物联网技术大融合：单片机/嵌入式开发在智能硬件中的应用与挑战

互联网是一个时代，物联网也是一个时代。最近听到一句话，“有人的地方就有物联网技术”。物联网技术是当今电子、通信、计算机、IT行业技术的伟大融合。如图所示，物联网技术的技术构成（简单版）是物联网的主要学习内容。

#物联网技术之一：单片机/嵌入式开发

智能硬件不就是一个微控制器吗？归根结底，它只是一个单片机。如今的智能手表、可调光LED灯、蓝牙解锁、WiFi插座等等，归根结底不都是单片机的发展吗？微控制器、电子、通信专业一般教51或者AVR、计算机系都接触不到。现在流行的Arduino也是开发的一种微控制器。

但要制造智能硬件，从技术上讲，仅仅知道如何对微控制器进行编程是不够的。智能硬件本质上是一种电子产品。所以如果你想开发一个有能力的智能硬件，你必须知道如何设计电子系统！

硬件设计阶段：

lMCU选型

l电路设计（电路图）

l验证电路（面包板、多用途板）

l电路板设计（PCB图）

l送工厂制板或自己制板

l零部件及材料管理（采购等）

l拿到电路板后，焊接芯片和元件，上电测试，将最终版本的代码烧录到芯片中。

如果您熟悉了上述硬件设计阶段并知道该怎么做，那么您已经是一名合格的单片机硬件工程师了。下一步是成为一名微控制器软件工程师。一般来说，单片机软件并不算太复杂，有些还是不需要的。做过微控制器课程设计的学生都了解操作系统的裸机开发。

软件设计流程：

l 确定软件架构（主循环？状态机轮询？）

l 书写软件

l调试代码（自己搭建的开发板或电路）

l 将最终版本的代码烧入电路中

这些已经不再复杂了。如果你使用的芯片比较先进，不是单片机而是微处理器，那么就是嵌入式开发。

#物联网技术2：网络通信协议

智能硬件与传统电子产品最大的区别在于智能硬件是连接网络的。要连接网络，需要使用网络通讯模块，并学习网络通讯协议——TCP/IP。

TCP/IP是技术的总称，包括TCP和UDP两种协议。它位于网络通信分层模型的传输层，也由操作系统管理。 HTTP、DNS、URI等技术属于应用层，位于TCP/UDP之上。同样，最近物联网中比较流行的、针对计算能力有限的通信设备的MQTT协议也属于TCP。为了让电子产品具备联网能力，只需要在电路设计中在主控芯片上连接一个通信模块，编写发送和接收网络指令的代码，剩下的就是电子产品的设计了。产品。至此，基本上就是一个物联网产品的雏形了。以上也是物联网中基本使用的电子和通信技术。

#物联网技术三：服务器开发框架

Client/Server架构，即客户端/服务器架构。智能硬件连接到后端服务器后，就成为客户端、终端。由于单片机内的资源有限，实际上不可能使用HTTP协议，所以互联网上一般的Web服务器开发在这里并不适合。有些厂商会在TCP之上定制协议，有些厂商会移植别人做的协议，比如MQTT、CoAP等。

服务器端开发比较复杂。微控制器/嵌入式软件开发还可以。只要学好C语言，你就能立于不败之地。但是对于服务器端开发，应该使用Java还是Python呢？无论如何，就在 Java 和 Python 之间选择吧。具有嵌入式背景的工程师通常会学习Python。

Python服务器端开发框架有很多种，包括Django、Flask、用于Web开发的Tornado Web Server、用于TCP服务器的Twisted等等。 MQTT 有一个现成的服务器。这样的服务器不需要自己开发，直接部署即可。

此时，服务器端开发和前面两种技术可以作为一个层。之前微控制器/嵌入式和网络通信的发展可以看作是电子设备的发展。后端工程师只要拿到电子设备，他就会知道这个设备。提供了接口（API）后，就可以开始后端开发了——将设备连接到网络，分配IP什么的，配置接口和相关操作，剩下的就交给前端了。

#物联网技术四：无线自组织网络

无线自组织网络，或者说无线传感器网络，绝对是物联网专业学生必须学习的科目。它属于通信领域。有电子和计算机背景的人对此并没有太多了解。无线自组织网络最典型的技术之一是ZigBee。

#物联网技术5：RFID

仔细观察上面的无线技术图片，最右边是 NFC/RFID。是的，RFID，非接触式射频识别，也是物联网技术中最重要的技术。

已经实施的公交卡、校园卡均采用RFID技术。 RFID可读写，因此公交卡、校园卡的钱都可以存入卡内。 NFC也是RFID技术的一种。

＃ 结论

当然，由于物联网本身就是所有技术的大融合，所以做电子产品的人也必须考虑产品外壳，但这是结构工程师的事情；做服务器后端的还必须考虑用户账号数据库的读写等，前端也必须考虑如何优雅地将设备数据和操作方法展示给用户，这是IT程序员的工作；电池技术还需要单方面突破，超小尺寸、超大容量等。

与其说物联网是一项技术，不如说它是一个时代。物联网将相关技术融为一体，形成一个时代的概念。这是一个以科技为基础的时代。

将挑战视为跳板。超越它们，你可以跳得更远。

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