1.1　智能硬件的系统构成

为了方便读者理解智能硬件的系统构成，本节会对传统硬件（纯硬件）、传统软件（纯软件）、智能硬件的构成做简单对比，并重点讲解智能硬件的系统构成。

1．传统硬件（纯硬件）

（1）纯结构件：该类产品均由各种材料加工成的零件组装而成，几乎不包含电气系统和软件。典型产品：齿轮箱、滚珠丝杠、机械门锁、自行车等。

（2）传统电气产品：该类产品由机械部件和电子器件组装而成，有些包含软件，有些不包含软件。

典型产品：电冰箱、数控机床、洗衣机等。

2．传统软件（纯软件）

该类产品是一种逻辑产品，没有实际的物理形态，维护成本较低，更新速度快。纯软件产品能满足用户多样化的需求，提高工作效率和用户体验。

典型产品：该类产品范围广泛，如单机游戏——植物大战僵尸，以及淘宝、京东等电商的App。

3．智能硬件

智能硬件是以传统硬件为基础，采用软硬件结合的系统架构，结合新型传感检测、智能联网、人机交互、智能控制等技术，使硬件产品智能化，并可以方便地接入到更复杂、更智能的系统场景中，从而完成各类智能系统的部署，实现更多数据的获取，为决策提供可量化的依据，从而具备更高的使用价值，实现真正意义上有别于传统硬件的智能化产品。

典型产品：物流仓储AMR（autonomous mobile robot，自主移动机器人）、天猫精灵、智能汽车等产品。典型智能硬件产品的系统架构如图1-1所示（以移动智能硬件为例）。

（1）云服务。正是由于“云”技术的出现，各种设备才得以联网实现协同作业；也正是由于物联网互联互通，用户才可方便快速地部署、删除设备，灵活地定义应用场景。此外，云服务强大的数据汇总、数据处理、数据存储能力也为用户提供了更多的交互方式。

（2）网络通信。设备与云服务的数据交互主要以无线通信为主。其中，服务于大范围的通信方式包括4G（the 4th generation mobile communication technology，第四代移动通信技术）、5G（the 5th generation mobile communication technology，第五代移动通信技术），常用于移动范围较大的设备（如道路巡检机器人）；服务于中等范围的通信方式包括LoRa（long range radio，远距离无线电）、NB-IoT（narrow band internet of things，窄带物联网），一般用于数据传送量小的场景（如光伏电站火警检测、楼宇温湿度检测等）；服务于小范围的通信方式很多，传输速率需求高时可用Wi-Fi技术，低成本方案则主要包括Bluetooth/BLE、ZigBee、433等。

（3）处理器。处理器是智能硬件产品的“大脑”，对外负责与云端信息交互，对内负责整个智能设备的动作行为规划和决策。处理器根据预设或智能AI算法负责处理智能硬件的各种汇总数据，并根据数据信息规划或发出下一步行动指令。在复杂的系统中，处理器常常被称为上位机，而在工业场景中其一般被称为工控机。

（4）控制器。控制器是智能硬件产品的“肌肉”，其一般根据处理器下发的动作规划指令来控制执行器作出相应的响应。控制器常用于I/O控制，实时响应快速，与智能硬件的电气控制部分联系紧密。在复杂的系统中，控制器常被称为下位机（一般为MCU（microcontroller unit，微控制单元）），但在许多运动控制场景（如电摩、机器人、机床、无人机，以及拍照用的云台等设备）中，控制器也会内置复杂的伺服控制算法，这些运控算法往往属于整个产品的核心功能。

（5）执行器。执行器是智能硬件产品的“四肢”，是动作的最终执行者，其常见表现形式为声、光、动力、机械动作、磁力等，典型的执行器如LED灯带、电机、电磁继电器等。

（6）传感器。传感器是智能硬件产品的“眼睛”和“耳朵”，是智能设备外界信息采集者／输入源，也是智能硬件自我监控、自我诊断的信息源。常见的传感方式有声、光、电、磁等，对应的传感器如超声波传感器、光电感应器、三／六／九轴陀螺仪、双目相机等。

（7）显示器及音响。显示器及音响等输出设备是智能硬件产品的“嘴巴”，属人机交互部分，也是产品经理有关软件部分UI（user interface，用户界面）原型图的阵地。具备触摸功能的显示器也可作为传感器的一部分被用于用户的控制信息输入。作为用户交互门户，这类传感器是智能硬件体验感最集中的部分，在易用性上需要产品经理花费较多精力。

（8）操作系统。操作系统是智能硬件产品的“灵魂”，是管理软件和硬件的平台。常用操作系统包括Linux、Android以及各种RTOS（real time operating system，实时操作系统），研发工程师对此很熟悉，但往往硬件产品经理则对此相对陌生。

（9）电源。电源是智能硬件产品的“能量源泉”，负责为智能硬件提供电能。智能硬件产品常见的供电方式为交流电转直流电，或者电池供电（如锂电池和纽扣电池）。另外，锂电池供电常常需要BMS（battery management system，电池管理系统）模组负责电池的充放电管理。

（10）壳体／结构件。壳体／结构件是智能硬件产品的“皮肤”／“骨骼”。壳体一般是硬件产品的外观件，在负责保护内部器件的同时，其外观也会影响产品的销量，尤其对C端产品而言，好看的外观是吸引消费者的第一步。结构件是硬件设备的支撑部分，它的稳定性直接影响产品的质量和安全。此外，随着精益化生产的兴起，壳体、结构件、各种PCB（printed-circuit board，印制电路板）的设计、装配也越来越考验产品经理的精益化思维能力。

（11）软件和算法。软件和算法是智能硬件产品的“血肉”，负责将智能硬件产品的各部分组合在一起。软件和算法并不能让人直接感知到，往往只能借助产品的动作、行为来体现它们的作用。如超声波、激光雷达、RGB深度相机等传感器的数据采集和处理；智能硬件产品与后台服务器的数据交互；随着数据积累而不断自我学习和修正的神经网络算法等，都是软件和算法在起作用。

典型智能硬件系统包括云端、处理器、控制器、传感器、执行器、显示器及音响等，但并非所有的智能硬件都包含上述功能，例如，天猫精灵方糖就不具备显示器。此外，由于模块化、一体机等集成部件的出现，上述系统在物理架构上一般会有合并和拆分的情况，比如，驱动器和电机集合在一起的一体机就是将控制器和执行器合并在一起，蓝牙耳机处理芯片就是将处理器和控制器合并在一起。

智能硬件系统架构可参考如图1-2所示笔者团队自行开发的AMR系统架构，与AMR配合的充电桩设备本身也是一个智能硬件，具备完整的智能硬件系统，此处不再详细展开。