大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中應(yīng)用

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摘要：針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展情況，融入大數(shù)據(jù)嵌入式軟件，解決過往數(shù)據(jù)管理效果不理想、無法歸納有效信息的情況。首先，闡述大數(shù)據(jù)技術(shù)對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的影響，掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)對人們目前生活的影響及與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的必要性；隨后，提出物聯(lián)網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)嵌入式軟件技術(shù)，包括（射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、智能化技術(shù)）；再次，自系統(tǒng)架構(gòu)、需求分析探索大數(shù)據(jù)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。最后，給出大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景，為未來的研究提供方向。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；嵌入式軟件；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

0引言

近幾年，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得突破性進(jìn)展，信息傳遞速度加快，使嵌入式系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)中運行更為快捷。但傳統(tǒng)嵌入式設(shè)備具有局限性，對網(wǎng)絡(luò)支持不足，伴隨我國進(jìn)入5G時代，嵌入式設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過5G高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改變過往延遲問題，開發(fā)更多的網(wǎng)絡(luò)接口[1]。嵌入式設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)平臺連接后，可以實時交換數(shù)據(jù)，形成物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。伴隨計算機CPU處理功能增強，計算機數(shù)據(jù)處理能力得以飛速發(fā)展，間接推動大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)體系中，每個嵌入式設(shè)備中接受各種數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)平臺，有利于對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能劃分，及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及控制，使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各類數(shù)據(jù)連接，為人們的生活提供便利。

1大數(shù)據(jù)對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的影響

現(xiàn)階段，社會上每天都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，智能化技術(shù)發(fā)展是數(shù)據(jù)形態(tài)朝向多樣化發(fā)展，數(shù)據(jù)處理工作較為困難。但并非所有的數(shù)據(jù)均具有存在意義，無用的數(shù)據(jù)只會占用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存，對設(shè)備運行產(chǎn)生干擾，使人們的工作量增加。大數(shù)據(jù)技術(shù)出現(xiàn)將此問題解決，減輕數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，讓數(shù)據(jù)處理人員在海量的數(shù)據(jù)中及時提取有用的信心。比如，在抖音軟件中，每天有數(shù)千萬人發(fā)表視頻，伴隨視頻發(fā)布與人們?yōu)g覽，其中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，甚至一天能達(dá)到PB級[2]。人們在瀏覽視頻時，軟件會推薦給用戶喜愛觀看的視頻，出現(xiàn)這種情況便是大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，大數(shù)據(jù)技術(shù)下，對人們喜愛瀏覽的信息進(jìn)行匹配，從而掌握用戶喜好。根據(jù)用戶使用軟件的頻繁程度及時間。自眾多的信息中找到共性，逐漸完善數(shù)據(jù)信息，最終用戶每天都能觀看到自己喜愛的視頻，導(dǎo)致人們“刷視頻”無法停下來，這也是大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化的一種形態(tài)，商業(yè)化已經(jīng)是推動大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。

2物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的大數(shù)據(jù)嵌入式軟件技術(shù)

對嵌入式技術(shù)進(jìn)行分析，通過嵌入式軟件技術(shù)可達(dá)到信息高速傳遞目標(biāo)，為人們的工作及生活提供便利。大數(shù)據(jù)視角下，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)η度胧郊夹g(shù)的應(yīng)用主要是通過三大技術(shù)實現(xiàn)，包括傳感器技術(shù)及射頻識別技術(shù)及智能化技術(shù)。

2.1射頻識別技術(shù)

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)嵌入式軟件應(yīng)用常見射頻識別技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用后，物聯(lián)網(wǎng)具有感知能力，射頻識別技術(shù)與傳感器融合后，可快速識別信息及對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將射頻識別技術(shù)融入物聯(lián)網(wǎng)體系后，射頻識別中含有讀寫器及電子標(biāo)簽，對特定的物體信息進(jìn)行解讀，為每個物體張貼標(biāo)簽，通過讀寫器掃描識別碼，可以對其中的數(shù)據(jù)快速解讀[3]。射頻識別技術(shù)具有較大的優(yōu)勢，無需對電子標(biāo)簽供電，有利于節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本。在物流上，貨物運輸也會變得更為快捷，通過射頻識別技術(shù)對貨物進(jìn)行分揀，合理控制運輸流程。

2.2傳感技術(shù)

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，任何物品均能利用數(shù)據(jù)表示，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中不同物體以數(shù)據(jù)體現(xiàn)關(guān)系[4]。傳感器技術(shù)的功能在于感知，人們通過傳感器獲得大量的感知信息，將信息傳遞后，建立起不同物體間的聯(lián)系，構(gòu)建物物相連的網(wǎng)絡(luò)。將傳感器作為基礎(chǔ)，我國已經(jīng)開發(fā)出智能化傳感設(shè)備，智能傳感器已經(jīng)在較多的領(lǐng)域應(yīng)用，成為世界上作為常見的信息傳輸設(shè)備。智能傳感器在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用原因是傳感器的處理功能較為強大，利用智能傳感器可高效、快速的傳遞信息，也能完善嵌入式軟件。在數(shù)據(jù)環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中使用傳感器技術(shù)具有重要意義。

2.3智能化技術(shù)

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，嵌入式軟件的智能化技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，該技術(shù)顯著的優(yōu)勢是避免外界產(chǎn)生巨大的干擾。伴隨智能化技術(shù)發(fā)展，人們生活中已經(jīng)廣泛應(yīng)用智能化技術(shù)，比如，在居民小區(qū)中安裝監(jiān)控錄像，該監(jiān)控體系應(yīng)用嵌入式軟件，可以監(jiān)控小區(qū)情況，也能在小區(qū)發(fā)生違法盜竊事件時，物業(yè)人員通過回放視頻的方式找到嫌疑人[5]。小區(qū)中發(fā)生火災(zāi)及煤氣泄漏問題時，嵌入式軟件技術(shù)及時報警，將信息發(fā)送到戶主手機上，使房主及時處理事件。嵌入式軟件在人們生活中應(yīng)用，極大地方便了人們的生活。

3大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用

在本研究中，將智慧消防平臺作為案例，通過該案例中的嵌入式軟件應(yīng)用方法，為大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用分析提供幫助。

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

智能消防平臺系統(tǒng)（見圖1），主要是對城市中發(fā)生火災(zāi)概率較大的區(qū)域放置物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備。選擇STM32單片機進(jìn)行開發(fā)，將單片機連接到各個功能模塊中，制作集成電路，利用TCP協(xié)議完成網(wǎng)絡(luò)傳輸，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，包括監(jiān)控火災(zāi)的燃?xì)怏w設(shè)備、電氣檢測設(shè)備及煙感器設(shè)備、消防設(shè)備等，將火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備利用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到Strom平臺，平臺使用Kafka及flume技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

3.2需求分析

大數(shù)據(jù)平臺中，前端平臺可以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在平臺建設(shè)中，在城市火災(zāi)高發(fā)區(qū)域放置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括故障電弧檢測設(shè)備及火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、可燃?xì)怏w檢測設(shè)備等。設(shè)備每天運行24h，將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絪trom平臺，實時性處理數(shù)據(jù)[6]。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在監(jiān)測火災(zāi)過程中，及時向監(jiān)控人員反饋信息。大數(shù)據(jù)分析平臺對前端設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及管理，以免在設(shè)備發(fā)生故障時，平臺無法順利運行。在平臺運行過程中，嵌入式技術(shù)建設(shè)在物聯(lián)網(wǎng)檢測設(shè)備中，保證火災(zāi)監(jiān)測的及時性及準(zhǔn)確性，持續(xù)性將數(shù)據(jù)傳輸。Strom大數(shù)據(jù)分析技術(shù)針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，對火災(zāi)進(jìn)行分析，一旦發(fā)生異常，將信息發(fā)送到消防人員手中，完成報警。前端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)置受損的情況下，及時將警報信息發(fā)送到管理人員手中，具有應(yīng)急處理功能，此類功能均是智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本需求。

3.3大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在智慧消防系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

3.3.1前端消防數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件設(shè)計。前端嵌入式設(shè)備在設(shè)計過程中（見圖2），可選擇ARM11核心處理器，使用RS485及CAN、RJ45等接口，通過RJ45網(wǎng)口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_中，通過模塊化設(shè)計電源盤及直接控制盤、消防廣播系統(tǒng)、消防電話，將各個系統(tǒng)分離達(dá)到抗干擾能力，在火災(zāi)發(fā)生初期，將煙霧、熱量、光輻射等反應(yīng)，通過感溫及感光等探測器轉(zhuǎn)變電信號，將信號傳輸?shù)綀缶髦?，系統(tǒng)中含有晶振顯示屏及LED等及蜂鳴器、PID控制電壓，包括四個控制按鈕，檢測可燃?xì)怏w及直流電、電容設(shè)備，并利用3極管進(jìn)行斷電保護(hù)，電源為3.3V。在平臺建設(shè)中，傳感器包括敏感設(shè)備、處理電路、轉(zhuǎn)換元件。敏感元件是監(jiān)測物理量的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換元件則是分析被測量關(guān)系的物理量，將元件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏窟M(jìn)行輸出，處理電路則是將元件轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诒O(jiān)測的電量，完成傳輸處理。單片機驅(qū)動蜂鳴器包括兩種形式，通過PWM輸出口直接驅(qū)動，使用I/O定時翻車電平對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動。PWM輸出口直接驅(qū)動通過輸出方波進(jìn)行驅(qū)動比較麻煩，通過定時器進(jìn)行定時，通過翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生波形，從而滿足蜂鳴器要求，一旦可燃?xì)怏w濃度過高，容易發(fā)生蜂鳴聲進(jìn)行報警。直流電機具有四個輸出，包含四個電機，單片機體積小，也是直流電控制的重點，并利用PID算法合理控制，型號是TC1508S。前端設(shè)備對城市環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展下，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，數(shù)據(jù)量較大。Flume單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為避免flume壓力較大，將Kafka框架為數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存處理，作為消息暫存處理系統(tǒng)，降低項目耦合度[7]。3.3.2智慧消防數(shù)據(jù)分析平臺。智慧消防數(shù)據(jù)分析過程中，通過Strom大數(shù)據(jù)計算群，系統(tǒng)前端對嵌入式設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，Strom平臺將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，設(shè)置AdultLogTopic步驟，利用AdultLog傳輸數(shù)據(jù)情況。消防檢測各項數(shù)據(jù)會進(jìn)入Strom集群中的Nimbus節(jié)點，nimbus節(jié)點將消防監(jiān)測數(shù)據(jù)中的各項數(shù)據(jù)根據(jù)火災(zāi)防控標(biāo)準(zhǔn)分發(fā)到子節(jié)點，進(jìn)行大數(shù)據(jù)拆分活，編輯大量的Topology，對前端設(shè)備傳輸?shù)臏囟燃翱諝鉂穸?、圖片信息進(jìn)行檢查，對目前的消防數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行匯總，傳輸?shù)街腔巯老到y(tǒng)平臺中[8]。在智慧系統(tǒng)中，Zookeeper技術(shù)有利于保證嵌入式數(shù)據(jù)及時傳輸及處理，若前端嵌入設(shè)備發(fā)生故障，或者智慧平臺進(jìn)入集群，部分SuperVisior前端嵌入式數(shù)據(jù)量較大，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障。Zookeeper有利于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，針對特定的問題，Topology消防監(jiān)測設(shè)備可以將數(shù)據(jù)處理。在智慧消防平臺數(shù)據(jù)化模塊呈現(xiàn)中，Strom集權(quán)將AdultLog主題中的Topology數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，處理后放在Json對象中，為制作圖表提供依據(jù)。通過智能消防系統(tǒng)可以調(diào)查用戶行為，通過SetOption方法傳輸數(shù)據(jù)，后臺接收到數(shù)據(jù)請求后，通過視頻函數(shù)計算數(shù)據(jù)，并發(fā)送到前端，使用Echarts模板呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。

4大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景

現(xiàn)階段，信息技術(shù)高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場前景較為可觀，但物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)若想獲得長足發(fā)展，應(yīng)當(dāng)對大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行完善。若大數(shù)據(jù)技術(shù)無法支撐，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)無法更上一層樓。未來，大數(shù)據(jù)嵌入式軟件將在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用，形成全面的物聯(lián)網(wǎng)體系，伴隨市場發(fā)展而不斷成熟。物聯(lián)網(wǎng)也將不斷擴展應(yīng)用范圍，迎接更多的機遇與挑戰(zhàn)。為將社會中各個產(chǎn)業(yè)鏈接，達(dá)到多方共贏目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)將大數(shù)據(jù)技術(shù)、嵌入式軟件、物聯(lián)網(wǎng)及人們的社會生活連接，形成全新的商業(yè)模式，推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐的物聯(lián)網(wǎng)帶給人們最大的便利便是改善人們的生活方式。在社會經(jīng)濟發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶給社會的經(jīng)濟效益是巨大的，日后，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也將在人們的衣食住行各個領(lǐng)域體現(xiàn)，比如，在交通領(lǐng)域，汽車已經(jīng)呈現(xiàn)智能化發(fā)展，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與汽車連接，汽車自動駕駛、自動規(guī)避風(fēng)險，選擇最佳的行走路線，為人們的出行提供方便。在物流行業(yè)中，代表產(chǎn)業(yè)是網(wǎng)購，人們通過網(wǎng)購實現(xiàn)娛樂及消遣，物流是網(wǎng)購中的重要環(huán)節(jié)，通過嵌入式軟件對貨物進(jìn)行快速分揀，達(dá)到快速輸送目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在物流體系中，包括運輸、配送、包裝及裝卸等各個環(huán)節(jié)，逐漸形成智能物流系統(tǒng)。在醫(yī)療領(lǐng)域，通過嵌入式軟件，實現(xiàn)醫(yī)療信息電子化及智能化，這也是醫(yī)療行業(yè)發(fā)展的大趨勢。未來，人們會通過二維碼看病，醫(yī)生掃碼觀看患者信息，具有完善的病歷資料，便于診斷及治療疾病，減輕醫(yī)生工作負(fù)擔(dān)，提升診療效率[9]。

5結(jié)束語

信息化時代背景下，高新技術(shù)進(jìn)入人們的生活，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展具有相關(guān)性，大數(shù)據(jù)技術(shù)便于處理物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的信息，嵌入式軟件在使用后對信息進(jìn)行分組，通過智能處理選擇最佳的信息。嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用，有利于改善人們的生活水平，為人們生活提供便利，日后，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景更為廣闊，大數(shù)據(jù)嵌入式軟件也將在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用，搭建更為完善的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

作者:郭福洲 單位:黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院