什么是IoT？了解传感器和无线通信，轻松自制
01/03/2020
1. 什么是IoT（物联网）？
IoT是Internet of Things的缩写，被称为“物联网”。仅凭这个词可能无法形成具体印象，下面让我们通过了解IoT的应用案例和构成要素来加深对它的理解吧。
1-1. IoT（物联网）的概念
IoT（物联网）是指各种物件与互联网连接起来的状态。通过连接互联网，各种物件可以通过人的操作和传感器，将获取的信息（数据）存储在特定服务器或云上。
通过分析这些存储的信息，并提供物件的最佳控制，以及为使用该物件的人提供最佳的使用方法，可以构建更舒适的社会。
1-2. 通过IoT可以实现什么【应用案例】
现在您已经了解了IoT的概念，接下来让我们看看它的实际用途。下面介绍三个应用案例。
1-2-1. 智能家居：IoT×家电
智能家居是指利用IoT实现舒适生活的家。例如，将家庭内的电子产品联网，并通过人的操作（语音或智能手机应用程序）进行控制，或使用传感器等进行自动控制，来实现舒适的生活方式。
具体来讲，可以实现：
- 通过智能手机，开关房门钥匙、开关空调和照明
- 测量每天的用电量，并向主人提出适当的空调温度设置和照明照度设置建议
- 通过使用传感器，可以在房间内有人时自动打开照明，人离开房间时自动关闭照明
1-2-2. 智慧城市：IoT×城市
智慧城市是指利用IoT实现节能且环保的生活的城市。智慧城市的概念是与时俱进的，不过目前，是通过安设在整个城市的传感器来获取和分析诸如环境和消费者行为等各种数据，并对城市中的设施和设备进行远程控制，以优化基础设施并提高居民的便利性。
具体来讲，可以实现：
- 根据智能手机GPS等位置信息，可以掌握行人的流量
- 通过测量交通流量，可以将城市的照明调整为适当的亮度。
- 通过监测和显示停车位的空置情况，有望实现充分利用旅游区的停车场并缓解拥堵。
1-2-3. 车联网：IoT×汽车
车联网（Connected Cars，意为“连接到互联网的汽车”）是指运用IoT实现舒适、安全驾驶的汽车。实际上，通过采集并分析安装在汽车中的GPS、传感器、摄像头等获取的行驶数据以及周围的交通信息，实现汽车安全驾驶控制并提出最佳的交通路线。
具体来讲，可以实现：
- 汽车的自动驾驶（※未来可实现全自动驾驶）
- 即使汽车被盗，也可以根据位置信息进行追踪
- 可以通过智能手机应用程序确认轮胎气压和维护信息
- 即使不在车里时，也可以使用智能手机作为遥控器来遥控空调和照明
1-3. 构建IoT的四个重要要素
IoT主要由“设备”、“传感器”、“互联网”、“应用程序”这四大要素组成。
大致的流程框架是首先通过搭载有传感器和无线通信元器件的设备来获取对象的数据，并且经由互联网在云端或服务器中对数据进行累积和分析。之后，通过应用程序使数据可视化，并优化设备的使用方法。示意图如下。
在下一章中，我们将对设备数据采集和互联网搭建所不可或缺的传感器和无线通信进行详细解说。
2. 检测各种情况的传感器
检测各种情况所必不可少的是“传感器”。这些传感器可以大致分为测量周围环境状态的“环境传感器”和检测运动变化的“运动传感器”。
环境传感器包括温度传感器和照度传感器，例如，可以测量环境温度和光的强弱。而运动传感器则包括加速度传感器等，例如，可以测量物体运动的变化（倾斜和振动等）。
2-1. 典型传感器的种类和用途
典型传感器的名称、种类和应用示例一览表。
3. 使IoT设备互联的无线通信
设备实现网络互联需要的是“无线通信”。
3-1. 无线通信概述与工作机制
无线通信是一种无需使用线缆仅使用电波和光（红外线）等来传递信息的工作机制。由于无线电波在空气中可以大范围传播，因此以往一直被用于电视和广播之类的公共通信。但近年来，也以智能手机和计算机中使用的Wi-Fi和蓝牙等形式广泛用于个人通信。
在IoT领域中，无线通信中的“近距离无线通信”已受到业内高度关注，并且技术的应用指日可待。下一节将介绍近距离无线通信的种类。
3-2. 通信标准的种类【一览表】
无线通信有几种标准。在本节中，我们将重点介绍Bluetooth、Wi-Fi、EnOcean、特定小功率（Wi-SUN）这四种标准，并对频段、通信距离、传输速度、适用的应用和用途进行比较。
下表总结了这四个标准的特点。
3-3. 电波法/技术法规符合性
作为无线通信的注意事项，需要先了解“电波法”。
如果在同一区域内使用相同频率的无线电波进行通信，会由于相互干扰而出现混乱。因此，“电波法”规定：“要进行无线通信时，请先获得国家颁发的广电许可证，并正确、公平地使用”。
另外，根据电波法，每个无线设备必须满足指定的技术标准，确认符合该技术标准的认证称为“技术法规符合性认证”。
4. 使用非常适合自制的套件构建简单IoT
至此，我们已经介绍了IoT的概要和关键构建要素传感器和无线通信。有些人可能认为IoT是高不可攀的，但其实通过使用套件，个人也可以轻松创建IoT设备。
4-1. 可以自制的IoT设备
下面介绍一个实际使用套件自制IoT设备的案例。
4-1-1. 通过声音就能控制的多功能遥控器
这是一个使用称为“Raspberry Pi”的微机开发板（Microcomputer Board，下一节会详细介绍）用“声音”开关各种电器的多功能遥控器。简而言之，这款自制产品需要使用的要素包括微机开发板、红外线LED和语音支持软件。这里是一款出色的自制遥控器，照片中是通过语音进行电视的开关操作，如果进行注册，还可以对空调和照明等智能电器进行同样操作。
如果想进一步了解自制方法，请单击此处。
除此之外，还可以根据期望自制各种IoT设备，如果要查看其他案例，请参阅Device Plus中的相关文章。
4-2. 自制IoT必不可少的微机开发板和评估套件
最近，有Raspberry Pi（树莓派）、Arduino（阿尔杜伊诺）等容易使用的微机开发板，也有Sony Semiconductor Solutions公司出品的SPRESENSETM等非常适合自制IoT设备的微机开发板。
4-2-1. Arduino（阿尔杜伊诺）
Arduino是IoT受到关注之前就存在的最有人气的微机开发板。与其他微机开发板相比，价格便宜，用USB数据线将微机开发板和电脑连接起来立即就可以使用，因此也适用于初学者。但是，由于Arduino没有搭载操作系统（OS），因此必须根据需要使用专用的集成开发环境（IDE）工具进行开发。
Arduino的优势领域在于机器人等设备控制、与电脑的通信、以及简单的电路测试。
4-2-2. Raspberry Pi（树莓派）
Raspberry Pi是与Arduino同样著名的微机开发板。Raspberry Pi具备视频输出、声音输出、向HDMI显示器输出、USB、LAN等强大功能，因此可以称之为“超小型电脑”。
与Arduino相比，价格略高，但是由于可以在OS中安装Linux，因此对于熟悉Linux的人来说更容易使用。此外，Raspberry Pi的优势领域在于服务器构建和电器实现IoT功能。
4-2-3. SPRESENSE TM
4-2-4. 评估套件
使用上述微机开发板进行支持IoT的应用或软件开发时，推荐使用评估套件（扩展板），以通过传感器进行数据获取和无线通信。
ROHM提供支持这类IoT设备开发的评估套件和开发工具。
总结
至此，已经阐释了IoT的工作机制、应用案例、传感器和无线通信。后半部分重点介绍的传感器和无线通信是IoT技术未来发展的关键。
通过使用微机开发板和评估套件，可以轻松自制IoT设备。为了更深入地了解IoT，为什么不亲自尝试一下自制IoT设备呢？