物聯(lián)網(wǎng)感受層課件

物聯(lián)網(wǎng)感知與識別技術概述

感知與識別技術主要實現(xiàn)如識別物體本身的存在，定位物體位置、物體移動情況等等，常采用的技術包括二維碼技術、射頻識別技術、GPS定位技術、紅外感應技術、聲音及視覺識別技術、生物特征識別技術等。物聯(lián)網(wǎng)的感知與識別技術實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集，是物聯(lián)網(wǎng)主要的數(shù)據(jù)來源，物聯(lián)網(wǎng)的各種應用都是通過采集各類信息和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。物聯(lián)網(wǎng)感知與識別技術概述感知與識別技術主要實現(xiàn)如識別物體本1物聯(lián)網(wǎng)感知層產(chǎn)業(yè)鏈D1物聯(lián)網(wǎng)感知層產(chǎn)業(yè)鏈D12射頻識別技術射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification，縮寫RFID），是20世紀80年代發(fā)展起來的一種自動識別技術，它利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的，對靜止或移動物體的自動識別。RFID技術具有防水、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標簽數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息可以隨意修改、可以識別高速運動中的物體，可識別多個標簽，可以在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點。隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的興起，RFID在社會生產(chǎn)生活中的應用再一次推向了高潮。目前RFID應用范圍越來越廣，涉及商品防偽、國防軍事、智能交通、電子門票、身份識別和一卡通等多個領域。射頻識別技術射頻識別技術（RadioFrequency3射頻識別技術RFID系統(tǒng)組成RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天線、讀寫器和主機組成射頻識別技術RFID系統(tǒng)組成RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天4典型RFID分類按照標簽的工作頻率分類有源電子標簽半有源射頻標簽無源電子標簽按照標簽的工作頻率分類

低頻段電子標簽30kHz～300kHz中高頻段電子標簽3MHz～30MHz超高頻與微波標簽433.92MHz，862(902)～928MHz，2.45GHz，5.8GHz典型RFID分類按照標簽的工作頻率分類5射頻識別技術RFID工作原理RFID的工作原理讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當RFID進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，標簽獲得能量被激活，將自身編碼等信息通過內置發(fā)送天線發(fā)送出去，系統(tǒng)接收天線接收到標簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。射頻識別技術RFID工作原理RFID的工作原理6射頻識別技術RFID的典型應用證件管理

從2004年開始，采用了RFID技術的中國第二代居民身份證，在全國范圍內開始換發(fā)，截至2008年，中國第二代身份證發(fā)行量已經(jīng)達到9億多張，是迄今為止全球最大的RFID應用項目。射頻識別技術RFID的典型應用證件管理7射頻識別技術RFID的典型應用門禁保安門禁保安系統(tǒng)可采用射頻卡，并且一卡可以多用，比如作工作證、出入證、停車卡、旅館住宿卡甚至旅游護照等等，目的是幫助識別人員身份、安全管理、收費等，這樣可以簡化出入手續(xù)、提高工作效率。射頻識別技術RFID的典型應用門禁保安8射頻識別技術RFID的典型應用防偽將射頻識別技術應用在防偽領域有它自身的技術優(yōu)勢。防偽技術本身成本低，但卻很難偽造。射頻卡的成本就相對便宜，而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠，使偽造者望而卻步。射頻卡本身具有內存，可以儲存、修改與產(chǎn)品有關的數(shù)據(jù)、利于銷售商使用；體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。射頻識別技術RFID的典型應用防偽9射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼EPC的全稱是ElectronicProductCode，中文稱為產(chǎn)品電子代碼。EPC的載體是RFID電子標簽，并借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息的傳遞。EPC旨在為每一件產(chǎn)品建立全球的、開放的標識標準，實現(xiàn)全球范圍內對單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應鏈管理水平、降低物流成本。EPC是一個完整的、復雜的、綜合的系統(tǒng)。

射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼EPC的全稱是Electron10射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼

EPCglobal是一個非贏利性標準化組織，由EAN和UCC兩大標準化組織聯(lián)合成立，其主要職責是在全球范圍內對各個行業(yè)建立和維護EPC網(wǎng)絡，保證供應鏈各環(huán)節(jié)信息的自動、實時識別采用全球統(tǒng)一標準。射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼11傳感器技術傳感器的定義國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律（數(shù)學函數(shù)法則）轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。

“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉換成另一種能量形式，所以不少學者也用“換能器（Transducer）”來稱謂“傳感器”。傳感器技術傳感器的定義國家標準GB7665-87對傳感器下的12常見傳感器簡介電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。常見傳感器簡介電阻式傳感器13常見傳感器簡介稱重傳感器稱重傳感器是一種能夠將重力轉變?yōu)殡娦盘柕牧Α娹D換裝置，是電子衡器的一個關鍵部件。常見傳感器簡介稱重傳感器14常見傳感器簡介電阻應變式傳感器傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。常見傳感器簡介15傳感器技術常見傳感器簡介壓阻式傳感器壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應的不平衡輸出傳感器技術常見傳感器簡介壓阻式傳感器16傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器利用激光技術進行測量的傳感器，它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器17傳感器技術常見傳感器簡介

霍爾傳感器

霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種。其中，線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。傳感器技術常見傳感器簡介霍爾傳感器18傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器工作原理激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器工作原理19無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡簡介無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)可以組成獨立的感知控制系統(tǒng)，但由于其在物聯(lián)網(wǎng)整個構建中位于信息獲取的底層，其獲取的信息可以匯總到更高層次進行處理后再反饋到應用中，因此本書將其放在物聯(lián)網(wǎng)的感知與識別部分作介紹。無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡簡介無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)可以組20無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡體系結構傳感網(wǎng)主要由無線節(jié)點、匯集節(jié)點和信息監(jiān)測或管理中心等組成。無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡體系結構傳感網(wǎng)主要由無線節(jié)點21無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡特點1、節(jié)點能量有限。2、自組織性。3、多跳路由。4、大規(guī)模網(wǎng)絡。5、動態(tài)性網(wǎng)絡。6、可靠的網(wǎng)絡。7、應用相關的網(wǎng)絡。8、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡。

無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡特點1、節(jié)點能量有限。22其他感知與識別技術二維碼技術紅外感應技術GPS定位技術聲音及視覺識別技術生物特征識別技術

其他感知與識別技術二維碼技術23其他感知與識別技術二維碼技術二維碼在1994年起源于日本，它用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息。二維碼的應用：二維條碼具有儲存量大、保密性高、追蹤性高、抗損性強、備援性大、成本便宜等特性，這些特性特別適用于表單、安全保密、追蹤、證照、存貨盤點、資料備援等方面。

其他感知與識別技術二維碼技術二維碼在1994年起源于日本，它24其他感知與識別技術紅外感應技術紅外線是一種波長在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。任何物質，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。利用這種紅外線的輻射，可以實現(xiàn)各種紅外感應技術的應用，如搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤，熱成像系統(tǒng)可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分布圖像等。其他感知與識別技術紅外感應技術紅外線是一種波長在750nm至25其他感知與識別技術紅外感應技術利用紅外感知技術可以制作紅外線傳感器，測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦問題，并且有靈敏度高，響應快等優(yōu)點。紅外線傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉換電路。

其他感知與識別技術紅外感應技術26其他感知與識別技術定位技術在物聯(lián)網(wǎng)的許多應用中，需要知道物體的位置信息，特別是對于移動的物體，需要知道物體變化的位置信息。因此定位技術是物聯(lián)網(wǎng)的重要技術之一。在物聯(lián)網(wǎng)應用中定位技術很多，最為常用的是衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）和北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。其他感知與識別技術定位技術27其他感知與識別技術聲音及視覺識別技術即利用聲音和視頻實現(xiàn)感知與識別。比如智能視覺物聯(lián)網(wǎng)利用各類圖像獲取傳感器，包括監(jiān)控攝像機、手機、數(shù)碼相機等，獲取人、車、物圖像或視頻，并采用智能分析技術對視覺信息進行處理，自動獲取我們需要視頻信息，實現(xiàn)各種具體的應用，如危險品的預警、犯罪分子的發(fā)現(xiàn)等。

聲音及視覺識別技術其他感知與識別技術聲音及視覺識別技術28其他感知與識別技術

生物識別技術（BiometricIdentificationTechnology）是指利用人體生物特征進行身份認證的一種技術。它通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統(tǒng)計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性和行為特征來進行個人身份的鑒定。生物識別技術其他感知與識別技術生物識別技術29物聯(lián)網(wǎng)感知與識別技術概述

感知與識別技術主要實現(xiàn)如識別物體本身的存在，定位物體位置、物體移動情況等等，常采用的技術包括二維碼技術、射頻識別技術、GPS定位技術、紅外感應技術、聲音及視覺識別技術、生物特征識別技術等。物聯(lián)網(wǎng)的感知與識別技術實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集，是物聯(lián)網(wǎng)主要的數(shù)據(jù)來源，物聯(lián)網(wǎng)的各種應用都是通過采集各類信息和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。物聯(lián)網(wǎng)感知與識別技術概述感知與識別技術主要實現(xiàn)如識別物體本30物聯(lián)網(wǎng)感知層產(chǎn)業(yè)鏈D1物聯(lián)網(wǎng)感知層產(chǎn)業(yè)鏈D131射頻識別技術射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification，縮寫RFID），是20世紀80年代發(fā)展起來的一種自動識別技術，它利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的，對靜止或移動物體的自動識別。RFID技術具有防水、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標簽數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息可以隨意修改、可以識別高速運動中的物體，可識別多個標簽，可以在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點。隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的興起，RFID在社會生產(chǎn)生活中的應用再一次推向了高潮。目前RFID應用范圍越來越廣，涉及商品防偽、國防軍事、智能交通、電子門票、身份識別和一卡通等多個領域。射頻識別技術射頻識別技術（RadioFrequency32射頻識別技術RFID系統(tǒng)組成RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天線、讀寫器和主機組成射頻識別技術RFID系統(tǒng)組成RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天33典型RFID分類按照標簽的工作頻率分類有源電子標簽半有源射頻標簽無源電子標簽按照標簽的工作頻率分類

低頻段電子標簽30kHz～300kHz中高頻段電子標簽3MHz～30MHz超高頻與微波標簽433.92MHz，862(902)～928MHz，2.45GHz，5.8GHz典型RFID分類按照標簽的工作頻率分類34射頻識別技術RFID工作原理RFID的工作原理讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當RFID進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，標簽獲得能量被激活，將自身編碼等信息通過內置發(fā)送天線發(fā)送出去，系統(tǒng)接收天線接收到標簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。射頻識別技術RFID工作原理RFID的工作原理35射頻識別技術RFID的典型應用證件管理

從2004年開始，采用了RFID技術的中國第二代居民身份證，在全國范圍內開始換發(fā)，截至2008年，中國第二代身份證發(fā)行量已經(jīng)達到9億多張，是迄今為止全球最大的RFID應用項目。射頻識別技術RFID的典型應用證件管理36射頻識別技術RFID的典型應用門禁保安門禁保安系統(tǒng)可采用射頻卡，并且一卡可以多用，比如作工作證、出入證、停車卡、旅館住宿卡甚至旅游護照等等，目的是幫助識別人員身份、安全管理、收費等，這樣可以簡化出入手續(xù)、提高工作效率。射頻識別技術RFID的典型應用門禁保安37射頻識別技術RFID的典型應用防偽將射頻識別技術應用在防偽領域有它自身的技術優(yōu)勢。防偽技術本身成本低，但卻很難偽造。射頻卡的成本就相對便宜，而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠，使偽造者望而卻步。射頻卡本身具有內存，可以儲存、修改與產(chǎn)品有關的數(shù)據(jù)、利于銷售商使用；體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。射頻識別技術RFID的典型應用防偽38射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼EPC的全稱是ElectronicProductCode，中文稱為產(chǎn)品電子代碼。EPC的載體是RFID電子標簽，并借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息的傳遞。EPC旨在為每一件產(chǎn)品建立全球的、開放的標識標準，實現(xiàn)全球范圍內對單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應鏈管理水平、降低物流成本。EPC是一個完整的、復雜的、綜合的系統(tǒng)。

射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼EPC的全稱是Electron39射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼

EPCglobal是一個非贏利性標準化組織，由EAN和UCC兩大標準化組織聯(lián)合成立，其主要職責是在全球范圍內對各個行業(yè)建立和維護EPC網(wǎng)絡，保證供應鏈各環(huán)節(jié)信息的自動、實時識別采用全球統(tǒng)一標準。射頻識別技術EPC產(chǎn)品電子代碼40傳感器技術傳感器的定義國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律（數(shù)學函數(shù)法則）轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。

“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉換成另一種能量形式，所以不少學者也用“換能器（Transducer）”來稱謂“傳感器”。傳感器技術傳感器的定義國家標準GB7665-87對傳感器下的41常見傳感器簡介電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。常見傳感器簡介電阻式傳感器42常見傳感器簡介稱重傳感器稱重傳感器是一種能夠將重力轉變?yōu)殡娦盘柕牧Α娹D換裝置，是電子衡器的一個關鍵部件。常見傳感器簡介稱重傳感器43常見傳感器簡介電阻應變式傳感器傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。常見傳感器簡介44傳感器技術常見傳感器簡介壓阻式傳感器壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應的不平衡輸出傳感器技術常見傳感器簡介壓阻式傳感器45傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器利用激光技術進行測量的傳感器，它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器46傳感器技術常見傳感器簡介

霍爾傳感器

霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種。其中，線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。傳感器技術常見傳感器簡介霍爾傳感器47傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器工作原理激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。傳感器技術常見傳感器簡介激光傳感器工作原理48無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡簡介無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)可以組成獨立的感知控制系統(tǒng)，但由于其在物聯(lián)網(wǎng)整個構建中位于信息獲取的底層，其獲取的信息可以匯總到更高層次進行處理后再反饋到應用中，因此本書將其放在物聯(lián)網(wǎng)的感知與識別部分作介紹。無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡簡介無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)可以組49無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡體系結構傳感網(wǎng)主要由無線節(jié)點、匯集節(jié)點和信息監(jiān)測或管理中心等組成。無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡體系結構傳感網(wǎng)主要由無線節(jié)點50無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡特點1、節(jié)點能量有限。2、自組織性。3、多跳路由。4、大規(guī)模網(wǎng)絡。5、動態(tài)性網(wǎng)絡。6、可靠的網(wǎng)絡。7、應用相關的網(wǎng)絡。8、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡。

無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡特點1、節(jié)點能量有限。51其他感知與識別技術二維碼技術紅外感應技術GPS定位技術聲音及視覺識別技術生物特征識別技術

其他感知與識別技術二維碼技術52其他感知與識別技術二維碼技術二維碼在1994年起源于日本，它用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息。二維碼的應用：二維條碼具有儲存量大、保密性高、追蹤性高、抗損性強、備援性大、成本便宜等特性，這些特性特別適用于表單、安全保密、追蹤、證照、存