智能照明模塊系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)概念及發(fā)展前景
物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)源頭是智慧源頭、網(wǎng)絡(luò)源頭與物聯(lián)源頭。智慧源頭是微處理器，萬億個(gè)微處理器以通用處理器的桌面方式與嵌入式處理器的對象系統(tǒng)嵌入方式，將物聯(lián)網(wǎng)變成為智慧地球;網(wǎng)絡(luò)源頭的互聯(lián)網(wǎng)與局域物聯(lián)網(wǎng)連接，誕生了無限時(shí)空中，無限通達(dá)、真實(shí)世界與虛擬世界交互的物聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)的全面物聯(lián)體系，嵌入式系統(tǒng)為物聯(lián)而生，有四個(gè)歸一化的物聯(lián)界面。?
1 物聯(lián)網(wǎng)的源頭探索
物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)知識革命高級階段的技術(shù)成果?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)知識革命起源于半導(dǎo)體集成電路。半導(dǎo)體集成電路榮獲了兩個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎，是2O世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明。它以晶體管顆粒歸一化的時(shí)空量子化技術(shù)，開始了超越18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的人類知識革命。18世紀(jì)蒸汽機(jī)的產(chǎn)業(yè)革命，以歸一化的動力機(jī)械內(nèi)核方式，將人類社會從農(nóng)耕文明推進(jìn)到工業(yè)文明;20世紀(jì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的知識革命，以歸一化的微處理器智力內(nèi)核方式，將人類社會從工業(yè)文明推進(jìn)到知識文明。相對于轟轟烈烈的蒸汽機(jī)產(chǎn)業(yè)革命，半導(dǎo)體微處理器的后臺性、專業(yè)性、隱蔽性特點(diǎn)，形成了微處理器基礎(chǔ)上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)靜悄悄的、空前偉大的革命。?
人們可以沿著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)知識革命的歷史路徑尋找到物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)源頭。半導(dǎo)體集成電路基礎(chǔ)上的微處理器奠定了物聯(lián)網(wǎng)的智慧源頭;通用微處理器的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成了物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)源頭;嵌入式微處理器則是物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭。?
2 物聯(lián)網(wǎng)的智慧源頭
物聯(lián)網(wǎng)的智慧源頭是微處理器。萬億個(gè)微處理器以通用計(jì)算機(jī)的智慧網(wǎng)絡(luò)方式與嵌入式系統(tǒng)智慧物聯(lián)方式形成了物聯(lián)網(wǎng)的智慧地球特征。?
微處理器的智慧能力體現(xiàn)在它的體系結(jié)構(gòu)之中。微處理器中有中央處理器、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、總線系統(tǒng)，這四大部件可以圓滿地實(shí)現(xiàn)人類的智力行為。利用中央處理器的數(shù)據(jù)處理能力，通過建模、解算、數(shù)據(jù)分析、信號處理，表現(xiàn)出人類智力的思考性特征;通過指令系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，可以提供人類智力行為的多種選擇，表現(xiàn)出人類智力的***性特征;微處理器的中斷系統(tǒng)可以根據(jù)內(nèi)外部條件，隨時(shí)中斷正在運(yùn)行中的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行另外一個(gè)程序，并能在完成中斷服務(wù)后返回原來被中斷的程序中，表現(xiàn)出人類智力的應(yīng)急性特征;處理器的快速運(yùn)行，可以滿足人類智力實(shí)時(shí)性的要求;微處理器的總線系統(tǒng)，是微處理器內(nèi)部與外部世界聯(lián)系的通道，表現(xiàn)了人類智力的交互性特征。人類智力的本質(zhì)知識基礎(chǔ)上的行為能力。微處理器內(nèi)部及外圍擴(kuò)展的存儲器，可實(shí)現(xiàn)知識存儲，從而奠定了人類智力的知識基礎(chǔ)。由此可見，微處理器是一個(gè)具有人類智力行為能力的智力內(nèi)核。?
微處理器是數(shù)字時(shí)空量子化技術(shù)基礎(chǔ)上的歸一化智力內(nèi)核。數(shù)字時(shí)空量子是一種與具體物質(zhì)無關(guān)的0、1二值化空闖狀態(tài)和0、1二值化的開關(guān)進(jìn)程?，F(xiàn)階段數(shù)字時(shí)空量子表現(xiàn)集成電路中晶體管的時(shí)空狀態(tài)。集成電路中，晶體管顆粒的開、關(guān)狀態(tài)是0、l二值化空間量子，晶體管顆粒的開、關(guān)進(jìn)程是0、1二值化的時(shí)間量子。?
與具體物質(zhì)無關(guān)的數(shù)字時(shí)空量子為微處理器智力內(nèi)核提供了無限的技術(shù)發(fā)展前景，當(dāng)硅半導(dǎo)體集成電路的時(shí)空量子技術(shù)走到盡頭時(shí)，人們可以尋找其他更微小的時(shí)空量子載體，如石墨稀的二維碳原子“晶體管”或電子正、反旋二值化時(shí)空狀態(tài)的“晶體管”。當(dāng)具體物質(zhì)轉(zhuǎn)移后，微處理器的智力結(jié)構(gòu)與智力的軟件表現(xiàn)形式不變。 智能照明模塊系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)概念及發(fā)展前景
3 物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭
物聯(lián)網(wǎng)唯一的物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是內(nèi)含有嵌入式處理器，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的智能化電子系統(tǒng)。全面的物聯(lián)狀態(tài)、歸一化的物聯(lián)界面、無限的物聯(lián)應(yīng)用，是嵌入式系統(tǒng)的歷史寫照。
嵌入式系統(tǒng)有歸一化的結(jié)構(gòu)體系與全局性的物聯(lián)界面，可以嵌入到對象體系中，與物理對象耦合成一個(gè)個(gè)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。比如，與傳感器相耦合成智能傳感器，嵌入到洗衣機(jī)中成為自動洗衣機(jī)的智能控制器，嵌入到變頻空調(diào)中成為空調(diào)的變頻控制器，給嵌入式系統(tǒng)添加相應(yīng)功能模塊以及顯示屏、鍵盤、大容量存儲器、通用接口等外設(shè)，可構(gòu)成廣泛應(yīng)用的手機(jī)、PDA、電子書等IT產(chǎn)品等。從這些形式多樣的智能化工具中，可以抽象出一個(gè)歸一化的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。如圖l所示，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)有三個(gè)層次的軟、硬件結(jié)構(gòu)與四個(gè)歸一化的物聯(lián)界面。
嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的三個(gè)硬件層次是，嵌入式處理器、嵌入式系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式處理器是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的智力內(nèi)核，在智力內(nèi)核基礎(chǔ)上配置四個(gè)物聯(lián)端口便成為嵌入式系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)嵌入至U對象體系中，實(shí)現(xiàn)對象智能化控制的電子系統(tǒng)，是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。
四個(gè)歸一化的物聯(lián)界面，是歸一化感知接口、歸一化控制接口、歸一化人機(jī)界面、歸一化信息傳輸?shù)赖馈?nbsp;
(1)歸一化的感知接口
前向通道的傳感器接口，是嵌入式系統(tǒng)的輸入端日，是一個(gè)歸一化的感知接口。所有與外部世界物理信息的感知，都要經(jīng)過這一端口完成物理信號到數(shù)字化信息的轉(zhuǎn)化。例如，開關(guān)信號、頻率信號要轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電平下的0、1狀態(tài)信息;模擬信號要通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的數(shù)字信息。
(2)歸一化的控制接口
后向通道的控制接日，是嵌入式系統(tǒng)的輸出端口，是一個(gè)歸一化的控制接口。所有的對外部世界物理對象的控制，都要經(jīng)過這一端口完成數(shù)字歸一化控制信息到對象系統(tǒng)控制信號的轉(zhuǎn)化。例如，將0、1的控制信息轉(zhuǎn)化成電平的開、關(guān)控制信號;將變頻電機(jī)的變頻控制信息轉(zhuǎn)化成PWM 控制信號;將物理對象的二進(jìn)制數(shù)值控制信息通過D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化成電平控制信號，從而完成真實(shí)世界的數(shù)字歸一化控制。
(3)歸一化的人一機(jī)界面
人機(jī)通道的人一機(jī)接口，是嵌人式系統(tǒng)的輸入、輸出端口，是一個(gè)歸一化的人一機(jī)交互界面。多元化的人一機(jī)交互方式，如各種類型的鍵盤、顯示器、音視頻設(shè)備的人機(jī)交互等，都要?dú)w一化成輸入、輸出端目的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議。人機(jī)通道的基礎(chǔ)是嵌入式系統(tǒng)的串行接口，以及由此衍生的各種串行總線，如I?C總線、單總線、SPI串行接口等多元化的串行輸入/輸出通道。
(4)歸一化的信息傳輸通道
通信通道的互聯(lián)接口是嵌入式系統(tǒng)的歸一化信息傳輸通道。為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)之間、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)之間通信提供標(biāo)準(zhǔn)的通信手段 通信方式可以有多種有線與無線方式。通常，將滿足信息傳輸要求的硬件電路與通信協(xié)議棧內(nèi)嵌到嵌入式系統(tǒng)中，或制成可在嵌入式系統(tǒng)外部擴(kuò)展的專用通信芯片。
圖1 嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與物聯(lián)界面
4 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)源頭
物聯(lián)網(wǎng)有無限大的應(yīng)用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)則是一個(gè)與互聯(lián)網(wǎng)相連的局域物聯(lián)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)源頭有互聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的局域物聯(lián)網(wǎng)。
(1)互聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)
互聯(lián)網(wǎng)是全球性無限時(shí)空、無限通達(dá)的廣域網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)通信沒有時(shí)空限制，也不受局部通信鏈路故障的影響?；ヂ?lián)網(wǎng)的全球性特征還表現(xiàn)在它遵從全球化公共利益的技術(shù)特征，按“包交換”方式連接的分布式網(wǎng)絡(luò)不存在中央控制，也無法把互聯(lián)網(wǎng)封閉在一個(gè)國家之內(nèi)?；ヂ?lián)網(wǎng)的根本作用是為人們的交流服務(wù)，而不單純是用來計(jì)算。
構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)的途徑有多種多樣，計(jì)算機(jī)網(wǎng)、公共電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)，甚至智能電網(wǎng)，它們都是信息網(wǎng)、人文網(wǎng)，與物理對象沒有直接聯(lián)系。
(2)嵌入式系統(tǒng)的局域物聯(lián)網(wǎng)
嵌入式系統(tǒng)的局域物聯(lián)網(wǎng)，是以嵌入式系統(tǒng)為核心，與物理對象相連，局部地區(qū)應(yīng)用環(huán)境下，滿足TCP/IP的傳輸協(xié)議要求，具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，動態(tài)路由的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
早期的單片機(jī)沒有通信總線，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都是單個(gè)的系統(tǒng)。1982年前后，Intel公司為UPI-44系列單片機(jī)配置了BIT BUS總線，其后各種總線層出不窮，如早期的BIT BUS、STD 總線，后來的RS422/485總線、現(xiàn)場總線、W-BUS 總線等。通過這些總線將一個(gè)個(gè)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)連接成嵌入式系統(tǒng)的局域分布式物聯(lián)系統(tǒng)，如W-BUS 總線的汽車電子、機(jī)器人、工業(yè)控制、智能家居等局域物聯(lián)系統(tǒng)。無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(如ZigBee)推出后，嵌入式系統(tǒng)才有了真正的局域物聯(lián)網(wǎng)，它既滿足了局域網(wǎng)的協(xié)議要求以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、動態(tài)路由的數(shù)據(jù)傳輸要求，又有全面的物聯(lián)界面。
(3)局域物聯(lián)網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連
嵌入式系統(tǒng)的局域物聯(lián)系統(tǒng)或局域物聯(lián)網(wǎng)受地域環(huán)境限制，與無限時(shí)空、無限通達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)連接后，便形成了無限通達(dá)、無限時(shí)空應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)。例如，由W-BUS 總線構(gòu)成的汽車電子系統(tǒng)是局限在一輛汽車中的局域物聯(lián)系統(tǒng)，當(dāng)延伸到互聯(lián)網(wǎng)后，便可將單輛汽車納入城市交管的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。物聯(lián)網(wǎng)交管系統(tǒng)可隨時(shí)隨地實(shí)時(shí)地了解車輛狀況、行駛狀態(tài)、違章事件等。又如，當(dāng)一個(gè)智能家居延伸到互聯(lián)網(wǎng)后，成為無限時(shí)空、無限通達(dá)的物聯(lián)網(wǎng)家居后，家居主人可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與家居中的物聯(lián)對象實(shí)時(shí)交互。
通常，局域物聯(lián)網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連是局域網(wǎng)的一種上聯(lián)行為，即局域物聯(lián)網(wǎng)向互聯(lián)網(wǎng)延伸。通過局域物聯(lián)網(wǎng)中主控節(jié)點(diǎn)內(nèi)含的互聯(lián)網(wǎng)接口，或在外部擴(kuò)展一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)接口芯片，與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)。智能照明模塊系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)概念及發(fā)展前景.
