第四章物联网智能硬件与嵌入式
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- 第四章物联网智能硬件与嵌入式
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- 嵌入式技基本概念
- 物联网智能硬件
- 可穿戴计算研究及其在物联网中的应用
- 智能机器人研究及其在物联网中的应用
第四章物联网智能硬件与嵌入式
嵌入式技基本概念
嵌入式系统发展过程
- 第一阶段：以可编程序控制器系统为核心的研究阶段
- 第二阶段：以嵌入式中央处理器CPU为基础、简单操作系统为核心的阶段
- 第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的阶段
- 第四阶段：基于网络操作的嵌入式系统发展阶段
嵌入式系统的体系结构
嵌入式系统的特点
面向特定应用的专用计算机系统
根据应用的具体需求，剪裁计算机的硬件与软件
适应对计算机功能、可靠性、成本、体积、功耗的要求
物联网智能硬件
智能硬件（Intelligent Hardware）的基本概念
体现了"互联网+传感器+计算+通信+智能+控制+大数据+云计算"等多项技术的融合，其核心是智能技术
标志着硬件技术向着更加智能化、交互方式更加人性化，以及向"云+端"融合方向发展的趋势，预示着智能硬件将成为物联网产业发展新的热点
《智能硬件产业创新发展专项行动(2016-2018年)》明确重点发展的五类智能硬件产品：智能穿戴设备、智能车载设备、智能医疗健康设备、智能服务机器人、工业级智能硬件设备
人工智能
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术应用系统的一门科学
人工智能研究的目标是让机器具有像人类一样的思考能力与识别事物、处理事物的能力
人工智能研究的基本内容：
- 智能感知
- 智能推理
- 智能推理
- 智能行动
人机交互
支撑智能硬件的六项技术是：人机交互、硬件结构、软件应用、设备协同、信息安全与能量控制
"应用创新"是物联网发展的核心，"用户体验"是物联网应用设计的灵魂物联网的用户接入方式多样性、应用环境差异性，决定了物联网智能硬件在人机交互方式上的特殊性
一个成功的物联网智能硬件设计，必须根据不同物联网应用系统需求与用户接入方式，认真地解决好物联网智能硬件的人机交互问题；很多人机交互的奇思妙想甚至会成就物联网在某一个领域的应用
人机交互的基本方式
物联网智能硬件人机交互的特点
统的键盘、鼠标输入方法，以及屏幕文字、图形交互方式已经不能适合移动环境、便携式物联网终端设备的应用需求，必须摒弃传统的人机交互方式，研发出新的人机交互方法
可穿戴计算设备在研究人机交互中使用了虚拟交互、人脸识别、虚拟现实与增强现实、脑电控制、柔性显示与柔性电池等新技术能够适应物联网智能硬件的特殊需求，对于研究物联网智能硬件人机交互技术有着重要的参考和示范作用
- 虚拟交互技术
- 人脸识别技术
- 虚拟现实与增强现实技术
- 虚拟现实的特征：沉浸感、交互性和想象力
- 桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统与增强现实系统
- 柔性显示技术
- 柔性电池技术
可穿戴计算研究及其在物联网中的应用
可穿戴计算基本概念(wearable computing)
随着物联网应用的发展，目前可穿戴计算应用正在向智能医疗、智能家居、智能交通、智能工业、智能电网领域延伸和发展
可穿戴计算体现出"以人为本"和"人机合一"，以及为佩戴者提供"专属化"、"个性化"服务的特征
可穿戴计算设备以"云-端"模式运行，以及可穿戴计算与大数据技术的融合，将对可穿戴计算设备的研发与物联网的应用带来巨大的影响
分类
- 头戴式设备
- 身着式
- 手戴式
- 脚穿式
智能机器人研究及其在物联网中的应用
第一代机器人的主要特征是：位置固定、非程序控制、无传感器的电子机械装置，只能够按给定的工作顺序操作
第二代机器人的主要特征是：传感器的应用提高了机器人的可操作性。研究人员在机器人上安装各种传感器，如触觉传感器、压力传感器和视觉传感系统，向着人工智能方向发展
第三代机器人的主要特征是：安装了多种传感器，能够进行复杂的逻辑推理、判断和决策，具有初级的感知和自动生成程序能力，能够自动避开障碍物
第四代机器人的主要特征是：具有**人工智能、自我复制、自动组装的特点，从机器人网络向"云机器人"**方向演进
应用前景
通过网络控制的智能机器人正在向我们展示出对世界超强的感知能力与智能处理能力。智能机器人可以在物联网的环境保护、防灾救灾、安全保卫、航空航天、军事，以及工业、农业、医疗卫生等领域的应用中发挥重要的作用，必将成为物联网的重要成员
发展物联网的最终目的不是简单地将物与物互联，而是要催生很多具有计算、通信、控制、协同和自治性能的智能设备，实现实时感知、动态控制和信息服务；智能机器人研究的目标同样追求的是机器人的行为、学习、知识的感知能力；在这一点上，智能机器人与物联网研究目标有很多相通之处
云计算、大数据与智能机器人技术的融合导致"云机器人"的出现；由于云计算强大的计算与存储能力，可以将智能机器人大量的计算和存储任务集中到云端，同时允许单个机器人访问云端计算与存储资源，这就为需要较少的机器人机载计算与存储，降低机器人制造成本，提高智能机器人在物联网应用的高度和深度
分类
- 工业机器人
- 农业机器人
- 服务机器人
- 医用机器人
- 微机器人
- 微操作机器人
- 仿人机器人
- 玩具机器人
- 特种机器人
- 空间机器人
- 军用机器人