行之前发出可操作的警报。

物联网和自动化的可能实现方式

如今，在对象中嵌入传感器，赋予其通信能力，在许多行业中越来越受欢迎。建筑自动化系统的增长将物联网带入了设施管理领域。控制建筑功能（如供暖、通风和空调、安全、冷藏和照明）的系统在历史上一直作为独立实体运行。在很大程度上，这些功能占据了一个专有的小众市场，与主流 IT 系统和标准分离。然而，许多行业（如汽车行业）将自动化作为其制造工作的一部分来实施。

自动驾驶汽车越来越受欢迎。当我们把这种车辆看作是一个移动的生活区域时，这个概念更容易理解，在这种区域中，驾驶员不需要仅仅坐着看着路过。汽车的未来将以一种新型用户为中心，他们不再是掌控驾驶员，而是拥有可以配置为满足不同需求的空间的乘客。未来，车辆将包含一个独特的识别 SIM/MIM 卡，就像移动设备中的 SIM 卡一样。这将赋予车辆收集信息并与其收集的数据以及其他车辆及其所有者共享的能力。例如，车辆能够彼此通信。我们可以假设自动驾驶汽车将始终在线，并实时沟通有关交通、天气和道路状况的信息。车辆无需通过无线电台或警察来报告交通状况（然后警察再将信息传达给其他司机），车辆只需彼此通信以及与道路基础设施系统通信即可。将车辆连接到互联网还意味着它们可以与社交网络服务连接，可以在其中共享非驾驶相关信息。

物联网和自动化的流程

物联网中的自动化过程包括设备之间的通信，以及通过工作流组织和集成工具、人员和流程的能力。

无论是制造业还是家庭，自动化过程都是指一个人使用内部或外部刺激，或通过时间推移所致的触发事件，来改变设备、器具、系统或电子元件的现有状态。为了实现这种自动化状态，必须向要执行操作的设备发送控制消息。所有现代建筑自动化系统都具有警报功能，可以检测潜在的危险情况，并通过计算机或其他通信设备（通过电子邮件或即时消息）发出警报。

从使用哪个开关，控制哪个系统，以及向目标设备转动哪个方向，自动化过程的一部分涉及非人工干预，这与一个人采取的步骤类似，只是系统可以管理要做什么。在其他情况下，自动化系统可以执行相同的操作，但仅根据先前的人工输入，包括预先设置一致的自动操作规范。随着家庭自动化系统将家庭内的各种电气设备相互集成，设备可以通过家庭网络连接，允许从互联网进行访问控制。因此，系统和设备能够以集成的

更准确地说，在物联网的情况下，一个人控制某事物的每个步骤都可以自动化。一个人会做什么，自动化平台就会代替他去做。在这个自动化步骤中，一个人会收到一个事件触发，决定行动，并根据指令数据库发送控制消息。这个人将使用网络设备发送控制消息，接收反馈并在必要时进行调整。换句话说，这个人只需通过指令进行控制，而行动将由自动化平台执行。^[7]

物联网和自动化的软件和硬件

一般来说，物联网并没有建立在特定的硬件/软件平台之上。物联网的概念应该被更好地理解为一个平台无关的抽象。目前，许多不同类型具有不同属性和不同应用领域的设备被推销为适用于物联网，从小型、简单易用的 Microduino 到支持每秒 1300 万条消息的高性能、高度专业的 IBM 设备。在本文中，我将重点介绍最常用的硬件和软件平台。

Arduino

Arduino 平台可能是最著名和最易于使用的平台。它主要由称为 Arduino 板的硬件和基于处理语言的合适软件组成。它最大的优势是编程方式很方便。有数百个不同的库可用，几乎可以连接到它可以连接的每个电气设备。因此，不必考虑连接显示屏的 HD44780 协议及其所有定时帧和控制代码，只需使用现成的库，并用一行简单的代码打印消息，例如“lcd.print("hello, world!");”。

软件

用于编程 Arduino 的软件基本上是 C 的简化版本。这种语言称为 Processing，最初是为编程视觉艺术类型的项目而开发的。虽然 Processing 仍然存在，但 Arduino 的“荣耀”无人能及。每个“sketch”（Arduino 世界中源代码的名称）都包含两个部分。第一部分用于设置项目进程，例如哪个引脚连接到哪个设备，或者如何设置某些库相关的配置。这必须在 *void setup() { ... }* 块中。在第二部分，即所谓的“循环”块 *void loop() { ... }* 中，代码的永久循环部分出现。这可以与 C 中的 main 函数进行比较。设置 LCD 字符显示的示例代码如下^[8]

/*
  This example code is in the public domain.

 http://www.arduino.cc/en/Tutorial/LiquidCrystal

 */

// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>

// initialize the library with the numbers of the interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
  // set up the LCD's number of columns and rows: 
  lcd.begin(16, 2);
  // Print a message to the LCD.
  lcd.print("hello, world!");
}

void loop() {
  // set the cursor to column 0, line 1
  // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
  lcd.setCursor(0, 1);
  // print the number of seconds since reset:
  lcd.print(millis()/1000);
}

硬件

在硬件方面，Arduino 也相当简单。它主要由一个 AVR 微控制器和一个用于对其进行编程的电路组成。解释电路的每个特定方面超出了本指南的范围；但是，从网络工程师的角度来看，Arduino 处理传感设备的方式很有趣。传感器可以直接用线连接到它需要的引脚，也可以购买所谓的 Arduino 扩展板，这些扩展板在内部包含操作传感器的整个电路。这些扩展板使用起来很方便，只需简单地安装在 Arduino 板的顶部。除此之外，Arduino 的外形尺寸也非常适合物联网应用。Arduino 有很多不同的形状和形式，整个平台从头到尾都是开源的。例如，微小的 NanoDuino 或可穿戴设备的灵活 LilyPad。可能性是无限的。

物联网和自动化的工业应用

在许多方面，拥有智能设备可以被看作是可编程逻辑控制器和分布式控制系统的作用。更多设备将被连接，更多机器部件将被监控。今天我们已经使用主流接口，包括平板电脑和智能手机，与控制系统进行通信。它们可以控制建筑物的功能，如安全、照明和空调。但是，除非确实需要进行此类控制，否则人们不愿意将设备添加到控制系统中，因为成本因素。物联网的希望是消除一些障碍，使任何信息都可以在任何时间、任何地点提供给授权人员。^[9]

工业过程将产生比任何其他来源都多的数据。设备生成和传输数据的功能将比以往更加突出，无论是通过本地设备还是远程或几乎无法访问的位置的设备。这些过程将被连接和联网，允许数据共享、降低成本和优化流程，从而实现更快、更好的实时决策。自动化网络将使用数据进行自我配置、自我调节并提供自身的效率改进。许多决策将由机器本身做出，专注于提高系统效率，解决诸如能源使用、安全和调整过程等问题。

结论

物联网和自动化将把许多设备、工具和机器连接到互联网，以便所有生成的信息可以通过网络连接自动计数、存储、传输和分析。物联网和自动化是有益的。它不仅可以减少人工干预，还可以更轻松地促进工作。此外，物联网和自动化可以在许多领域得到应用，包括商业、学习、人类安全、设施管理等等。它不仅将提高运营效率，提高生产力，降低成本，而且物联网很可能会使普通人过上更高的生活水平。^[9]

作者

作者和编辑：Saadah, Rahimah; Aishah, Saiful Adli; Furkan, Nadia