硬件设备连网是 IoT 的核心。IoT 设备监视并测量 “事物” 或现实物品，包括工业设备、家用电器、建筑、汽车、仓库库存商品，以及人类（在使用可穿戴设备的情况下）。
开发新 IoT 解决方案时，需要通过一个迭代式的反馈和评估过程来对软硬件组件进行设计、塑造原型并完善。诸如 Arduino 和 Raspberry Pi 之类的业余爱好者硬件平台，有助于在快速设计原型并完善的过程中领先一步，原因在于这些平台是现成的，而且需要的投资也比每次在设计迭代中设计和制造定制的印刷电路板 (PCB) 要少一些。作为此过程的一部分，您需要考虑自己的 IoT 应用程序的硬件需求，评估和完善为了满足这些需求而构建的 IoT 设备原型，并适当地采用现成的组件或定制组件来调整它们。
在 IoT 的背景下，设备 这个词被过度使用，它描述了针对特定用途而设计或调整的硬件。它被用于表示各个硬件组件，包括传感器和执行器，也用于表示现成的电路板，比如 Raspberry Pi，还被用于表示由若干子设备构建的定制原型和生产单元。在本文中，我将分析一些广泛使用的现成硬件选项，讨论在开发下一个 IoT 项目和为其设计原型时，为什么可能会选择这一种设备而不是另一种设备。
IoT 设备特征随着 IoT 环境的日趋成熟，新设备和设备平台也在不断发布。您需要理解大多数 IoT 设备中常见的关键特征，才能在新设备可用时对它们进行比较和评估。
我们可以根据这些高级性能来描述 IoT 设备的特征：
数据获取和控制数据获取 () 是按固定时间间隔（数据取样速度）测量实际状况，并将测量结果转换为数字读数的过程。DAQ 还涉及到信号调节和模数转换器，前者用于操作和缩放原始传感器读数，后者用于将模拟传感器读数转换为数字值，以便对它们进行处理和分析。
传感器 是测量物理变量并将它们转换为电信号（电压）的输入组件。您可以从数千种类型的现有传感器中进行选择，用它们来测量一系列变量，包括温度、湿度、压力、烟雾、瓦斯、光纤、声音、震动、气流、水流、速度、加速度、距离、GPS 位置、海拔或力，等等。但传感器并不是只能测量环境条件；本体感受传感器还能监视设备的内部状态，诸如按钮、滑块或触摸屏之类的传感器还可用于直接与设备交互，提供一个人机接口。对于每种类型的传感器，比如温度传感器，众多制造商提供了数十种备选组件，每种组件的准确性和精确度规格都稍有不同，而且每种组件都是为特定应用和操作条件而设计的，比如用在水下或用于抵抗极热和极冷条件。
传感器组件的一个重要特征是分辨率。传感器的分辨率表示传感器能可靠地读取的最小变化量，它与用于表示原始传感器读数的数值大小相关。例如，一个具有 10 位分辨率的模拟温度传感器，使用 0 到 1023 之间的数值表示温度读数。位是二进制数字，所以 10 位总共提供了 2 的 10 次方或 1024 个可能值。但实际上，传感器会受电气噪声影响，导致实际的分辨率降低。
传感器将温度等物理变量转换为电信号，而输出设备正好相反：它们将电信号转换为物理变量。输出设备包括 LED、扬声器和屏幕，以及诸如发动机和螺线管之类能移动或控制物理世界中的事物的执行器 (actuator)。执行器通常部署在工业 IoT 应用程序内；例如，制造中广泛采用气动线性执行器在组装过程中移动和抓住产品。
数据处理和存储IoT 设备需要具备处理和存储数据的能力，才能对它们捕获的数据执行基本的处理、转换和分析。IoT 设备可直接处理数据，或者可以将数据传输到其他设备、网关设备、云设备或应用程序来进行聚合和分析。
边缘分析涉及到在网络边缘而不是在中心位置执行数据分析。可在设备自身上或在 IoT 设备直接连接的附近网关设备（比如路由器）上近实时地分析数据，而无需让设备将大量数据传输到上游的云服务器或数据中心来进行进一步分析。在边缘处理数据使得在收集数据时就能够对其进行聚合和过滤，仅选出最重要的数据发送给上游。最终，边缘分析既能减少上游的处理和存储需求，又能减轻网络上的负载。
IoT 应用程序的处理能力和存储取决于设备自身完成的处理工作量，而不是使用数据的服务或应用程序所完成的处理工作量。可用内存量和处理器规格（包括时钟速率和内核数量）决定了设备处理数据的速率。在将数据传输到上游之前，可以使用非易失性闪存存储器来保存数据，该存储器的容量决定了可在设备上存储的数据量。与仅执行诸如验证、标准化、缩放或转换读数（比如将原始温度读数转换为摄氏度）之类的基本数据处理的设备相比，执行边缘分析的设备需要的处理能力要高得多。
连接性网络连接是所有 IoT 设备的界定特征之一。设备与本地的其他设备通信，并向云中的服务和应用程序发布数据。一些设备使用 802.11 (wifi)、蓝牙、RFID、蜂窝网络，或者诸如 LoRa、SigFox 或 NB-IoT 之类的低功耗广域物联网 (LPWAN) 技术来进行无线通信。有线通信适用于安装在智慧建筑、家庭自动化和工业控制系统中的固定设备，可将这些设备连接到以太网或通过有源以太网对其进行改良。串行通信也是设备之间的一种有线连接形式，它使用通用异步收发传输器 (UART) 或控制器局域网 (CAN) 协议（起源于汽车行业）等标准协议。
电源管理对于依靠电池或其他无线电源（比如太阳能）供电的便携和可穿戴 IoT 设备，电源管理特别重要。根据提供数据获取和控制、存储、处理和连网功能的相连传感器、执行器或集成电路 (IC) 的使用模式和电源需求，设备可能需要定期进入休眠模式或低功耗模式，以节省电量或延长电池寿命。例如，类似 Raspberry Pi 3 这样的单板计算机，在典型使用情况下大约需要 700 - 1000mA 电流才能运转。如果不断通过 WiFi 网络传输数据，或者使用设备执行大量数据处理而使设备高负荷运转时，电源消耗将处于该范围的较高水平，当设备空闲时电源消耗才会下降。如果连接了相机模块，在使用相机时，需要的电流会增加大约 250mA。传感器通常需要电源才能运行，Raspberry Pi 上的 GPIO 引脚提供了 3.3V 或 5V 电压，所有引脚上的总电流最高为 50mA，所以随着引脚上连接的组件数量的增加，设备的总体电源消耗也会增加。 |
