物联网 - 硬件

物联网 (IoT) 是通过创新技术连接数字世界和物理世界的，它使得物体能够轻松通信。 物联网硬件是一系列广泛的物理组件，构成物联网生态系统的框架，是这个网络的核心。 本文探讨了物联网硬件的主要特点、元素及其对技术发展方向的影响。

什么是物联网硬件？

物联网硬件指的是广泛的有形物体和部件，它们使互联设备能够收集、分析和传输数据。这些元素对于连接数字和物理领域以及实现驱动物联网应用的信息共享至关重要。

重要的物联网硬件组件

执行器和传感器

传感器： 这些设备记录来自实际环境的数据，将光、运动、温度和湿度等物理现象转化为数字形式。

执行器： 这些部件使物联网设备能够通过将数字指令转化为有形动作来与其周围环境进行通信。例如，执行器可以控制阀门的开闭或机器人手臂的运动。

传感器类型

• 运动传感器广泛应用于可穿戴技术、智能照明和安全系统中。
• 温度传感器用于工业运营、气象站和气候控制系统。
• 湿度传感器对 HVAC 系统和农业应用至关重要。
• 光线传感器用于节能设备、智能照明和室外监控。

执行器应用

• 智能家居电器： 执行器管理恒温器、自动窗帘和锁。
• 执行器： 这些用于工业自动化操作，以提供精确的控制和调整。
• 医疗保健设备： 应用于假肢的运动和医疗设备中受控的药物输送系统。

微处理器和微控制器

微处理器： 能够进行复杂的计算，微处理器的功能比微控制器更强大。 您可以在从各种物联网设备编译信息的网关设备中找到它们。

微控制器： 有带有可编程输入/输出外设、存储器和中央处理单元的小型集成电路。 它们负责监视数据处理和设备控制，并且是物联网设备的大脑。

微控制器示例

• Arduino 板： 经常用于 DIY 和原型应用。
• Raspberry Pi： 尽管本质上是单板计算机，但其功能使其适合物联网应用。
• ESP8266 和 ESP32： 以具有集成 Wi-Fi 而闻名，这使它们有资格用于物联网应用。

微处理器应用

• 边缘计算设备： 通过在更靠近源头的地方处理数据来减少延迟。
• 网关设备： 它们从多个物联网设备收集和分析数据，然后将数据发送到云端。
• 智能家居中心： 管理和同步多个智能家居电器。

能源

电池 经常出现在物联网设备中，尤其是移动或远程设备。 拥有一款节能设备对于延长使用时间至关重要。

能量收集： 为了减少对传统电池的需求，某些物联网 (IoT) 设备可能会使用环境能源，例如太阳能或动能。

能量收集方法

• 动能： 使用运动为工业或可穿戴应用发电。
• 太阳能： 非常适合可以获得阳光的户外物联网设备。
• 热电发电机： 通过转换温度变化来发电。

电池技术

• 低自放电电池： 这些非常适合必须不经常维护的设备，例如远程传感器。
• 锂离子电池： 由于其高能量密度，它们被用于许多物联网设备中。

通信模块

蓝牙、Wi-Fi 和 Zigbee 模块 提供物联网设备之间的无线连接。 无线适用于高速应用，而蓝牙和 Zigbee 通常用于低功耗、短距离通信。

蜂窝模块： 通过在蜂窝网络上提供连接，允许物联网设备之间进行长距离通信。 对于涉及移动资产或远程位置的应用，这是必不可少的。

无线技术

• 5G 网络 启用带宽密集型物联网应用，并承诺更好的数据速率和更低的延迟。
• 低功耗广域网，或 LPWAN： 适用于需要低数据速率的远距离应用，例如资产跟踪或智能农业。

物联网协议

• 消息队列遥测传输，或 MQTT，是一种低带宽、高延迟、高效、轻量级的网络协议。
• 约束应用程序协议，或 CoAP，是为资源有限的网络和设备而设计的。
• HTTP/HTTPS： 常用作云服务和物联网设备连接的协议。

嵌入式系统

嵌入式处理器是集成到设备中并设计用于执行某些任务的专用处理器。 它们提高了物联网设备的功能和效率。

用例

• 汽车行业： 车载娱乐系统和高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 依赖于嵌入式系统。
• 医疗设备： 医疗设备中用于监测和诊断的集成系统。
• 消费电子产品： 嵌入式系统经常出现在智能电视、数码相机和家用电器中。

障碍和即将出现的模式

尽管取得了令人难以置信的进步，但物联网硬件仍然存在一些问题。 行业专家目前正在解决的关键问题是功耗、安全漏洞和互操作性问题。 此外，边缘计算、人工智能和 5G 连接的持续发展正在影响物联网硬件的增长，这使得设备变得更智能、更有效，并且能够处理越来越复杂的工作。

最后，我们正在创建的互联世界的基石是物联网硬件。 从收集环境数据的传感器到实现流畅连接的通信模块，每个有助于物联网发展的元素都至关重要。 随着技术的发展，开发物联网硬件对于充分利用网络潜力并开启一个前所未有的创造力和连接性时代至关重要。