掌握物联网开发技术，未来究竟有多吃香

「只要有人的地方，就有物联网技术。」我不清楚这句话的出处，我只知道有人的地方就有江湖~哈哈。我想说的是，「物联网技术」这个名词是一个很大很泛的概念，我可以说不存在这种技术，我也可以说这技术实际上就是当今电子、通信、计算机三大领域的基础技术。

我在这问题下的回答「物联网和互联网的区别和联系？」简单阐明了物联网和互联网之间的关系。请问，1994年中国接入互联网以来，我们作为互联网原著居民的90后，认为互联网技术又是一种怎样的技术呢？

我就奇了怪了，当初教育局怎么不开一个互联网技术专业？实际上现在也没必要开设互联网专业了，当今大学的计算机系本科所学的大部分内容，就是互联网会用到的技术。其中之一是Web建站技术。

Web 建站技术中，HTML、HTML5、XHTML、CSS、SQL、JavaScript、PHP、ASPNET、Web Services 是什么？ - 张秋怡的回答

什么？你们计算机系不是学这些？来来来，我电脑坏了，过来帮我修一下电脑吧~

总之，互联网是一个时代，物联网，也是一个时代。物联网技术是当今电子、通信、计算机、IT行业技术的大融合。如图，物联网技术的技术组成（简单版）。

# 物联网技术之一：单片机/嵌入式开发

智能硬件，哎，不就是单片机吗？说到底就是一个微控制器，现在出现的智能手表，调光LED灯，蓝牙开锁，WiFi插座等等，说到底不就是单片机开发嘛？单片机，电子和通信专业一般都会教51或AVR、计算机系接触不到。现在流行的Arduino也是单片机开发的一种。

但是要做一款智能硬件，技术上只会单片机编程还是不行的。哎呀嘛什么智能硬件，本质上就是一个电子产品！。所以你要开发一款能拿得出手的智能硬件，电子系统设计必须要会的！

电子系统设计（电子系统设计与实践 (豆瓣)），我不是指《电子系统设计》这本书里的内容，而是一个动手实验过程。要做智能硬件，广看书没用，只会单片机编程也不够的！真正有用的是一个实打实的课程设计，或者一个项目经历。一个电子系统设计流程一般是这样的：

硬件设计阶段：

MCU选择

电路设计（电路图）

验证电路（面包板、万用板）

电路板设计（PCB图）

送工厂打板或自己做板

元器件、物料管理（采购等）

拿到电路板后

焊接芯片和元器件

上电测试

烧写最后版本的代码到芯片里

如果你熟悉以上硬件设计阶段，并知道要做什么事情，已经是一个合格的单片机硬件工程师了哈~接下来就是单片机软件工程师的事情了，单片机软件一般都不会太复杂，有的还是不用上 *** 作系统的裸机开发，做过单片机课程设计的学生都懂。

软件设计流程：

确定软件架构（主循环？状态机轮询？）

编写软件

调试代码（开发板或自己搭建好的电路）

烧写最终版本的代码到电路里

这些都不算复杂了，如果你用的芯片高级一点，不是微控制器而是微处理器的话，那么就是嵌入式开发了。

如图是ARM芯片架构系列。

一般网上STM32开发板的芯片是STM32F103，也就是Cortex-M3核，还算是单片机开发，如果外设没有太多功能，单片机想用更小巧一点的，可以选用M0核的芯片，名副其实的微控制器了。如果使用Cortex-A9开发，你这是要开发手机还是机顶盒（黑人问号）？

Cortex-A系列芯片的开发，或者说这类产品，一般一个人不可能独立完成所有工作，这种嵌入式开发的技术最少分为四个层次：硬件层、驱动层、系统层和应用层。每一层次都需要有人去设计。驱动和系统可以移植，硬件电路板肯定要专门的硬件工程师去做的，应用层可以交给应用工程师，只要上了Linux系统，不也就是Linux应用开发嘛？如果去网上买回来的嵌入式开发板，能拿得出手的项目只能应用层开发，比如什么「数码相框系统」、「视频点播系统」。别告诉我学会移植uboot或Linux就可以找工作了。

# 物联网技术之二：网络通信协议

智能硬件与传统的电子产品最大的差别，就是智能硬件连上了网络。要连上网络，就需要用到网络通信模块及学习网络通信协议——TCP/IP。

TCP/IP是一个技术的总称，里面包含两种协议TCP、UDP，位于网络通信分层模型的传输层，同时也是由 *** 作系统管理。而>

为了让电子产品有联网的能力，只要在电路设计上给主控芯片连接一个通信模块，写好收发网络指令的代码，剩下的就是电子产品设计了。

到这里，基本是一个物联网产品的雏形了，以上也是物联网中基本会用到的电子和通信技术。

# 物联网技术之三：服务端开发框架

Client/Server架构，即客户端/服务器架构。智能硬件连上后台服务器后，其就是一个客户端，一个终端。由于单片机中资源受限，实际上是不太可能用>

服务端开发就比较复杂了。单片机/嵌入式软件开发还好，只要学习好C语言即可打遍天下无敌手，而服务端开发，用Java呢还是Python还是PHP？反正Java和Python选一个就好了，嵌入式出身的工程师，一般都会学Python。

Python服务器端的开发框架种类繁多，Web开发的有Django、Flask、Tornado Web Server，TCP服务器可以用Twisted，等等。MQTT有已经做好的服务器，像这样的服务器不用自己开发，直接部署即可。

如图，这是我开发一个智能硬件的服务器端的框架图。使用Redis作为>

在这个项目开发中，最少需要开发用户端的>

到了这里，服务端开发和前面两个技术可以作为一个分层，前面的单片机/嵌入式和网络通信的开发可以算作是一个电子设备的开发，后台工程师只要拿到了这个电子设备，知道这个设备提供了哪些接口（API），就可以进行后台开发了——把设备连上网络，分配给它一个IP或者什么的，配置好接口及相关 *** 作，剩下的事情就交给前端了。

## 关于前端技术

关于前端技术，我这里不好单独写一个主题，其一，我对前端技术没有那么熟悉，还处于前端技术=HTML+JavaScript+CCS的概念，以及手机端的APP开发；其二，前端技术与电子硬件技术间隔相差太远，前端更多的是和美工沟通，和后台协调，和设计师交流，甚至可能还需要有一定的美感；其三，大部分项目的最重要的是实现设备的稳定性、联网、数据的获取和控制。如果设备不稳定，数据出现差错，没法控制，再漂亮的前端页面也没用。其四，如果是做智能家居，做消费电子领域的项目，针对广大普通消费者，比如WiFi插座，一个漂亮的界面是很重要，但是大多数的物联网项目，只需要一个后台管理界面就行了。

所以，没有前端的设计，界面都是很丑咯！

# 物联网技术之四：无线自组网

无线自组网，或称无线传感网络，这肯定是物联网专业的学生要学的一门学科，属于通信领域，电子、计算机出身的人对这没有太多的概念。无线自组网最典型的技术之一是，ZigBee。

什么是自组网？做个对比，比如我们的WiFi，我们要用手机去连一个SSID，输入密码才能连上WiFi，而且你的手机，一般来说也不可能再发射Wifi出去让其他手机连接，WiFi网络拓扑成星型网。

而自组网不一样，不需要用户输入用户名和密码，直接连到最近的一个自组网设备，最后自组网设备也可以作为一个中间节点，让下一级的设备连接进来，网络拓扑可以成星型网、簇型网和网型网。那么无线自组网的数据怎么流动呢？流去哪？无线自组网一般都会有一个数据汇聚的地方，这个地方就是网关。

但是ZigBee并没有连上互联网啊，它最多只是一个局域网！——这还不简单？这是就是网关要处理的事情了。而且，ZigBee协议栈Z-Stack是有Linux网关版本的。

Z-Stack - ZigBee 协议栈

不过呢，由于各种原因，ZigBee开始走下坡路了，最新的6LoWPAN会逐渐替代。6LoWPAN，是一种低功耗的无线网状网络，其中每个节点都有自己的 IPv6 地址，允许其使用开放标准直接连接到互联网。Zigbee使用网内专用地址，互联网主机无法访问。集成 Ipv6/6LoWPAN 堆栈的开源 *** 作系统Contiki也会逐步取代Z-Stack。

如果大学开设了无线自组网的课程，不是学习ZigBee的Z-Stack就是Contiki。使用无线自组网也并不是一个单独的开发过程，其技术需要结合单片机/嵌入式开发。

## 电源问题

是的，如果要用无线自组网，电池续航的能力是一个问题。如果是类似与WiFi插座、智能饮水机、智能风扇等等，接上市电就能用，这些电源都不是问题。而对于无线自组网，往大的方向说就是所有的便携式智能设备，都受限于电池续航能力，比如智能手表，运动手环。不过呢，突破电池技术并不是物联网开发者所需要做的工作，我们能做的，只能是挑选更低功耗的芯片，设计电路功耗更低一点，让单片机休眠并使用中断唤醒机制。

图，用水果电池供电的某430单片机系统。

# 物联网技术之五：RFID

仔细观察上面那张无线技术的图，最右边，NFC/RFID。嗯，对，RFID，非接触射频识别，也是物联网技术重中之重的技术，很多物联网书籍都会介绍RFID，搞得很多人以为RFID就是物联网。

介绍RFID前先简单说一下条形码。去超市购物的时候，收银员把扫描q对准上面的条形码扫一扫，商品信息和价格就录入到电脑里了。条形码替代了收银员手动输入数据，工作效率提高了几倍。

可是，进入21世纪后，条形码已经不能满足人们的需求，存储能力小、工作距离近、穿透能力弱、不能写 *** 作等等都是条形码的缺点。这个时候就出现了RFID技术。典型应用如下图：

（。。。好像没有什么奇怪的啊？）

一二线城市早已实现了的公交卡，以及校园一卡通，用的就是RFID技术。RFID可读可写，所以公交卡、校园卡的钱能存在卡里面。

NFC，也是RFID的技术一种，目前大部分手机都支持的NFC功能，手机取代公交卡真的是迟早的事。要是手机没有NFC功能，也可以这么装逼：

上班，在地铁里碰到同事。
我看他用手机刷卡出入站挺方便，就问他怎么弄的，是不是要下载什么软件。
他告诉我：“这个很简单，只要把公交卡藏在手机套里就行了。”

同样，RFID开发也是离不开单片机开发，网上也有相关的RFID开发套件出售。

# 结语

当然，物联网技术绝对不止以上五种，物联网本身就是所有技术的大融合，做电子产品的还要考虑产品外壳，不过这是结构工程师的事情；做服务器后台的还要考虑用户帐号数据库读写等，前端也要考虑如何把设备数据和 *** 作方式优雅的展现给用户看，这些是IT程序员的事情；电池技术也需要单方面突破，超小体积、超大容量，这个还得等待多时。

与其说物联网是一种技术吧，不如说它是一个时代，物联网通过对相关技术进行整合，形成一个时代的概念，是一个建立在技术基础之上的时代。

早在2014年11月的时候，全球最具影响力的管理思想家之一、哈佛商学院教授迈克尔·波特和PTC首席执行官Jim Heppelman 在《哈佛商业评论》上发表了一篇具有重大影响力的文章——《智能互联产品如何改变竞争》。他们认为，物联网互联产品将改变传统的产业结构、商业模式以及许多行业的竞争本质。

自从这篇文章发表以来，世界上已经出现了许多颠覆性的物联网商业模式创新。例如：iRobot公司凭借其自主物联网连接的吸尘机器人，实现了从零到900万台物联网连接设备的销售量，从而改变整个吸尘器行业的状态；Thyssenkrupp电梯物联网连接的电梯已经从零增加到130,000个，其三个主要竞争对手Otis、Schindler和Kone都引入了类似的基于IoT的商业模式；共享单车行业，在美国已经从零发展到3900万人次，基本上就是通过物联网技术的出现而创建的。

还有成千上万的新智能产品/物联网商业模式的例子，还在酝酿中。那些目前正在（或计划将）智能互联产品推向市场的企业，可以从这些早期的创新者身上学到什么？前不久，市场咨询公司IoT Analytics发布了《2020 IoT商业化和商业模式采用》，探讨了全球领先的设备和产品制造商（OEM）在过去5年如何成功推出智能互联物联网产品以及心得体会。

开发一个物联网业务模式或业务模型并将之商业化并不简单，但可能会是颠覆性的“ 游戏 规则改变者”。61％参与了IoT Analytics研究报告者声称，与竞争对手相比，物联网商业模式让其公司获得了竞争优势。

将智能连接产品推向市场时，需要进行很多考量，例如：是首先接触现有客户，还是瞄准新客户；可以通过硬件、软件、服务或数据获利，还是这些的组合；是一次性收费，还是按月收费，甚至可能是按使用量收费；是否免费提供某些功能；是按成本定价，还是按利润率定价，或者是通过亏损以获得早期市场份额；是直接销售给客户，还是通过第三方（市场）销售等等。

物联网商业模式与产品开发和产品商业化这两个相邻的环节紧密相连。IoT Analytics将其分为3个部分： 开发物联网产品（例如上市时间和开发功能）、开发物联网商业模式（该分析主要基于Zollenkop框架，着眼于三个要素：市场定位、价值链和收入模型）以及物联网产品的商业化（例如：确定合适的价格水平、推动采用的措施和衡量成功的KPI）。

IoT Analytics的报告就这些问题给出了相应的6个观点，并强调了哪些物联网商业模式被认为更成功。

观点1。智能连接物联网产品，从内部项目启动到第一个付费用户平均需要23个月。然而，从开始到第一次付费客户所需的总时间，相比平均值有巨大差异。最快的实现发生在8个月，而最长的可能需要长达76个月（根据IoT Analytics的分析）。

观点2。有许多因素驱动了将智能互联物联网产品推向市场的复杂性。特别是较大的公司必须花更多的时间来协调多个部门和流程。根据分析，典型的物联网产品的引入会“主要影响”到6个部门（其中IT和R＆D受影响最大）。

推动IT和研发部门工作的，是在IoT互联产品中加入许多软件特性和服务。物联网产品平均拥有12项新功能，几乎所有物联网公司（91％）都为客户提供监控仪表板，而库存管理或工作流优化等功能则很少见。

观点3。在这次分析中，近四分之三的受访者开发了一款全新的或主要经过重新设计的产品，而这种产品以前并不存在。大多数受访者还表示，物联网产品的销售对象是一些新的决策者（以及一些现有的决策者）。结果是，52%的物联网商业模式可以归类为“多元化”，只有11%归类为“市场渗透”，即在现有产品加上小的附加功能，销售给和以前完全相同的决策者。

观点4。目前，超过95％的物联网硬件都已获利。然而，在大多数情况下，硬件只是多种变现方式的一部分。大多数研究参与者预计，未来两年，服务（包括传统和数字）和数据的重要性将显著提高。随着硬件获利重要性的下降，预计基于时间、使用和成功而盈利的模式的重要性将会增加。

欧洲某 汽车 行业高级IT经理表示：“我们未来的重点将更多地放在数字服务上。当前我们对用户只有一个接触点：安装硬件。展望未来，随着数据日趋成熟，以及拥有更好的远程软件更新能力，我们将能够提供更多以用户为中心的SaaS产品/功能，客户可以在网上购买。”

观点5。物联网解决方案的成功商业化在产品推出前很久就开始了。美国某机械设备制造商高级产品经理表示：“在构建和销售解决方案之前，清楚了解客户的需求至关重要。”

分析显示，不同地区的客户采用率存在巨大差异，一些功能显然比其它功能更受客户欢迎。客户采用率排名占前四分之一的两项功能分别是“状态监视”和“预测性维护”，这与IoT Analytics先前关于预测性维护主题的报告相符。

因此，许多研究参与者指出，教育自己的团队，特别是面向客户的员工的重要性就不足为奇了。美国某机械设备制造商高级产品经理表示：“对员工的培训是一项艰巨的任务，因为该技术对公司整体来说是新技术，并且所有领域的专家都需要接受培训。”

当前，我们正在进入全新的“咆哮20年”的开始。这是ARM与经济学人在今年上半年推出的《物联网商业指数2020》所提示的变化：即所有产业面对的障碍正逐渐降低，超过一半的受访企业已经处于物联网网络部署初期或大规模部署阶段。《物联网商业指数2020》强调，物联网的“商业价值之路”已经出现，企业在物联网方面的初期投资通常能够明确的投资回报，而随着物联网数据与其它数据集的结合以及纳入整体分析中，物联网的价值也在上升。

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