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前言
2018年10月20日,世界物聯網大會在中國國家會議中心開幕。在開幕式上,中國工程院院士鄔賀銓發表了主題為“工業物聯網支撐技術”的演講。在演講中,鄔院士提到了物聯網的發展現狀和未來展望,他說,物聯網、大數據等新興科技即將為人類帶來新一輪技術革命和產業升級,機遇和挑戰并存。根據權威機構發表的預測,兩年后的2020年,全球物聯網產業的產值即將達到1500億美元以上,物聯網在工業4.0時代備受矚目。物聯網的支撐技術包括大數據和云計算、信息安全、人工智能(AI)、5G通信網絡等新興互聯網和通信技術。在工業物聯網領域,與先進制造、工業機器人和工業自動化等技術的交叉融合也必不可少。鄔院士的演講中,提到了物聯網的應用,包括制造業、物流業、供應鏈、設備維護、倉儲、售前售后服務等細分領域,物聯網在其中起到了定位追蹤、遠程監測、移動管理等作用。電子信息技術是物聯網最核心的技術之一,電子信息與物聯網的結合誕生了很有價值的應用場景。近年來,物聯網結合電子信息技術豐富了自身技術內涵,電子信息技術借助物聯網獲得了新的應用場景,兩者相互促進、共同發展。本文將此進行分析闡述。
1電子信息技術簡介
伴隨著第三次工業革命,人類的發展歷程進入信息時代,而這其中的最核心技術變革之一就是電子信息技術的崛起。近幾十年來,電子信息技術已經隨著通信設備、個人電腦等消費電子產品進入千家萬戶,在工業領域也開辟了自動化生產、智能物流等提升生產效率的新場景。電子信息技術的主要組成部分包括:傳感器、嵌入式系統、通信技術、數字控制等。電子信息技術的進步,使得人類社會的生產力得到了極大地提升,使得人類文明進入飛速發展時期。下面對傳感器、嵌入式系統、通信技術這三項電子信息技術做簡單介紹:
1.1傳感器
傳感器是電子信息技術最重要的檢測裝置,能感知力、溫度、光、聲等形式的信號并按照既定的規律轉化為電信號的形式輸出,來完成信息的傳遞、運算、存儲等目的。按照工作原理進行劃分,可分為壓電傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、電磁傳感器等;按照用途進行劃分,有避障傳感器、測距傳感器、位移傳感器、加速度計等。傳感器是否靈敏很大程度上決定了電子信息技術的上限。
1.2嵌入式系統
所謂“嵌入式系統”,是指一種完全嵌入受控設備之內,預存特定程序、適用于特定場景的專屬計算機系統,主要作用是控制、監控、輔助工業設備或者工廠機器。和個人電腦(PC)相比,嵌入式系統往往執行特定的某些任務,這些任務在設計之初就被預置在嵌入式系統內部。正是由于這種“專一性”,嵌入式系統的設計人員可針對其尺寸、成本、硬件設計等方面進行優化,進而實現效率的最大化。嵌入式系統在工業生產的需求量非常大,因此往往具有大量的生產需求,因此單個成本的節約顯得尤為重要。在實際生活中,所有具有數字接口的設備,如洗衣機、熱水器、單反相機、電子表等,絕大多數嵌入式系統并不包含操作系統,只通過單個程序來實現對設備的控制。
1.3通信技術
通信技術,又稱通信工程技術或者信息工程,是電子信息技術的又一重要分支,也是各大工程院校均開設的一門基礎學科。通信工程主要關注通信過程中的信息傳輸形式和信號處理方式。主要原理是將電磁波、無線電、光波、聲波等物理波的脈沖信號從發射端傳輸到單一或者多個接收端。傳出過程中不可避免地會產生功率損耗,因此接收端能否準確接受信息并辨認,主要取決于功率損耗的大小。過濾、編碼、解碼等環節是信號處理的基本步驟。數字信號處理是通信工程的重要技術手段,具有抗干擾能力強、便于存儲、控制、運算等優勢,是當代通信工程最主要的信號處理方式,在通訊、消費電子、物聯網等領域應用十分廣泛。
2物聯網簡介
2.1物聯網的定義
1999年,“物聯網”一詞首次被公開提出,彼時關于物聯網的定義為:通過RFID(射頻識別)、紅外線感應、GPS定位、激光掃描儀等信息感應設備,按照既定的協議將物體和互聯網進行信息交換和通信,來實現智能化識別物體、定位物體、追溯物體、監管物體的目標。顧名思義,物聯網是指物與物相連的互聯網技術,是新時代信息技術的重要組成部分。物聯網的含義分為兩個層次:①物聯網離不開互聯網,互聯網技術是實現物與物相連的基礎和核心,物聯網是互聯網的延伸和拓展;②物聯網的“用戶”不僅僅是人類,而是生活、生產中各種各樣的物體,物聯網的愿景是實現物體與物體之間的“溝通”,即信息交換,又謂之“物物相息”。物聯網是當今最具備尖端科技屬性的概念,基于互聯網、通信網等傳統信息載體,使得所有物理對象能被獨立尋址并在網絡上互聯互通。智能、先進、互聯則是物聯網三個最主要的特征。
2.2發展歷程
物聯網的發展歷程并不長,只有短短二十年的時間。但是伴隨著大數據、人工智能、云計算等前沿互聯網技術的崛起,物聯網的發展始終處于快車道,近年來更是隨著“工業4.0”、“智慧城市”等國家發展新常態的提出而發展愈加迅猛。
3電子信息技術在物聯網領域的應用
3.1線上訂貨
電子訂貨系統是電子信息技術應用于物聯網的一個典型案例。其主要工作原理為:企業通過訂貨終端進行訂貨,此終端通過互聯網將買賣雙方連接。該方式既能節約企業的訂貨成本,對賣方的銷售成本的降低和銷售效率的提高也大有裨益。近年來,4G通信網絡(包含未來的5G網絡)的建設日臻完善,使得線上訂貨系統從PC端向移動端發展,強大的通信網絡支撐使得線上訂貨通過手機即可完成,對采購、物流行業效率的提升大有裨益。電子訂貨系統具有安全、高效、精細化等特征。首先是安全性:互聯網信息安全近年來已經得到了質的飛躍,電子訂貨系統內置了保護程序來確保用戶的信息不被泄露、整個交易過程不受攻擊。其次是高效性,電子訂貨系統省去了線下的選購、定價等環節,可實現“一鍵訂購”的高效率,為提高生產效率提供了保障。精細化:電子訂貨系統可根據客戶以往的訂貨習慣和訂貨的周期性,及時提供補貨通知和新款推薦,創建精細化采購的模式。
3.2智能運輸網絡
智能運輸網絡旨在為貨物提供運輸過程中的全程監控。其優勢在于增強了運輸載體(貨車等)和買賣雙方的交流,來實時監控整個運輸過程。智能運輸網絡的建設包括交通網絡建設、導航系統建設、車輛運輸系統的搭建。溫度傳感器、濕度傳感器等環境感知傳感器可收集貨物運輸過程中的環境數據,將數據輸入內置的嵌入式系統,進行分析后可判斷路途中的環境變化,包括路況、天氣等,還可以根據收集到的數據給出最佳路線、送貨優先級等提高效率的信息。同時可以監控商品的安全,防止貨物丟失,降低破損率。
3.3基于條形碼的貨品識別技術
條形碼貨物識別是一種先進的電子識別技術。通過購買、裝載、運輸過程中的條形碼識別,可以讓商品信息傳遞到客戶端。將信息轉化成條形碼(或者二維碼)的本質目的是將信息高效傳遞。利用條形碼線條的寬度不同和間隔不同,來一一對應一個或者一類商品,條形碼的唯一性確保了與之對應的商品是獨一無二的,類似于商品的“身份證”。條形碼識別技術的理論基礎是信息論。隨著計算機科學和電子信息的發展,條形碼識別已經從單一的“識別身份”升級集編碼、識別、數據搜集和數據處理為一體的整體解決方案。
4結束語
電子信息技術是21世紀最重要的技術種類之一,其中傳感器技術、嵌入式系統和通信技術在人類的生產、生活中起到了不可替代的作用。而物聯網這一新興概念雖然只有二十年的歷史,但其發展勢頭迅猛,中國和美國先后將發展物聯網確定為國家級戰略、谷歌、蘋果等科技巨頭紛紛了自家的物聯網產品就是最好的佐證。目前,電子信息技術在物聯網領域的應用主要集中在通過通信技術實現線上訂貨,通過互聯網和大數據分析來實現智能運輸,通過條形碼技術實現貨物的識別和追蹤,真正的“物物相息”任重道遠,需等到電子信息和計算機科學的發展由量變產生質變。