物联网应用开发

本书第一章为物联网的概述，介绍了物联网的发展、物联网的定义、物联网的特点、物联网的分类、应用领域等内容；第二章介绍物联网应用开发的语言基础嵌入式汇编、嵌入式C、VB，第三章介绍物联网应用开发环境于工具：keiluvision4、Protel99SE、Proteus7、Ewb5.0；第4章结合TDFY-2014WL物联网应用开发平台介绍联网应用开发的系统架构。第5章介绍数据采集和系统执行的内容，主要从一个工程案例着手，详细介绍了感知层应用开发的具体方法；第6章介绍数据处理和系统应用部分，从案例出发，结合云计算、大规模信息系统、云计算与物联网的结合、数据挖掘技术、数据挖掘技术和物联网的结合、应用展望、面向服务的体系架构、中间件技术、信息和阴私安全技术、物联网应用层标准体系等内容；第7章全面的介绍了一个工程案例-太原市北中环桥景观照明控制系统。

前言
第1章概述
1.1物联网简介
1.1.1物联网的发展
1.1.2物联网的定义
1.1.3物联网的特点
1.1.4物联网的分类
1.1.5物联网体系架构
1.2应用领域及应用案例
1.2.1应用领域
1.2.2应用案例
1.3关键技术
1.3.1传感器技术
1.3.2RFID标签
1.3.3嵌入式系统技术
1.3.4计算机网络技术
1.3.5移动通信技术
1.3.6智能控制和智能数据处理技术
1.3.7位置服务技术
1.3.8信息安全技术
1.4就业前景
小结
习题
第2章语言基础
2.1伪指令
2.1.1符号定义伪指令
2.1.2数据定义伪指令
2.1.3汇编控制伪指令
2.1.4宏指令
2.1.5其他常用的伪指令
2.2ARM汇编语言
2.2.1ARM汇编语言的常用符号
2.2.2ARM汇编语言的表达式和运算符
2.2.3ARM汇编语言的程序结构及子程序的调用
2.2.4ARM指令的寻址方式
2.2.5ARM指令简介
2.2.6Thumb指令简介
2.3嵌入式C语言
2.3.1C语言简介
2.3.2简单C语言程序的构成
2.4ARM汇编语言与C/C++的混合编程
2.4.1在C程序中调用汇编程序
2.4.2在汇编程序中调用C程序
2.4.3实例分析
2.5VB语法简介
2.5.1注释
2.5.2分行与续行
2.5.3变量的命名规则
2.5.4变量的数据类型
2.5.5变量的作用域
2.5.6常量
2.5.7运算符与表达式
2.5.8常用内部函数
2.5.9基本结构
2.5.10数组
2.5.11过程
2.6VB界面学习
2.6.1窗体设计
2.6.2基本控件的使用
2.6.3对话框的设计
2.6.4程序调试
2.7与数据库连接实例
2.7.1Adodc控件实现
2.7.2代码实现
2.8VisualStudio集成开发环境
2.8.1NETFramework4
2.8.2VisualStudio2010
2.9C#开发工具
2.9.1VisualC#集成开发环境
2.9.2C#语言基础
2.9.3C#程序设计
小结
习题
第3章开发环境与工具
3.1KeilμVision
3.2Protel99SE
3.3Proteus7
3.4EWB、IAREWARM和Qt/E
3.4.1EWB简介
3.4.2IAREWARM简介
3.4.3Qt/E简介
3.5MathworksMATLABR2014A
3.5.1MathworksMATLABR2014A简介
3.5.2发展历程
3.5.3MATLAB的优势和特点
3.6ArduinoIDE
3.6.1ArduinoIDE简介
3.6.2ArduinoIDE的特点
小结
习题
第4章系统架构
4.1系统结构
4.1.1物联网体系架构
4.1.2感知层
4.1.3网络层
4.1.4应用层
4.2开发平台
4.3平台使用步骤
4.3.1注册用户
4.3.2添加设备
4.3.3上传数据
4.3.4查看数据
4.3.5控制设备
小结
习题
第5章数据采集和系统控制
5.1系统简介
5.1.1系统组成
5.1.2系统实现的功能
5.2数据采集和控制系统
5.2.1数据采集模块
5.2.2数据显示模块
5.2.3串口通信模块
5.2.4蜂鸣器报警模块
5.2.5程序下载及运行
小结
习题
第6章数据传输和网络编程
6.1系统简介
6.1.1系统组成
6.1.2系统实现的功能
6.2系统实现
6.2.1硬件连接
6.2.2程序实现
小结
习题
第7章数据处理和系统应用
7.1数据融合技术
7.1.1无线传感网络数据融合技术
7.1.2数据融合的类型
7.2云计算
7.2.1云计算概述
7.2.2云计算系统组成及其技术
7.2.3大规模信息系统
7.2.4云计算与物联网的结合
7.3数据挖掘
7.3.1数据挖掘技术
7.3.2数据挖掘技术与物联网的结合
7.3.3应用展望
7.4软件和算法
7.4.1面向服务的体系架构
7.4.2中间件技术
7.5机器学习
7.5.1机器学习概述
7.5.2机器学习系统的基本结构
7.5.3机器学习的主要策略
7.5.4智能建筑集成管理系统软件
7.6信息和隐私安全技术
7.6.1信息安全基础
7.6.2物联网信息安全体系
7.6.3物联网信息处理安全
7.6.4物联网应用安全
7.7应用层标准
7.7.1物联网基础通用标准
7.7.2物联网物品标识标准
7.7.3物联网关键技术标准
7.7.4物联网网络标准
7.7.5物联网安全标准
7.7.6物联网行业应用标准
小结
习题
第8章课程设计项目
8.1火灾预警联动及消防装备全生命周期管理系统
8.1.1系统分析
8.1.2设计方案
8.1.3系统登录
8.1.4系统主界面
8.1.5各功能对话框
8.1.6数据库连接
8.2智能温室大棚控制系统
8.2.1系统分析和设计
8.2.2搭建系统框架
8.2.3系统登录
8.2.4环境监控
8.2.5智能报警
8.2.6远程控制
小结
习题
参考文献

前言物联网用途广泛，其应用现已遍及政府工作、公共安全、智慧城市、平安小区、智能家居、工业控制、绿色农业、安防监控、环境监测、食品溯源、智能电网、智能交通、数字矿山、物品流通、按需照明、水文监测、防洪预警、火灾预警、老人护理、个人健康、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网作为一个新经济增长点的战略新兴产业，具有良好的市场效益，《2014—2018年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》数据表明，2010年物联网在安防、交通、电力和物流领域的市场规模分别为600亿元、300亿元、280亿元和150亿元。2015年，中国物联网产业市场规模已逾7500亿元。 有研究机构预计，十年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。 物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。 此外，在物联网普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，近年就需要数以亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时将增加大量的就业机会。 和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征： 首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型的传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式有所不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性地采集环境信息，不断更新数据。 其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，因此在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。 再次，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域，从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，进而发现新的应用领域和应用模式。 最后，物联网的实质是提供不拘泥于任何场合、任何时间的应用场景与用户的自由互动，它依托云服务平台和互通互联的嵌入式处理软件，弱化技术色彩，强化与用户之间的良性互动，以提供更佳的用户体验、更及时的数据采集和分析建议以及更自如的工作和生活。 2010年3月5日，时任国务院总理的温家宝同志在十一届全国人大三次会议上做政府报告时明确表示：“大力培育战略性新兴产业……加快物联网的研发应用。”此政策的提出使物联网这个过去人们较为陌生的概念迅速“火”了起来。产业未兴，人才先行。国家战略体系将物联网专业引入了高校。同年7月，北京理工大学、北京科技大学、哈尔滨工业大学等30所高校成为首批获准开设物联网工程专业的高校，部分高校于2011年首次招生。2012年2月，教育部下发通知，批准北京交通大学、西安电子科技大学、济南大学等80所高校开设物联网工程专业。至此，我国已有100多所高校设置了物联网专业。数以万计的读者，急需一本物联网应用开发的参考书，伴随自己进入物联网应用的开发殿堂。适应社会发展的需求，市面上也出现了一些物联网应用开发的教材，但大多偏重于理论知识和一些验证性实验，忽视了软件基础，对于应用开发环境，更是很少涉足，存在一定的不足之处，急需一本理论联系实际，具有实用价值的书，这便是本书的编写初衷。 本书注重软硬件结合、理论实践并重的原则，将物联网工程的主干课程物联网概论、嵌入式系统、传感器原理、单片机原理、计算机接口技术、现代控制理论、无线传感网、射频技术和物联网应用开发有机结合起来，围绕TDFY2014WL物联网应用开发平台，详细地介绍了一种典型的物联网应用开发系统结构，并涉及了开发平台的软硬件系统的组成和搭建、测试系统的安装和使用、接口文件的功能和调用方法等内容。以一个工程实例贯穿九门主干课的课程设计和实习，取代原有的验证性实验，用工程的理念和模式引导学生进入物联网应用的开发殿堂。 编者从事嵌入式系统应用开发十余年，主持开发的嵌入式应用系统有基于ZigBee和 GPRS的路灯照明调光节能控制系统、大型建筑工地太阳能3G无线远程视频监控系统、大型流域和城市防洪预警会商系统、城市火灾预警和消防装备全生命周期管理系统。其中，基于ZigBee和 GPRS的路灯照明调光节能控制系统已在太原市滨河东路景观照明系统工程、太原市汾河公园照明工程、长风商务区景观照明工程、汾东商务区路灯照明工程、江苏宜兴团氿公园景观照明工程、山东曹县路灯照明工程和河南中牟县路灯照明工程中得到应用。 本书共8章，总学时为60学时（最少不低于56学时），其中授课时间为48学时、试验练习时间为12个学时（最少不低于8学时）。 本书由张军朝担任主编，负责制订本书大纲、内容安排并指导文字写作；卓广平担任副主编，负责全书的统稿和组织工作；陈东伟担任副主编，负责本书所有源代码的调试工作。高保禄编写了第1章；张军朝编写了第2章；陈东伟编写了第3章及第7章；武兴华编写了第4章；赵荣香编写了第5章及第8章；卓广平编写了第6章。太原理工大学的陈俊杰教授担任本书主审。 本书的编写得到了计算机专业教学指导委员会委员、太原理工大学陈俊杰教授，电气工程及其自动化专业教学指导委员会委员、太原理工大学宋建成教授，太原理工大学萧宝瑾教授、田慕琴教授、马春燕教授、许春雨副教授、曲兵妮副教授、吝伶艳副教授、陈燕副教授、任鸿秋副教授、耿蒲龙老师、高云广老师、郑丽君老师、张建花老师，山西太原天地方圆电子科技有限公司赵荣香高工、植耀汉工程师、吕丰德工程师、张江华工程师的支持和帮助；太原理工大学赵阳、王青文、陶亚男、相莹萍、张琳、任芳、陈俊伯、饶元淇、范超群同学在编写和校对过程中也做了大量的工作，编者在此一并致以衷心的感谢！ 编者力求将实践和理论相结合，科研和教学相结合，工程和教学相结合，硬件和软件相结合，先进和实用相结合，编写出高质量、高水平的教材，但由于水平有限，书中难免会有不足之处，敬请读者指正。 主编联系方式：zhangjunchao@tyut.edu.cn。 本书第3章中二维码的所有内容，书中用到的软件开发环境与工具（包括EWB、IAR for ARM、IDE、Keil、Protel 99se、QT、MATLAB、Proteus 75）安装视频，以及TDFY2014WL物联网应用开发平台的课件均可以从机械工业出版社教育服务网（http://www.cmpedu.com）下载。 张军朝2015年12月于太原理工大学国交楼