《物联网智能硬件系统及其应用》着眼于物联网工程中物联网智能硬件系统的框架结构及标准体系，针对其中感知技术、传输方法、智能处理等基础理论和方法加以论述，对于目前研究的热点——以智能机器人及其网络控制系统与硬件半实物仿真为核心的物联网硬件智能化平台等问题做了较为详细的介绍，并分析总结了作者长期在智能家居、养老服务等实际应用领域的研究，以帮助读者深入理解物联网智能硬件系统的基础架构和应用技术方法。
《物联网智能硬件系统及其应用》可供高等院校物联网工程、计算机、自动化、通信及电子信息、智能科学、人机交互技术等专业的教师、研究生，以及相关领域的工程技术人员阅读。

前言
第1章 绪论1
1.1定义与发展概况1
1.2框架结构与标准体系4
1.2.1框架结构4
1.2.2标准体系6
1.3关键技术和应用领域7
1.3.1关键技术与应用基础7
1.3.2应用领域8
第2章 条形码技术与射频识别技术10
2.1条形码技术10
2.1.1编码协议10
2.1.2系统结构14
2.1.3关键技术与应用15
2.2射频识别技术17
2.2.1应答器与阅读器原理18
2.2.2天线技术21
2.2.3中间件25
2.3物联网技术在井下定位系统中的应用30
2.3.1井下定位的发展趋势30
2.3.2井下定位系统的需求研究31
2.3.3基于物联网技术的井下定位系统总体设计34
2.3.4基于物联网井下定位系统的实施42
2.3.5软件系统的设计44
2.3.6屏幕显示终端47
第3章 传感器技术48
3.1传感器的特性48
3.1.1传感器的组成48
3.1.2传感器的分类49
3.1.3传感器的静动态特性51
3.2常见传感器54
3.2.1热电式传感器54
3.2.2应变式传感器56
3.2.3磁敏式传感器57
3.2.4压电式传感器58
3.3传感器技术在老年服务机器人系统中的应用60
3.3.1老年服务机器人系统软硬件架构60
3.3.2老年服务机器人硬件系统设计实现66
3.3.3应用程序功能设计实现82
第4章 智能传感器与传感器网络103
4.1无线传感器网络103
4.1.1无线传感器网络概述103
4.1.2无线传感器网络安防节点105
4.2无线传感器网络安防服务器管理系统程序设计122
4.2.1管理系统功能概述与设计122
4.2.2安防Agent应用程序开发123
4.2.3无线传感器网络安防远程查询终端开发132
4.2.4无线传感器技术体系140
4.3无线传感器网络的通信协议与技术标准150
4.3.1无线传感器网络的路由协议与MAC协议150
4.3.2IEEE 802.15.4标准154
4.3.3ZigBee协议规范157
4.4智能传感器在家居控制系统中的应用158
4.4.1智能网关158
4.4.2设备安全模块162
4.4.3用户终端165
4.4.4智能家居系统总体结构175
4.4.5服务器系统设计178
4.4.6家庭系统设计180
4.4.7中心服务的实现186
4.4.8家庭网关程序的实现191
4.4.9客户端的设计实现201
第5章 网络控制系统及硬件半实物仿真208
5.1网络控制系统208
5.1.1网络控制系统的组成与结构208
5.1.2网络控制系统的特点209
5.1.3网络控制系统的基本问题210
5.2核心基础模型211
5.2.1异质网元的数据交换211
5.2.2不确定信息的交互适配212
5.2.3动态环境的服务自适应212
5.3硬件半实物仿真在机械臂网络控制系统中的应用212
5.3.1机械臂模型建立212
5.3.2机械臂轨迹规划217
5.3.3系统设计与实验验证226
第6章 物联网硬件智能化平台231
6.1物联网硬件智能化平台搭建231
6.1.1主从异构遥操作机器人平台231
6.1.2机器人运动学分析234
6.1.3手眼协调的主从异构映射方法分析247
6.1.4自主可变比例系数混合映射算法255
6.2遥操作系统实验验证261
6.2.1混合映射算法分析262
6.2.2逆运动学优化分析265
6.2.3执行器半实物仿真平台验证268
参考文献271

前言

物联网工程是继计算机、互联网之后的又一次信息科学技术的革命，是自动化、信息化和智能化的深度融合，其现实目标是实现实时获取任何时间、任何地点以及任何需要监测控制、连接联动、相互作用的物体或过程的信息，采集声学、光学、热学、电学、力学、化学、生物学、地理学等各种模态的传感信息，通过各种各样的网络连接手段和方法，实现物体与物体、物体与人员之间的泛在链接和具身智能服务，实现以人为中心的人-机-物-环等的智能化感知、传输、识别、预测、管理、调控、优化与智能决策等。针对以上物联网工程应用技术与学科理论的发展需求，《物联网智能硬件系统及其应用》从感知控制层、网络传输层、应用服务层等整体架构上进行剖析与解构，物联网智能硬件平台基础技术包括RFID技术、MEMS技术、M2M技术等，从物联网工程综合硬件平台发展方向、物联网工程平台环境、物联网工程热点方向等多个角度出发，结合物联网工程整体系统思维，由嵌入式系统的模块单元、树莓派系统、移动机器人综合平台，完成从物联网实际应用项目需求分析到系统方案设计、实现、测试验证以及项目演示，帮助读者全面掌握物联网工程领域综合硬件平台系统的核心技术。
《物联网智能硬件系统及其应用》的研究内容具有工程技术实用性和典型的交叉性，涉及计算机科学与技术、自动化信息感知技术、网络技术、信息处理技术等多个学科领域。全书共分为6章。第1章介绍了物联网智能硬件平台系统所涉及的框架结构、标准体系、关键技术以及应用领域的相关理论和综合方法；第2章介绍了物联网智能硬件平台系统中的条形码技术、射频识别技术以及中间件与天线技术；第3章和第4章介绍了通用传感器技术基础理论和基本结构与关键应用特点，以及在老年服务机器人系统、家居控制系统中的集成综合应用；第5章和第6章构建了物联网网络控制系统的半实物仿真平台等。
《物联网智能硬件系统及其应用》充分借鉴CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，构思、设计、实现、运作）工程实践能力一体化培养理念，注重理论与实践相结合，实用性强。同时，本书的学术思想较为先进，内容新颖，材料丰富，理论与实际应用紧密联系，结构合理，从基础理论与技术向应用方法逐步深入，具有一定的理论价值和实际应用意义。读者既可以从中把握本领域的前沿进展，也可以选择需要的研究方向进行深度学习。
感谢京津冀基础研究合作专项项目（F2024202118）的支持和资助。
《物联网智能硬件系统及其应用》内容涉及多个学科前沿，知识面较为广泛，但作者的水平能力有限，书中有些观点和见解难免有不妥之处，敬请各位专家及广大读者给予批评指正。

作 者
2025年12月