为了能够让读者在较短的时间内就能完成物联网实验的入门,本书不太可能将各层的所有技术都一一通过实验来呈现,而是在物联网的不同层次选取一些有代表性的核心技术进行集中展示,所以后续章节的名称并没有与物联网的层次进行对应,而是为了清晰起见,本书章节以技术内容来命名,其他部分可以通过读者反馈进行添加。物联网实验分布如图1-2所示。
1)在感知层,主要涉及智能感知和标识相关的技术,包括各类传感器实验(高精度温湿度传感器实验、运动感知实验、图像采集实验、步进电动机控制实验、键盘与显示屏交互实验)、RFID实验(高频及超高频无源RFID实验)。
2)在网络层,主要涉及无线通信和网络协议的设计。由于骨干网络环境复杂,在实验室呈现的难度及成本较高,本书主要以短距离网络为例来设计实验,包括短距离无线通信实验(433MHz、2.4GHz)、无线自组网实验、IEEE802.15.4及ZigBee协议实验等,可以从原理及概念上让读者理解网络协议的设计及实现。
图1-2 物联网实验分布
3)在应用层,主要涉及网络接入和智能处理的技术。虽然应用层的核心在于中间件和服务平台,但我们在这方面的开发研究工作正在进行,由于本书编写时间仓促,就没有以实验的形式展现,我们将在后续的版本中进一步展现相关工作。本书在应用层的实验包括公网接入实验、安全网络通信实验、室内实时定位实验、自组网时间同步实验、海量数据搜索实验等。由于这些应用服务在实验中涉及较多的数据及网络资源,本书在选取相关内容时也进行了一定的简化。应用层所涉及的内容较多,特别是在行业领域的应用,本书特别选取了若干典型行业领域,对其物联网的示范方案进行阐述,有实际需求或者学有余力的读者可以根据实验内容自行搭建,无论是对应用开发还是学习理解都有非常大的帮助。
由于上述实验可能涉及的硬件平台、软件平台、实验环境种类繁多,为了不至于让读者由于理解大量实验平台细节而导致对技术原理的理解和消化吸收,本书将这些实验聚焦到3个实验平台上,包括单片机平台、嵌入式平台及智能终端平台,本书所有实验都分布在这3类平台上,如图1-3所示。由于硬件环境的要求,部分实验可能会跨越多个平台,但只要掌握了这3个平台,就可以设计出丰富多彩的实验和系统,而不局限于本书内容。
图1-3 物联网3类实验平台及实验分布(www.xing528.com)
本书的全部实验均在一系列的硬件设备上完成,主要硬件设备如表1-1所示。
1)单片机实验平台是由单片机实验母板外加一系列传感器及外围模块组成的。
2)嵌入式实验平台是由ARM实验母板和传感器及外围模块组成的。
3)智能终端平台,包括QT及Android两个软件平台,可以在个人计算机(PC)上直接通过软件仿真实现,当然也可以下载到支持这些平台的智能终端上(本书中的相关实验均已经在相关智能手机上进行验证)。
表1-1中的硬件4~7是分别在单片机实验平台和嵌入式实验平台的基础上开发的,只是在体积和封装上做了一些改变,以方便进行实验部署,降低功耗及成本。
表1-1 本书主要硬件设备介绍
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