物联网应用技术培训课件

物联网应用技术培训课件第一章物联网基础概念与架构物联网定义与三层架构什么是物联网？三层架构体系物联网（）是指通过信息传感设备，按约定的感知层负责信息采集与物体识别，包括各类传感器、标签、摄像Internet ofThings,IoT RFID协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能头等设备化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念网络层负责信息传递与处理，包括互联网、移动通信网、无线传感网等物联网的本质是万物互联，让物理世界与数字世界深度融合，实现人、机、物的智能协同物联网关键技术概览数据采集技术数据传输技术传感器技术是物联网的眼睛和耳朵，包括温度、湿度、压力、光多样化的通信协议满足不同应用需求适合短距离、低功耗ZigBee照等各类传感器射频识别技术实现非接触式自动识别，广泛场景；支持广域覆盖；提供超高速、低时延连接，是未来RFID NB-IoT5G应用于物流追踪、门禁系统等场景物联网发展的重要支撑数据处理技术安全防护技术云计算提供强大的计算和存储能力，大数据技术从海量数据中挖掘价值边缘计算将数据处理下沉到网络边缘，降低时延，提升响应速度物联网发展趋势与行业影响随着、人工智能、边缘计算等技术的快速发展，物联网正在经历爆发式增长芯片成本持续下降、通信网络日益完善、云平台能力不断增强，这些因素共同推动物联网从概5G念走向大规模商业应用300B+$

1.1T60%全球设备数量市场规模企业采用率预计到年全球物联网连接设备将突破亿台，全球物联网市场规模将超过万亿美元，成为数字经济超过的企业已经或计划部署物联网解决方案，推动

20253001.160%形成庞大的万物互联生态系统的重要增长引擎数字化转型典型应用领域行业变革影响智能制造设备预测性维护、生产流程优化、质量实时监控物联网技术正在深刻改变传统产业模式，提升运营效率、降低成本、创造新的商业机会从产品制造到服务交付，从资源管理到用户体验，物联网为各行业注入智能化基智慧城市智能交通、环境监测、公共安全管理因智能农业精准灌溉、土壤监测、智能温室控制物联网三层架构深度解析感知层网络层物联网的神经末梢，负责采集物理世界信息传输的高速公路，整合各类通信网的各类信息，包括传感器网络、络资源，实现数据的可靠传输和初步处RFID系统、条码识别、视频监控等设备，是理，支持海量设备的接入和管理数据的源头应用层智能服务的展现平台，根据行业需求提供定制化解决方案，实现数据的深度分析和智能决策，创造实际业务价值第二章核心技术详解系统——SCADA监控与数据采集系统（）是工业自动化的核心支柱，广泛应用于电力、石油、SCADA化工、水处理等关键基础设施领域系统通过实时监控、远程控制和数据分析，SCADA确保工业过程的安全、高效运行本章将深入探讨系统的架构、功能、应用实SCADA践以及安全防护策略系统组成与功能SCADA人机界面（）可编程控制器（）远程终端单元（）HMI PLCRTU提供图形化操作界面，实时显示工艺工业控制的大脑，执行逻辑控制程序，部署在现场的数据采集与控制设备，流程、设备状态和报警信息，操作员处理传感器信号，控制执行器动作，采集传感器数据，执行远程控制命令，可通过进行远程控制和参数设定具有高可靠性和实时响应能力适用于分散、偏远的监控点HMI通信网络应用软件连接各层级设备的信息通道，支持多包括实时数据库、历史数据库、报表种工业协议（、等），系统、报警管理等模块，实现数据存Modbus Profibus确保数据的可靠传输储、分析、可视化和决策支持核心功能体系实时监控连续采集和显示生产过程参数报警管理异常情况即时提醒和记录远程控制通过网络远程操作现场设备数据记录历史数据存储与趋势分析在工业自动化中的应用案例SCADA某大型化工厂生产线监控与控制项目该化工厂面临生产过程复杂、安全要求高、设备分散等挑战通过部署系统，实现了对反应釜、蒸馏塔、储罐等关键设备的集中监控和自动化SCADA控制，显著提升了生产效率和安全水平010203需求分析与方案设计设备选型与采购系统集成与编程深入调研生产工艺流程，明确监控点位和控制需根据现场环境和功能要求，选择工业级、高完成硬件安装和网络布线，开发控制程序和PLC PLC求，设计系统架构和网络拓扑，选择适配的硬件可靠性、防爆传感器等设备，确保系统稳定画面，配置通信参数，集成各子系统RTU HMI和软件平台运行0405测试与调试培训与上线运行进行单机测试、联动测试和压力测试，验证系统功能和性能，优化控制逻对操作人员和维护人员进行系统培训，制定操作规程和应急预案，系统正辑和报警阈值式投入生产运行项目成果系统上线后，生产效率提升，异常停机时间减少，能源消耗降低，为企业创造显著经济效益25%40%15%系统安全挑战与防护策略SCADA主要安全威胁典型安全事件网络攻击黑客利用系统漏洞进行恶意入侵、数据窃取或破坏性攻击年震网病毒攻击伊朗核设施，年乌克兰电网遭受网络攻击导致大规模停电，这20102015些事件凸显了工业控制系统安全的重要性和脆弱性内部威胁员工误操作、权限滥用或恶意破坏供应链风险第三方设备或软件存在后门或漏洞物理安全未授权人员接触关键设备多层次安全防护体系安全管理1应用安全2系统安全3网络安全4物理安全5采用纵深防御策略，从物理层到应用层构建全方位安全防护部署工业防火墙隔离控制网络与办公网络，使用入侵检测系统实时监控异常行为，对敏感数据进行加密传输和存储，实施严格的身份认证和权限管理，定期进行安全审计和漏洞扫描系统网络安全架构SCADA第一层物理隔离与边界防护控制网络与外部网络物理隔离，部署工业防火墙和安全网关，只允许授权流量通过第二层网络分区与访问控制将网络划分为不同安全域，实施隔离，配置访问控制列表（）限制跨域通信VLAN ACL第三层主机加固与应用保护安装工业防病毒软件，关闭不必要服务，实施应用程序白名单，防止恶意代码执行第四层数据加密与完整性保护对关键数据进行加密存储和传输，使用数字签名验证数据完整性，防止篡改第五层安全监控与应急响应部署安全信息与事件管理系统（），实时监测安全事件，建立应急响应机制快速处置威胁SIEM第三章核心技术详解技术及应——RFID用射频识别技术（）作为物联网的重要组成部分通过无线射频信号实现非接触式自RFID,动识别从图书馆管理到智能零售，从物流追踪到资产盘点，技术以其高效、准RFID确的特点，正在改变传统的识别和管理方式本章将系统介绍的工作原理、技术RFID分类、典型应用以及实施要点技术原理与分类RFID系统工作原理RFID系统由电子标签（）、读写器（）和后台应用系统三部分组成读写器发射特定频率的射频信号，标签进入磁场后获取能量并向读写器发送存储的数据，读RFID TagReader写器接收并解码数据后传输给后台系统进行处理被动式标签半主动式标签主动式标签无内置电池，依靠读写器发射的能量工作成本低、内置小容量电池，用于维持标签芯片工作，但仍需读配备大容量电池，主动发射信号读取距离远（可达寿命长，但读取距离较短（通常小于米），适用于写器提供通信能量兼顾成本和性能，读取距离可达米以上），可集成传感器，但成本高、体积大，适5100近距离识别场景米用于高价值资产追踪10-30频段特性对比频段低频（）高频（）超高频（）LF125-134kHz HF

13.56MHz UHF860-960MHz读取距离小于米小于米米以上

0.511-10抗干扰能力强，不受金属和液体影响较强较弱，易受金属和液体干扰数据传输速率低中等高典型应用门禁、动物标识图书管理、公交卡物流供应链、零售库存在物流与供应链管理中的应用RFID物流与供应链管理是技术最成熟、应用最广泛的领域传统的条形码需要逐一扫描且易损坏，而可以批量读取、RFID RFID穿透包装识别，大幅提升作业效率和准确性入库管理货物到达时，叉车经过门禁，系统自动读取标签信息，完成入库登记，无需人工逐件扫描，效率提升以上RFID80%库存盘点使用手持读写器或部署固定读写器，快速盘点货架上的商品原本需要数天的盘点工作，现在几小时即可完成，RFID且准确率接近100%拣货与分拣标签指引拣货人员准确定位商品位置，自动化分拣设备根据标签信息将货物送往相应区域，减少人工错误RFID运输追踪在关键节点部署读写器，实时获取货物位置信息，客户可通过系统查询物流状态，提升服务透明度和客户满意度RFID应用价值某大型电商企业部署系统后，仓库作业效率提升，库存准确率从提高到，年节RFID60%85%

99.5%约成本超过万元5000技术选型与部署要点RFID应用场景分析明确识别对象、读取距离、环境条件、成本预算等需求，评估是否存在金属或液体干扰，确定是否需要多标签同时读取频段与标签选择根据应用场景选择合适频段门禁、畜牧业选；图书、票务选；物流、零售选标签形态包括纸质标签、塑料卡片、陶瓷标签、柔性标签等LF HFUHF设备安装与配置读写器安装位置要避免信号盲区和干扰源，天线角度和功率需根据现场测试优化配置读写器参数，包括频率、功率、协议等系统集成与测试将系统与现有、等管理系统集成，开发中间件实现数据交换进行现场测试，验证读取率、误读率、漏读率等关键指标RFID ERPWMS培训与持续优化对操作人员进行培训，制定标准操作流程运行初期密切监控系统性能，根据实际情况调整参数，持续优化系统效果常见问题与解决成本控制策略标签碰撞使用防碰撞算法，确保多标签同时读取从高价值环节入手，先期小规模试点验证效果，再逐步推广选择性价比高的标签，通过规模采购降低单价考虑标签可重复使用性，适用于托盘、周转箱等场景金属干扰选用抗金属标签或调整安装位置液体影响选择低频标签或改变标签贴附方式物流应用场景展示RFID现代化仓储中心采用技术实现智能化管理，工作人员使用手持终端即可快速完成货物识别、定位和盘点固定式读写器部署在关键通道，自动记RFID录货物进出信息整个流程无需人工逐件扫描，大幅提升作业效率，降低人工成本和差错率95%70%99%识别准确率效率提升库存准确性系统识别准确率高达以上，远超传统仓储作业效率提升，人工成本显著降低库存数据准确性提升至以上，减少断货和RFID95%70%99%条形码积压第四章无线传输技术与嵌入式系统物联网设备的广泛分布和多样化需求，催生了丰富的无线通信技术从家庭内的、蓝牙，到城市级的、，再到高速的网络，ZigBee NB-IoT LoRa5G不同技术各有特色、互为补充与此同时，嵌入式系统作为物联网设备的核心，实现数据采集、处理和控制功能本章将详细介绍主流无线通信技术和嵌入式开发基础物联网无线通信技术技术蓝牙ZigBee Wi-Fi NB-IoT5G传输距离米米米公里数百米数公里10-10050-10010-1001-10-数据速率20-250Kbps150Mbps-1Gbps1-3Mbps20-250Kbps100Mbps-20Gbps功耗极低高低极低中等高-成本低中低中高典型应用智能家居、工业传感视频监控、高速数据可穿戴设备、音频智能抄表、环境监测车联网、工业控制技术选型考虑因素应用需求资源约束数据量视频传输选或，传感器数据选或功耗要求电池供电设备优选或Wi-Fi5G ZigBeeNB-IoT ZigBeeNB-IoT实时性高实时性需求选或，一般监测可选成本预算大规模部署关注单体成本5G Wi-Fi NB-IoT覆盖范围广域覆盖选或，局域网选或网络依赖和需运营商网络，可自组网NB-IoT5G ZigBee Wi-Fi NB-IoT5G ZigBee组网建议实际项目中常采用多种技术组合，如采集数据后通过网关上传云端，或设备定期上报数据，紧急情况通过实时传输ZigBeeWi-Fi NB-IoT5G嵌入式系统开发基础嵌入式系统概述嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统物联网设备绝大多数都是嵌入式系统123处理器架构常见接口操作系统系列低功耗、高性能，广泛用于物联网通用输入输出，控制、按键等开源实时操作系统，资源占用小ARM Cortex-M GPIOLED FreeRTOS设备串行通信接口，连接传感器和模块华为轻量级物联网操作系统UART/SPI/I2C HuaweiLiteOS开源指令集，灵活可定制RISC-V模数数模转换，处理模拟信号国产实时操作系统，生态丰富ADC/DAC/RT-Thread系列集成蓝牙，适合智能家居ESP Wi-Fi/华为简介LiteOS是华为面向物联网领域开发的轻量级实时操作系统内核体积小至，具有低功耗、快速启动、实时性强等特点提供丰富的组件和开发工具，支持多种芯片平台，拥有完善的安全机制和LiteOS,10KB云端一体化解决方案开发环境搭建开发流程下载和开发工具链硬件选型与电路设计驱动程序开发应用逻辑编写系统调试与优化功耗测试与验证

1.LiteOS SDK→→→→批量生产安装（如、或）→

2.IDE KeilIAR VSCode配置编译环境和调试器

3.导入示例工程，编译下载

4.物联网设备开发实战案例基于的环境监测节点设计STM32本案例设计一个环境监测节点，采集温度、湿度、等数据，通过无线网络传输到网关，最终上传云平台进行分析和展示设备采用电池供电，需具备低功PM

2.5ZigBee耗和高可靠性硬件设计通信协议选用系列低功耗，集成温湿度传感器、定义数据帧格式，包括设备、时间戳、传感器类型、数据STM32L MCUDHT22ID传感器、模块设计电值、校验码实现数据重传和错误恢复机制，确保可靠传输PM

2.5PMS7003ZigBee CC2530源管理电路，支持休眠唤醒1234软件开发测试验证基于开发，实现传感器驱动、数据采集任务、在实验室环境测试传感器精度、通信距离、功耗水平模拟LiteOS ZigBee通信协议栈采用定时唤醒机制，每分钟采集一次数据并发极端温湿度条件验证系统稳定性测得平均功耗，电515mA送池可用个月以上6技术要点低功耗设计关键在于选择低功耗和传感器，合理设置休眠策略，优化代码减少唤醒时间网络配置注意网络拓扑和路由策略，提高通MCU ZigBee信可靠性嵌入式硬件连接示意物联网节点硬件系统包括微控制器、传感器模块、无线通信模块和电源模块图中展示了开发板与各类传感器的典型连接方式数字传感器通过或接口连接，STM32GPIO I2C模拟传感器经采样，无线模块通过或通信合理的布局和可靠的接ADC UARTSPI PCB口设计是系统稳定运行的基础电源设计接口保护使用或转换器提供稳定在外部接口增加管或齐纳二极管LDO DC-DC TVS电压，添加去耦电容滤除高频噪声，保护，防止静电和过压损坏芯片，提设计电池管理电路实现低电量保护高系统可靠性调试接口预留或调试接口，方便程序下载和在线调试设计串口输出，便于查SWD JTAG看运行日志第五章物联网应用开发与系统集成物联网应用开发是将底层设备数据转化为业务价值的关键环节通过云平台的设备管理、数据分析、规则引擎等功能，开发者可以快速构建功能丰富的物联网应用本章将介绍主流物联网平台的使用，通过实战案例展示应用开发全流程，并探讨系统集成与运维的最佳实践物联网应用架构与平台介绍典型物联网应用架构应用层移动应用、数据可视化、业务逻辑Web/平台层设备管理、数据存储、规则引擎、服务API连接层设备接入、协议转换、安全认证设备层智能终端、传感器、控制器华为云平台核心功能IoT设备管理数据处理设备注册批量注册、证书管理、设备分组数据流转规则引擎、数据过滤、格式转换生命周期管理在线状态、固件升级、远程配置数据存储时序数据库、对象存储影子设备缓存设备状态，支持离线控制数据分析实时计算、离线分析、机器学习平台提供和接口，支持设备快速接入内置安全机制包括设备认证、数据加密、访问控制边缘计算能力可将部分处理下沉到边缘节点，降低时延和带宽消耗RESTful APIMQTT物联网应用开发实战智慧路灯应用开发示例Web智慧路灯系统通过物联网技术实现路灯的远程监控和智能控制，提升城市照明管理效率，降低能耗系统包括路灯控制器、云平台、管理界面三部分Web010203产品定义与设备模型设备端开发前端开发Web在华为云平台创建产品，定义设备属性（开关状态、基于协议开发设备端程序，实现设备注册、状使用框架开发管理界面，展示路灯地图分布、实IoT MQTTVue.js亮度、功率、故障码）、命令（开关灯、调节亮度）、态上报、命令接收集成光感传感器，根据环境光自时状态、历史数据曲线实现单灯控制、分组控制、事件（故障告警）生成设备接入信息动调节亮度定时任务设置功能0405后端开发消息推送与告警API开发后端服务，调用华为云获取设备数据、发送控制命令实现用配置规则引擎，当路灯故障或功率异常时触发告警通过向前端推送Node.js IoTAPI WebSocket户认证、权限管理、数据统计分析等功能实时消息，通过短信或邮件通知运维人员开发技巧使用平台提供的可大幅简化开发，注意处理设备离线、消息丢失等异常情况前端使用或轮询获取实时数据，平衡实时性和服务SDK WebSocket器负载物联网系统集成与维护系统集成实施流程需求调研了解业务需求、现场环境、已有系统、预算约束方案设计系统架构设计、设备选型、网络规划、接口定义设备安装现场勘查、设备安装、网络布线、供电配置系统调试设备连通性测试、功能验证、性能优化试运行小范围试运行、问题修复、系统完善正式上线全面部署、用户培训、文档交付故障诊断与运维常见故障类型远程运维支持设备离线检查电源、网络连接、设备状态建立远程运维平台，实时监控系统运行状态设置告警规则，异常情况自动通知提供远程诊断工具，支持日志查看、参数配置、固件升级定期生成运维报告，分析系统健康度数据异常传感器故障、采集程序、干扰影响bug控制失效执行器故障、命令传输失败、权限问题性能下降网络拥塞、服务器负载高、数据库慢查询建立完善的运维体系，包括监控平台、告警机制、应急预案、知识库定期进行系统巡检和性能优化，及时发现和解决潜在问题培养专业运维团队，确保系统长期稳定运行物联网项目规划与管理项目实施计划制定成功的物联网项目需要科学的规划和严格的管理项目周期通常包括立项、设计、开发、实施、验收五个阶段，每个阶段都有明确的目标和交付物立项阶段（周）1-21需求分析、可行性研究、项目立项、团队组建设计阶段（周）22-4系统架构设计、接口设计、数据库设计、设计UI开发阶段（周）4-83设备端开发、平台配置、应用开发、接口联调实施阶段（周）42-4设备安装、系统部署、集成测试、用户培训验收阶段（周）1-25功能验收、性能测试、文档交付、项目总结物料准备与采购进度跟踪与风险控制根据设计方案编制物料清单（），包括设备型号、数量、规格、预算选择可靠供应商，关注产品质使用项目管理工具（如、）制定详细进度计划，明确关键路径和里程碑定期召开项目例BOM MSProject Jira量、价格、交货期预留备品备件应对故障更换建立物料管理台账，跟踪采购、入库、领用、会，检查进度、协调资源、解决问题识别潜在风险（技术风险、进度风险、成本风险），制定应对措施10-15%库存情况建立变更管理流程，控制需求变更对项目的影响物联网项目管理全流程物联网项目具有设备种类多、技术跨度大、现场环境复杂等特点，需要系统化的项目管理方法从需求分析到方案设计，从开发实施到测试验收，每个环节都需要严密组织和精细管理需求管理进度管理成本管理详细记录用户需求，进行需求分析和评审，制定项目计划，监控执行进度，及时编制项目预算，控制实际支出，定期进行建立需求追踪矩阵调整资源分配成本核算质量管理团队管理制定质量标准，执行质量检查，持续改进优化明确角色职责，促进团队协作，激励团队成员成功要素明确的项目目标、科学的实施计划、高效的团队协作、严格的质量控制、及时的风险应对项目经理需要具备技术背景、管理能力和沟通技巧第六章物联网安全与未来发展趋势随着物联网规模的快速扩张，安全问题日益凸显从设备层到网络层，从平台层到应用层，每个环节都可能存在安全隐患与此同时，人工智能、、5G边缘计算等新技术的融合，正在推动物联网进入智能化、高速化的新阶段本章将探讨物联网安全挑战与防护策略，展望技术发展趋势和应用前景物联网安全技术与应对策略物联网面临的安全威胁设备层安全威胁网络层安全威胁设备被破解或篡改、固件漏洞、弱密码、物理攻击、侧信道攻击大量低成本设备缺乏数据窃听、中间人攻击、攻击、协议漏洞无线通信更容易被截获和干扰，网络DDoS安全设计，成为攻击入口边界模糊增加防护难度平台层安全威胁应用层安全威胁平台漏洞、数据泄露、滥用、身份仿冒云平台集中存储海量数据，一旦被攻破影应用程序漏洞、越权访问、恶意代码注入第三方应用集成增加攻击面，供应链安全风API响巨大险不容忽视全方位安全防护体系技术防护措施管理与运营措施数据加密传输层加密，存储层数据库加密，端到端加密保护敏感数据安全审计记录所有操作日志，定期审查分析TLS/SSL身份认证设备证书认证、双因素认证、生物特征识别漏洞管理及时更新补丁，修复已知漏洞访问控制基于角色的访问控制（）、最小权限原则应急响应建立安全事件响应流程和团队RBAC入侵检测部署系统，实时监测异常行为员工培训提升安全意识，规范操作行为IDS/IPS物联网安全是一个系统工程，需要从设计阶段就考虑安全性（）采用可信计算、安全芯片等技术增强设备安全，使用区块链技术提升数据可信度，利用进行智能威胁Security byDesign AI检测未来展望与驱动物联网新生态AI5G智能物联网时代AIoT人工智能与物联网的深度融合（）正在开启全新的应用场景边缘使设备具备本地智能决策能力，云端提供强大的数据分析和模型训练计算机视觉、语音识别、自然语言处理等技术赋能物联网应用，实现从万物互联到万物智AIoT AI AIAI联的跨越智能制造智慧城市驱动的预测性维护、质量检测、生产优化智能交通、智慧能源、公共安全智能化管理AI智能网联汽车智慧医疗自动驾驶、通信、智能座舱远程诊断、健康监测、智能康复辅助系统V2X机器人智能家居服务机器人、协作机器人的智能感知与决策语音控制、场景联动、个性化服务推荐赋能万物互联5G大规模连接超低时延高可靠性支持每平方公里百万级设备连接，满足海量物联网设备接入需求，推动端到端时延低至毫秒，支持实时控制应用远程手术、自动驾驶、工业提供的可靠性，满足关键业务对连续性和稳定性的要求，保障工5G5G15G

99.999%智慧城市、工业物联网规模化部署控制等关键应用成为可能业生产和基础设施安全运行结语迈向智能互联新时代物联网技术正在深刻改变我们的生产方式和生活方式，从智能家居到工业，从智慧城市到精准农业，物联网的应用场景不断拓展，为社会创造巨大价值

4.0赋能产业升级物联网技术推动传统产业数字化转型，提升生产效率、降低运营成本、创新商业模式智能制造、智慧物流、智能农业等领域正在经历深刻变革改善民生服务智慧医疗提升医疗服务质量和可及性，智能交通缓解城市拥堵，智慧环保改善生态环境，智能家居提升生活品质，物联网让城市更宜居、生活更美好驱动技术创新物联网促进多学科交叉融合，催生新技术、新产品、新业态、、区块链、边缘计算等技5G AI术与物联网深度融合，不断拓展应用边界物联网不仅是技术革命，更是思维方式的转变从连接物品到连接数据，从数据分析到智能决策，物联网正在重新定义人与物、物与物的关系作为物联网从业者和学习者，我们要紧跟技术发展趋势，持续学习新知识、掌握新技能通过理论学习与实践锻炼相结合，从基础技术到应用开发，从单一技能到综合能力，不断提升专业水平未来已来，让我们携手共建智能互联的美好世界，成为物联网应用技术的推动者和实践者！。