物联网应用下的智能硬件

    物联网，利用二维码、RFID、红外感应器、GPS、等各种感知技术和智能设备，使任何物体与网络相连，全面获取现实世界的各种信息，完成物与物、人与物的信息交互、以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、管理和控制。

    智能硬件，指的就是使用者能与产品的交互近似于人与人之间交互的硬件产品。目前很多智能硬件，大多数产品就是在传统产品上加了个WIFI模块。设备智能化、互联化，这些都离不开智能单片机硬件设计。8位、32位单片机，作为微小控制器，在小微型智能硬件领域应用很广泛，成品价格低、开发周期短，适合运算量小、通信数据量小的应用场景。单片机在智能小家电领域有：智能电饭煲、智能花盆、空气净化器、智能台灯窗帘等；在智能工业领域有：环境温度监测、空气质量监测、水质监控、农业喷灌控制等。单片机只能实现简单的数据处理，如果需要做复杂数据处理，例如视频处理、语音识别、人工智能等，就需要Android类智能硬件了。Android智能硬件，当前主流为4核-8核ARM Cortex A7或更强的处理器，集成GPU，很多还集成LTE通信，运算能力超强、通信数据量超大、软件扩展性非常好、UI界面漂亮、人机交互超便捷。例如智能车载、智能手表、智能家居网关、智能电视、智能工控主机、智能导购屏这些产品，几乎都采用了Android系统的智能硬件。成熟的Android智能硬件有：手持POS机、自动售货机、政务自助机、人脸识别门禁、收银机、汽车多媒体、电子班牌、快递柜、影院取票机、广告视频机等等。Android智能硬件已在逐渐取代传统嵌入式Linux和嵌入式Windows的。传统的PC系统，因结构负责，硬件尺寸大，在智能硬件领域应用不多。嵌入式Linux因开发资源和第三方资源远不如Android多，硬件成本也要比Android硬件系统贵，因此逐渐被Android智能硬件取代。硬件产品覆盖单片机（控制器）控制硬件电路、蓝牙BLE硬件、嵌入式硬件、多核心Android智能硬件、移动通信设备硬件（物联网卡）等众多领域。

一、硬件设计：控制器的设计原理、电路设计和底层驱动代码的设计、ID/MD设计。硬件方案设计、原理图设计、电路设计、器件选型、外观结构设计、硬件接口开发。硬件设计不仅要把线路连通，还需要考虑到功耗、散热、抗辐射、防静电、高速信号走线设计、射频性能等。硬件调试、射频调试、EMC和ESD测试、失效分析、品质管控等，能够保证硬件产品快速、高质量、低风险的推向市场。

一个全功能控制器主要由以下部分组成：触摸平板工控机、本地IO模块、执行机构：接触器、断路器等机箱、电源。一个远程控制器：全功能控制器减去触摸平板工控机以外。控制器以电信号的方式控制（电流控制）执行器件，接收的数据都是设备的当前状态信息，信息类型是数字信号、脉冲信号、模拟信号。传感器传给控制器的信息一般有三种：数字信息：一般只有两种状态的信息（如有电流无电流、通断）。模拟信息：一般是渐变的电压电流信息（如电压0V~10V）。脉冲信号：一般是有规律的电流或电压脉冲。对应控制器的数字量接口和模拟量接口。

工控电脑：别名“下位机”，是硬件控制的‘大脑’，其中装了控制程序，负责远程控制的执行逻辑、以及对反馈的信息进行处理并做出正确的决策。他可以直接控制控制器来达到对执行器件的操作。Modbus协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构简称消息帧。Modbus消息帧主要分为ASCII消息和RTU消息帧，目前系统主要使用RTU消息帧，以下为RTU消息帧结构。控制器通过平板中的程序便可以访问和控制该网络中的控制器和受控对象了。示例：开窗/盖将地址为1的控制器的2号DO端口打开后,2号窗/盖开始打开,同时地址为1的控制器的2号DI端口状态从0变为1。

二、网络环境与硬件通信：网络基础设施改造：主干以太网+无线网桥实现范围内定点WIFI覆盖。控制子网以RS485为主，辅以以太网。以太网MAC地址。

硬件网络通信环境：安卓工业平板电脑；支持外部通信方式：USB、以太网、RS485、RS232、WIFI、3G、4G、蓝牙、热点、CDMA、GPRS、NFC、I2C、GPIO多种通讯方式；支持市面主流控制器开关量、模拟量信号、支持隔离性模拟量输入。

串口叫做串行接口，也称串行通信接口，是硬件接口。按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等。

波特率：单片机或计算机在串口通信时的速率。1波特即指每秒传输1个码元符号。码元传输速率，又称为码元速率或传码率。其定义为每秒钟传送码元的数目，单位为"波特"，又可以称为波特率,常用符号"Baud"表示，简写为"B"。二进制存储单位。

串口调试工具SSCOM,选择通信的串口，配置通信的参数等,配置完成后，打开串口，进行硬件设备通信测试、串口数据的收发测试。控制器与COM对应关系解析、设备与控制器映射关系解析后台配置测试。通讯类型为串口。软件默认的端口是COM1。设备出厂波特率为9600bps，地址为1。

三、软件环境与应用开发：JDK1.7、Android系统、基于Modbus协议通信，包括CMS、BOSS系统、数据平台等。随着BLE、ZIGBEE、GPRS、NB-IOT等众多无线传输技术的普及，单片机+云服务的架构应用越来越多。

    应用系统通过MODBUS协议向集中控制器下达控制命令，集中控制器将所下达的命令编码成硬件设备能够识别的指令格式，并发送出去；集中控制器将采集到的设备运行电流以及现场参数传送给业务管理系统，业务管理系统可根据检测的参数对现场硬件的运行状况进行监测。

外接设备的集成开发：二维码、摄像头、红外感应器、喇叭、麦克风、触摸屏、LCD液晶屏、打印机、NFC模块、IC类读卡器、身份证阅读器、地磅、自动道闸、扫描枪、键盘等设备，是否支持远程调用配置接口？安装设备驱动程序，调用接口。