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本書為“物聯網工程實戰叢書”的第6卷。書中從物聯網工程的實際需求出發，闡述了物聯網智能硬件開發及智慧城市建設的相關知識和理念，告訴讀者物聯網的發展方向和實際應用。本書共9章，第1章為智能硬件概述；第2章介紹了智能硬件的理論基礎；第3章介紹了智能硬件開發之物聯網網關的設計；第4章介紹了智能硬件開發之醫療設備研發；第5章介紹了智能硬件開發之機器人研發；第6章介紹了智慧校園的相關知識；第7章介紹了智慧工廠的相關內容；第8章介紹了智慧農業的相關內容；第9章介紹了智慧城市建設的相關內容。本書適合作為高等院校物聯網工程、通信工程、網絡工程、電子信息工程、微電子和集成電路等相關專業的教材，也適物聯網協議的研究者和物聯網操作系統的研發人員閱讀。另外，本書還適合作為智慧城市建設等政府管理部門相關人員的參考讀物。
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物聯網一線工程師詳解物聯網網關、醫療設備、機器人、智慧校園、智慧工廠、智慧農業、智慧城市建設等知識
目次
叢書序
序言
第1章 智能硬件概述1
1.1 智能硬件定義1
1.2 物聯網的市場空間3
1.3 智能硬件創業機遇與挑戰並存4
1.4 智能硬件發展趨勢6
1.4.1 智能硬件產品問題分析7
1.4.2 智能硬件行業分析9
1.4.3 智能硬件的未來13
1.5 智能硬件創業策略14
1.5.1 尋找客戶痛點14
1.5.2 智能硬件研發選擇15
1.6 本章小結16
1.7 本章習題16
第2章 智能硬件理論基礎17
2.1 人工智能起源17
2.2 人工智能發展18
2.2.1 人工智能發展趨勢18
2.2.2 我國人工智能發展20
2.3 大數據智能理論23
2.4 跨媒體感知計算理論24
2.5 混合增強智能理論26
2.6 群體智能理論29
2.7 自主協同控制與優化決策理論33
2.8 高級機器學習理論37
2.8.1 高級機器學習介紹37
2.8.2 機器學習的研究範疇38
2.8.3 機器學習的一些常見算法39
2.8.4 物聯網、人工智能與機器學習42
2.9 類腦智能計算理論45
2.9.1 類腦計劃48
2.9.2 類腦科學49
2.9.3 類腦計算50
2.9.4 類腦智能51
2.9.5 類腦智能發展方向53
2.10 量子計算與人工智能55
2.11 人工智能關鍵共性技術57
2.11.1 知識計算引擎與知識服務技術57
2.11.2 跨媒體分析推理技術59
2.11.3 群體智能關鍵技術61
2.11.4 其他人工智能關鍵技術62
2.12 人工智能產業63
2.13 本章小結65
2.14 本章習題66
第3章 智能硬件之物聯網網關設計67
3.1 物聯網網關概述67
3.1.1 物聯網網關的功能需求67
3.1.2 智能物聯網網關的發展72
3.2 物聯網通信協議75
3.2.1 HTTP協議75
3.2.2 CoAP協議76
3.2.3 MQTT協議（低帶寬）77
3.2.4 DDS協議77
3.2.5 AMQP協議78
3.2.6 XMPP協議78
3.2.7 JMS協議79
3.3 物聯網協議轉換80
3.3.1 協議轉換方法80
3.3.2 硬件設計案例81
3.3.3 協議轉換案例82
3.4 物聯網網關設計85
3.4.1 設計方法86
3.4.2 硬件設計87
3.4.3 軟件設計88
3.4.4 層次結構89
3.4.5 交互流程91
3.4.6 系統實現92
3.5 物聯網網關應用96
3.5.1 應用方向96
3.5.2 應用實例97
3.6 物聯網網關參考設計99
3.6.1 家用網關參考設計99
3.6.2 能源網關參考設計101
3.6.3 NXP網關參考設計102
3.6.4 英特爾網關參考設計103
3.7 本章小結106
3.8 本章習題106
第4章 智能硬件之醫療設備研發107
4.1 概述107
4.1.1 醫療儀器研發產業鏈108
4.1.2 醫療器械智能化趨勢108
4.2 人工智能+醫療110
4.2.1 人工智能+醫療發展簡史111
4.2.2 人工智能+醫療市場分析111
4.2.3 人工智能+醫療發展約束115
4.3 醫用傳感器117
4.3.1 醫用傳感器的特徵117
4.3.2 醫用傳感器的用途119
4.3.3 醫用傳感器的選擇122
4.3.4 醫用傳感器的研發125
4.3.5 微型心率傳感器125
4.3.6 PET/CT圖像傳感器127
4.3.7 MRI圖像傳感器130
4.3.8 B超圖像傳感器131
4.3.9 醫用傳感器發展趨勢132
4.4 智慧醫療134
4.4.1 智慧醫療簡介134
4.4.2 健康管理135
4.4.3 康復工程136
4.4.4 無線監護遠程醫療137
4.5 可穿戴心率監護儀142
4.5.1 可穿戴心電血壓監護儀142
4.5.2 健康監測智能手錶142
4.5.3 心率電導傳感器143
4.5.4 心率光敏傳感器144
4.5.5 心率測量干擾消除146
4.5.6 可穿戴設備的功耗約束148
4.6 健康監測智能手環149
4.6.1 智能手環的製作149
4.6.2 如何實現計步150
4.6.3 硬件電路設計150
4.6.4 MPU6050驅動設計153
4.6.5 研發流程155
4.6.6 客戶端軟件模塊設計157
4.6.7 手環系統設計164
4.7 其他智能醫療設備166
4.8 智能醫療設備發展趨勢168
4.9 本章小結171
4.10 本章習題171
第5章 智能硬件之機器人研發172
5.1 概述172
5.1.1 機器人系統組成173
5.1.2 機器人是如何工作的175
5.1.3 家庭自製機器人178
5.1.4 人工智能機器人180
5.1.5 經典機器人基礎181
5.2 智能機器人設計183
5.2.1 機器人設計原則183
5.2.2 機器人設計階段184
5.2.3 機器人手腕設計186
5.2.4 機器人設計研究發展191
5.3 智能機器人技術192
5.4 智能機器人控制195
5.4.1 機器人控制概述196
5.4.2 工業機器人控制技術197
5.4.3 驅動控制一體化198
5.5 機器人傳感器203
5.5.1 運動傳感器203
5.5.2 機器人聽覺204
5.5.3 機器人觸覺208
5.5.4 機器人視覺211
5.6 工業機器人設計213
5.6.1 工業機器人基礎知識213
5.6.2 工業機器人的控制器214
5.6.3 工業機器人的伺服系統214
5.6.4 工業機器人的減速器214
5.7 家用機器人設計218
5.8 建築機器人設計219
5.8.1 建築機器人的關鍵技術219
5.8.2 建築機器人產業發展的基本策略222
5.9 智能機器人223
5.9.1 智能機器人分類223
5.9.2 智能機器人關鍵技術225
5.9.3 智能機器人發展趨勢227
5.9.4 更具智慧的工業機器人227
5.10 機器人研究前沿228
5.10.1 機器人設計方法與共性技術228
5.10.2 機器人認知與行為控制229
5.10.3 機器人人機交互與和諧共存230
5.10.4 機器人及機電一體化系統集成231
5.11 本章小結23
序言
第1章 智能硬件概述1
1.1 智能硬件定義1
1.2 物聯網的市場空間3
1.3 智能硬件創業機遇與挑戰並存4
1.4 智能硬件發展趨勢6
1.4.1 智能硬件產品問題分析7
1.4.2 智能硬件行業分析9
1.4.3 智能硬件的未來13
1.5 智能硬件創業策略14
1.5.1 尋找客戶痛點14
1.5.2 智能硬件研發選擇15
1.6 本章小結16
1.7 本章習題16
第2章 智能硬件理論基礎17
2.1 人工智能起源17
2.2 人工智能發展18
2.2.1 人工智能發展趨勢18
2.2.2 我國人工智能發展20
2.3 大數據智能理論23
2.4 跨媒體感知計算理論24
2.5 混合增強智能理論26
2.6 群體智能理論29
2.7 自主協同控制與優化決策理論33
2.8 高級機器學習理論37
2.8.1 高級機器學習介紹37
2.8.2 機器學習的研究範疇38
2.8.3 機器學習的一些常見算法39
2.8.4 物聯網、人工智能與機器學習42
2.9 類腦智能計算理論45
2.9.1 類腦計劃48
2.9.2 類腦科學49
2.9.3 類腦計算50
2.9.4 類腦智能51
2.9.5 類腦智能發展方向53
2.10 量子計算與人工智能55
2.11 人工智能關鍵共性技術57
2.11.1 知識計算引擎與知識服務技術57
2.11.2 跨媒體分析推理技術59
2.11.3 群體智能關鍵技術61
2.11.4 其他人工智能關鍵技術62
2.12 人工智能產業63
2.13 本章小結65
2.14 本章習題66
第3章 智能硬件之物聯網網關設計67
3.1 物聯網網關概述67
3.1.1 物聯網網關的功能需求67
3.1.2 智能物聯網網關的發展72
3.2 物聯網通信協議75
3.2.1 HTTP協議75
3.2.2 CoAP協議76
3.2.3 MQTT協議（低帶寬）77
3.2.4 DDS協議77
3.2.5 AMQP協議78
3.2.6 XMPP協議78
3.2.7 JMS協議79
3.3 物聯網協議轉換80
3.3.1 協議轉換方法80
3.3.2 硬件設計案例81
3.3.3 協議轉換案例82
3.4 物聯網網關設計85
3.4.1 設計方法86
3.4.2 硬件設計87
3.4.3 軟件設計88
3.4.4 層次結構89
3.4.5 交互流程91
3.4.6 系統實現92
3.5 物聯網網關應用96
3.5.1 應用方向96
3.5.2 應用實例97
3.6 物聯網網關參考設計99
3.6.1 家用網關參考設計99
3.6.2 能源網關參考設計101
3.6.3 NXP網關參考設計102
3.6.4 英特爾網關參考設計103
3.7 本章小結106
3.8 本章習題106
第4章 智能硬件之醫療設備研發107
4.1 概述107
4.1.1 醫療儀器研發產業鏈108
4.1.2 醫療器械智能化趨勢108
4.2 人工智能+醫療110
4.2.1 人工智能+醫療發展簡史111
4.2.2 人工智能+醫療市場分析111
4.2.3 人工智能+醫療發展約束115
4.3 醫用傳感器117
4.3.1 醫用傳感器的特徵117
4.3.2 醫用傳感器的用途119
4.3.3 醫用傳感器的選擇122
4.3.4 醫用傳感器的研發125
4.3.5 微型心率傳感器125
4.3.6 PET/CT圖像傳感器127
4.3.7 MRI圖像傳感器130
4.3.8 B超圖像傳感器131
4.3.9 醫用傳感器發展趨勢132
4.4 智慧醫療134
4.4.1 智慧醫療簡介134
4.4.2 健康管理135
4.4.3 康復工程136
4.4.4 無線監護遠程醫療137
4.5 可穿戴心率監護儀142
4.5.1 可穿戴心電血壓監護儀142
4.5.2 健康監測智能手錶142
4.5.3 心率電導傳感器143
4.5.4 心率光敏傳感器144
4.5.5 心率測量干擾消除146
4.5.6 可穿戴設備的功耗約束148
4.6 健康監測智能手環149
4.6.1 智能手環的製作149
4.6.2 如何實現計步150
4.6.3 硬件電路設計150
4.6.4 MPU6050驅動設計153
4.6.5 研發流程155
4.6.6 客戶端軟件模塊設計157
4.6.7 手環系統設計164
4.7 其他智能醫療設備166
4.8 智能醫療設備發展趨勢168
4.9 本章小結171
4.10 本章習題171
第5章 智能硬件之機器人研發172
5.1 概述172
5.1.1 機器人系統組成173
5.1.2 機器人是如何工作的175
5.1.3 家庭自製機器人178
5.1.4 人工智能機器人180
5.1.5 經典機器人基礎181
5.2 智能機器人設計183
5.2.1 機器人設計原則183
5.2.2 機器人設計階段184
5.2.3 機器人手腕設計186
5.2.4 機器人設計研究發展191
5.3 智能機器人技術192
5.4 智能機器人控制195
5.4.1 機器人控制概述196
5.4.2 工業機器人控制技術197
5.4.3 驅動控制一體化198
5.5 機器人傳感器203
5.5.1 運動傳感器203
5.5.2 機器人聽覺204
5.5.3 機器人觸覺208
5.5.4 機器人視覺211
5.6 工業機器人設計213
5.6.1 工業機器人基礎知識213
5.6.2 工業機器人的控制器214
5.6.3 工業機器人的伺服系統214
5.6.4 工業機器人的減速器214
5.7 家用機器人設計218
5.8 建築機器人設計219
5.8.1 建築機器人的關鍵技術219
5.8.2 建築機器人產業發展的基本策略222
5.9 智能機器人223
5.9.1 智能機器人分類223
5.9.2 智能機器人關鍵技術225
5.9.3 智能機器人發展趨勢227
5.9.4 更具智慧的工業機器人227
5.10 機器人研究前沿228
5.10.1 機器人設計方法與共性技術228
5.10.2 機器人認知與行為控制229
5.10.3 機器人人機交互與和諧共存230
5.10.4 機器人及機電一體化系統集成231
5.11 本章小結23
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