　　　　物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，在互联网和移动互联网高速发展的时代，几乎所有行业都有数据联网的需求，联网设备已经不再局限于智能手机和电脑等，而会覆盖到交通物流、智能家居、工业检测和个人健康等各种领域。物联网也由此成为下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。
　　本书由两位英国物联网技术专家合作编写，重点阐述了可以嵌入到物品中的计算机硬件，展示从原型系统设计与制作到成品制造与销售的全过程，适合从事物联网产品设计的软件工程师、Web开发人员、产品设计师、电子工程师和创客群体。即便是没有IT技术背景的读者，也能读懂本书大部分内容，对物联网这一激动人心的新兴技术有一个概貌性的了解。
　　

内容简介

　　《物联网设计从原型到产品》全面介绍了物联网装置从萌生想法到产品上市的全过程所需的各种知识和技能。主要内容包括：物联网概览，联网装置的设计原则，互联网的基础知识，原型系统的嵌入式软硬件、结构组件、在线组件的设计、开发或制作，嵌入式编程技术，物联网产品的商业模式，产品的生产制造过程，以及和物联网有关的道德伦理问题。
　　《物联网设计从原型到产品》的主要目标读者是：面对伴随物联网时代而来的硬件创业大潮，想把握其中各种机会的创业者和技术人员；物联网相关领域的从业者；对物联网感兴趣的创客、艺术家和设计师；从事与物联网相关的创新活动的大学和中学师生。

作者简介

　　Adrian McEwen 物联网专家，Arduino官网的Ethernet库管理者，Howduino物联网课程讲习班的组织者之一，在英国各地教授Arduino相关的课程。他曾在利物浦市中心的各个建筑物屋顶上巡视，并把Arduino传感器嵌入到城市的基础设施之中。
　　Hakim Cassimally 物联网爱好者，科幻小说作家，Perl语言忠实粉丝。他还创建了一个斯坦福大学的人工智能分布式学习课程的学习小组。
　　张崇明本科及硕士毕业于天津大学精密仪器与光电子工程学院，博士毕业于复旦大学计算机科学技术学院。在中兴通讯南京研发中心做过三年通信软件的开发。目前在上海师范大学信息与机电工程学院从事教学与科研工作。

精彩书评

　　★“如果你打算在业已到来的物联网时代把握住新的机遇，一定要看看这本书。”
　　——M.J.Loring

第一部分　原型阶段
第1章　物联网概览
1．1　物联网的应用范例
1．2　物联网的概念
1．3　物联网出现的技术背景
1．4　有魔力的物品
1．5　物联网的创造者
1．6　小结
第2章　联网装置的设计原则
2．1　环境计算和宁静技术
2．2　用魔法作隐喻
2．3　隐私
2．3．1　保守秘密
2．3．2　谁的数据
2．4　联网装置的Web思维
2．4．1　小块松散组合
2．4．2　因特网上的一等公民
2．4．3　优雅降级
2．5　功能可供性
2．6　小结
第3章　因特网原理
3．1　因特网通信概览
3．1．1　IP
3．1．2　TCP
3．1．3　IP协议栈
3．1．4　UDP
3．2　IP地址
3．2．1　DNS
3．2．2　静态IP地址分配
3．2．3　动态IP地址分配
3．2．4　IPv6
3．3　MAC地址
3．4　TCP和UDP端口
3．4．1　示例：HTTP端口
3．4．2　其他常用端口
3．5　应用层协议
3．5．1　HTTP
3．5．2　HTTPS：加密的HTTP
3．5．3　其他应用层协议
3．6　小结
第4章　原型设计与制作概述
4．1　快速搭建原型
4．2　熟悉程度
4．3　成本与开发难度
4．4　原型和产品
4．4．1　修改嵌入式平台
4．4．2　原型结构和批量个性化定制
4．4．3　迁移到云端
4．5　开源与闭源
4．5．1　为何选择闭源
4．5．2　为何选择开源
4．5．3　混合使用开源和闭源
4．5．4　在大众市场项目中选择闭源
4．6　利用社区资源
4．7　小结
第5章　嵌入式装置的原型开发
5．1　电子电路基础
5．1．1　传感器
5．1．2　执行器
5．1．3　原型电路的演进路线
5．2　嵌入式计算基础
5．2．1　微控制器
5．2．2　片上系统
5．2．3　选择平台
5．3　Arduino
5．3．1　在Arduino上做开发
5．3．2　硬件相关的一些介绍
5．3．3　开放性
5．4　树莓派
5．4．1　外壳和扩展板
5．4．2　用树莓派做开发
5．4．3　硬件相关的一些说明
5．4．4　开放性
5．5　BeagleBone Black
5．5．1　外壳和扩展板
5．5．2　在BeagleBone上做开发
5．5．3　硬件相关的一些说明
5．5．4　开放性
5．6　Electric Imp
5．7　其他值得关注的平台
5．7．1　手机和平板电脑
5．7．2　插头计算：始终在线的物联网
5．8　小结
第6章　原型系统的结构设计与制作
6．1　准备工作
6．2　画草图，迭代和探索
6．3　非数字化的方法
6．4　激光切割
6．4．1　激光切割机的选择
6．4．2　软件
6．4．3　铰链和接头
6．5　3D打印
6．5．1　3D打印技术的类型
6．5．2　软件
6．6　数控铣削
6．7　现有物品的循环再利用
6．8　小结
第7章　原型系统在线组件的设计
7．1　开始使用API
7．1．1　API的混聚
7．1．2　Web数据抓取
7．1．3　合法性
7．2　编写新的API
7．2．1　Clockodillo
7．2．2　安全
7．2．3　API的实现
7．2．4　使用CURL进行测试
7．2．5　进一步的工作
7．3　实时响应
7．3．1　轮询
7．3．2　COMET
7．4　其他协议
7．4．1　消息队列遥测传输
7．4．2　可扩展通信和表示协议
7．4．3　受限应用协议
7．5　小结
第8章　嵌入式编程技术
8．1　内存管理
8．1．1　内存类型
8．1．2　最大程度地利用RAM
8．2　性能和电池寿命
8．3　库
8．4　调试
8．5　小结
第二部分　产品阶段
第9章　商业模式
9．1　商业模式简史
9．1．1　空间和时间
9．1．2　从手工制作到批量生产
9．1．3　因特网时代的长尾效应
9．1．4　以史为鉴
9．2　商业模式画布
9．3　商业模式的用途
9．4　常见模式
9．4．1　制造销售
9．4．2　订阅
9．4．3　定制化
9．4．4　成为一种关键资源
9．4．5　提供基础设施：传感器网络
9．4．6　获取提成
9．5　为物联网初创企业筹资
9．5．1　业余爱好项目和开源
9．5．2　风险投资
9．5．3　政府投资
9．5．4　众筹
9．6　精益创业
9．7　小结
第10章　生产制造阶段
10．1　你要生产什么
10．2　设计套件
10．3　设计印制电路板
10．3．1　软件选择
10．3．2　设计过程
10．4　制作印制电路板
10．4．1　蚀刻电路板
10．4．2　电路板的铣加工
10．4．3　第三方制作
10．4．4　装配
10．4．5　测试
10．5　批量生产壳体和其他固定物
10．6　认证
10．7　成本
10．8　扩展软件
10．8．1　部署
10．8．2　正确性和可维护性
10．8．3　安全
10．8．4　性能
10．8．5　用户社区
10．9　小结
第11章　道德伦理
11．1　描述物联网的特征
11．2　隐私
11．3　控制
11．3．1　混乱的控制
11．3．2　众包
11．4　环保
11．4．1　实体装置
11．4．2　电子电路
11．4．3　因特网服务
11．5　解决之道
11．5．1　把物联网作为解决方案的一部分
11．5．2　谨慎乐观
11．5．3　开放物联网的定义
11．6　小结

精彩书摘

　　前面在定义物联网概念时，把它和稍早出现的普适计算做了对比。我们可以继续把它和比尔·盖茨在1977年提出的著名愿景“让每个家庭以及每个桌面上都有一台计算机”做比较，还可以把它和更早出现的观念“计算机是一种非常昂贵，专供大学、有前瞻性视野的全球化大公司和军方使用的机器”做比较。总之，为了更清楚地理解物联网和它适用的范围，花一点时间，从历史发展的角度审视一下物联网是值得的。
　　最初，技术的最大驱动力是人们对食物、水、温暖、安全和健康等的基本需求。打猎、觅食、生火、建屋、筑堡和医疗都来源于这些需求。后来，因为这些技术所需的资源并不总是分布在人们期望的地点和时间，让人们和他们的财产、牲畜和其他资源能够移动的技术就应运而生。贸易就是随着货物被从丰富和便宜的地方运到该类货物稀少和价格高的地方发展起来的。贮藏可以看作是货物在时间上的移动，例如，在丰收季节，食物丰富且价格便宜，就将食物储存到价格高企的冬季。
　　语言的产生方便了技术的交流，从此信息也成为了一种重要的资源。旅行者可以在交换货物和服务的同时传递消息，口述的传统风俗使得信息可以在时间上和空间上传播。文字的发明使得信息的交流更加重要，从古代的哲学家和诗人到当代的作者，都可以通过自己的文字和自传让自己的生命得以留存。从书面文字，到电报、无线电广播、电视，再到数字化的信息，有越来越多的技术支持信息的流动和使用信息做有趣的事情。
　　但前面所述的人们的各种基本需求并没有因为信息时代的到来而消失，将来也不会。人们现在仍然需要吃饭喝水，需要光和热，需要爱情和友情。人们仍然需要椅子、衣服和鞋子，需要各种交通和交流方式以及娱乐方式。这些事物的外在形式和具体细节将来会有所变化，但它们所解决的各种需求并不会变。
　　随着技术的发展，出现了新种类的物件。电话、收音机、电视、计算机和智能手机都是电子时代的产物。和大多数新技术一样，这些装置刚出现的时候很贵，之后其价格会一路下降。需求驱动了价格的下降，研究促进了优化和小型化。最终，原本需要用一个专门的装置实现的功能，现在可以作为另一个装置的附属功能实现，这种做法的可能性和可行性现在都没有问题。电视屏幕最初在起居室里会占据很大空间，现如今，平板电视面板不仅更省空间，而且这项技术已经变得无处不在。能够显示电视节目的高清显示器可以被嵌入到门框中或厨房设备中，而小屏幕显示器则出现在音乐播放器和手机中。
　　和计算机的情况类似，嵌入到装置中的通用芯片的生产成本也已经变得非常低廉，以至于你的洗衣机中可内置一台搭载Linux的计算机，超市的收银机可在Windows系统中运行，你的视频播放器可能运行的是苹果公司OS X系统的某个版本。但就像我们在前面已经间接表明的，仅仅有计算能力不是构成物联网的充分的前提条件，我们要看这个计算能力是不是一方面与传感器和执行器这样的与现实世界互动的实物相关联，另一方面又与因特网相接。能与网络服务或其他数据消费者快速共享和处理信息是物联网的重要标志。
　　我们举个例子，看一下汽车中的计算机。现代的汽车使用数量众多的传感器，对油量、胎压和发动机的内部进行检测，用来确定汽车的运行状态。除了做诊断测试，当处理器发现诸如车轮抱死或转速失控等情况时，由计算机控制的刹车装置可以协助司机处理故障。虽然涉及的数据处理和分析可能非常复杂，但都是本地信息的处理，终究是由汽车制造商编程设定的。也许你的汽车会使用GPS确定你的位置，这就会产生来自外部的数据（不一定与因特网相关）。出于保险和防盗的目的，高端的车型可以向跟踪服务商报告位置信息。这种情况下，汽车搭载的计算设备不仅可以被动消费数据，也可以和外部服务交换信息。当汽车上搭载的计算机和因特网相连时（定时地或持续地相连），就有可能提供根据实时路况调整行车路线这样的服务。虽然你的车载GPS设备可能已经提供了这些行车路线数据，但现在你可以根据附近其他联网司机的行为，对数据进行聚合，采用“社交化路线规划”的方式，实时地调整行车路线。把汽车内部的数据接入因特网，并且对这些数据进行处理和分析，与其他数据聚合和混合之后，将会开启各种可能性。这些可能性不仅仅是各个相关领域中业已存在的可能性，也包括我们还没能想到的新的可能性。因此，当你把处理器嵌入到物品或家电中时，这是一个真正的改变；当你再把处理器接入因特网时，这又是一个真正的改变。我们有必要了解一下，后面这个改变为什么会在现在这个时代出现。
　　上世纪80年代末，当因特网走出学术圈和军事领域，第一个商业化的因特网服务提供商（ISP）开始运作时，早期的因特网商业用户可能使用搭载英特尔i486处理器的计算机上网。这个i486处理器当时差不多要值1500英镑，是一部小汽车的价钱。现如今，相同计算能力的处理器芯片大约只值0.5英镑，只有一根巧克力棒的价钱。快速增加的处理能力和伴随而来的成本下降不是什么新发现，其实就是广为人知的摩尔定律（英特尔公司的联合创始人提出的经验规则，认为一枚芯片上可以容纳的晶体管数量每18个月会增加一倍）。
　　上述芯片价格的差别不仅仅只是一个程度的问题，它既是量变也是质变。这是一个长尾现象，我们已经到达了一个性价比的最佳位置。这意味着，把物品接入因特网的成本已经降到了一个很低的程度，给物品添加网络或计算能力近似于选择哪种材料和漆料，例如是否选用稍贵一点儿的木饰板。无论哪种选择都会增加一点产品的成本，但对消费者而言，增加的价值可不只是一点点儿。当接入因特网需要花费数千磅时，我们不会考虑给物品增加联网能力，但现在这样做的成本只有几十便士，接入因特网就成为了一种可选的功能。
　　可见，计算能力的价格已经下降到了一个负担得起的程度，这还不是故事的全部。从洗衣机到汽车，电子产品的制造商们开始把通用的计算机处理器嵌入到他们的产品中，因为他们发现，很多情况下，这样做比设计和使用专用的芯片划算。这些通用平台拥有的大量编程和调试资源，对爱好者们和原型系统设计市场很有吸引力，进而促进了微处理器市场的快速增长（我们将在第4章和第5章中介绍相关内容）。
　　和过去相比，接入因特网也变得更便宜更方便了。过去我们上网是使用拨号连接，既贵又慢。现在在英国，76%的成人使用宽带上网，能持续保持网络连接。有线形式的以太网提供了即插即用的联网体验。现在多数的家用路由器也提供Wi-Fi功能，免去了到处拉网线的麻烦。
　　位置固定、有因特网接入能力的计算机用来工作或学习是很方便的，但它们常常被家庭中的男性和年轻成员所占据，主要用来浏览网页或玩游戏。既然现在全家人都可以舒服地在客厅沙发或各自的房间里上网，人们就对使用网络更有信心，倾向于更多地使用网络了。
　　联合国欧洲经济局（UNECE）关于性别和计算机使用率的统计
　　在没有固定网络连接可用的环境下，移动网络被广泛使用。因为联网的需求非常巨大，甚至诸如空白频谱网络这样不太成熟的解决方案也已开始使用。空白频谱网络利用已淘汰不用的模拟电视网络所占用的频谱空间，弥补了联网频谱资源供给不足的缺口。
　　另一个起作用的因素是因特网平台的日益成熟。早期的Web应用只能通过浏览器使用。Web 2.0作为一项前瞻性的技术，除了带来“Web富应用”外，也使得利用应用编程接口（API）进行编程变得更为流行了。除了用户，其他程序也都可以通过使用API与网络服务交互，使用网络服务提供的功能。这就形成了一个完备的生态系统，其他网站可以通过综合多个网络服务的方式构建适合手机应用程序和联网装置使用的新Web应用。
　　随着因特网服务的成熟，用来构建和调整扩展这些服务的工具也日益完善。诸如Python/Django和Ruby on Rails等Web服务框架都允许快速构建在线组件的原型。与此类似，诸如亚马逊Web服务（AWS）这样的云服务，就是一种方便调整扩展的解决方案，即随着服务受欢迎程度的增加，可以在使用的同时方便地进行扩展。在第7章“原型系统在线组件的设计”中，我们将介绍面向物联网应用的Web编程。
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