我夢想著物聯網/第 1 章：物聯網與自動化

引言

物聯網是如今非常流行的現象。你能想象隨著這種網際網路技術的發展，未來 5 到 10 年的世界會是什麼樣嗎？僅僅依靠人力，人類將越來越難以控制所有事物。控制和互動所有事物以改進系統並減少浪費將變得困難。此外，連線到網際網路的事物數量已經超過了地球上的人口，而這仍然不到當今世界上所有物理事物的百分之一。當然，技術開發的成本也會增加。然而，物聯網和自動化有可能克服所有這些問題。

例如，在商業範圍內，移動技術和物聯網將改善公司系統之間的互連。物聯網將幫助員工更高效地工作，改善運營並提高客戶滿意度。在許多情況下，企業或消費者也能夠遠端控制裝置。例如，企業可以遠端開啟或關閉特定裝置，或調整氣候控制環境中的溫度。

與此同時，在日常生活的世界中，物聯網和自動化將提高人類的安全。例如，人們可能長時間離開家，卻忘記鎖門。使用物聯網自動化，人們可以使用移動裝置控制家庭系統。另一個例子：當人們去超市買 groceries 時。透過移動裝置的資訊，人們可以追蹤和計算所有東西，同時大大減少總時間和成本。隨著具有無線功能的計算機和感測器變得越來越便宜，將更多事物連線到網際網路將變得更加實惠和實用。

什麼是物聯網和自動化？

微小的改變可以產生巨大的影響。它從人們已經建立的基礎設施開始，以新的方式使用裝置和服務。使用預測性維護來減少機器停機時間並提高效率。透過對地理分散資產的即時遠端監控，更好地控制全球運營。使用智慧的互聯產品來取悅人們，並透過提供增值產品服務來推動收入增長。在某些情況下，它可以被定義為類似於機器對機器 (M2M) 通訊的方式，而在其他情況下，它更好地被定義為商業智慧。然而，物聯網和自動化本質上被描述為將所有可以想象的事物連線到網路，以便來自所有這些連線的“事物”的資訊可以以新的、通常是自動化的方式儲存、傳輸、分析和採取行動。例如，如果您有一個系統，它應該在 X 到 Y 的範圍內執行，您可以在光纖網路上連線一個溫度感測器，以便在系統超出規格執行之前發出可操作的警報。

物聯網和自動化的可能實現方式

如今，在物件中嵌入感測器，賦予其通訊能力，在許多行業中越來越受歡迎。建築自動化系統的增長將物聯網帶入了設施管理領域。控制建築功能（如供暖、通風和空調、安全、冷藏和照明）的系統在歷史上一直作為獨立實體執行。在很大程度上，這些功能佔據了一個專有的小眾市場，與主流 IT 系統和標準分離。然而，許多行業（如汽車行業）將自動化作為其製造工作的一部分來實施。

自動駕駛汽車越來越受歡迎。當我們把這種車輛看作是一個移動的生活區域時，這個概念更容易理解，在這種區域中，駕駛員不需要僅僅坐著看著路過。汽車的未來將以一種新型使用者為中心，他們不再是掌控駕駛員，而是擁有可以配置為滿足不同需求的空間的乘客。未來，車輛將包含一個獨特的識別 SIM/MIM 卡，就像移動裝置中的 SIM 卡一樣。這將賦予車輛收集資訊並與其收集的資料以及其他車輛及其所有者共享的能力。例如，車輛能夠彼此通訊。我們可以假設自動駕駛汽車將始終線上，並即時溝通有關交通、天氣和道路狀況的資訊。車輛無需透過無線電臺或警察來報告交通狀況（然後警察再將資訊傳達給其他司機），車輛只需彼此通訊以及與道路基礎設施系統通訊即可。將車輛連線到網際網路還意味著它們可以與社交網路服務連線，可以在其中共享非駕駛相關資訊。

物聯網和自動化的流程

物聯網中的自動化過程包括裝置之間的通訊，以及透過工作流組織和整合工具、人員和流程的能力。

無論是製造業還是家庭，自動化過程都是指一個人使用內部或外部刺激，或透過時間推移所致的觸發事件，來改變裝置、器具、系統或電子元件的現有狀態。為了實現這種自動化狀態，必須向要執行操作的裝置傳送控制訊息。所有現代建築自動化系統都具有警報功能，可以檢測潛在的危險情況，並透過計算機或其他通訊裝置（透過電子郵件或即時訊息）發出警報。

從使用哪個開關，控制哪個系統，以及向目標裝置轉動哪個方向，自動化過程的一部分涉及非人工干預，這與一個人採取的步驟類似，只是系統可以管理要做什麼。在其他情況下，自動化系統可以執行相同的操作，但僅根據先前的人工輸入，包括預先設定一致的自動操作規範。隨著家庭自動化系統將家庭內的各種電氣裝置相互整合，裝置可以透過家庭網路連線，允許從網際網路進行訪問控制。因此，系統和裝置能夠以整合的

更準確地說，在物聯網的情況下，一個人控制某事物的每個步驟都可以自動化。一個人會做什麼，自動化平臺就會代替他去做。在這個自動化步驟中，一個人會收到一個事件觸發，決定行動，並根據指令資料庫傳送控制訊息。這個人將使用網路裝置傳送控制訊息，接收反饋並在必要時進行調整。換句話說，這個人只需透過指令進行控制，而行動將由自動化平臺執行。^[7]

物聯網和自動化的軟體和硬體

一般來說，物聯網並沒有建立在特定的硬體/軟體平臺之上。物聯網的概念應該被更好地理解為一個平臺無關的抽象。目前，許多不同型別具有不同屬性和不同應用領域的裝置被推銷為適用於物聯網，從小型、簡單易用的 Microduino 到支援每秒 1300 萬條訊息的高效能、高度專業的 IBM 裝置。在本文中，我將重點介紹最常用的硬體和軟體平臺。

Arduino

Arduino 平臺可能是最著名和最易於使用的平臺。它主要由稱為 Arduino 板的硬體和基於處理語言的合適軟體組成。它最大的優勢是程式設計方式很方便。有數百個不同的庫可用，幾乎可以連線到它可以連線的每個電氣裝置。因此，不必考慮連線顯示屏的 HD44780 協議及其所有定時幀和控制程式碼，只需使用現成的庫，並用一行簡單的程式碼列印訊息，例如“lcd.print("hello, world!");”。

軟體

用於程式設計 Arduino 的軟體基本上是 C 的簡化版本。這種語言稱為 Processing，最初是為程式設計視覺藝術型別的專案而開發的。雖然 Processing 仍然存在，但 Arduino 的“榮耀”無人能及。每個“sketch”（Arduino 世界中原始碼的名稱）都包含兩個部分。第一部分用於設定專案程序，例如哪個引腳連線到哪個裝置，或者如何設定某些庫相關的配置。這必須在 *void setup() { ... }* 塊中。在第二部分，即所謂的“迴圈”塊 *void loop() { ... }* 中，程式碼的永久迴圈部分出現。這可以與 C 中的 main 函式進行比較。設定 LCD 字元顯示的示例程式碼如下^[8]

/*
  This example code is in the public domain.

 http://www.arduino.cc/en/Tutorial/LiquidCrystal

 */

// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>

// initialize the library with the numbers of the interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
  // set up the LCD's number of columns and rows: 
  lcd.begin(16, 2);
  // Print a message to the LCD.
  lcd.print("hello, world!");
}

void loop() {
  // set the cursor to column 0, line 1
  // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
  lcd.setCursor(0, 1);
  // print the number of seconds since reset:
  lcd.print(millis()/1000);
}

硬體

在硬體方面，Arduino 也相當簡單。它主要由一個 AVR 微控制器和一個用於對其進行程式設計的電路組成。解釋電路的每個特定方面超出了本指南的範圍；但是，從網路工程師的角度來看，Arduino 處理感測裝置的方式很有趣。感測器可以直接用線連線到它需要的引腳，也可以購買所謂的 Arduino 擴充套件板，這些擴充套件板在內部包含操作感測器的整個電路。這些擴充套件板使用起來很方便，只需簡單地安裝在 Arduino 板的頂部。除此之外，Arduino 的外形尺寸也非常適合物聯網應用。Arduino 有很多不同的形狀和形式，整個平臺從頭到尾都是開源的。例如，微小的 NanoDuino 或可穿戴裝置的靈活 LilyPad。可能性是無限的。

物聯網和自動化的工業應用

在許多方面，擁有智慧裝置可以被看作是可程式設計邏輯控制器和分散式控制系統的作用。更多裝置將被連線，更多機器部件將被監控。今天我們已經使用主流介面，包括平板電腦和智慧手機，與控制系統進行通訊。它們可以控制建築物的功能，如安全、照明和空調。但是，除非確實需要進行此類控制，否則人們不願意將裝置新增到控制系統中，因為成本因素。物聯網的希望是消除一些障礙，使任何資訊都可以在任何時間、任何地點提供給授權人員。^[9]

工業過程將產生比任何其他來源都多的資料。裝置生成和傳輸資料的功能將比以往更加突出，無論是透過本地裝置還是遠端或幾乎無法訪問的位置的裝置。這些過程將被連線和聯網，允許資料共享、降低成本和最佳化流程，從而實現更快、更好的即時決策。自動化網路將使用資料進行自我配置、自我調節並提供自身的效率改進。許多決策將由機器本身做出，專注於提高系統效率，解決諸如能源使用、安全和調整過程等問題。

結論

物聯網和自動化將把許多裝置、工具和機器連線到網際網路，以便所有生成的資訊可以透過網路連線自動計數、儲存、傳輸和分析。物聯網和自動化是有益的。它不僅可以減少人工干預，還可以更輕鬆地促進工作。此外，物聯網和自動化可以在許多領域得到應用，包括商業、學習、人類安全、設施管理等等。它不僅將提高運營效率，提高生產力，降低成本，而且物聯網很可能會使普通人過上更高的生活水平。^[9]

作者

作者和編輯：Saadah, Rahimah; Aishah, Saiful Adli; Furkan, Nadia