一文掌握明年物联网传感器市场，一文读懂物联网的关键技术

来源：头条浏览：0 2022-12-03 03:38:01

近年来智能硬件在中国市场发展迅速，这些智能硬件是如何工作的呢？本文将智能硬件扩展到他的基础技术，分阶段，从物联网机制的角度，说明智能硬件在我们的生活中是如何发挥作用的，供感兴趣的伙伴阅读

前言近年来，智能硬件在中国市场发展迅速，比较火爆，基本上我们日常生活中能看到的都能变成智能硬件，市场上智能硬件层出不穷，丰富多彩，“万物皆智能”

一个数据：中国智能硬件市场发展迅速，有数据显示，2020年智能硬件市场规模约为10767亿元，2017-2020年复合增长率为39%。随着科学技术的发展和智能终端产品多样化的发展趋势预计2022年中国智能硬件市场规模将达到15787亿元目前，市场上智能硬件的普及程度开始上升，产品种类更加多样化。在消费者升级趋势下，智能硬件作为优质产品更受青睐，市场稳步扩大。

2020年，我国智能硬件行业以智能家居设备为主，占比30.6%；其次是智能可穿戴设备，占20.0%。随着国家大力推进“中国智慧建设”，一系列政策利好，预计未来增长空间较大的细分领域包括智能穿戴设备、智能家居设备等。

预计从2026年到2026年，中国智能硬件行业的市场规模将迅速发展，以20%的年均复合增长率，预计到2026年中国智能硬件行业的市场规模将达到2万亿元。

在我们的生活中为我们提供便利的这些智能硬件他们是如何工作的，本文将智能硬件扩展到了他的基础技术，经过层层递进，从物联网的工作原理角度来看智能硬件是如何在我们的生活中

一、硬件智能硬件是基于硬件的，所以首先需要弄清楚什么是硬件，以及他是如何发展的。

从学术角度看，硬件是计算机硬件的简称，是计算机系统中由电子、机械及光电子元器件等组成的各种物理装备的总称，是人类处理运算、存储资料的重要部件。简而言之，硬件的功能是输入和存储程序、数据，然后运行程序将数据加工成可用的形式。从外观上看，目前的微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘、光驱、各种扩展卡、电缆、电源等；外部设备包括鼠标、键盘等。

从广义的角度，进一步扩大硬件这个范围，纵观整个计算文明的发展，可以追溯到半导体时代，信息技术最早源于半导体，半导体材料的发明对20世纪的人类文明产生了巨大的影响。 1833年，英国科学家巴拉迪首先发现了硫化银材料的半导体现象，至今半导体已成为不可缺少的基础材料。目前，大多数电子产品和计算机组件中都存在半导体。可以说半导体为三次计算文明( PC互联网、移动互联网、元宇宙)奠定了基础。

ps :半导体的作用是成为信息处理的元件材料。目前，世界上许多电子产品，如计算机、手机、数字记录器的核心单元都是利用半导体电导率的变化来处理信息的。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅在各种半导体材料中，在商业应用中最具影响力。可由半导体制造的元器件、集成电路等是电子工业的重要基础产品。

半导体材料、器件、集成电路的生产和科研已经成为电子工业的重要组成部分。集成电路是半导体技术发展中最活跃的领域，已经发展到了大规模集成的阶段。几平方毫米的硅片上可以制作数万个晶体管，一块硅片上可以制作一台微信息处理器，完成其他复杂的电路功能。

集成电路的发展方向是实现更高的集成度和微功耗，使信息处理速度达到皮秒级。微波器件半导体微波器件包括接收、控制、发射器件等。毫米波段以下的接收器件已经广泛使用。在厘米波段，发射器件的功率已经达到几瓦，人们通过开发新器件和发展新技术获得了更大的输出。电子器件半导体发光、成像器件和激光器件的发展使光电子器件成为了一个重要领域。它们的应用范围主要是光通信、数字显示、图像接收、光集成等。

半导体存储器在第四次工业革命背后的科学技术发展中起着重要的作用。例如，大数据、人工智能( AI，Artificial Intelligence )、物联网( IoT，Internet of Things )、智能工厂、自动驾驶汽车等。因此，近年来半导体存储器的重要性和需求日益增长，预计未来将迎来更大的增长，推动创新技术的发展，形成突破现阶段能力基础的驱动力。

这就是为什么半导体近年来如此重要。

二、了解什么是智能硬件，看看什么是智能硬件。

智能硬件是继智能手机之后的科技概念，通过软硬件相结合，改造传统设备，使其具有智能功能。接下来，硬件具备连接能力，实现互联网服务的加载，形成“云端”的典型框架，具备大数据等附加值。智能硬件移动APP应用是软件，通过APP应用连接智能硬件，操作简单，开发简单，各种APP应用层出不穷，也是企业获得用户的关键010-3110

智能硬件以平台性底层软硬件为基础，以智能传感器互联、人机交互、新型显示和大数据处理等新一代信息技术为特征，以新设计、新材料、新工艺的硬件为载体随着技术升级、相关基础设施建设和应用服务市场的成熟，智能硬件的产品形态将从智能手机扩展到智能穿戴、智能家居、智能车载、医疗健康、智能无人系统等，成为信息技术与传统产业融合的交汇点

三、物联网智能硬件是什么？我们把另一个概念放大就是物联网( LOT )，智能硬件产品是物联网应用落地的体现方式之一。要知道智能硬件的基础，就需要设计技术-物联网。目前，智能硬件都是基于物联网技术的底层逻辑进行信息交互，虽然还没有达到万物互联的状态，但已经走上了物体互联的道路。例如，天猫精灵可以控制电视、窗帘、灯具等。

那么物联网是什么呢？

物联网( IoT，Internet of things )即“万物相连的互联网”，是以互联网为基础的扩展网络，由各种信息传感器装置和网络组合而成的巨大网络

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT界又称“泛互联”，是物联网、万物皆有之意。由此，“物联网是物联网的互联网”。这有两层含义：

物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上扩展的网络；该客户端扩展到任何物品和物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备，按照约定协议，将任何物品与互联网连接，进行信息交换与通信，实现物品的智能识别、定位

四、物联网的发展历史物联网的发展对很多人来说可能是这几年的事了，其实物联网的发展已经走过了22年。

1900年，卡内基梅隆大学的程序员把可口可乐的自动售货机连接到了互联网上，让工程师不用下楼梯就能知道可乐的剩余量。这是名义上最早的物联网设备。

1991年，来自英国剑桥大学的特洛伊咖啡壶引起了100万人的关注。剑桥大学的科学家编写了一个程序，用便携式摄像机捕捉图像，并以每秒三帧的速度传输到计算机，看看咖啡是否煮好了。这是世界上第一个网络摄像头。

1995年，微软帝国的创始人比尔盖茨写下了震惊世界的未来之路。在这本书里，比尔盖茨也提到了物联网的构想。

1998年，英国工程师Kevin Aston担任P&；在g公司的演讲中首次提出了物联网的概念，所有物品通过射频识别等信息传感器设备与互联网连接，实现了智能化识别和管理。这位工程师因此也被称为“物联网之父”。

2003年，美国的技术评论称传感器网络技术将成为未来改变人们生活的十大技术之首。

2005年，在突尼斯召开的信息社会峰会上，国际电信联盟发表了《ITU因特网报告2005》正式提出了物联网的概念。报告显示，泛在的物联网通信时代即将到来。

2009年，IBM提出物联网战略智慧地球，标志着物联网进入快速发展期

2013年，谷歌眼镜发布。这是物联网和可穿戴技术的革命性进步。

2014年，亚马逊发布了Echo智能音箱，开启了智能音箱和智能家居时代。

2015年至2018年间，阿里巴巴、百度、腾讯相继成立了IOT物联网事业部。

2019年，沃达峰发布了2019年物联网报告，调查显示，超过1/3的公司目前正在使用物联网。

物联网经过22年的发展，特别是这几年广泛应用于我们的生活中，他到底是如何运作的呢？

五、物联网到底是如何运作的？简单来说，物品因特网是具有唯一标识符( UID )的设备，其可通过网络传送并计算数据。另外，支持APP应用网络(即输入输出控制终端)，可以基于现有的手机、PC等终端来进行)的控制、回波，更简单地说，可以通过智能硬件收集到的数据和网络

下图直观地显示了物联网是如何工作的。

六、物联网的关键基础技术是物联网运行的原理，物联网运行基于硬件、网络、云计算等硬件条件，而实现物联网正是这些众所周知的

实现物联网所需的核心三层结构，首先需要传感器网络，以二维码、射频识别技术( RFID )传感器为主，实现“物”的识别；其次是传输网络。通过现有的互联网、广电网络、通信网络或未来的下一代网络( NGN )实现数据的传输和计算。第三，APP应用网络，即输入/输出控制终端，可基于现有的移动电话、C等终端。物联网的核心技术也以这三层为中心取得突破。

接下来，让我简单介绍一下围绕这三层结构的技术。这些技术才是物联网的基础依托，是物联网实现“万物互联”的基础。

1、射频识别技术的每个智能硬件都有自己的唯一代码，用以标识硬件是声学还是手机，要实现这一唯一标识就需要依靠射频识别技术。

射频识别技术( Radio Frequency Identification，简称RFID )是一个简单的无线系统，是通过射频无线信号自动标识目标的非接触式自动识别系统，有一个询问器(或读写器)和多个应答器

读写器可以识别各种标签，每个标签具有对于扩展词条唯一的电子线，是附着在物体上识别目标对象，通过天线将射频信息传递给读写器，由读写器读取信息的设备。

射频技术原理图

RFID技术使物品能够“开口说话”。这赋予了物联网特性，赋予了可追踪性。人可以随时掌握事物的正确位置及其周边环境。

射频技术在我们的日常生活中提供了很大的便利，例如在我们大家都熟悉的物流行业，射频识别技术可以结合全球卫星定位系统，全面可视化跟踪物流运输过程。当贴有电子标签的物流大卡车经过每个带有无线信号读写器的城市转运点时，装有快递的大卡车不会停下来，而是直接经过，让你知道哪个快递到达了哪个城市的哪个转运点。同时，将最新的物流信息更新到我们的手机上，不仅可以节省通关的时间和劳动力，还可以更及时地知道自己的快递到达了哪里。

RFID技术在国外起步较早，但在中国起步较晚。但是，中国不仅在很短的时间内取得了显著的成绩，掌握了高频芯片的设计技术，成功实现了产业化，而且超高频核心行业已经开发完毕。 RFID技术已在我国投入使用，并已推广到我国二代身份证、中国列车管理系统、智能交通、城市建设、移动支付等多个领域。如今，RFID技术已经融入人们生活的方方面面，它给我们带来的方便快捷已经让我们深刻感受到了今天生活的美好。

2、传感器技术在物联网中，传感器是必不可少的。传感器技术使硬件具有“感觉”，并且将硬件感知到的“感觉”转换为数据，传递到网络进行处理。这基于MEMS技术。

MEMS是microelectromechanical systems (微机电系统)的缩写。是由微传感器、微驱动器、信号处理与控制电路、通信接口和电源等部件组成的一体化微器件系统。

集信息获取、处理和执行于一体，组成多功能的微系统，集成到大系统中，将模拟信号转换为数字信号供计算机进一步处理，大大提高了提高系统的自动化、智能化和可靠性水平因为MEMS赋予了普通物体新的生命，拥有自己独特的数据传输路径、存储功能、操作系统和专用的APP应用，形成了巨大的传感器网络。由此，物联网可以通过物品实现对人的监控和保护。

典型传感器包括热敏传感器、光敏传感器、气敏传感器、力敏传感器、磁敏传感器、湿度传感器、声学传感器、放射线传感器、视觉传感器和味觉传感器。

例如，酒后驾驶时，如果在车和车的点火钥匙中嵌入微型传感器，酒后司机取出车钥匙时，钥匙会通过气味传感器感知到酒味，并立即用无线信号通知车“停止起步”，车处于休息状态。同时，给亲朋好友发短信告知司机所在位置，提醒亲朋好友尽快响应。

在物联网时代，通过感知识别技术可以实现物与物之间的信息交互，是融合物理世界和信息世界的重要环节，是物联网区别于其他网络最独特的部分。可以说传感器技术给物联网带来了新的发展契机。

3、M2M技术要实现物联网，乃至“万物互联”，必须涉及到一个话题。是连接，基于连接的技术称为M2M技术。

m2m (机器到机器)技术是设备之间的通信。也就是说，m2m是无线通信和信息技术的集成，实现了系统、引导终端设备、后台信息系统和操作者之间的信息共享。提供这四者之间的无线连接是实现数据传输的必要条件，基于云计算平台和智能网，基于传感器网络获取的数据进行决策，改变对象行为控制和反馈

M2M技术涉及机器、M2M硬件、通信网络、中间件和APP应用五个关键技术部分。

1 .机器

实现M2M的第一步是从机器/设备中获取数据并通过网络发送。让机器“开口说话”，具备信息感知、信息加工(计算能力)、无线通信能力。

2.M2M硬件

M2M硬件是使设备具有远程通信和网络功能的部件。主要进行信息提取，从各种机器和设备中获取数据，并传输到通信网络。 M2M硬件有五种：嵌入式硬件、可组装硬件、调制解调器( Modem )、传感器和标识。

嵌入式硬件：嵌入机器，具有网络通信功能。典型的产品是支持GSM/GPRS或CDMA无线移动通信网络的无线嵌入式数据模块。可组装硬件：在M2M的工业APP应用中，制造商拥有大量不具备M2M通信和网络连接能力的机器设备，可改造硬件被设计为满足这些设备的网络通信能力。调制解调器(调制解调器)上述嵌入式模块在向移动通信网络传输数据时用作调制解调器。要通过公共电话网或以太网发送数据，每个都需要相应的调制解调器。传感器：传感器可以分为普通传感器和智能传感器两种。智能传感器( Smart Sensor )是指具有感知能力、计算能力、通信能力的微传感器。由智能传感器构成的传感器网络( Sensor Network )是M2M技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器通过ad hoc方式构成无线网络，共同感知、采集、处理网络覆盖地理区域的感知目标信息，并分发给观察者；也可以通过GSM网络和卫星通信网络向远程的IT系统传达信息。识别标识( Location Tags ) )识别标识就像每台机器、每件商品的“身份证”，使机器之间能够相互识别和区分。诸如条形码技术、射频识别卡射频识别( RFID )技术之类的公知技术。标志技术已经被广泛用于商业库存和供应链管理。 3 .通信网络

通信网络包括广域网(无线移动通信网络、卫星通信网络、因特网、公用电话网)、LAN (以太网、无线LANWLAN、蓝牙)、ZigBee、传感器网络

4 .中间件

中间件包括M2M网关、数据收集/集成部件两部分。网关是M2M系统的“翻译人员”，它从通信网络中检索数据并将数据传输到信息处理系统。的主要功能是完成不同通信协议之间的转换。

5 .应用

数据收集/集成部件用于将数据转换为有价值的信息。对原始数据进行不同的加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括数据分析和业务智能部件、异常报告和工作流部件、数据仓库和存储部件等。

M2M在家庭应用领域已实现日常水电燃气计量仪表，利用M2M器件实现自动抄表，并集成GPRS模块和CDMA模块，作为数据的远程传输通道，直接与银行服务业收费系统联网，代替人力

就智能停车场而言，车辆进入或退出天线通信区域后，天线与电子识别卡通过微波通信进行双向数据交换，从电子卡上读取车辆信息，从司机卡上读取司机信息，电子卡和司机卡判断车卡是否有效和司机卡的合法性，车道控制计算机在该电子卡和司机卡上一一对应的车牌号码和司机等资料信息；车道控制计算机在通过时间将车辆和驾驶员的相关信息自动保存到数据库中，车道控制计算机根据读取的数据判断是正常卡、非法卡、无卡还是非法卡，并做出相应的应对措施和提示。

此外，家中老人戴上内置智能传感器的手表，在国外的孩子可以随时使用手机。查询父母血压、心率稳定吗；智能家居在主人上班时，传感器会自动关闭水电门窗，定时向主人的手机发送消息，报告安全情况。

因为有了M2M这个技术，硬件就可以自己发声了，硬件也可以有自己的表现了。

4、云计算假设我们的智能硬件——智能音箱遍布每个家庭，那么智能音箱收集的信息在传输到网络后再处理反馈。如果基于智能音箱自身和家庭网络的计算能力和处理能力，可能会出现更大的延迟，导致用户体验差。为了减轻智能硬件的负担，物联网需要基于云处理海量数据并反馈给智能硬件。这个技术被称为云计算。

云计算( cloud computing )是一种分布式计算，它通过网络“云”将庞大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后由多个服务器系统进行处理和分析

在云计算的早期，简单地说，就是简单的分布式计算、任务分发解决和计算结果的集成。云计算也称为网格计算。通过该技术，可以在短时间(数秒)内处理数万份数据，实现强大的网络服务。

云计算的核心理念之一是不断通过“提高云”的处理能力，不断减少用户终端的处理负担，最终简化为一个简单的输入输出设备，按需提供“云”强大的计算能力物联网感知层获取大量数据信息，通过网络层传输后，放在标准平台上，利用高性能的云计算进行处理，赋予这些数据智能，才能最终转化为对最终用户有用的信息

现在才知道，正是因为有了这些基础技术的支撑和进步，近年来智能硬件才兴起了一股发展之风，给我们的生活、工作、生产带来了源源不断的便利。

七、硬件/机器发展的本质是为人服务，人机交互技术出现前后差距还是很大的，我们进入了一个全新的智能世界。

在人机交互硬件出现之前，早期的硬件其实是功能型的工具，与人交流是单向的，更多的作用是增强人的体力能力。例如遥控器等，人使用的机器和电气化机器只能算作工具，机器的运行步骤仍然需要人的实时控制，机器起到辅助/替代人的体力劳动的作用。

硬件智能时代开始后，交互硬件重塑人与人之间的关系，建立信任关系。从机械化到智能化的发展，特别是有了人工智能技术的加持后，人类具备了认知、思考、执行的能力，不仅使人类实现了体力的进化(力量的放大)，相反，还能作用于人，增强人类在头脑方面的能力。

关于智能硬件的发展，预测大致可以分为三个阶段，第一个阶段是现有产品的性能升级和智能改造，第二个阶段是在新技术的推动下，诞生了不同于过去的新产品，这些产品可以取代人工；第三阶段是更加发展的广义机器人，逐渐具有与人脑相同的智能能力，能够积极进行决策。

目前的人工智能技术可以替代呼叫行业等一些行业的人工劳动，这意味着以AI为核心的智能硬件开始越来越智能化。