本书为“物联网工程实战丛书”的第6卷。书中从物联网工程的实际需求出发，阐述了物联网智能硬件开发及智慧城市建设的相关知识和理念，告诉读者物联网的发展方向和实际应用。本书共9章，第1章为智能硬件概述；第2章介绍了智能硬件的理论基础；第3章介绍了智能硬件开发之物联网网关的设计；第4章介绍了智能硬件开发之医疗设备研发；第5章介绍了智能硬件开发之机器人研发；第6章介绍了智慧校园的相关知识；第7章介绍了智慧工厂的相关内容；第8章介绍了智慧农业的相关内容；第9章介绍了智慧城市建设的相关内容。本书适合作为高等院校物联网工程、通信工程、网络工程、电子信息工程、微电子和集成电路等相关专业的教材，也适物联网协议的研究者和物联网操作系统的研发人员阅读。另外，本书还适合作为智慧城市建设等政府管理部门相关人员的参考读物。

丛书序
序言
第1章 智能硬件概述1
1.1 智能硬件定义1
1.2 物联网的市场空间3
1.3 智能硬件创业机遇与挑战并存4
1.4 智能硬件发展趋势6
1.4.1 智能硬件产品问题分析7
1.4.2 智能硬件行业分析9
1.4.3 智能硬件的未来13
1.5 智能硬件创业策略14
1.5.1 寻找客户痛点14
1.5.2 智能硬件研发选择15
1.6 本章小结16
1.7 本章习题16
第2章 智能硬件理论基础17
2.1 人工智能起源17
2.2 人工智能发展18
2.2.1 人工智能发展趋势18
2.2.2 我国人工智能发展20
2.3 大数据智能理论23
2.4 跨媒体感知计算理论24
2.5 混合增强智能理论26
2.6 群体智能理论29
2.7 自主协同控制与优化决策理论33
2.8 高级机器学习理论37
2.8.1 高级机器学习介绍37
2.8.2 机器学习的研究范畴38
2.8.3 机器学习的一些常见算法39
2.8.4 物联网、人工智能与机器学习42
2.9 类脑智能计算理论45
2.9.1 类脑计划48
2.9.2 类脑科学49
2.9.3 类脑计算50
2.9.4 类脑智能51
2.9.5 类脑智能发展方向53
2.10 量子计算与人工智能55
2.11 人工智能关键共性技术57
2.11.1 知识计算引擎与知识服务技术57
2.11.2 跨媒体分析推理技术59
2.11.3 群体智能关键技术61
2.11.4 其他人工智能关键技术62
2.12 人工智能产业63
2.13 本章小结65
2.14 本章习题66
第3章 智能硬件之物联网网关设计67
3.1 物联网网关概述67
3.1.1 物联网网关的功能需求67
3.1.2 智能物联网网关的发展72
3.2 物联网通信协议75
3.2.1 HTTP协议75
3.2.2 CoAP协议76
3.2.3 MQTT协议（低带宽）77
3.2.4 DDS协议77
3.2.5 AMQP协议78
3.2.6 XMPP协议78
3.2.7 JMS协议79
3.3 物联网协议转换80
3.3.1 协议转换方法80
3.3.2 硬件设计案例81
3.3.3 协议转换案例82
3.4 物联网网关设计85
3.4.1 设计方法86
3.4.2 硬件设计87
3.4.3 软件设计88
3.4.4 层次结构89
3.4.5 交互流程91
3.4.6 系统实现92
3.5 物联网网关应用96
3.5.1 应用方向96
3.5.2 应用实例97
3.6 物联网网关参考设计99
3.6.1 家用网关参考设计99
3.6.2 能源网关参考设计101
3.6.3 NXP网关参考设计102
3.6.4 英特尔网关参考设计103
3.7 本章小结106
3.8 本章习题106
第4章 智能硬件之医疗设备研发107
4.1 概述107
4.1.1 医疗仪器研发产业链108
4.1.2 医疗器械智能化趋势108
4.2 人工智能+医疗110
4.2.1 人工智能+医疗发展简史111
4.2.2 人工智能+医疗市场分析111
4.2.3 人工智能+医疗发展约束115
4.3 医用传感器117
4.3.1 医用传感器的特征117
4.3.2 医用传感器的用途119
4.3.3 医用传感器的选择122
4.3.4 医用传感器的研发125
4.3.5 微型心率传感器125
4.3.6 PET/CT图像传感器127
4.3.7 MRI图像传感器130
4.3.8 B超图像传感器131
4.3.9 医用传感器发展趋势132
4.4 智慧医疗134
4.4.1 智慧医疗简介134
4.4.2 健康管理135
4.4.3 康复工程136
4.4.4 无线监护远程医疗137
4.5 可穿戴心率监护仪142
4.5.1 可穿戴心电血压监护仪142
4.5.2 健康监测智能手表142
4.5.3 心率电导传感器143
4.5.4 心率光敏传感器144
4.5.5 心率测量干扰消除146
4.5.6 可穿戴设备的功耗约束148
4.6 健康监测智能手环149
4.6.1 智能手环的制作149
4.6.2 如何实现计步150
4.6.3 硬件电路设计150
4.6.4 MPU6050驱动设计153
4.6.5 研发流程155
4.6.6 客户端软件模块设计157
4.6.7 手环系统设计164
4.7 其他智能医疗设备166
4.8 智能医疗设备发展趋势168
4.9 本章小结171
4.10 本章习题171
第5章 智能硬件之机器人研发172
5.1 概述172
5.1.1 机器人系统组成173
5.1.2 机器人是如何工作的175
5.1.3 家庭自制机器人178
5.1.4 人工智能机器人180
5.1.5 经典机器人基础181
5.2 智能机器人设计183
5.2.1 机器人设计原则183
5.2.2 机器人设计阶段184
5.2.3 机器人手腕设计186
5.2.4 机器人设计研究发展191
5.3 智能机器人技术192
5.4 智能机器人控制195
5.4.1 机器人控制概述196
5.4.2 工业机器人控制技术197
5.4.3 驱动控制一体化198
5.5 机器人传感器203
5.5.1 运动传感器203
5.5.2 机器人听觉204
5.5.3 机器人触觉208
5.5.4 机器人视觉211
5.6 工业机器人设计213
5.6.1 工业机器人基础知识213
5.6.2 工业机器人的控制器214
5.6.3 工业机器人的伺服系统214
5.6.4 工业机器人的减速器214
5.7 家用机器人设计218
5.8 建筑机器人设计219
5.8.1 建筑机器人的关键技术219
5.8.2 建筑机器人产业发展的基本策略222
5.9 智能机器人223
5.9.1 智能机器人分类223
5.9.2 智能机器人关键技术225
5.9.3 智能机器人发展趋势227
5.9.4 更具智慧的工业机器人227
5.10 机器人研究前沿228
5.10.1 机器人设计方法与共性技术228
5.10.2 机器人认知与行为控制229
5.10.3 机器人人机交互与和谐共存230
5.10.4 机器人及机电一体化系统集成231
5.11 本章小结231
5.12 本章习题231
第6章 智慧校园232
6.1 概述232
6.2 智慧校园——智能管理234
6.3 智慧校园——公共服务237
6.4 智慧校园——信息安全239
6.5 智慧校园——智能教学242
6.5.1 智慧教学环境243
6.5.2 智慧教学资源244
6.6 智慧校园——智能实验245
6.6.1 背景与需求245
6.6.2 设计目标246
6.6.3 智慧实验室系统拓扑247
6.6.4 智慧实验室功能设计248
6.6.5 智慧实验室硬件部分设计方案253
6.6.6 智慧实验室云服务256
6.6.7 智慧实验室系统优点256
6.7 智慧校园——生态健康257
6.8 中小学智慧校园解决方案259
6.8.1 概述260
6.8.2 中小学智慧校园解决方案整体设计260
6.8.3 中小学智慧校园系统平台功能262
6.8.4 移动智慧校园263
6.8.5 智慧校园门户264
6.8.6 智慧办公管理265
6.8.7 智慧资源管理267
6.8.8 智慧教学活动268
6.8.9 教师专业发展268
6.8.10 学生个性发展269
6.8.11 智慧家校270
6.8.12 智慧终端270
6.8.13 智慧管控系统271
6.9 本章小结272
6.10 本章习题272
第7章 智慧工厂273
7.1 概述273
7.1.1 智慧工厂的实现技术273
7.1.2 智慧工厂的特征275
7.2 智慧工厂结构276
7.2.1 系统套件276
7.2.2 雾计算平台278
7.2.3 边缘计算平台278
7.2.4 工业网关概述278
7.3 智慧工厂方案280
7.3.1 智慧工厂管理280
7.3.2 系统解决方案281
7.3.3 智慧工厂产品283
7.4 智慧工厂管理285
7.4.1 管理信息化285
7.4.2 生产管理287
7.4.3 设备管理287
7.4.4 物料管理287
7.5 智慧工厂案例288
7.5.1 智能工厂案例1——福耀玻璃288
7.5.2 智慧工厂案例2——华星光电290
7.5.3 智慧工厂案例3——海尔卫玺291
7.6 智慧工厂发展趋势293
7.7 本章小结295
7.8 本章习题296
第8章 智慧农业297
8.1 农业物联网的定义297
8.2 发展农业物联网的意义298
8.2.1 发展农业物联网的政策机遇298
8.2.2 农业物联网加速传统农业的改造升级298
8.3 农业物联网的体系架构299
8.3.1 基础感知层300
8.3.2 信息传输层300
8.3.3 终端应用层300
8.4 农业物联网关键技术300
8.4.1 农业信息感知技术301
8.4.2 农业信息传输技术302
8.4.3 农业信息处理技术302
8.5 农业物联网的应用303
8.5.1 智能节水灌溉方面304
8.5.2 设施农业方面305
8.5.3 大田精细种植方面306
8.5.4 畜禽养殖方面306
8.5.5 水产养殖方面307
8.5.6 农产品质量安全追溯方面308
8.5.7 病虫害防控方面308
8.6 农业物联网的发展趋势及前景展望309
8.7 农业信息感知技术309
8.7.1 农业信息感知概述310
8.7.2 农业信息感知技术结构框架310
8.7.3 土壤信息传感技术311
8.7.4 农业动植物生理信息传感技术313
8.7.5 农业水体信息传感技术314
8.7.6 农业气象信息传感技术315
8.7.7 农业遥感技术315
8.7.8 农业个体识别技术316
8.7.9 农业导航技术318
8.8 农业信息传输技术319
8.8.1 农业信息传输概述319
8.8.2 农业信息传输技术结构框架319
8.8.3 农业有线传输技术320
8.8.4 农业无线传输技术320
8.9 农业信息处理技术321
8.9.1 农业信息处理的关键技术321
8.9.2 农业信息处理技术结构框架322
8.9.3 农业预测技术323
8.9.4 农业预警技术324
8.9.5 农业智能控制技术324
8.9.6 农业智能决策技术325
8.9.7 农业诊断推理技术326
8.9.8 农业视觉信息处理技术326
8.10 农业物联网的应用案例327
8.10.1 大田种植物联网应用案例327
8.10.2 设施园艺物联网应用案例328
8.10.3 农产品溯源物联网应用案例329
8.10.4 桑蚕养殖物联网应用案例330
8.10.5 防病虫害物联网应用案例330
8.11 本章小结331
8.12 本章习题331
第9章 智慧城市建设332
9.1 概述332
9.1.1 智慧城市治理理念334
9.1.2 智慧城市建设重点335
9.2 智慧城市设计336
9.2.1 智慧城市技术架构337
9.2.2 智慧城市设计原则338
9.2.3 智慧城市架构设计339
9.2.4 智慧城市设计流程341
9.2.5 智慧城市大脑模型342
9.3 城市指挥中心344
9.4 城市物联网348
9.4.1 智慧城市中的物联网建设351
9.4.2 物联网技术体系355
9.4.3 产业链条与应用案例355
9.5 城市公共事业356
9.5.1 智慧城市公共事业356
9.5.2 智慧城市四表联抄358
9.5.3 智慧照明管理系统360
9.5.4 智慧照明云雾体系362
9.6 城市生态宜居364
9.6.1 城市生态环境现状364
9.6.2 生态治理与国家法规365
9.6.3 生态环保云上督察366
9.6.4 大气污染防治现状367
9.6.5 城市环境检测指标368
9.6.6 生态环境治理方案369
9.7 城市智慧社区374
9.8 本章小结377
9.9 本章习题377