在不久的将来，智能空间就会成为一个主要的行业领域，致力于将传感器和人工智能整合到日常环境中。因此，让我们来看看未来的一些可能示例，以及要实现这样一个项目，您需要考虑使用哪些硬件。
什么是智能空间？
当谈到物联网相关技术的未来时，“智能空间”一词经常被提起。然而，在我们研究智能空间的硬件和应用之前，我们首先需要定义什么是智能空间。
简而言之，任何数字化程度达到可读写地步的环境都可以被视为智能空间。我们所说的可读写，是指关于环境的关键数据可以被读取、处理，然后通过结果影响环境。例如，室内环境可以被认为是一个智能空间，据此衡量室内空气质量的温度和二氧化碳水平，结果由计算机处理，然后调节窗户和空调设备，通过替换不新鲜的空气、加热空间或提供冷却来改善空气质量。然而，与传统的环境控制系统不同，智能控制系统将处理环境，根据多种因素做出反应，如在场人数、当前能源价格和用户的行为模式。
从根本上说，智能空间是将环境数字化的行为，以便智能系统能够实时响应并监控环境。几乎任何环境都可以变成智能空间，包括道路、森林，甚至城市街道。只要环境可以数字化，就可以变成一个智能空间。
智能空间对嵌入式系统的基本要求是什么？
任何智能空间（或任何现代电子电路）的基本组件都是嵌入式微控制器，其任务是读取传感数据，处理 I/O，并与远程服务器通信以提供数据和接收命令。
智能空间第二重要的组件是通信：嵌入式微控制器如何与远程服务器进行数据通信？虽然有些空间（如室内工业）可能允许使用有线以太网或 RS-232，但智能空间最有可能需要使用无线通信。在这种情况下，设计师可以在蜂窝、Wi-Fi、蓝牙和 LoRaWAN 之间进行选择。
无论使用何种无线技术，使用无线通信都会给设计带来多重压力，包括功耗和安全性。虽然功耗问题可以通过减少数据传输频率以及使用低能耗微控制器来解决，但无线通信的安全方面却存在一些重大挑战。
首先，无线安全允许攻击者无需近距离靠近设备就能进入设备。其次，智能空间拥有多台使用相同技术的设备，这对黑客来说可能是一个诱人的目标，因为入侵一台设备就可能为所有设备提供一个入口，这将增加成功入侵带来的回报。
因此，嵌入式设备不仅要节能，还必须集成强大的安全功能，如硬件加密、真随机数生成、信任区和加密加速器。
为更好地理解智能空间及其面临的限制，让我们查看一些设计面临的挑战以及工程师需要注意哪些事项的例子。
示例 1：智能垃圾箱
智能垃圾箱已经着手开发，它们可以帮助在城市中创建智能空间，实时响应使用情况。例如，一个带有传感器的垃圾箱可检测其当前使用情况，仅在需要时才安排转运，这将减少垃圾收集车辆的二氧化碳排放。其次，智能垃圾箱能够根据当前时间跟踪垃圾箱的使用情况，这将使城市规划者深入了解一个地区的交通状况
由于此类设备非常简单（一个简单的 PIR 传感器就足够），几乎任何嵌入式微控制器都具有检测垃圾存在情况的处理能力，然后在需要时向一些远程服务器发送信号，要求收集垃圾。尽管垃圾箱位于城市地区，可以使用基础设施，但工人会清理垃圾箱这一事实意味着，传感器所需的任何维护都可以在每次收集垃圾时完成，这包括更换电池。由于电池比电源电缆更容易与电源转换器集成，因此此类传感器采用电池供电是合理的。最后，在城市地区使用此类传感器意味着它们可以利用蜂窝网络，因为这些蜂窝网络在城市中已经广泛建立。
在这种情况下，对设计工程师来说，最重要的因素是需要能够与蜂窝调制解调器通信的低功耗处理器，或者以系统化模块的形式集成自己的蜂窝调制解调器。无论采用哪种方式，低功耗都是此类设计的关键所在。
示例 2：活动监测器
无论是在室外还是室内，活动监测器都是一种可以观察周围环境的即时活动的设备。此类活动包括区域通行人数、区域内闲逛者的停留时间，甚至是个人身份识别。在本例中，此类设备主要需要一个摄像头，而这已经对所选的任何微控制器提出了处理要求。出于隐私目的，人脸识别的使用可能也需要在本地完成（即边缘计算），从而存在对本地 AI 处理的需求。
最后，考虑到大多数摄像头系统都使用主设备的电源，此类设备的功耗问题就显得有些无关紧要。这是为了确保摄像头具有处理视频所需的所有能量，以及确保摄像头的可靠性。
示例 3：智能照明
使用照明的户外空间可以利用智能设备，决定是否需要照明。在不使用照明时可节能省电，并且灯光调暗也有助于减少对附近居民和天空带来的光污染。此外，照明的减少还可延长灯具的使用寿命，有助于减少电子垃圾以及降低照明系统的整体寿命成本。
要创建这样的系统，需要采用能够检测活动的传感器，但不需要达到与上例（活动监测器）相同的精确度或分辨率。在这种情况下，唯一的关注点是空间中是否有人进入，更先进的数据可能会查看进入者的速度和方向（这可以用于创建关于关闭和打开哪些灯具的预测路径）。
此类传感器也有可能在芯片上完成大部分处理，而不需要使用远程云服务（当然，这也可以用来为照明系统增加功能）。考虑到智能照明系统将具有稳定的电源连接，几乎不需要由电池供电的传感器系统，这意味着低功耗解决方案并不是必不可少的。
相反，这种应用中的嵌入式设备应侧重于拥有强大的安全性，原因很简单，获得设备访问权限的攻击者将能够随意控制照明，从而用于邪恶目的（例如，隐藏踪迹、从事犯罪活动等）。另外系统也需要强大的安全性，因为如果使用摄像头，这种系统还可以识别个人身份。
智能空间的未来看起来一片光明
我们仍处于智能空间的早期，尽管市场上的许多产品都宣称“智能”，但事实上，大多数产品并不智能（即，不执行任何真正的数据处理，也不对事件做出实时反应）。当工程师设计和开发用于智能空间的传感器和边缘计算设备时，我们需要确保为应用选择恰当的技术，为此，我们需要确保完全了解对设备的要求。
就智能空间而言，隐私和安全性将是两个最大的关注领域，因此，智能空间中的任何嵌入式设备都需要至少具备多层硬件安全性，包括加密、密钥存储和证书。在此之后，能耗将是一个重要因素，因为智能空间传感器使用电池供电的可能性很高。从这些主要的关注点出发，然后再选择通信技术，之后最终构建嵌入式智能空间设计。