寫作背景

自從1999年Kevin Ashton提出了物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）的概念后，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)走入了每個(gè)人的生活中。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是嵌入式技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)相互融合的產(chǎn)物。隨著智能設(shè)備、智能終端的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)變得密不可分。

2022年1月12日，國(guó)務(wù)院《十四五數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中提出要打造智慧共享的新型數(shù)字生活，加快既有住宅和社區(qū)設(shè)施數(shù)字化改造，打造智能樓宇、智能停車場(chǎng)、智能充電樁、智能垃圾箱等公共設(shè)施。2022年4月25日，國(guó)務(wù)院《關(guān)于進(jìn)一步釋放消費(fèi)潛力促進(jìn)消費(fèi)持續(xù)恢復(fù)的意見》指出，要推進(jìn)第五代移動(dòng)通信（5G）、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制。艾瑞咨詢系列研究報(bào)告（2022年第6期）指出，在2022年1~5月，僅智能家居行業(yè)投融資事件就達(dá)到了60次，涉及金額166億元人民幣。

不難看出，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)政策上升至國(guó)家戰(zhàn)略，嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的春天來(lái)了。越來(lái)越多的高校畢業(yè)生和企業(yè)研發(fā)人員選擇這一領(lǐng)域作為職業(yè)發(fā)展方向。

但是嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)與傳統(tǒng)的軟件開發(fā)不同。它不僅要求研發(fā)人員具有一定的工程經(jīng)驗(yàn)積累，還要具有軟件編程知識(shí)、硬件開發(fā)知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)甚至云計(jì)算知識(shí)等。而且物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式開發(fā)有著自己獨(dú)有的測(cè)試工具、調(diào)試方法。如果不了解這些方法，強(qiáng)行上馬必然會(huì)事倍功半。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，編者結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)常用的UART和RS485接口、Qt開發(fā)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)通信和JSON數(shù)據(jù)交換格式（含cJSON庫(kù)）這3部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解。同時(shí)用一個(gè)不斷迭代更新的簡(jiǎn)易氣象站程序貫穿這3部分內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)踐的緊密結(jié)合。對(duì)于嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中必不可少的工具，如串口調(diào)試助手、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手、邏輯分析儀等工具，本書也做了詳細(xì)的介紹。

內(nèi)容框架

本書按照從硬件到軟件、從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)的思路，將內(nèi)容劃分為硬件接口知識(shí)、Qt開發(fā)知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)3部分。

（1） 硬件接口知識(shí)部分，包括第1章和第2章。這一部分介紹了常用硬件接口原理（包括UART接口、RS485接口）、Modbus通信協(xié)議原理、硬件模塊原理（包括GY��39氣象信息模塊和PR��3000風(fēng)速風(fēng)向模塊）和調(diào)試工具（包括邏輯分析儀和串口調(diào)試助手）的使用。

（2） Qt開發(fā)知識(shí)部分，包括第3~6章。Qt是一個(gè)開源的、跨平臺(tái)的C 開發(fā)庫(kù)，在嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。這一部分先講解了C 開發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后介紹了Qt的核心功能和常用模塊，如信號(hào)和槽、串口通信、事件、定時(shí)器、子窗口等。

（3） 網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)部分，包括第7章和第8章。這一部分以中國(guó)移動(dòng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)為例，詳細(xì)講解了使用Qt進(jìn)行TCP、HTTP網(wǎng)絡(luò)通信的原理和方法。同時(shí)著重講解了網(wǎng)絡(luò)通信中極為常用的JSON數(shù)據(jù)交換格式和cJSON庫(kù)的使用方法。

在各個(gè)章節(jié)的實(shí)踐案例部分，逐步帶領(lǐng)讀者完成了一個(gè)功能全面的氣象站控制程序。通過(guò)該程序的編寫和迭代升級(jí)，讀者可以獲取工程實(shí)踐中程序開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。

特色亮點(diǎn)

1. 本書內(nèi)容貼近工程應(yīng)用，實(shí)踐性強(qiáng)

圍繞簡(jiǎn)易氣象站這一主題，從嵌入式項(xiàng)目開發(fā)的角度設(shè)計(jì)了一系列循序漸進(jìn)、由淺入深的案例。通過(guò)程序的不斷迭代和優(yōu)化，最終得到了功能完整的氣象站程序。

2. 本書注重夯實(shí)硬件基礎(chǔ)，加深理解

本書不但講解了工程領(lǐng)域常用的UART接口、RS485接口、Modbus通信協(xié)議的工作原理和工作過(guò)程，還講解了工程上常用的邏輯分析儀、串口調(diào)試助手、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手等測(cè)試工具，從而使讀者加深對(duì)硬件工作原理的理解。

3. 本書關(guān)注嵌入式項(xiàng)目開發(fā)的痛點(diǎn)

隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，萬(wàn)物互聯(lián)即將成為現(xiàn)實(shí)。但是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)需要開發(fā)者掌握多方面的知識(shí)，大大提高了入門門檻。本書針對(duì)這一痛點(diǎn)，著重講解了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送、JSON和cJSON庫(kù)的使用等內(nèi)容，幫助讀者優(yōu)化知識(shí)體系，步入萬(wàn)物互聯(lián)的5G時(shí)代。

讀者對(duì)象

本書既可作為高等學(xué)校嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、微電子、通信工程、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的教材，也可作為實(shí)踐案例供嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)的研發(fā)人員參考。讀者應(yīng)當(dāng)具備一定的編程知識(shí)和電子電路知識(shí)。由于Qt是基于C 的開發(fā)平臺(tái)，本書安排了一章的內(nèi)容幫助讀者進(jìn)行C到C 的過(guò)渡。只有C語(yǔ)言基礎(chǔ)的讀者也無(wú)須擔(dān)心。

配套資源

�r 程序代碼、工具軟件等資源： 掃描目錄上方的配套資源二維碼下載。

�r 課件、大綱、教案等資源： 掃描封底的書圈二維碼在公眾號(hào)下載，或者到清華大學(xué)出版社官方網(wǎng)站本書頁(yè)面下載。

�r 微課視頻（360分鐘，31集）： 掃描書中相應(yīng)章節(jié)中的二維碼在線學(xué)習(xí)。

�r 本書配套了氣象站硬件，可以有效地提高學(xué)習(xí)效率。讀者可以根據(jù)附錄中的電路圖進(jìn)行制作，但不可用于商業(yè)用途。

注： 請(qǐng)先掃描封底刮刮卡中的文泉云盤防盜碼進(jìn)行綁定后再獲取配套資源。

致謝

本書既是江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究課題（2022�睷��102343）和金陵科技學(xué)院產(chǎn)教融合型一流課程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)的成果，也是編者所在單位與南京優(yōu)奈特信息科技有限公司（蘇嵌教育）開展校企合作人才培養(yǎng)的成果。

本書由曹珂、黃苗玉、張玉、鄧寬編寫，林新華、梁庚審稿。本書是幾位教師多年教學(xué)成果的反思和積累，隨著實(shí)際教學(xué)進(jìn)行了多次歸納整理和更新。在此特別感謝陳正宇、王錦江、徐軍、陶永會(huì)、牛犇、劉飛、孫晨、王朕等教師和學(xué)生的大力支持。

本書在編寫過(guò)程中還參考了許多資料并列在參考文獻(xiàn)中，由于相關(guān)領(lǐng)域的資料浩如煙海，部分參考文獻(xiàn)可能會(huì)有所遺漏，在此向各位作者表示深深的謝意和歉意。

因編者水平有限，書中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者
2023年4月