物联网网关有哪些应用领域？

物联网主要技术。在物联网应用中有三项关键技术为物联网开辟出极为广阔的应用前景：

1、传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

2、RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景，这也是为什么“物流”这个词总是与“物联网”同时出现。

3、嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

物联网应用领域。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。

1 卫星物联网，通俗地讲就是通过卫星通信来做物联网项目。一般的物联网的都是通过2G/3G/4G网络来做物联网项目的，但是对于一些特殊的项目，因为2G/3G/4G网络信号不好或者用不了，必须借助卫星通信将物联网终端采集的数据传回后台，比如在沙漠地区、海洋上或一些偏僻的无人区。

2 商业化问题

国内已经有商业化应用了，我可以分享一个我们做过的项目。

项目背景

在戈壁滩地区对运输车队进行监控，主要采集车辆的定位信息，遇到紧急情况可以实现一键报警。基于位置信息在平台端开发一些设备管理、地理围栏等功能。整体上客户要求不复杂，主要难点是地面网络信号不太好，大片地区根本没有信号，所以需要考虑通过卫星通信来确保信息的传输。

卫星通信资费

我们考察了好几个卫星系统：北斗（短报文）、铱星的模块、海事卫星，但都不是很满意。通过北斗短报文传输位置信息，卫星通讯费用最便宜，目前是入网费600元，流量费850元包年（一年内不限制随便发信息），但是据说硬件稳定性不太好，另外就是国外的信号还不稳定；铱星的卫星通讯费用有些偏高，10元/1000bytes；最后在朋友推荐下找到了ORBCOMM在国内的代理商，因为据说ORBCOMM主要做低轨卫星，通讯费比较便宜。其实，也没有便宜多少，他们给的卫星通讯费是9元/1000bytes。但是他们提出了另外一个思路：2G网络和卫星网络双链路通信，有地面信号的时候，用2G网络发送数据，物联网卡就可以实现，没有地面网的时候，通过卫星传输数据，这样整体的资费就比较便宜了。我们测算了一下，通过ORBCOMM卫星发一条位置信息大概是10个字节，也就是1条信息折算下来是1毛钱，这个价格基本上可以接受了。

电源问题

因为我们的设备是用在车上，所以就直接在车辆点烟器上取电了，但是考虑到紧急情况下车辆会熄火，为了方便救援设备还需要持续工作，所以又内置了电池。电池容量先不透漏了，正常情况单电池供电可以用5-8天，紧急情况用3-4天没有问题（紧急情况下，设备发信息的频率提高了）。

回答上面的问题：如果要高频次通过卫星发送数据，肯定要有稳定的电源供应。但是在具体的项目里情况就不一样了，比如我们的设备通过卫星发送信息默认是20分钟发一次，每发一次大概是50mAh。据我所知一些安装在集装箱上的卫星定位设备（在海上跑的集装箱）是一天发一条信息，这样外加一小块太阳能电板就可以保证供电了。

信号问题

目前所有的卫星通讯一个基本的条件是，终端天线需要和卫星建立直连接线，就是中间不能有任何遮挡，一旦有遮挡就连不上了。这样的话，市内肯定是用不了了，城市里也不太好用，偏僻的戈壁滩、海上这些地方用卫星就没有问题。

硬件设备尺寸

你们可能会好奇？这么微弱的信号要接收到，设备要有多大啊？我放几张吧。

先看我们的终端设备：

深圳市新时空智能系统有限公司尺寸图

天线才是关键：

安装在车顶的卫星天线

在卫星主机里集成了GPS和卫星通讯模块，为了使用地面网络传输信息，又搭了一个2G的车辆定位器（这个便宜些）。2G的定位设备做为主设备，通过232协议与卫星模块连接，当搜不到地面网络，就通过卫星终端发数据。关于天基物联网的项目，欢迎讨论！

本人毕业于东北农业大学，曾为电气与信息学院物联网工程专业的一名学生。

物联网工程专业是高等学校本科专业，属于计算机类专业，基本修业年限为四年，授予工学学士学位。

该专业要求掌握数学和其他相关的自然科学基础知识以及和物联网相关的计算机、通信和传感器的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。

下面从专业知识、发展前景、就业方向等几个方面介绍物联网工程专业：

1专业知识

物联网工程专业隶属于计算机类学科，是计算机专业的一个分支，随着万物互联时代的到来，物联网工程专业越来越受到大家的关注。该专业所学的知识与计算机科学与技术、软件工程、大数据等都有相通的部分，其中公共课部分包括：高等数学、离散数学、线性代数、概率论、大学英语、大学物理等，专业课部分包括：数据结构、计算机组成原理、计算机网络、计算机 *** 作系统、C语言、Python、JAVA、数据库等，特色专业课有：数字电路、模拟电路、单片机、通信技术、物联网控制、传感器网络等。该专业的课程非常丰富，老师教的课程也比较有趣，是集合计算机硬件和软件知识的一门学科。

学习该专业，课时任务要比学习计算机科学与技术要轻一些，而且对待代码的要求也不如纯学软件那么高，学生仅需熟练掌握一门语言即可，我本科时候掌握的是C语言，经常用C语言编译STM32单片机和51单片机，当然也玩儿过其他单片机，但是这两款是主要的。

我个人认为该专业是比较适合对硬件感兴趣的学生的，如果有浓厚的兴趣，那么学习该专业会非常有乐趣，每天看着传感器，学习搭建一套完整的系统，那是非常快乐的一个过程。

  2发展前景

  当前，物联网(IoT) 结合 5G 和云计算等新兴技术，物联网可以提高运营效率、降低成本、改进决策并增强客户体验，可以成为各个行业数字化转型的关键推动因素。

其主要发展前景为：

（1）5G技术。

例如联网汽车、预测性维护和医疗保健领域的可穿戴技术，将从 5G 中受益最大。5G 的超可靠、低延迟通信 (URLLC) 容量和对 TSN（时间敏感网络）的支持对于物联网的采用非常重要。

  （2）健康科技

医疗保健行业长期以来一直抵制数字革命，远远落后于其他行业。Covid-19 大流行导致远程患者监护和医疗机器人等医疗物联网技术的迅速采用，这为物联网解决方案提供商开辟了巨大的数字化机会。

  （3）物联网 (AIoT)技术

人工智能 (AI) 技术通常用于实时解释和响应一些人对机器和机器对机器的数据流。AI 和 IoT 两种技术的融合催生了 AIoT 的概念，即将 AI 技术嵌入到 IoT 组件中。将连接的传感器和执行器收集的数据与 AI 相结合，可以在边缘减少延迟、增加隐私和实时智能。这也意味着需要在云服务器上发送和存储的数据更少。

  3就业方向

物联网就业方向主要有：面向物联网行业，从事物联网的通信架构、网络协议、信息安全等的设计、开发、管理与维护等。

主要岗位包括：物联网系统设计架构师、物联网系统管理员、网络应用系统管理员、物联网应用系统开发工程师等核心职业岗位以及物联网设备技术支持与营销等相关职业岗位。

总之，我觉得物联网工程是一个比较好的专业，是比较适合未来发展的。

农业物联网监控系统专为户外应用研制，内置GSM无线通信模块，另外同时具备图像监控和数据采集两大功能，可以灵活应用于户外场所的信息分析应用，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理各类信息数据。系统构成如图1所示。

　图1农业物联网监控系统结构

农业物联网监控系统的无线传感器节点实时采集农作物生长所需的温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数，并通过一种低功耗自组网的短程无线通讯技术实现传感器数据的传输，所有数据汇集到中心节点，通过一个无线网关与互联网相连，利用手机或远程计算机可以实时掌握农作物现场的环境状态信息，专家系统根据环境参数诊断农作物的生长状况与病虫害状况。户外现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或3G手机，随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和控制远程智能调节指定设备。

1)户外监控现场：同时监控农田、排污口、果园、户外电力系统等现场，获取温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度、水质、病虫害、电流、电压等环境参数，为管理者提供决策依据。

2)传感器：主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。

3)管理中心：户外监控现场的先关参数，经过传输基站到达室内管理中心，经过智慧农业软件系统处理，得出结论，发送至智能终端，给决策者以精确数据依据。

4)智能移动工作终端：完美集成智能手机、GPS手持机、无线对讲机设备优点形成移动单兵设备,一机在手随时无忧。通信双通道模式彻底解决林区通讯死角问题，随时随地通讯无阻、精准定位、采集同步数据，是农业工作者的全能助手。

5)农业监控系统：在监控温湿度、光照、水质、风向等参数的同时，还可以对农作物资源、生态环境、病虫害等进行有效监控。

2农业物联网监控系统特点优势

1)系统建设成本低，日常使用费低，维护费用低

2)高清图像显示监控现场，远程数据采集，直观明了

3)定时拍摄，远程主动索取，降低巡检次数，减少人力物力成本

4)科技创新应用，统一集成，规模化管理

5)历史数据存储，全部数据汇总分析

图2农业物联网监控系统体系架构

农业物联网监控系统结构

利用无线GSM网络，并通过各种外接传感器可对农田作物生长环境温度、湿度等环境参数以及作物图像实现实时远程监测，图像、环境数据通过GPRS传回到管理中心，管理者通过后台数据汇总分析农田环境、虫害情况，及时作出预防措施，同时管理者也可通过后台管理中心设置定时获取环境数据、。智慧农业监控系统结构如图2所示。

传感与执行层：

该层将数据传感器的采集的数据通过ZigBee和Rs485/232两种模式上传至网关。根据传输方式的不同，温室现场部署分为无线版和有线版两种。无线版采用ZigBee发送模块将传感器的数值传送到zigBee节点上；有线版采用电缆方式将数据传送到Rs485/232节点上。无线版具有部署灵活，扩展方便等优点；有线版具有高速部署，数据稳定等优点。

无线传感器节点实时采集农作物生长所需的温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO2浓度等环境参数并上传到ZigBee网关。

接收远程控制指令，通过继电器控制各种农业生产设备，包括：喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。

通过IP网络摄像头可实时对作物情况、人员和安全视频流上传至服务器。

传输层：

该层主要将设备采集到的数据，通过3G/GPRS/Inernet网络传送到服务器上，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。

应用层：

该层负责对采集的数据进行存储和信息处理，为用户提供分析和决策依据，用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。

用户终端：

3G手机、PC机终端通过接入网络实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。

农业物联网监控系统网络拓扑结构

农业物联网监控系统在网络方面采取了多种制式，远程通讯采用3G无线网络，近距离传输采取无线ZigBee模式和有线RS485/232模式相结合，保证网络系统的稳定运行。智慧农业监控系统网络拓扑结构如图3所示。

图3农业物联网监控系统网络拓扑结构

农业物联网监控系统主要设备

数据采集单元

传感器单元主要包括气体温湿度传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、光照传感器、易燃气体传感器、有毒气体传感器、土壤酸碱度传感器、水质传感器等。采集器集数据采集传输于一体，电池供电时间长，安装简便，成本低。传感器实现数字信号采集、太阳能供电、Mesh无线传输等技术，应用于不方便布线的场合。

通信单元

　　ZigBee网关

通过GPRS/3G传输，实现ZigBee个域网与互联网络的信息互通和多网融合，自带SD存储卡，可实现数据本地存储；工业级温度范围为-40℃~85℃。

图6智慧农业通信单元

终端显示单元

管理中心可根据上位机软件分析系统得出的结论对农业管理作出决策，智能移动终端亦可随时随地得到相关信息。

NHR系列智能显示控制仪表RS-485通信中应用

01摘要
NHR系列智能显示控制仪表是经过多年开发制造经验而设计生产，集诸多全新功能于一身的新一代智能显示控制仪表。针对现场温度、压力、液位、速度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统，广泛运用于电力、石化、冶金、轻工、制药、航空等诸多领域。产品的EMC设计符合GB/T176262-11相关规定，同时产品取得了CE认证。
02产品的市场背景
在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在产业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的。目前，用于串行通讯的接口标准包括：RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准，广泛应用在短间隔、较低波特率串行通讯中。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的进步。RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层OSI (open system interconnection，开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网轻易，RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。下面是关于虹润NHR 系列智能显示控制仪表在RS-485通信中的应用。
03产品的技术原理
1、系统技术方案
工业场合中,经常要用一些仪表去控制如温度、液位、流量等。在某些场合,需要1台控制器灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的。
本文利用标准的MODBUS RTU通讯协议与 RS-485通信指令,方便的实现与多台虹润NHR系列仪表的串行通信成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达100台虹润仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1KM以上。
2、RS-485总线的硬件设计
考虑到此控制系统中网络节点数较多，整个网络超过100个节点，为保证通讯的可靠性和通讯效率按照仪表在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各仪表分布到两条总线上，而且所选器件中的RS-485芯片驱动能力均达到255点，通讯速率选96Kbps，离主站最远的节点不超过50m。
3、网络协议
为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正，同时实现数据帧和命令帧的功能。然而，为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字，而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20～30字节，在RS-485系统中显得又有些繁杂。由于MODBUS协议是公然的通讯协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中，因此，本系统采用MODBUS协议作为此控制系统的网络协议。
在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
04产品的应用
考虑到100台仪表在RS485总线上的实时性、有效性、正确性，现将100台虹润NHR系列智能控制仪表通讯组网分为两条总线，分别由PLC的串口扩展口分别定义为A1、B1和A2、B2 ；下面是虹润NHR系列智能控制仪表与PLC主机连接图，见图1、图2：

图1：虹润仪表与PLC组网图

图2：虹润仪表与PLC组网图
1、虹润NHR系列智能显示控制仪表通信参数配置
(1)、通信方式为RS-485, (1个起始位，1个或2个停止位，8位数据，无奇偶校验)
(2)、通信传输数据的波特率（12K 24K 48K 96K 192K）可在仪表叁数baud中设定
(3)、通信协议为标准Modbus Rtu 模式
这里重点突出可编程控制器与虹润NHR仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式，图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个NHR仪表相连接,最多可达到100台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份，( 地址码可在仪表叁数Addr中设定)，子单元和主单元采用地址轮询方式。这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过RS485总线对挂在下面的所有仪表进行控制 *** 作。
2、虹润NHR系列智能数字显示控制仪通信数据流解析
本通信协议采用标准ModBus协议，采用RTU（十六进制数）传输模式。ModBus协议是一种主---从式协议。任何时刻只有一个设备能够在线路上进行发送。由主站管理信息交换，且只有主站能发起。主站会依次对从站进行轮流查询。只有当从站地址与轮询地址相匹配，从站才能回复消息。从站之间不能进行直接通信。协议桢中不包含任何消息报头及消息结束符，消息的开始和结束依靠间隔时间来识别，当间隔时间长于或等于35个字符时，即作为检测到桢结束。如果网络内没有与查询地址相一致的从站或从站接收时CRC校验出错，主站将不会接收到返回桢，这时主站根据超时设定判断是否超时，如超时，作出重发或d出异常错误窗口动作。
协议桢定义如下：

从站地址：地址必须在1---247之间。
在同个主站网络中每个从站地址必须唯一。
0为广播地址，从站接收消息并作相应处理，但不能回复消息。
功能代码：包含读、写寄存器。
数据：以二进制代码传输。
CRC16：循环冗余校验，校验从从站地址到数据区最后一个字节，计算多项式码为A001(hex)。
（1）、通讯口设置
通讯方式 异步串行通讯接口，如RS-485，RS-232等。
波 特 率 2400～9600bps（可由设定仪表二级参数自由更改，设定仪表二级参数BT，默认4800）。
（2）、字节数据格式 HEX
一位起始位、八位数据位、一位停止位、无校验

（3）、消息桢格式（读、写功能是从主站角度定义的）
读寄存器桢

读寄存器返回桢

写寄存器桢

写寄存器返回桢

错误返回桢

功能代码表：1

错误代码表：2

3、产品

05结论
本文利用标准的MODBUS协议和虹润NHR系列智能显示控制仪表进行RS-485通信，实现了单台控制器控制多台NHR仪表的任务，并能实时检测各仪表的运行状态，整个系统控制灵活方便, 方案结构简单，开发成本低，周期短，既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。

物联网管理系统

与传统的嵌入式设备相比，物联网感知层的设备更小、功耗更低，还需要安全性及组网能力，物联网通信层需要支持各种通信协议核协议之间的转换，应用层则需要具备云计算能力。在软件方面，支撑物联网设备的软件比传统的嵌入式设备软件更加复杂，这也对嵌入式 *** 作系统提出了更高的要求。为了应对这种要求，一种面向物联网设备和应用的软件系统——物联网 *** 作系统。

物联网中的 *** 作系统涉及到芯片层、终端层、边缘层、云端层等多个层面单一层次的物联网 *** 作系统与安卓在移动互联网领域的地位和作用类似，实现了应用软件与智能终端硬件的解耦。就像在安卓的生态环境中，开发者基本不用考虑智能终端的物理硬件配置，只需根据安卓的编程接口编写应用程序，就可以运行在所有基于安卓的智能终端上一样，物联网 *** 作系统的作用也是如此。

关联

作为互联网的延伸，物联网利用通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，而它对于信息端的云计算和实体段的相关传感设备的需求，使得产业内的联合成为未来必然趋势，也为实际应用的领域打开无限可能。

简单地说，物联网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。

互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。

其内在联系：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。

以 Hightopo 的炼铁厂数据可视化为例，就可以结合文字理解其含义：

Hightopo 是由公司独立自主研发，基于HTML5标准技术的Web前端2D和3D图形界面开发框架。非常适用于实时监控系统的界面呈现，广泛应用于电信网络拓扑和设备管理，以及电力、燃气等工业自动化 (HMI/SCADA) 领域。

多年来数百个工业互联网可视化项目实施经验形成了一整套实践证明的高效开发流程和生态体系，可快速实现现代化的、高性能的、跨平台桌面Mouse/移动Touch/虚拟现实VR图形展示效果及交互体验。

参考资料：

   官网——Web组态  

                  百度百科——图扑软件

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