引言

物联网技术作为当今信息技术领域的璀璨明珠，正以惊人的速度渗透到社会生产生活的方方面面，我国移动物联网用户超过20亿户。物联网通过实现前所未有的实时监控和控制水平，改变了电子工程领域。物联网技术连接传感器、设备和系统，实现无缝数据收集和分析，这种连接对于现代电子系统至关重要，可以提高其高效运行、响应动态条件和保持最佳性能方面的能力。因此，文章深入探讨了物联网在实时监控和控制中的具体应用，旨在推动电子工程的发展。

1 基本概述

1.1 物联网技术的定义

物联网，是指通过互联网相互通信和共享数据的互连设备网络。这些设备通常嵌入传感器、执行器和其他技术，可以自主收集和交换信息，无需人工干预。物联网的核心理念，在于这些设备能够通过数据交换进行连接、交互，并提供有价值的见解。从本质上讲，物联网技术可以将物理设备集成到数字生态系统中，实现无缝通信和控制。从简单的家用电器到复杂的工业机械，设备都具备收集、传输和接收数据的能力。通过利用物联网技术，各行各业都能简化运营、优化资源利用率，并增强决策流程。

传感器和执行器是物联网设备的感觉器官，确保能够感知物理世界并与之交互。传感器收集温度、湿度、运动和光线等数据，而执行器则根据收到的指令促进动作。物联网设备依靠各种网络通信协议，将数据传输到集中式服务器或其他连接设备，这种连接性可实现实时数据交换和远程监控功能（图1所示）。物联网设备生成的数据经过处理和分析，可以提取有意义的见解。比如，机器学习算法和预测分析技术，通常用于从大量数据集中获取可操作的信息。此外，基于云的平台，在存储、处理和管理物联网生成的数据方面发挥着至关重要的作用，为处理不同来源的大量数据提供了可扩展性、可访问性和安全性^[1]。

图1 工业物联网

1.2 实时监测与控制在电子工程中的重要性

电子工程的实时监测与控制，为制造、基础设施管理、医疗卫生和环境监测等各个领域提供了诸多好处。首先，实时监控使工程师能够跟踪电子系统的性能，并及时发现潜在问题或效率低下。通过实时监控温度、电压和电流等关键参数，可以优化系统运行，并且提高生产力。其次，持续监控可提前发现电子系统中的故障或异常，从而降低设备故障和安全隐患的风险。通过实施基于实时数据的主动维护策略，就可以最大限度地减少停机时间，并确保关键系统的可靠性。再次，实时监控有助于预测性维护，使工程师能够在问题升级为代价高昂的故障之前解决问题。通过优化资源利用率，并最大限度地减少计划外停机时间，可以实现显著的成本节省，并提高整体运营效率。最后，实时数据洞察，使工程师能够根据不断变化的条件或要求做出明智的决策，并调整电子系统。通过利用数据分析和可视化工具，可以识别趋势、模式和优化机会，从而推动持续改进和创新。

2电子工程中物联网技术的实时监测

2.1 电子系统中基于传感器的数据收集

基于传感器的数据收集，在电子工程中起着至关重要的作用，为人们提供了有关物理世界的宝贵见解。传感器是一种能够检测和测量周围环境变化，并将这些变化转换为电子系统可以处理和分析的电信号的设备。这些传感器有多种类型和形式，包括温度传感器、压力传感器、接近传感器、加速度计等等。基于传感器的数据收集的重要性，在于能够帮助做出明智的决策，提高系统性能，并提高各个领域的整体效率。通过实时监控关键参数，工程师可以更深入地了解复杂系统，识别趋势和模式，并对变化或异常做出及时反应^[2]。例如，在数据中心，精确的温度控制对于确保最佳性能和防止设备过热至关重要。整个设施中部署支持物联网的温度传感器，可以实时监控温度变化，任何偏离预定义阈值的情况都会触发自动警报，确保操作人员能够及时采取纠正措施。再比如，在配电系统中，电压和电流波动可能表明存在潜在问题，例如过载、短路或设备故障。安装在配电网络关键点的支持物联网的传感器，能够持续监控这些参数，通过实时数据分析有助于识别异常模式或异常情况，促使操作人员能够降低风险，并保持系统可靠性。

2.2 设备的远程监控和诊断

远程监控和诊断使工程师和操作员能够监控设备性能、发现问题并排除故障，而无需亲临现场。物联网技术能够从传感器和连接设备收集实时数据，并将其传输到集中监控系统或云平台，这种远程访问可提高运营效率、减少停机时间，并实现主动维护策略。远程监控使操作员能够从远处评估设备性能，并识别潜在的安全隐患，通过远程访问诊断数据，可以在检测到安全风险时实施纠正措施或关闭程序，从而降低事故或伤害的风险。例如，对于供暖、通风和空调（HVAC）系统，在维持室内空气质量和热舒适度方面发挥着至关重要的作用。安装在 HVAC 设备中的支持物联网的传感器，可持续监测温度、湿度、气流和能耗等参数，通过远程访问这些数据，就可以优化系统性能、解决问题，并远程调整设置，从而满足不断变化的需求。再比如，工业机器人广泛应用于制造流程，可以自动执行重复性任务并提高生产率，集成到机器人系统中的支持物联网的传感器，能够监测各种参数，比如电机温度、速度、扭矩和振动等。

2.3 利用物联网技术实现预测性维护

预测性维护利用物联网技术，在设备故障发生之前进行预测，从而实现主动维护干预，避免代价高昂的停机和维修。通过分析来自传感器和连接设备的实时数据，预测性维护算法可以识别潜在故障的早期预警信号，从而根据实际设备状况而不是预定的时间表安排维护活动。预测性维护的物联网技术包括：（1）状态监测传感器。安装在设备上的支持物联网的传感器，可持续监测温度、振动、润滑剂状况和运行时间等关键参数。这些传感器收集实时数据，提供有关设备健康和性能的见解。（2）数据分析和机器学习。高级分析算法处理传感器收集的数据，识别预示即将发生故障的模式、趋势和异常。机器学习模型分析历史数据，开发可以高精度预测设备故障的预测性维护算法。（3）预测性维护软件。预测性维护软件集成了传感器数据、分析算法和维护计划，可以生成可操作的见解，为维护团队提供了维护任务的优先列表，以及建议的操作和时间表^[3]。例如，在工厂制造过程中，预测性维护有助于防止意外停机并优化设备性能。通过分析生产机械的传感器数据，预测性维护算法可以识别轴承磨损、电机故障或润滑剂劣化等潜在问题，从而使维护团队能够采取主动措施，避免代价高昂的故障。

3 物联网技术的控制方面应用

3.1 通过物联网控制系统实现流程自动化

自动化是现代电子工程的基石，可以提高众多领域的效率、精度和可靠性。物联网技术与控制系统的集成，极大地提高了自动化能力，创建可以自主运行并对实时数据做出动态响应的智能互联系统。支持物联网的控制系统由几个关键组件组成，传感器、执行器、通信网络和控制算法。传感器从环境或设备收集实时数据，例如温度、压力或运动，这些数据通过通信网络（例如 Wi-Fi、蜂窝或蓝牙）传输到中央处理单元或基于云的平台，控制算法会对其进行分析并做出决策，然后执行器通过调整物理参数来执行决策，例如打开阀门、调整电机速度或触发警报^[4]。

例如，在工业环境中，支持物联网的控制系统正在改变制造流程，通过在整个生产线上集成传感器，工厂可以监控机器的状态、跟踪物料流动，并确保产品质量。例如，支持物联网的系统可以检测可能表明设备磨损或故障的温度或压力变化，从而实现预测性维护并减少停机时间，这可以提高生产率、降低运营成本并提高产品一致性。一个具体的例子是物联网在预测性维护中的应用，通过持续监测设备健康状况，例如电机的振动水平或轴承的温度，物联网传感器可以预测机器何时可能发生故障，然后控制系统可以在方便的时间安排维护，防止意外故障并延长设备使用寿命。除了工业应用之外，物联网控制系统正在改变智能家居和建筑，将各种设备（照明、暖通空调、安全摄像头和家电）集成到一个可以远程监控和控制的统一网络中。例如，智能恒温器可以根据入住情况和天气预报，调节供暖和制冷，从而优化能源使用并减少水电费。同样，自动照明系统可以根据运动检测，打开或关闭灯，从而提高便利性和安全性。

3.2 基于实时数据的自适应控制策略

自适应控制策略，代表了控制系统领域的重大进步，允许基于连续数据反馈实时调整和优化流程。随着物联网技术的整合，这些自适应控制系统变得更加复杂、响应更快，并且能够处理复杂和动态的环境。自适应控制涉及根据系统行为或外部条件的变化修改控制参数，与依赖固定算法和设定点的传统控制系统不同，自适应控制系统可以从实时数据中学习并调整其操作，以保持最佳性能，这种适应性在条件不断变化且可能发生不可预见的干扰的环境中至关重要。物联网技术的集成，通过提供来自嵌入在系统中的各种传感器的连续数据流，增强了自适应控制，传感器监测温度、压力、湿度和振动等关键参数，收集的数据被传输到中央处理单元或基于云的平台，在那里先进的算法对其进行分析以检测模式、异常和趋势^[5]。

例如，在智能制造环境中，物联网传感器可以实时监控机器性能，如果传感器检测到与正常操作条件的偏差，例如振动或温度增加，自适应控制系统可以调整机器参数以缓解潜在问题，这可能涉及降低机器速度、改变冷却速度或安排维护，这种实时调整有助于防止设备故障、减少停机时间，并提高整体效率。再比如，在能源管理中，自适应控制策略对于优化智能电网的运行至关重要。遍布整个电网的物联网传感器，可监控电力需求、发电和配电，基于这些实时数据，控制系统可以动态调整电力分配、平衡供需、整合可再生能源并应对停电或故障。自适应控制策略的主要优势，在于能够在不断变化的条件下提高系统性能和弹性，通过不断调整实时数据，这些系统可以保持最佳运行，增强安全性并降低故障可能性。自适应控制还可以通过优化资源使用和减少维护需求，大幅度节省成本。

3.3 物联网集成用于电子设备的能源管理

高效的能源管理是电子工程中的一个重要考虑因素，尤其是对节能设备和系统的需求不断增长背景下。物联网技术应用为各种电子设备的能源监控、优化和节约，提供了创新的解决方案。物联网在能源管理方面的一个关键应用是智能电网系统，其中物联网传感器和通信网络能够实时监控宏观及微观层面的电力消耗模式，通过分析这些数据，就可以识别能源效率低下的情况，预测需求峰值，并实施需求响应计划，从而激励消费者在高需求期间调整能源使用情况。

物联网能源管理还扩展到智能建筑，安装在整个基础设施中的传感器，可监测占用率、温度、照明水平和其他参数，从而优化能源消耗。楼宇自动化系统利用这些数据，实时调整暖通空调设置、照明时间表和用电量，减少能源浪费并降低运营成本。此外，物联网技术还促进了消费电子产品（如智能恒温器、家用电器和可穿戴设备）的能源管理，这些设备采用了节能设计原则和连接功能，使用户能够远程监测并控制其能源使用情况，从而节省成本并带来环境效益。总之，将物联网技术集成到电子设备中进行能源管理，使工程师能够设计和部署解决方案，优化能源使用，减少浪费，促进各个领域的可持续发展。

结语

总之，物联网技术在推进电子工程的实时监控和控制方面发挥着关键作用。通过利用物联网进行基于传感器的数据收集、远程诊断、预测性维护、自动化、自适应控制和能源管理，可以实现更高的效率、可靠性和可持续性。随着物联网技术的不断发展，其应用将进一步扩展，推动创新并塑造电子工程的未来，为探索更智能、响应更快、更节能的解决方案铺平了道路。

参考文献：

[1]袁健，王世岐.浅谈物联网在现代机械电子工程中的应用[J].四川水泥，2022(03):60-61.

[2]马艳.电子信息与物联网技术的发展状况分析[J].集成电路应用，2021(11):160-161.

[3]肖杰.浅谈控制工程在机械电子工程中的应用[J].建材与装饰，2022(06):218-219.

[4]刘忠祥.浅析物联网在现代机械电子工程中的应用[J].南方农机，2022(07):27-28.

[5]巩祥光.基于物联网技术的远程操作电工电子实验平台设计[D].中国矿业大学，2021.