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出版者:

作者:王新

出品人:

页数:244

译者:

出版时间:2009-8

价格:25.20元

装帧:

isbn号码:9787508390437

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 单片机
• 控制技术
• 嵌入式系统
• 电子技术
• 自动化
• 传感器
• 电路
• 实践
• 应用

《物联网终端设备设计与实践》 内容简介： 随着物联网（IoT）技术的飞速发展，构建高效、智能、可靠的物联网终端设备成为了当今电子工程、嵌入式系统以及软件开发领域的重要课题。本书深入浅出地剖析了物联网终端设备的设计、开发与实现过程，为读者提供了一个全面而系统的学习框架。本书旨在帮助读者掌握从概念构思到实际产品落地的完整流程，培养解决实际工程问题的能力，从而在快速发展的物联网产业中占据有利地位。 本书内容覆盖了物联网终端设备的硬件选型、嵌入式软件开发、通信协议实现、功耗管理、安全性设计以及产品化过程中的关键技术要点。我们将以实际应用场景为导向，通过详细的案例分析和实践指导，带领读者逐步深入理解物联网终端设备的构建原理与核心技术。 第一部分：物联网终端设备概述与核心原理 物联网的定义、发展趋势与应用场景： 深入探讨物联网的本质，包括感知层、网络层和应用层。 分析物联网在智能家居、智慧城市、工业自动化、智能医疗、环境监测等领域的广泛应用，揭示其巨大的市场潜力和发展前景。 介绍物联网发展所面临的挑战，如标准化、互操作性、安全性、功耗限制等。 物联网终端设备的构成与功能： 详细阐述物联网终端设备作为物联网的“末梢神经”，其核心组成部分：微控制器（MCU）或微处理器（MPU）、传感器、执行器、通信模块、电源管理单元以及存储单元。 分析不同类型物联网终端设备的功能需求，例如数据采集节点、控制节点、网关节点等。 强调硬件设计与软件功能之间的协同关系，以及如何根据应用场景选择合适的硬件平台。 嵌入式系统基础回顾： 为读者快速回顾嵌入式系统的基本概念，包括嵌入式微处理器/微控制器架构、内存类型（RAM, ROM, Flash）、中断机制、I/O接口等。 简要介绍实时操作系统（RTOS）在物联网终端设备中的作用，如任务调度、资源管理、多任务并发等。 强调理解嵌入式系统底层原理对于优化终端设备性能至关重要。 第二部分：硬件设计与传感器技术 微控制器（MCU）与微处理器（MPU）的选择： 深入分析MCU和MPU在功耗、性能、成本、外设集成度等方面的差异。 介绍当前主流的MCU/MPU家族（如ARM Cortex-M系列、ESP32系列、RISC-V架构等）的特点与优势。 提供基于应用场景的硬件选型指南，例如低功耗传感器节点、高性能数据处理设备等。 重点介绍集成Wi-Fi、蓝牙等无线通信功能的SoC（System on Chip）在物联网终端设备中的应用。 传感器技术与数据采集： 系统性介绍各类常用传感器的工作原理、性能指标（精度、分辨率、响应时间、功耗等）和接口方式（模拟、数字I2C, SPI, UART等）。 重点讲解环境类传感器（温度、湿度、气压、光照、气体）、运动类传感器（加速度计、陀螺仪、磁力计）、位置类传感器（GPS）、生物识别类传感器（指纹、心率）等。 阐述传感器数据的预处理技术，如滤波、校准、量化等，以提高数据质量。 讨论多传感器融合技术，实现更全面、更准确的环境感知。 执行器与控制： 介绍物联网终端设备中的执行器类型，如电机、继电器、LED、显示屏、扬声器等。 阐述执行器的驱动方式和控制逻辑，以及如何通过PWM（脉冲宽度调制）、DAC（数模转换）等技术实现精确控制。 探讨执行器与传感器之间的联动机制，构建智能反馈控制系统。 电源管理与低功耗设计： 分析物联网终端设备功耗的主要来源：MCU、通信模块、传感器、外设等。 介绍低功耗设计策略，包括硬件休眠模式、动态频率调整、时钟门控、优化外设使用等。 讲解低功耗电源管理芯片（PMIC）和电池技术（如锂离子电池、超级电容器）的选择与应用。 深入研究能量收集技术（如太阳能、热电、射频能量收集）在实现自供电终端设备中的潜力。 第三部分：嵌入式软件开发与通信协议 嵌入式软件开发环境与工具链： 介绍常用的嵌入式集成开发环境（IDE），如Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code with PlatformIO等。 讲解交叉编译、调试器、仿真器等开发工具的使用。 探讨嵌入式操作系统（RTOS）的选择与应用，如FreeRTOS, Zephyr OS, RT-Thread等，并介绍其基本概念和API使用。 介绍嵌入式Linux在高性能物联网终端设备中的应用。 传感器驱动程序开发： 指导读者如何根据传感器数据手册编写高效、可靠的传感器驱动程序。 重点讲解I2C、SPI、UART等通信接口的驱动实现。 演示如何集成第三方传感器库，加速开发进程。 物联网通信协议： 短距离无线通信： 详细介绍蓝牙（Bluetooth Low Energy - BLE）和Wi-Fi在物联网设备中的应用，包括其协议栈、配网方式、功耗特点等。 低功耗广域网（LPWAN）： 深入讲解LoRa、NB-IoT、Sigfox等LPWAN技术的特点、工作原理、适用场景以及与终端设备的接口技术。 应用层协议： 重点介绍MQTT、CoAP、HTTP等在物联网通信中的应用，分析其在消息发布/订阅、资源受限设备通信等方面的优势。 网络层与传输层： 简要回顾TCP/IP协议栈在物联网中的应用，以及UDP在低延迟场景下的作用。 数据传输与云平台对接： 指导读者如何设计数据打包、加密、校验等机制，确保数据传输的可靠性与安全性。 介绍主流物联网云平台（如阿里云、腾讯云、AWS IoT, Azure IoT Hub）的架构与API，演示终端设备如何连接云平台、上传数据和接收指令。 探讨边缘计算在物联网终端设备中的初步应用，实现部分数据预处理和分析。 第四部分：物联网终端设备的设计挑战与实践 安全性设计： 探讨物联网终端设备面临的安全威胁，如设备被篡改、数据泄露、拒绝服务攻击等。 介绍安全设计原则，包括身份认证、访问控制、数据加密（TLS/SSL, DTLS）、安全启动、固件更新安全等。 讲解硬件安全模块（HSM）或安全芯片在提升设备安全性的作用。 可靠性与稳定性设计： 分析影响设备可靠性的因素，如硬件故障、软件异常、通信中断、环境因素等。 介绍软件容错、异常处理、看门狗（Watchdog）机制、断点续传等技术。 探讨设备长时间运行的稳定性测试方法。 OTA（Over-The-Air）固件更新： 讲解OTA更新的重要性，以及如何在保证安全和稳定性的前提下实现固件的远程更新。 介绍OTA更新的实现流程和关键技术，包括固件打包、传输、验证、回滚机制等。 产品化与测试： 讨论物联网终端设备在实际生产中需要考虑的因素，如PCB布局优化、EMI/EMC设计、环境适应性测试（高低温、湿度）、可靠性测试等。 介绍产品认证（如CE, FCC, RoHS）的基本要求。 分享实际项目开发中的经验和最佳实践。 本书特色： 理论与实践并重： 结合丰富的理论知识和生动的实际案例，帮助读者深入理解技术原理并掌握实践技能。 技术前沿性： 涵盖当前物联网领域最热门的技术和协议，如LPWAN、MQTT、BLE等。 项目导向： 以构建一个完整的物联网终端设备为目标，引导读者逐步完成设计、开发、测试全过程。 易于上手： 即使是初学者，通过本书的学习也能快速掌握物联网终端设备开发的核心技术。 详尽图示与代码示例： 提供大量的硬件电路图、流程图、时序图以及可执行的嵌入式C语言代码示例，方便读者理解和借鉴。 通过阅读本书，读者将能够深入掌握物联网终端设备的设计思路、核心技术和开发方法，为未来从事物联网相关的技术研发、产品设计或项目管理打下坚实的基础。无论是希望成为一名优秀的嵌入式工程师、物联网开发者，还是对智能硬件充满热情的研究者，本书都将是您不可或缺的学习伙伴。

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