嵌入式系統與物聯網融合發展趨勢研究

徐英昭

摘 要：隨著信息技術的迅速發展和通信網絡的普及，物聯網技術在日常生活中的應用日趨廣泛，其關鍵技術也日趨成熟，產業體系也更加完善，給人們的日常生活帶來了許多的便利。嵌入式系統與物聯網相比，針對性更強，它的核心技術是信息技術、集成電子技術和傳感器技術。文章主要討論物聯網和嵌入式系統的體系結構和關鍵技術，以及二者之間的融合發展趨勢和應用領域。

關鍵詞：物聯網；嵌入式系統；智能傳感器；智能技術；射頻識別技術

1 物聯網的結構和關鍵技術

1.1 物聯網的體系結構

物聯網是伴隨著計算機技術和通信網絡的迅速發展而出現的一種新技術，它的主要功能是利用智能識別設備通過感知、計算和分析來獲取外部信息，繼而通過互聯網技術實現信息的交換和共享，從而將提供信息的對象互聯。根據物聯網系統各部分的功能可以將其體系結構分為3個部分，即信息感知層、網絡傳輸層和應用層。

1.1.1 信息感知層

主要功能是通過具有自動感知能力的設備來獲取外部信息，按其獲取信息能力的方式可以分為自動感知信息設備和人工生成信息設備。自動感知設備包括智能傳感器、射頻識別設備、智能家電等，而人工生成信息設備主要是指集傳感器技術和數字信息處理技術于一體的計算機、智能手機等設備。

1.1.2 網絡傳輸層

網絡傳輸層的功能是將感知層的自動識別設備所獲得的信息傳輸給應用層。進行信息傳輸的方式有有線網絡傳輸和無線網絡傳輸，無線網絡傳輸主要包括無線局域網和移動通信技術，有線網絡傳輸的媒介包括電視電纜、電話線、現場總線等。

1.1.3 應用層

按其功能不同可以進一步分為管理層和行業應用層，管理層主要是起到緩沖作用，它通過一系列的軟件來實現前端感知硬件和之后的應用軟件之間的連接，并且具有強大的信息處理功能，可以將網絡傳輸層發來的信息進行匯總、存儲、計算處理，從而給之后的行業應用層提供安全可靠的信息。

1.2 物聯網的關鍵技術

物聯網的技術主要是為其功能而服務的，所以對技術的研究主要要從功能上入手。

1.2.1 信息獲取技術

物聯網體系結構中的第一部分就是信息感知層，對信息的識別和獲取是物聯網中一項關鍵的技術。目前所使用的技術主要包括二維碼、傳感器技術和射頻識別技術。目前對信息的感知技術中還存在著一系列正待解決的問題，帶來問題的原因一方面是所要獲取的信息大多不是電信號，需要通過一定的設備將獲取的信號轉換為電信號，另一方面要獲取的信號幅值和頻率都比較低，容易被噪聲淹沒。因此，在信息提取技術方面需要提高敏感性，即提高對有用信息的檢測能力，對于那些干擾信號則不予識別和檢測。傳感器技術是物聯網的核心技術，它的發展依賴于集成電子技術和計算機技術，但由于檢測信號的復雜性，在應用上還有一定的局限。

1.2.2 網絡傳輸技術

物聯網的功能主要是實現人與物、物與物之間信息的交換與共享，因此，信息傳輸技術也是其中關鍵的一環。在傳輸時既要保證信息的完整性和安全性，也要對海量的、復雜的信息進行處理，因為信息層所感知的信息數目是非常多的，如果不進行壓縮處理就直接傳遞給后面的系統和設備，將會造成很大的負擔，減慢設備的運行速度。保證信息安全性的方法主要有差錯檢測、奇偶校驗等，對信息進行處理的技術主要包括對龐大信息的過濾、壓縮和融合，目前應用比較多的技術主要是基于局部網絡的算法，各種數據壓縮方法。

1.2.3 應用技術

應用技術是為了應用層而服務的，它主要是將傳感器所感知的，通過網絡層傳遞的信息服務于手機、電腦等可以顯示和信息處理的設備，以便工作人員或者用戶對其進行控制和處理[1]。

2 嵌入式系統概念

嵌入式系統是隨計算機技術、集成電子技術和半導體技術的迅速發展而出現的產物，顧名思義，嵌入式系統就是一種通過一定的技術手段嵌入到相關器件的內部，從而獲取相應的信息或對器件進行控制，它通常是一個微型的計算機系統，具有一定的分析處理功能。根據嵌入式系統所嵌入的設備不同，可以實現不同的功能，因此它具有很強的專用性，可以實現控制、輔助或者監視設備運行的功能。

嵌入式系統其實在我們身邊應用十分廣泛，通常包括軟件部分和硬件部分，硬件部分包括處理器、存儲器和輸入輸出接口。存儲器通常是ROM，用來存放具有指定功能的指令，處理器執行運算、控制等操作，輸入輸出接口則用來實現與外部的信息交流。對于一個功能確定的嵌入式系統來說，它的軟件系統也已基本固定。由于嵌入式系統需要嵌入其他設備中進行工作，所以在結構上必須小巧精簡，才能達到使用的要求。因此，嵌入式系統的處理器一般都比較微小，軟件系統也比較精簡，不需要明確區分系統軟件和應用軟件，為了使用時的效率，也應該保持足夠高的可靠性[2]。

3 物聯網與嵌入式系統的區別和聯系

從上文的分析中我們可以知道，物聯網的主要功能是信息的傳送和共享，而嵌入式系統主要是一種微型計算機系統，它是根據嵌入對象所需要的功能而設計的。二者在功能上的主要區別是嵌入式系統具有針對性，它可以根據不同的設備而改變，應用于不同的地方就會具有不同的功能；而物聯網主要是通過前端的感知設備獲得信息，進而通過網絡的傳輸實現信息的共享。嵌入式系統通過一定的設計就可以實現物聯網的功能，因此，物聯網是包含在嵌入式系統之中的，隨著目前嵌入式系統技術的不斷發展，二者之間出現了互相融合的趨勢，即在嵌入式系統中應用物聯網技術。

4 物聯網之“物”與嵌入式系統設備

物聯網就是將物和物之間用網絡連接起來的互聯網，物聯網中的“物”通常是指物理設備，包括汽車、家用電器和其他的電子設備以及其中的傳感器。在這些物聯網終端的電子器件中，大多數都應用到了嵌入式系統，比如，汽車中使用的內嵌GPS模塊以實現車輛的定位和行駛過程中的導航；在家用電器，如空調、冰箱等也通過嵌入式系統實現了網絡化。因此，在物聯網之中相互連接，用來感知信息的物體大多數都應用到了嵌入式系統設備以實現各種功能。隨著互聯網技術和傳感器技術的迅速發展，嵌入式系統已經越來越廣泛地應用到物聯網中，從而提高物聯網前端設備對信息的獲取和感知能力。

5 物聯網中應用的嵌入式系統

5.1 嵌入式智能傳感器

物聯網中的傳感器是物聯網獲取外界信息的前提，因此，發展傳感器技術對物聯網的發展至關重要。計算機技術的發展和人工智能浪潮的出現使得智能傳感器技術也取得了一定的突破，在物聯網中應用智能傳感器可以極大地節省人力物力資源，提高工業生產效率。智能傳感器與普通的傳感器相比具有自行分析、決策和判斷的能力，并可以通過輸入輸出接口與外界進行信息的交流。為了實現自行分析和決策的功能，在智能傳感器中通常會集成一系列的芯片，再通過軟件寫入指令，目前應用較多的是CMOS和MESM所結合的技術。

5.2 嵌入式智能技術

嵌入式智能技術是將智能化的設備作為一個嵌入式系統嵌入到需要為其服務的設備中，在技術上是人工智能、計算機技術與嵌入式技術的融合。為了實現智能化，必須要求具有強大的計算能力，海量的數據以及足夠高效的算法。嵌入式智能技術對軟件和硬件的要求都比較高，硬件的體積越小越好，否則會影響設備的運行，因此，芯片的集成度要足夠高；在軟件方面，設計上需要實現對信息感知端發來的設備進行處理，并且做出反饋。目前嵌入式智能技術已經廣泛用于智能家電的設計中，再通過物聯網就可以實現對家具電器的遠程遙控，這極大地便利了人們的生活。

5.3 射頻識別技術

射頻識別技術本質上是一種電磁感應技術，它是通過無線電波來對需要識別的目標進行判斷的，因此，在識別的過程中不需要接觸就可以得到結果，是一種無線通信技術。實現射頻識別的系統通常由兩個部分組成，一個部分用來閱讀，另一個部分則用來應答。閱讀器中裝有天線，用來發射和接受無線電波，同時還有進行邏輯控制的單元和射頻接口。應答器其實就是一個電子標簽，為了識別的特異性，每一個應答器上的標簽都是不同的，正如每個人的身份證號都是不同的。應答其中同樣也有用來通信的天線，除此之外，還具有IC芯片來實現特異性。應答器和閱讀器的能量轉換過程都是通過電磁感應來實現的[3]。

6 結語

互聯網的發展和普及為實現物聯網的應用提供了前提條件，而近年來傳感器技術和射頻識別技術的廣泛應用使得嵌入式系統得以在物聯網領域大展身手。物聯網和嵌入式系統的融合將是必然趨勢，它必將為人們的生活帶來極大的便利。

[參考文獻]

[1]楊輝，王毅.物聯網與嵌入式系統的關系研究[J].計算機與現代化，2011（8）：127-128.

[2]楊迪娜.嵌入式系統聯誼會“物聯網教育和產業發展區趨勢”探討[J].單片機與嵌入式系統應用，2015（8）：1-2.

[3]錢素娟，李姍姍.基于國家中心城市鄭州物聯網的發展建議[J].電腦知識與技術，2017（31）：302-304.