嵌入式系统物联网装置的开发与优化

嵌入式系统物联网装置的开发与优化

徐 东 薛学真 徐骏升

山东中车同力达智能装备有限公司 山东 济南 250000

摘要：针对物联网技术存在的问题进行深入的探讨，旨在将其全部底层构件整合到一个软件中，以实现低能耗、产品级的物联网装置的开发和优化。完成了基于线程控制、线程同步、线程通信等多个模块的功能设计；实现了嵌入式物联网系统的中断控制和存储管理以及嵌入式物联网系统的多种通信方式和协议，测试了嵌入式物联网系统的低功耗。实验结果表明，在不使用操作系统的状态下，系统所提供的更多功能会导致耗电量增大，但是在低功率、正常工作状态下，它的耗电量是普通微机的50%。

关键词：嵌入式系统；物联网

引言

物联网主要指的就是针对着现如今的高新科学技术，如红外传感器以及定位器等等，对于人们所需要的信息进行及时的搜集，并且将信息的链接进行整合和完善，为了更好地促进大数据技术的合理应用，也需要保证数据信息的真实性和稳定性，对大数据技术和物联网技术的结合应用加以分析，具有重要现实意义。

1嵌入式系统的发展过程和特点

嵌入式系统主要经过了三个发展阶段，第一个发展阶段即早期的嵌入式系统，主要是指专用计算机或是基于单片机的可编程控制器，其功能主要有伺服、监测等，常被应用于工业领域中。第二阶段的嵌入式系统，开始出现高端嵌入式CPU，产生了嵌入式操作系统，这一阶段的嵌入式系统能够对复杂的应用程序进行开发，支持操作系统。第三阶段的嵌入式系统则主要以芯片技术和互联网技术为主，也是快速发展阶段。嵌入式系统具有以下特点：一是专用性和针对性强，主要是针对于某一个特定应用来创建和设计。二是其体积比较小，嵌入式系统能够利用芯片技术来负责计算机系统中的多项任务，所占空间并不大。三是具有实时性。在应用嵌入式系统时，能够实时获取相应的数据信息，进行实时监控，并作出相应的处理和控制。

2基于嵌入式系统的物联网应用技术与实现

2.1蓝牙

蓝牙具有如下主要功能：1类设备最远通信距离为100m，2类设备为20m；低功耗，1类约100mW，2类约2.5mW；数据速率可达3Mb/s；最多支持8台设备同时连接。RN-41蓝牙模块是一个简单的串行通信设备，只需连接TX/RX即可使用。它可与任意DART串行接口结合，实现嵌入式物联网系统的串行通信。应用程序基于编码实现信息传输，可通过蓝牙双向传输数据，包括从嵌入式物联网系统发送到PC和从主机PC发送到嵌入式物联网系统。连接嵌入式物联网蓝牙设备或与嵌入式蓝牙设备通信时，需要进行MAC地址配对。蓝牙在无线通信和物联网中扮演着重要角色。

2.2大数据技术在基于物联网的报警系统中的应用

报警系统功能的实现还要依赖于大数据收集以及对各种信息资源的处理，所以说就非常有必要对数据处理流程进行必要的设计。在系统中设计环节，主要是将数据处理结构划分成两个部分，即传感层的数据预处理、应用层的决策支持两个部分，通过使用这种结构模式，有助于改善系统的可靠性以及容错性能，在对各种数据精加工处理之后，就能够为工作人员提供相应的判断根据，这样就可以有效地避免环境出现安防事故。

以报警系统中的音频采集处理系统为例，声音预处理的主要目标是获取提纯的声信号以进行特征提取，为下一步的特征抽取打下基础，以防止由于噪声引起的训练误差而产生的分类误差。先将异常声音库中的一些不正常的异常声音作为训练样本，然后进行预处理、特征提取等处理，然后将这些参数输入到分类器中，设置初始条件，然后进行训练，将最终的结果存储到模板库中。在声音识别时，首先将异常声音输入，然后进行预处理、特征抽取等步骤，然后将所抽取的参数与音频数据模板库中的模式进行对比，并通过算法确定最适合的异常声音类型，最终将其输出。

2.3全面智能技术应用

在物联网时代，嵌入式系统可引入综合智能技术，在一定程度上规避信息传递过程中的信息干扰，通过对影响信息传递因素进行分析，并采取相应的预防措施，保证信息传递质量。全面智能技术的应用，依赖于科学技术的创新，随着智能技术的大力发展，给人们的带来了更为便捷的服务，也满足了人们多功能需求。如各个社区的监控系统是一种基于全面智能技术的嵌入式系统装置，由以下几个部分组成：一是检测设备。对社区周围的环境进行全面监督。二是控制装置。具有一定的报警功能，可及时发现社区中外来非法入侵者，以及火灾、煤气泄漏等威胁，并发出警报信息，直接传送于智能主机，有利于及时补救解决，尽量避免人员伤亡，降低经济损失。三是智能主机。接收各类监控信息和报警信息，并作出相应的指令，给相关管理人员提供可靠的依据，规避危险的发生。监控系统这种智能嵌入式系统设备的安装，能够提高社区环境的安全性，给人们的生活带来保障。

2.4嵌入式物联网系统存储管理

SD卡广泛应用于手机、播放器等存储设备中。SD卡是存储大量非易失性数据（即使断电也不会丢失数据）的非常便宜的选择，非常适合音频／图像的数据记录和存储。SD卡和MMC卡支持多种协议，但通常基于SPI协议。它使用通用的SPI接口，SD卡是块设备，以块大小的倍数（通常为512字节）读／写数据，接口基本上是“从块地址n读”和“写块地址ｍ”。FAT之类的档案体系就是上面的一个抽象。SDFile-system是这个程序的一个程序库，可以让SD卡通过SPI界面来读取和写入，就像一个文档系统一样。这个软件包的主要功能是FAT12/FAT16/FAT32。嵌入式物联网系统还具备读写SD/TF卡的DFile-system对象。构造函数，它设置用于SD卡通信的SPI引脚，并将整个SD卡标识为名称的虚拟文件系统。在其他的档案动作中，也会用C程式码来定义DFile-system物件，易于使用，而且可以使用C语言提供的更多函数。

2.5解决嵌入式系统安全问题的有效措施

在物联网时代应用嵌入式系统，为解决其安全问题，应当做到以下几点：一是要做好物理安全防护工作。可根据嵌入式系统中存在的物理性安全问题，采取相应的措施加强安全防护。一方面要设置安全的防护操作间，另一方面要制定完善的设备检修制度，定期对设备进行有效维护，发现其中存在的故障并及时处理，确保设备能够正常运行。可通过巡检的方式来保证嵌入式系统的运行质量，使之更加稳定。二是可在系统中安装杀毒软件，这也是当前嵌入式系统安全防护的主要方式。常见的杀毒软件如金山毒霸、360杀毒软件等，均能够起到有效的防护效果，可消灭系统中存在的病毒，按照指令来进行信息传输，实时保护系统的运行。三是要定期更新软件，这是因为软件中涵盖了较多的数据文件，部分文件是历史性文件，还有部分则是系统中的垃圾文件，过多堆积会影响系统的运行效率，造成系统运行故障，影响其安全性。因此，需要通过更新和升级软件来进行清理和维护，保证嵌入式系统运行的可靠性。

结语

本文针对嵌入式物联网应用的中断控制、存储管理、通信、低功耗等方面进行了深入探讨，并对其集成的云端平台进行了测试，并测试其功耗。研究发现，嵌入式物联网技术能够有效拓展网络的应用领域，降低开发成本。而云计算等相关的平台也可为用户便捷、快速地提供物联网信息，但同时也消耗了大量的电力。但是，在这种情况下，嵌入式物联网应用程序因为缺少中文支撑，仍然保持着谨慎的态度。

参考文献

[1]宋俊飞，卢鹏羽，贺茂恩.嵌入式系统在物联网领域中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（2）：196.

[2]周童.嵌入式系统在物联网领域中的应用[J].电子技术与软件工程，2019（10）：197.