摘要：在物联网技术蓬勃发展的当下，电子信息主板作为智能设备的核心载体，其智能化水平直接决定设备性能与应用体验。本文主要研究物联网技术与电子信息主板智能化设计，深入分析设计需求，创新构建软硬件系统架构，研究低功耗、边缘计算等关键技术实现路径，并通过实验验证方案可行性，为电子信息主板智能化升级提供全面的理论与实践参考。

关键词：物联网技术；电子信息主板；智能化设计；系统架构；嵌入式系统

引言

智能设备的“大脑”——电子信息主板的核心功能是数据处理、指令传输和设备控制，其性能的好坏直接影响智能设备的整体情况，而传统电子信息主板在功能、能耗和扩展性等方面有着明显的不足，难以满足物联网时代设备高并发、低延迟、智能化交互以及应用场景多样化的需求，开展基于物联网技术的电子信息主板智能化设计研究是推动智能设备产业升级、实现万物互联的关键一环，有着重要的现实意义和应用价值。

1. 物联网技术与电子信息主板

1.1 物联网技术核心

物联网技术是多领域技术融合的产物，其核心要素构建了物理世界与数字世界交互的桥梁，具体包含：

 （1）感知层。物联网的感知层靠温湿度传感器、压力传感器、图像传感器等各类传感器实时采集环境、设备运行状态等数据来完成对物理世界信息的捕捉[1]。

 （2）网络层。作为数据传输的“高速公路”，Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、LoRa 之类的无线通信技术以及5G、NB-IoT 这样的移动通信技术都被它综合运用起来，感知层采集的数据靠它高效稳定地往平台层传输，终端设备的控制指令也靠它反馈回去。

（3）平台层。依托云计算强大的存储和计算能力以及边缘计算本地化处理的优势，清洗、分析和挖掘海量数据并提取有价值的信息，从而给应用层提供数据支撑。

（4）应用层。智能算法和模型被用来把数据转化成具体的应用服务，如设备远程控制、故障预警、决策优化等功能由此得以实现并满足不同行业和用户的个性化需求。

1.2 电子信息主板功能演进

物联网技术发展日益成熟，电子信息主板功能不断迭代升级，演进趋势鲜明[2]。

第一，进行模块化设计并采用标准化接口与架构后，电子信息主板能在不同应用场景下灵活添加或更换像通信模块、传感器模块之类的功能模块，这极大地提升了主板扩展性与适应性，也使设备开发成本与周期得以降低。

第二，移动设备与物联网节点对续航能力有着严格要求，对此进行低功耗优化，主板可优化电路设计、采用低功耗芯片、应用动态电源管理技术等以有效降低能耗，延长设备工作时间[3]。

第三，嵌入式智能把高性能微处理器和 AI 算法集成起来，使电子信息主板具备本地化数据处理和决策的能力，不必将全部数据传到云端，从而减少数据传输延迟、降低对网络的依赖，提高设备响应速度和智能化水平。

2.智能化设计需求

2.1 功能需求

电子信息主板要适应复杂的物联网通信环境就得支持多种通信协议，像物联网消息传输会用到的MQTT 协议、受限环境适用的 CoAP 协议之类的以确保与不同设备、平台无缝对接，并且系统得有很强的边缘计算能力，能在本地预处理、分析采集的数据并做决策以减少数据上传到云端的流量和延迟。它内置加密芯片，用 AES-256 这种高强度加密算法加密数据传输和存储，建立完善的访问控制机制，将数字证书、身份认证等技术结合起来保障数据和设备通信安全[4]。

2.2 性能需求

性能需求需要达到以下几点要求：

第一，实时性。在工业控制、智能家居等场景下，外部事件要求设备快速响应，这就需要电子信息主板有毫秒级的实时处理能力从而确保系统稳定可靠运行。

第二，可靠性。高温、高湿、电磁干扰等复杂环境摆在面前，主板需通过优化电路设计、选用高可靠性元器件、强化防护措施等方式保障设备在恶劣条件下持续稳定工作。

第三，可扩展性。预留众多硬件接口（像GPIO、USB、PCI-E 之类的）和软件协议扩展接口，便于后续按照业务需求新增功能模块、升级软件系统，从而提高主板的生命周期和应用价值。

3.系统架构设计

3.1 硬件架构设计

物联网技术下的电子信息主板硬件架构由多个功能模块协同组成，具体如下：

（1）ARMCortex-M4 内核被集成于主控芯片且主频高达 168MHz，还支持 FPU（浮点运算单元）与 DSP（数字信号处理）指令集从而数据处理与运算能力强大，这为系统运行提供了核心动力。（2）双频 Wi-Fi（2.4GHz/5GHz）与蓝牙 5.0 被通信模块配备，以此达成高速且稳定的无线通信，并且预留了 LoRa/Zigbee 扩展接口，可满足不同距离、功耗要求的物联网通信场景。（3）传感器接口集成了6 轴 IMU（惯性测量单元）、温湿度传感器等常用传感器并能支持 I2C/SPI/UART 等多种通信协议，各类外部传感器可方便接入且数据采集功能得以实现。（4）电源管理方面由锂电池供电且支持太阳能充电，达成了绿色、可持续的能源供应，具备动态电压调节（DVS）功能能依据系统负载自动调整电压和频率从而降低能耗，支持快速唤醒功能以确保设备在低功耗模式下对外界事件快速响应。（5）安全模块中，硬件加密引擎是内置的，数据会被采用 AES-256加密算法的加密处理且密钥的安全存储与生成由物理不可克隆函数（PUF）实现，这样数据传输与存储的安全就有了保障。

3.2 软件架构设计

电子信息主板软件架构分层设计让功能解耦与高效协同得以实现，驱动层将硬件抽象化并屏蔽底层硬件差异，给上层软件统一的接口，Linux/RTOS 双系统可切换从而不同应用场景能选择合适的操作系统以提高系统灵活性与适应性，中间件层集成 MQTTBroker、CoAP 服务器等通信中间件达成设备间消息高效传输与处理且内置 OTA 升级模块支持设备软件远程更新并降低维护成本，应用层提供设备管理、数据采集、边缘计算、安全防护等丰富 API 接口方便开发者基于主板快速开发各类物联网应用进而实现设备智能化控制与管理。

4.实验与结果

4.1 实验环境

硬件平台：以 STM32H743 开发板为核心处理器平台并配上自定义扩展模块，就能实现通信、传感器接入等功能，从而模拟物联网技术下电子信息主板的实际运行环境。

测试场景：测试选取智能家居环境监测、工业设备预测性维护这两个物联网典型应用场景，智能家居场景下通过监测室内温湿度、光照强度等环境参数来实现智能设备控制，工业设备预测性维护场景里通过采集设备振动、电流等数据进行故障预警分析。

4.2 性能评估

通信延迟：Wi-Fi 通信模式下数据传输平均延迟不到50ms 能满足智能家居设备实时控制需求，而 LoRa 通信模式下平均延迟小于 2s 适用于工业物联网中长距离、低功耗的数据传输场景。

边缘计算效率：TinyML 图像识别模型被运行，处理速度达15 帧/秒，能快速分析处理采集的图像数据以满足实时性要求。

安全性能：模拟中间人攻击和重放攻击后，实验结果显示主板自带的安全防护机制可有效抵御攻击，确保数据传输与设备通信安全。

结论：基于物联网技术的电子信息主板智能化设计被本文深入研究并提出完整的软硬件系统架构，攻克低功耗设计、边缘计算实现、安全防护等关键技术难题且经实验验证设计方案的可行性与有效性；实验结果表明，系统性能可靠，具有一定应用推广价值。

参考文献：

[1]王恒强, 王乃尧, 马骁. 基于物联网技术的电子信息主板智能化设计[J]. 中国宽带, 2025, 21 (05): 157-159.

[2]毛嘉杰. 智能阀门定位器控制系统的应用与设计[D]. 中国矿业大学,2023.

[3]杜佳仕. 电子信息制造业创新信息披露对企业绩效的影响研究[D].东华理工大学, 2022.

[4]翟栋晨, 陈泽宗, 佘高淇, 王子寒. 基于数字信号处理和可编程逻辑门阵列的 S 波段雷达主板设计[J]. 科学技术与工程, 2019, 19 (17): 210-214.

作者简介：于敏，（1981.4-）女，汉族，人，本科，讲师，研究方向：电子信息工程。