摘要：文章主要探讨了以物联网技术为核心的嵌入式自动化控制系统。对物联网的基本概念及在自动化行业中的应用进行了详细地讲解。文中详细说明了系统的架构设计方案，涉及了系统的层级划分、传感器的挑选与布置，以及人机交互界面的打造。本文还提出了针对系统架构的改进措施，包括提升系统响应速度、减少延迟时间以及提高软件资源的运用效率等。通过这些设计上的创新和优化，目标是打造出高效且稳定的自动化系统架构，促进物联网技术与嵌入式系统在自动化行业的进步。

关键词：物联网；嵌入式自动化；架构设计

引言

嵌入式系统属于专用计算机系统，但是比普通计算机系统要求高。其基于计算机技术，可以对硬件、软件进行裁剪，应用于应用系统，满足不同应用场景对功能、成本、能耗等方面的需求。由硬件、操作系统、应用程序所构成，其中硬件负责提供计算和控制功能，操作系统负责管理系统资源和提供运行环境，应用程序根据具体需求开发，以完成特殊定制的功能和任务。在信息技术快速进步的当下，物联网技术与嵌入式设备的结合，已经成为自动化行业发展的关键走向。

1物联网技术基础理论

1.1 物联网技术概述

物联网是将多样化的信息捕捉装置与网络技术相融合，构建起一个庞大的互联体系。关键在于运用传感器、射频识别等前沿技术，促成物品与物品、人与物品间的无缝连接。这一网络体系具备全方位感知、稳定的数据传输、智能化处理等多种优势。从实体层面来分析，包含了信息感知层、数据网络层以及实际应用层三个层级。信息感知层主要负责信息的收集，数据网络层则承担着信息的传递任务，而实际应用层则专注于数据的深入分析与利用。

1.2 物联网在自动化领域的应用

物联网技术在自动化行业的运用极为普及。在制造业能即时捕捉机器的运作情况，搜集制造过程中的各类信息，例如温度、压力等关键指标，以实现自动化的管理与预见性的维修。在仓储智能化方面，物联网技术能精确追踪库存物品的具体位置和数量，从而优化仓储管理的效率。在农业自动化中，物联网被用于监控土壤湿度、光照强度等环境变量，以促进精确灌溉和施肥。

2基于物联网的嵌入式自动化系统架构设计

2.1 系统的层次结构设计

物联网嵌入式自动化体系的结构可分为三个主要层级，数据感知层、通信网络层以及决策执行层。数据感知层构成了系统的根基，涵盖众多感测元件和驱动部件，主要任务是搜集周遭环境的数据并响应调控指令，涉及诸如气温、湿度、气压等环境参数的监测。通信网络层则负责搭建起数据传输的桥梁，能够运用多样化的通讯协议，比如蓝牙、Wi-Fi等，以保障信息在各装置间的顺畅和高效传递。决策执行层是系统的核心部分，由嵌入式处理器和相关程序组成。嵌入式处理器负责对接收到的信息进行加工和分析，并依据既定的算法制定出控制命令。应用层根据实际的应用需求，例如工厂自动化、家庭智能化等，设计对应的软件应用，以实现系统的智能化管理和控制。

2.2 传感器选型与布局

在选择传感器时，必须针对实际应用需求和具体的环境条件进行。针对环境监测自动化领域，通常需配备能检测温度、湿度、空气质量等多种指标的传感器。而在工业自动化领域，选择能测量压力、流量、位移等参数的传感器显得尤为重要。传感器的性能参数如精确度、分辨率、反应速度等也是挑选时的关键因素。比如在需要高精度控制的工业场合，高精度压力传感器就扮演着不可或缺的角色。在传感器的布置上，应根据监测区域的特性进行周密规划。在广阔的工业车间内，温度传感器的布置应当覆盖各个作业区，防止监测上的疏漏。而对于结构复杂的生产机械，应在核心部位安装多个传感器，以便全方位地掌握设备的运行状况。通过合理的传感器布局，可以保证所收集数据的完整性及准确性，为系统的稳定操作和精确管理打下坚实的数据基础。

2.3 人机界面设计

交互界面的好坏直接决定了用户的使用便捷程度和对系统的整体感受，界面布局务必要清晰直观，关键信息和功能键需置于醒目区域。以智能居住系统的界面为例，应将照明调控、家电控制等高频功能集中于首页，便于用户迅速进行操作。在色彩搭配上，应追求和谐统一，避免刺眼或颜色对比过弱的搭配。至于信息展示，必须确保信息的实时更新与精确度。例如，在自动化工业系统中，应实时反映设备的工作状态和数据信息。操作方式应丰富且贴近用户需求，除了常规的点击和触控，还应引入语音指令、手势操作等交互方式，以适应不同用户的使用偏好。界面还需具备有效的交互反馈系统，用户操作后应立即获得反馈，如成功或错误的提示，以便用户明确了解操作成效。

3系统架构优化策略

3.1 提高系统响应速度

为加快系统反应速率，可以从硬件升级与软件优化两个层面进行。在硬件层面，选择具备高效处理能力的处理器核心，这类核心拥有强劲的计算性能，可以迅速完成数据处理任务。比如，运用多核心处理器以实现任务的并行化处理。而在软件层面，算法的改进是核心所在。需要简化算法的繁杂程度，砍掉多余的运算环节。对数据缓存策略进行改良，把频繁使用的数据放置于快速缓存中，以此缩短数据获取时间。

3.2 降低系统延迟

要缩短系统的响应时长，可以从优化网络输送和数据处理两个层面来采取措施。在网络的输送过程中，选取延迟较低的通信规程，例如经过改良的TCP/IP协议。面对大量数据的传输任务，可以实施数据压缩手段以减少输送的数据量，进而压缩传输所需时间。至于数据处理方面，我们可以引入流水线式的作业模式，把任务细分为多个步骤，使得数据能够在这些步骤中持续不断地进行处理，以此减少不必要的等待时间。

3.3 提高软件资源利用效率

优化软件资源使用效率，主要可以从程序代码的精简和资源调度的优化着手。在编写程序代码时，着力消除代码的重复部分，削减多余的循环和重复计算。运用性能更佳的数据结构，例如哈希映射、平衡二叉搜索树等，以提升数据存取速度。资源管理方面，构建灵活的内存分配体系，按照程序执行的实际需求灵活分配内存空间，减少内存的无效占用。对软件运行过程中的资源消耗实施实时跟踪，对不再需要的资源进行及时回收。实施模块化架构，把软件拆分成若干功能单元，这样有利于资源的有效分配和管控，提升软件整体的资源使用效能。

结语：

在物联网技术快速发展的今天，打造基于此技术的嵌入式自动化系统架构并进行深度优化，是一项至关重要且充满挑战的任务。通过对架构的精心设计和采取高效的优化手段，能够打造出既高效又可靠的自动化系统。随着物联网技术的持续创新，必须不断探索并应用新的技术和方法，以持续优化和提升系统架构。

参考文献：

[1] 刘星，蔡乐才，陈波杰，等.基于STM32嵌入式的智能终端售酒系统设计[J].四川轻化工大学学报：自然科学版， 2023， 36（1）：84-92.

[2] 吴圃新，石建明.基于嵌入式的多边提升舞台多轴控制器设计[J].制造业自动化， 2023， 45（6）：195-199.

[3] 邬剑升，李玉珩.基于嵌入式的无线通信网络远程终端控制系统设计[J].计算技术与自动化， 2023， 42（1）：103-107.