物聯網技術基礎(第三章)課件

物聯網技術基礎(第三章)課件第三章物聯網感知與識別技術第三章物聯網感知射頻識別技術無線傳感器網絡傳感器技術其他典型感知與識別技術射頻識別技術無線傳感器網絡傳感器技術其他典型感知與識別技術030102了解物聯網主流感知與識別技術的分類了解各種物聯網感知技術的應用情況。了解物聯網不同類型感知技術的工作過程和技術特點030102了解物聯網主流感知與識別技術的分類了解各種物聯網030201能夠說出射頻識別技術的基本工作原理與應用方法能夠說出傳感器的分類和常見傳感器的基本工作原理掌握無線傳感器網絡的體系結構和特點030201能夠說出射頻識別技術的基本工作原理與應用方法能夠RFID在身份證中的應用RFID在身份證中的應用射頻識別技術射頻識別技術第一節(jié)射頻識別技術射頻識別技術（RFID）是通過無線電波進行數據傳送的技術，它是一種典型的非接觸自動識別技術，是國家戰(zhàn)略新興專業(yè)物聯網的重要組成部分，同時也是物聯網技術感知層的支撐技術之一。第一節(jié)射頻識別技術射頻識別技術（RFID）是通過無線電波進自動化人工智能信息安全通信技術0402050103計算機科學與技術RFID范圍包含：STEP01STEP02STEP03STEP04STEP05科技民生智慧生活資源協調物流配送智能安防應用第一節(jié)射頻識別技術自動化人工智能信息安全通信技術0402050103計算機科學第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器電子標簽計算機系統典型的RFID系統的核心是射頻識別技術，主要結構包括電子標簽、讀寫器和天線等。而作為一個完整的RFID系統，在包括上述組件之外，還需要有與之配套的應用軟件和計算機網絡系統，才能實現完整的自動識別系統功能，如圖所示。

RFID系統的主要結構第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器電子標簽計算機系第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1電子標簽又稱射頻標簽或射頻卡，它由耦合元件和芯片組成，是RFID系統真正的數據載體，如圖所示。每個電子標簽具有唯一的電子編碼，它通過內置天線與讀寫器內的射頻天線進行通信。

RFID電子標簽第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1電子標簽又稱射頻標簽或第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器又稱閱讀器，根據設計結構和技術不同，可以用來作為電子標簽內存信息的只讀設備或者讀寫設備，它是RFID系統信息和控制的處理中心，通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成，如圖所示。RFID讀寫器結構圖第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器又稱閱讀器，根據第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1天線主要用于在電子標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。電子標簽和讀寫器中都包含天線，其中電子標簽中的天線屬于內置天線，而讀寫器中可以使用內置或者外置天線。應用軟件可以針對不同應用領域進行管理和操作，而計算機網絡則用來進行數據的傳輸和查詢。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1天線主要用于在電子標簽第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類根據標簽與讀寫器之間的通信工作時序分類根據標簽和讀寫器之間的耦合方式分類根據標簽的可讀寫性分類根據標簽供電方式分類060305010204分類方法根據標簽的數據調制方式分類第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類根據標第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類01高頻（HF，3MHz～30MHz）常用：

6.75MHZ,13.56MHZ微波（UWF，2.45GHz～5.8GHz）常用：2.45GHz，5.8GHZ低頻（LF，30kHz～300kHz常用：125KHZ,135KHZ

超高頻（UHF，300MHz～968MHz）常用：860/960MHz第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類01微第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類202根據標簽供電方式分類132內有電池，但電池僅對維持數據的電路及維持芯片工作電壓的電路提供支持半有源電子標簽內沒有電池，電子標簽利用讀寫器發(fā)出的波束供電有源電子標簽無源電子標簽電子標簽內有電池，電池可以為電子標簽提供全部能量第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類202根據標簽供電方式分第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類203根據標簽和讀寫器之間的耦合方式分類一般適用于中、低頻工作的近距離射頻識別系統。電感耦合系統典型的工作頻率為125kHz，225kHz和13.56MHz，該系統的識別距離小于1m，典型作用距離為10～20cm。電感耦合方式一般適用于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統。電磁反向散射耦合系統典型的工作頻率為433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz，該系統的識別距離大于1m，典型作用距離為3～10m。電磁反向散射方式第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類203根據標簽和讀寫器之第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類204根據標簽的可讀寫性分類2一次寫入多次讀出型標簽（WORM）3只讀型標簽（RO）1可讀寫型標簽（RW）第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類204根據標簽的可讀寫性第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2只讀型標簽（RO）只讀型標簽內只包括只讀存儲器（ROM）、隨機存取存儲器（RAM）和緩沖存儲器，并且標簽內存有一個唯一的、不可修改的ID號碼，可以保證標簽的安全性；一次寫入多次讀出型標簽是用戶數據可以進行一次性寫入的標簽，寫入后數據不能改變；而可讀寫型標簽一般還有非活動可編程記憶存儲器，這種存儲器除了具有存儲數據功能外，還具有在適當條件下允許多次寫入數據的功能。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2只讀型標簽（RO）只讀第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2標簽數據調制方式分類的依據是標簽通過何種形式方法與讀寫器之間進行數據交換，一般可分為主動式、被動式和半主動式3種。通常，無源系統為被動式，有源系統為主動式，半有源系統為半主動式。05根據標簽的數據調制方式分類1233主動式被動式半主動式第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2標簽數據調制方式分類的第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類21233主動式被動式半主動式用自身的射頻能量主動發(fā)送數據給讀寫器，主動式標簽是單向的，即只有標簽向讀寫器不斷傳送信息，而讀寫器對標簽的信息只是被動地接收。

不能主動發(fā)送數據，只能利用讀寫器的能量進行工作，因此只能在一定范圍內進行工作。本身也帶有電池，但只能為標簽內部電路供電，只有通過讀寫器的能量才能傳送自身數據。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類21233主動式被動式半第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類206根據標簽與讀寫器之間的通信工作時序分類時序分類是根據標簽和讀寫器的工作次序進行分類，分為讀寫器主動喚醒標簽（ReaderTalkFirst，RTF）和標簽首先自報家門（TagTalkFirst，TTF）的方式。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類206根據標簽與讀寫器之第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID工作原理3當RFID系統開始工作時，讀寫器的天線作為發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入讀寫器工作范圍時，其天線感應到讀寫器天線發(fā)送的射頻信號，產生感應電流，從而使電子標簽獲得能量，內部電路被激活，使得電子標簽將自身的編碼信息通過內置天線發(fā)送出去；此時讀寫器的天線作為接收天線接收從電子標簽發(fā)送過來的信號，經過天線發(fā)送給內部處理模塊，經過相應的處理后將有效信息發(fā)送到后臺的主機系統進行識別，最后根據不同設備做出相應的處理與控制。RFID工作原理第一節(jié)射頻識別技術RFID工作原理3當RFID系統開始工作第一節(jié)射頻識別技術影響RFID系統讀寫距離的因素主要有讀寫器產生的磁場、感應的靈敏度（尤其在復雜環(huán)境下）、電子標簽本身獲得能量并發(fā)送信息的能力等。讀寫器產生的磁場感應的靈敏度獲得能量并發(fā)送信息的能力第一節(jié)射頻識別技術影響RFID系統讀寫距離的因素主要有讀寫第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4RFID技術在物聯網領域使用廣泛，比較典型的應用就是在物流領域的使用。通過RFID系統可以實現商品從原料、半成品、成品、運輸、倉儲、配送、上架、最終銷售，甚至退貨處理等所有環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)控，不僅能極大地提高自動化程度，而且可以大幅降低差錯率，從而顯著提高供應鏈的透明度和管理效率。RFID物流管理系統使物流企業(yè)在對貨物的倉儲、分撿、配送、運輸等方面的管理更加高效、準確、科學，如圖所示。第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4RFI第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4ISO17364應用標準3ISO17358應用標準1ISO17367系列標準ISO17366系列標準5ISO17363應用標準2ISO17365應用標準46第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4ISO第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用41．ISO17358應用要求這是供應鏈RFID的應用要求標準，該標準定義了供應鏈物流單元各個層次的參數，定義了環(huán)境標識和數據流程。2．ISO17363～17367系列標準供應鏈RFID物流單元系列標準分別對貨運集裝箱、可回收運輸單元、運輸單元、產品包裝、產品標簽的RFID應用進行了規(guī)范。該系列標準的內容基本類同，如空中接口協議采用ISO/IEC18000系列標準等。在具體規(guī)定上存在差異，分別針對不同的使用對象做了補充規(guī)定，如使用環(huán)境條件、標簽的尺寸、標簽張貼的位置等特性，根據對象的差異要求采用電子標簽的載波頻率也不同。貨運集裝箱、可回收運輸單元和運輸單元使用的電子標簽一定是重復使用的，產品包裝則要根據實際情況而定，而對產品標簽來說通常是一次性的。另外還要考慮數據的完整性、可視識讀標識等?？苫厥者\輸單元在數據容量、安全性、通信距離方面要求較高。第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用41．I需要注意的是，ISO10374、ISO18185和ISO17363三個標準之間的關系，它們都針對集裝箱，但是ISO10374是針對集裝箱本身的管理，ISO18185是海關為了監(jiān)視集裝箱，而ISO17363是針對供應鏈管理目的而在貨運集裝箱上使用可讀寫的RFID標識標簽和貨運標簽。第一節(jié)射頻識別技術需要注意的是，ISO10374、ISO18185和ISO第一節(jié)射頻識別技術重慶已發(fā)行350萬張RFID汽車電子車牌第一節(jié)射頻識別技術重慶已發(fā)行350萬張RFID汽車電子車牌其他典型感知與識別技術其他典型感知與識別技術第二節(jié)傳感器技術隨著人類社會在20世紀末進入了信息時代，人們的社會活動更依賴于對信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸和實現。這種現象促成了傳感器技術的快速發(fā)展。在物聯網體系結構中，感知層作為信息的獲取與數據采集的主要手段，可以把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的設備，可以感知周圍的溫度、速度、電磁輻射或氣體成分等，獲取傳感器周圍的各種信息。第二節(jié)傳感器技術隨著人類社會在20世紀末進入了信息時代，人第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器的分類傳感器的工作原理傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器的分類傳感器的工作原理傳第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器是一種檢測裝置，能夠感測被測量并按照一定規(guī)律將其轉換成可用電信號或其他所需形式的信息輸出，用以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是物聯網感知層的觸角，是物聯網感知的主要來源。第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器是一種檢測裝置，能夠感測第二節(jié)傳感器技術傳感器組成轉換元件敏感元件01轉換電路能直接感受和檢出被測對象的待測信息。

將敏感元件所感受出的信息直接轉換成電路參數的部分。將轉換元件輸出的電路參數接入轉換電路，進行信號的放大或調節(jié)，輸出電信號。第二節(jié)傳感器技術傳感器組成轉換元件敏感元件01轉換電路能直第二節(jié)傳感器技術傳感器分類按工作機理分類01按被測量類別分類02按敏感材料分類03按能量關系分類04其他分類05傳感器的種類很多，原理各異，檢測對象類別繁多，分類形式也沒有統一的標準，但比較常用的有如下幾種分類方法第二節(jié)傳感器技術傳感器分類按工作機理分類01按被測量類別分第二節(jié)傳感器技術按工作機理分類01按工作機理分類的方法是以工作原理劃分，將物理、化學和生物等學科的原理、規(guī)律、效應等作為分類的依據，如應變式、壓電式、熱電式傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點在于對傳感器工作原理的分析較為直接，類別少，有利于傳感器工作者從原理和設計上進行掌握。這也是大多數教材的通用分類方法。第二節(jié)傳感器技術按工作機理分類01按工作機理分類的方法第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02按照傳感器被測量類別分類的方法是按被測量的性質不同對傳感器進行劃分。把不同被測量的傳感器分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器三大類。物理量傳感器01化學量傳感器02生物量傳感器03第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02按照傳感器被測量類別分第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02這種方法又把種類繁多的被測量分為基本物理量和派生物理量兩大類，如表所示?；疚锢砹颗缮锢砹克俣染€速度速度、振動、流量、動量等角速度轉速、角振動等加速度線加速度振動、沖擊、質量等角加速度角振動、扭矩、轉動慣量等位移線位移長度、厚度、應變、震動、磨損、不平度等角位移旋轉角、偏轉角、角振動等力壓力重量、應力、力矩等時間頻率周期、計數、統計分布等溫度熱容量、氣體、渦流等光光通量與密度、光譜分布等由于這種分類方法是根據被測量進行傳感器命名的，因此能明確地指出傳感器的用途，便于使用者根據其用途選擇使用。第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02這種方法又把種類繁多的第二節(jié)傳感器技術按敏感材料分類03根據制造傳感器的材料類別分類，可以將傳感器分為半導體傳感器、陶瓷傳感器、光導纖維傳感器、高分子材料傳感器、金屬傳感器等。半導體傳感器金屬傳感器陶瓷傳感器光導纖維傳感器高分子材料傳感器第二節(jié)傳感器技術按敏感材料分類03根據制造傳感器的材料類別第二節(jié)傳感器技術按能量關系分類04有源傳感器一般是將非電量轉換為電能量，可以稱之為能量轉換型傳感器或換能器。通常它們配備有電壓測量和放大電路，常見的類型有壓電式傳感器、熱電式傳感器、壓阻式傳感器等。無源傳感器也被稱為能量控制型傳感器。它本身不是一個換能裝置，被測非電量僅對傳感器中的能量起控制或調解作用。因此，它們必須配有輔助電源，這類傳感器常見類型有電阻式傳感器、電容式傳感器和電感式傳感器等。無源傳感器還常配有電橋和諧振電路等進行測量調諧。能量控制型傳感器能量轉換型傳感器或換能器有源傳感器無源傳感器第二節(jié)傳感器技術按能量關系分類04有源傳感器一般是將非電量第二節(jié)傳感器技術其他分類05除上述幾種分類方法以外，還可以根據用途、功能、輸出型號類型等方法進行分類，這里就不一一描述了。用途功能輸出型號第二節(jié)傳感器技術其他分類05除上述幾種分類方法以外，還可以第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理010203040506070809電阻式傳感器智能傳感器光敏傳感器激光傳感器壓阻式傳感器電容式傳感器電感式傳感器熱電式傳感器霍爾傳感器1011超聲波傳感器生物傳感器傳感器的主要工作原理是將物理量、化學量和生物量等非電量轉換為可使用的電信號量，不同類別的傳感器的工作原理各有不同。第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理0102030405060第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理01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成電阻值的這樣一種傳感器，如圖所示。工作時，傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分；半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。

電阻式傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理01電阻式傳感器電阻式傳感第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件，如圖所示。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生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片。以硅片為敏感材料而制成的硅壓阻式傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用最為普遍。02壓阻式傳感器壓阻式傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理壓阻式傳感器是根據半導體材第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理電容式傳感器是把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器，如圖3所示。電容式傳感器的敏感部分是具有可變參數的電容器。典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時，會發(fā)生一定的變形，因此上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關系是非線性關系，因此，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。電容式傳感器03電容式傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理電容式傳感器是把被測的機械第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量，如位移、壓力、流量、振動等轉換成線圈的自感系數和互感系數的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現非電量到電量的轉換，如圖所示電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉換成位移變化的機械量（如張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、密度、轉矩等）的測量電感式傳感器04電感式傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理電感式傳感器是利用電磁感應第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量變化的裝置，如圖所示。它利用傳感元件的電磁參數隨溫度變化的特征來達到測量的目的。通常將被測溫度轉換為敏感元件的電阻、磁導或電勢等的變化，通過適當的測量電路，就可由電壓、電流這些電參數的變化來表達所測溫度的變化。其中，將溫度變化轉換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；將溫度變化轉換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器。05熱電式傳感器熱電式傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理熱電式傳感器是一種將溫度變第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等方面，如圖3-12所示。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低?；魻栯妷褐岛苄?，通常只有幾毫伏，但經集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁場強度。06霍爾傳感器霍爾傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理霍爾傳感器是根據霍爾效應制第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理激光傳感器是利用激光技術進行測量的傳感器，如圖所示。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。激光傳感器07激光傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理激光傳感器是利用激光技術進第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理07激光傳感器激光傳感器工作時，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。利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點，可實現無接觸遠距離測量。激光傳感器常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等。第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理07激光傳感器激光傳感器工第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理08光敏傳感器光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，其原理是利用光敏元件將光信號轉換為電信號，如圖所示。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光敏傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可。光敏傳感器是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。光敏傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理08光敏傳感器光敏傳感器是第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協調動作，結合長期以來測試技術的研究和實際經驗而提出來的，是一個相對獨立的智能單元。它的出現對原來的硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。09智能傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理智能傳感器的功能是通過模擬第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理10生物傳感器生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發(fā)展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。生物傳感器通過將待測物質經擴散作用進入生物活性材料，經分子識別，發(fā)生生物學反應，產生的信息繼而被相應的物理或化學換能器轉變成可定量和可處理的電信號，再經二次儀表放大并輸出，便可知道待測物濃度，如圖所示。生物傳感器第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理10生物傳感器生物傳感器是第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理超聲波傳感器采用超聲波回波測距原理，運用精確的時差測量技術，檢測傳感器與目標物之間的距離，如圖所示。11超聲波傳感器采用小角度、小盲區(qū)超聲波傳感器，具有測量準確、無接觸、防水、防腐蝕、低成本等優(yōu)點，可用于液位和物位檢測。特有的液位和料位檢測方式，可保證在液面有泡沫或大的晃動、不易檢測到回波的情況下有穩(wěn)定的輸出。第二節(jié)傳感器技術傳感器的工作原理超聲波傳感器采用超聲波回波第二節(jié)傳感器技術傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用隨著我國物聯網領域的不斷拓展，傳感器的應用已經日趨成熟，深入廣大民眾的工作、生活領域。據報道，美國研究人員開發(fā)出一種類似皮膚貼紙的柔性傳感器，可監(jiān)測心率和識別語音，如圖所示。該器件的潛在應用包括診斷病情、操縱機器人，以及在沒有手柄的情況下玩電腦游戲等。第二節(jié)傳感器技術傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用隨著我國物聯第二節(jié)傳感器技術傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用新器件的主要研發(fā)者、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校材料科學家劉宇浩（音譯）表示，與聽診器這種常見傳感器相比，最新研發(fā)的新器件所使用的低功率商用微型機電系統（MEMS）加速度計，被包裹在具有黏性的彈性硅膠中，穿戴性很強。研究人員說，這些加速度計的振動頻率被調諧到0.5Hz～550Hz范圍內，這是人體重要器官發(fā)出的典型聲音。可伸縮銅線則將這些加速度計與放大器、電阻和電容連接起來。第二節(jié)傳感器技術傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用新器件的主要第二節(jié)傳感器技術傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用研究人員表示，將新器件放置在人的喉嚨部位時，其可作為人機接口將命令發(fā)送至計算機，從而完成控制機器人、玩視頻游戲等任務。例如，用戶只需說出“上、下、左、右”就可控制吃豆人游戲，語音識別率可達90%。新器件還包含可記錄身體信號的電極，這些電極可幫助傳感器監(jiān)測心臟起搏器的運行情況。研究人員稱，為了更加實用，擬將傳感器的數據傳輸升級為無線方式。未來還可將器件的振動頻率擴展到2000Hz范圍，使之能檢獲人類語音振動的全頻率并用作一個麥克風。第二節(jié)傳感器技術傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用研究人員表示第二節(jié)傳感器技術為獨居老人安裝智能傳感器可實現“即刻救援”第二節(jié)傳感器技術為獨居老人安裝智能傳感器可實現“即刻救援”無線傳感器網絡無線傳感器網絡第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡（WirelessSensorNetworks，WSN）由大量部署在監(jiān)測區(qū)域內的體積很微小的傳感器節(jié)點組成，節(jié)點通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡。無線傳感器網絡是物聯網的基本組成部分，它可以將客觀物理世界與信息世界融合在一起，改變人與自然界的交互方式，極大地擴展現有網絡的功能和人類認識世界的能力。第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡（WirelessSe132無線傳感器網絡無線傳感器網絡的工程案例無線傳感器網絡的體系結構無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡132無線傳感器網絡無線傳感器網絡的工程案例無線傳感器網絡的第三節(jié)無線傳感器網絡大量傳感器節(jié)點隨機部署在檢測區(qū)域內部或者附近，通過自組織的方式構成網絡。傳感器節(jié)點檢測到的數據沿著其他節(jié)點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中檢測數據可能被多個節(jié)點處理，經過多跳路由后到達匯聚節(jié)點，最后通過互聯網或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。1無線傳感器網絡的體系結構傳感器節(jié)點匯聚節(jié)點管理節(jié)點無線傳感器網絡通常包含：第三節(jié)無線傳感器網絡大量傳感器節(jié)點隨機部署在檢測區(qū)域內部或第三節(jié)無線傳感器網絡傳感器節(jié)點的組成結構一般都包括數據采集、數據處理、數據傳輸和電源，如圖3-19所示。根據不同的應用需求，可能包括定位單元、移動單元或特殊供電裝置等。此外，還必須有一些應用相關部分，例如某些傳感器節(jié)點有可能在深?；蛘吆５?，也有可能出現在化學污染或生物污染的地方，這就需要在傳感器節(jié)點的設計上采用一些特殊的防護措施。1無線傳感器網絡的體系結構傳感器節(jié)點結構圖第三節(jié)無線傳感器網絡傳感器節(jié)點的組成結構一般都包括數據采集第三節(jié)無線傳感器網絡傳感器節(jié)點通常散布于待監(jiān)測地域。網絡中的各個節(jié)點具有數據收集和將數據路由到接收器的功能，如圖所示。1無線傳感器網絡的體系結構無線傳感器網絡體系結構圖第三節(jié)無線傳感器網絡傳感器節(jié)點通常散布于待監(jiān)測地域。網絡中第三節(jié)無線傳感器網絡1無線傳感器網絡的體系結構傳感器網絡需要根據用戶對網絡的需求設計適應自身特點的網絡體系結構，為網絡協議和算法的標準化提供統一的技術規(guī)范，使其能夠滿足用戶的需求。傳感器網絡體系結構包括橫向的通信協議層和縱向的傳感器網絡管理面。通信協議層可以劃分為物理層、鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層，而網絡管理面則可以劃分為能耗管理面、移動性管理面和任務管理面。第三節(jié)無線傳感器網絡1無線傳感器網絡的體系結構傳感器網絡需2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡58761432應用相關規(guī)模大高冗余空間位置尋址分布式、自組織性健壯性可擴展性動態(tài)拓撲2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡587614322無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡是由對等節(jié)點構成的網絡，不存在中心控制。管理和組網都非常簡單靈活。不依賴固定的基礎設施，每個節(jié)點都具有路由功能，可以通過自我協調、自動布置而形成網絡，不需要其他輔助設施和人為手段。由于能量限制、環(huán)境干擾和人為破壞等因素的影響，傳感器節(jié)點會損壞，導致一些傳感器節(jié)點不能正常工作，但隨機分布的大量節(jié)點之間可以協調互補，保證部分傳感器節(jié)點的損壞不會影響到全局任務。0102分布式、自組織性健壯性2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡是2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡當網絡中增加新的無線傳感器節(jié)點時，也不需要其他外界條件，原有的無線傳感器網絡可以有效地融納新增節(jié)點，使新增節(jié)點快速融入網絡，參與全局工作。無線傳感器網絡是一個動態(tài)的網絡，網絡內的節(jié)點可能會因為能量耗盡或其他故障退出網絡；有些節(jié)點可能處于工作狀態(tài)，有些節(jié)點可能處于關閉狀態(tài)，沒有參與網絡通信；也有可能又會新增大量的節(jié)點融入網絡，這些都會使網絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化。0304可擴展性動態(tài)拓撲2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡當網絡中增加新的2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡用來感知客觀物理世界，獲取物理世界信息。不同的傳感器網絡應用關心不同的物理量，因此不同應用背景將導致不同的節(jié)點硬件平臺、軟件系統和網絡協議。無線傳感器網絡不能像Internet一樣具有統一的通信協議平臺，必須針對具體應用來研究傳感器網絡技術。這也是無線傳感器網絡區(qū)別于傳統網絡系統的顯著特征。為了提高網絡的可靠性，通常在目標區(qū)域內部署大量傳感器節(jié)點，傳感器網絡可能包含多達數千甚至上萬個傳感器節(jié)點。傳感器網絡的大規(guī)模性還能夠通過不同空間視角獲得更大的信噪比，從而提高監(jiān)測準確性。0506應用相關規(guī)模大2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡用2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡節(jié)點的大規(guī)模部署使得無線傳感器網絡通常具有較高的節(jié)點冗余、網絡鏈路冗余及采集的數據冗余，從而使得系統具有很強的容錯能力。無線傳感器網絡一般不需要支持任意兩個傳感器節(jié)點之間的點對點通信，傳感器節(jié)點不必具有全球唯一的標識，不必采用因特網的IP尋址。用戶往往不關心數據采集于哪一個節(jié)點，而關心數據所屬的空間位置，因此可采取空間位置尋址方式。傳感器網絡是一個以數據為中心的網絡。0708高冗余空間位置尋址2無線傳感器網絡的特點第三節(jié)無線傳感器網絡節(jié)點的大規(guī)模部署3無線傳感器網絡的工程案例第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網絡的應用現在已經非常廣泛，其中一個主要應用就體現在智能電網系統中，智能電網系統涵蓋了發(fā)電、輸電、配電和用電的各個環(huán)節(jié)，對通信的實時性、可靠性及其功耗等提出了新的要求。3無線傳感器網絡的工程案例第三節(jié)無線傳感器網絡無線傳感器網3無線傳感器網絡的工程案例第三節(jié)無線傳感器網絡智能用電的通信建設中設計各個層次上的算法和網絡協議，包括從物理層、信道編碼、媒介訪問控制層到路由、傳輸、應用層的優(yōu)化和綜合考慮，以降低系統功耗，減少電磁輻射通過優(yōu)化智能用電中的量測設備，實現更好的量測可靠性、穩(wěn)定性及節(jié)能性。一方面另一方面將無線傳感器網絡技術應用于智能用電中3無線傳感器網絡的工程案例第三節(jié)無線傳感器網絡智能用電的通3無線傳感器網絡的工程案例第三節(jié)無線傳感器網絡如圖所示，智能無線抄表系統隨著智能電網的不斷推進而被廣泛應用，其設計和生產使用受到了業(yè)界的廣泛關注。2009年11月，中國國家電網公司發(fā)布了智能電表新標準，并于2010年首次集中招標智能無線電表2000余萬只。在接下來的幾年內，我國安裝了1.3億只智能電表，智能無線抄表總投資達到380億元。3無線傳感器網絡的工程案例第三節(jié)無線傳感器網絡如圖所示，智第三節(jié)無線傳感器網絡2016工業(yè)無線傳感器網絡產品發(fā)展現狀及趨勢2010～2019年中國工業(yè)無線傳感器網絡產品市場規(guī)模與增長預測第三節(jié)無線傳感器網絡2016工業(yè)無線傳感器網絡產品發(fā)展現狀其他典型感知與識別技術其他典型感知與識別技術第四節(jié)其他典型感知與識別技術010203條碼技術紅外感應技術定位技術第四節(jié)其他典型感知與識別技術010203條碼技術紅外感應技第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術條碼技術是在計算機應用發(fā)展過程中，為消除數據錄入的“瓶頸”問題而產生的，是出現比較早的自動識別技術。它具有速度快、精度高、成本低、可靠性強等優(yōu)點，已被廣泛應用于各行各業(yè)。第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術條碼技術是在計算機第四節(jié)其他典型感知與識別技術條碼可以標示出物品的生產國、制造商、產品名稱、生產日期以及圖案分類等信息，是商品的“身份證”，是商品流通于國際市場的“通用語言”。第四節(jié)其他典型感知與識別技術條碼可以標示出物品的生產國、制第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術條碼分為一維條碼和二維碼。一維條碼和二維碼都有許多碼制，條、空圖案對數據不同的編碼方法，構成了不同形式的碼制。到目前為止，常見的一維條碼的碼制大概有20多種，其中廣泛使用的碼制包括EAN碼、Code39碼、交叉25碼、UPC碼、128碼、Code93碼、ISBN碼、CODABAR碼等。不同的碼制具有不同的特點，適用于特定的應用領域。一維條碼示例第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術條碼分為一維條碼和第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術線性堆疊式二維碼郵政碼矩陣式二維碼通過不同長度的條進行編碼，主要用于郵件編碼，如Postnet，BPO4-State等。在一維條碼的基礎上，通過降低條碼行的高度，將多個一維條碼在縱向堆疊而成。典型的線性堆疊式二維碼有Code16K，Code49和PDF417等即采用統一的黑白方塊的組合，它比線性堆疊式二維碼具有更強的自動糾錯能力，更適合于條碼容易受到損壞的場合。典型的矩陣式二維碼有Aztec，MaxiCode，QRCode和DataMatrix等。第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術通過不同長度的條進第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術國外對二維碼技術的研究始于20世紀80年代末，在二維碼符號表示技術研究方面已研制出多種碼制，常見的有PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne等。這些二維碼的信息密度都比傳統的一維條碼有了較大提高，如PDF417的信息密度是一維條碼Code39的20多倍。在二維碼標準化研究方面，國際自動識別制造商協會（AIM）、美國標準化協會（ANSI）已完成了PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne等碼制的符號標準。我國二維碼技術的研究開始于1993年。中國物品編碼中心對幾種常用二維碼的技術規(guī)范進行了翻譯和跟蹤研究。隨著我國市場經濟的不斷完善和信息技術的迅速發(fā)展，國內對二維碼這一新技術的需求與日俱增。中國物品編碼中心在原國家質量技術監(jiān)督局和國家有關部門的大力支持下，對二維碼技術的研究不斷深入。在消化國外相關技術資料的基礎上，我國制定了兩個二維碼的國家標準：二維碼網格矩陣碼和二維碼緊密矩陣碼，從而大大促進了我國具有自主知識產權技術的二維碼的研發(fā)。第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術國外對二維碼技術的手機二維碼是二維碼在我們生活中最常見的形態(tài)。二維碼技術標準在全球范圍的推廣和應用，為企業(yè)帶來了可觀的經濟效益。手機與二維碼的結合，進一步拓展了二維碼的應用價值，促進了行業(yè)的融合。隨著市場、產業(yè)鏈、商業(yè)模式的不斷成熟，手機二維碼將為通信、媒體及其他傳統行業(yè)帶來更多機會，手機二維碼正在慢慢走進更多人的生活。第四節(jié)其他典型感知與識別技術手機二維碼是二維碼在我們生活中最常見的形態(tài)。二維碼技術標準在第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術條碼技術的應用已經非常成熟，尤其在企業(yè)的生產過程管理、銷售管理、物流管理等領域使用得更多。生產過程管理是一個企業(yè)的靈魂，企業(yè)產品的好壞主要取決于生產過程的管理和控制。生產過程是指企業(yè)內零部件最終變成成品的過程。在沒有物聯網條碼技術應用的階段，每個產品在每條生產線，都必須手工記載生成這個產品所需的工序和零件，領料員按這個分配好物料后，開始生產。在每條生產線，每個產品都有記錄表單，每一個工序完成后，填上元件號與工人的工號，直至操作完成。在這個過程中，工作量是很大、很復雜的，而且不能即時反映產品在生產線上的流動狀況。第四節(jié)其他典型感知與識別技術01條碼技術條碼技術的應用第四節(jié)其他典型感知與識別技術02紅外感應技術紅外傳感器已經在現代化的生產實踐中發(fā)揮著它的巨大作用，人們一方面通過提高與改善傳感器的技術性能；一方面通過尋找新原理、新材料、新工藝及新功能來改善傳感器性能，制造出更多的傳感器。紅外線是波長在750nm～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。紅外通信一般采用紅外波段內的近紅外線，波長在0.75μm～25μm之間。由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，適合于短距離、方向性強的無線通信場合。紅外線通信是一種廉價、近距離、無線、低功耗、保密性強的通信方案，主要應用于近距離的無線數據傳輸，也有用于近距離無線網絡接入的。第四節(jié)其他典型感知與識別技術02紅外感應技術紅外傳感器已經第四節(jié)其他典型感知與識別技術02紅外感應技術輻射型搜索和跟蹤型02熱成像型03紅外測距和通信型04混合型0501紅外傳感系統是用紅外線為介質的測量系統，按照功能可以分成5類。用于輻射和光譜測量用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對其運動進行跟蹤可產生整個目標紅外輻射的分布圖像是指以上各類型中的兩個或者多個的組合第四節(jié)其他典型感知與識別技術02紅外感應技術輻射型搜索和跟第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術隨著數據業(yè)務和多媒體業(yè)務的快速增加，人們對定位與導航的需求日益增大，尤其在復雜的室內環(huán)境，如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設施與物品在室內的位置信息。專家學者提出了許多定位技術。Wi-Fi定位超寬帶定位紅外線定位超聲波定位GPS與A-GPS定位RFID定位藍牙定位基站定位（CellID定位）ZigBee定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術隨著數據業(yè)務和多媒第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術GPS與A-GPS定位GPS定位的原理：由24顆工作衛(wèi)星組成，使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數據就可知道接收機的具體位置。通過GPS進行定位時，在使用地圖時經常會先出現一個大的圈，之后才會精確到某一個點。如果在進行定位之前能夠事先知道我們的粗略位置，查找衛(wèi)星的速度就可以大大縮短。第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術GPS與GPS定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術GPS與A-GPS定位GPS使用的偽碼共兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P（Y）碼。民用精度約10m，軍用精度約1m。優(yōu)點在于無輻射，但是穿透力很弱，無法穿透鋼筋水泥。由于GPS的這種缺點，經常需要輔助定位系統幫助完成定位即A-GPS。如iPhone使用了A-GPS，即基站或Wi-FiAP初步定位后，根據機器內存儲的GPS衛(wèi)星表來快速尋星，然后進行GPS定位。例如在民用的車載導航設備領域，較成熟的是GPS+加速度傳感器補正算法定位。第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術GPS與GPS使用第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術小區(qū)識別碼（CellID）通過識別網絡中哪一個小區(qū)傳輸用戶呼叫并將該信息翻譯成緯度和經度來確定用戶位置。CellID實現定位的基本原理為：無線網絡上報終端所處的小區(qū)號（根據服務的基站來估計），位置業(yè)務平臺把小區(qū)號翻譯成經緯度坐標?；径ㄎ唬–ellID定位）第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術小區(qū)識別碼（Cel第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術基站定位（CellID定位）定位流程①設備先從基站獲得當前位置（CellID），即第一次定位；②設備通過網絡將位置傳送給A-GPS位置服務器；③A-GPS服務器根據位置查詢區(qū)域內當前可用的衛(wèi)星信息，并返回設備；④設備中的GPS接收器根據可用衛(wèi)星，快速查找可用的GPS衛(wèi)星，并返回GPS定位信息。第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術基站定位定位流程①第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術無線局域網（WLAN）是一種全新的信息獲取平臺，可在廣泛的應用領域內實現復雜的大范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務，而網絡節(jié)點自身定位是大多數應用的基礎和前提。當前比較流行的Wi-Fi定位是無線局域網系列標準之IEEE802.11的一種定位解決方案。它采用經驗測試和信號傳播模型相結合的方式，易于安裝，需要很少基站，能采用相同的底層無線網絡結構，系統總精度高。Wi-Fi定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術無線局域網（WLA第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術一次成功的定位需要兩個先決條件：第一，客戶端能上網；第二，偵聽到的熱點的坐標在數據庫里有相關記錄。Wi-Fi定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術一次成功的定位需要第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術芬蘭的Ekahau公司開發(fā)了能夠利用Wi-Fi進行室內定位的軟件。Wi-Fi繪圖的精確度大約在1～20m的范圍內，它比蜂窩網絡三角測量定位方法更精確。但如果定位的測算僅僅依賴于哪個Wi-Fi的接入點最近，而不是依賴于合成的信號強度圖，那么在樓層定位上就很容易出錯。Wi-Fi收發(fā)器都只能覆蓋半徑90m以內的區(qū)域，而且很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。Wi-Fi定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術芬蘭的Ekahau第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術射頻識別（RFID）技術利用射頻方式進行非接觸式雙向通信來交換數據，以達到識別和定位的目的。它通過設置一定數量的讀卡器和架設天線，根據讀卡器接收信號的強弱、到達時間、角度來定位。這種技術作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時由于其非接觸和非視距等優(yōu)點，可望成為優(yōu)選的室內定位技術。RFID定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術射頻識別（RFID第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術射頻識別研究的熱點和難點在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國際標準化等問題。其優(yōu)點是標識的體積比較小，造價比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系統之中，無法做到精準定位，布設讀卡器和天線需要有大量的工程實踐經驗，難度大。RFID定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術射頻識別研究的熱點第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術紅外線定位的原理：紅外線標識發(fā)射調制的紅外射線，通過安裝在室內的光學傳感器接收進行定位。雖然紅外線具有相對較高的定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點使其室內定位的效果很差。紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內的燈光干擾，在精確定位上有局限性。紅外線定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術紅外線定位的原理：第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術超聲波測距主要采用反射式測距法，超聲波定位系統可由若干應答器和一個主測距器組成。當同時有3個或3個以上不在同一直線上的應答器做出回應時，可根據相關計算確定出被測物體所在的二維坐標系下的位置。超聲波定位整體定位精度較高，結構簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大，同時需要大量的底層硬件設施投資，成本很高。超聲波定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術超聲波測距主要采用第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術藍牙技術通過測量信號強度進行定位。這是一種短距離、低功耗的無線傳輸技術，在室內安裝適當的藍牙局域網接入點，把網絡配置成基于多用戶的基礎網絡連接模式，并保證藍牙局域網接入點始終是這個微微網（Piconet）的主設備，就可以獲得用戶的位置信息。藍牙定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術藍牙技術通過測量信第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術藍牙技術主要應用于小范圍定位。藍牙室內定位技術最大的優(yōu)點是設備體積小、易于集成在平板電腦、筆記本和手機中，因此很容易推廣普及。采用該技術進行室內短距離定位時，容易發(fā)現設備且信號傳輸不受視距的影響。其不足在于藍牙器件和設備的價格比較昂貴，而且對于復雜的空間環(huán)境，藍牙系統的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大。藍牙定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術藍牙技術主要應用于第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術超寬帶技術是一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而具有GHz量級的帶寬。超寬帶定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術超寬帶技術是一種全第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術超寬帶可用于室內精確定位，例如戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現、機器人運動跟蹤等。超寬帶系統與傳統的窄帶系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此，超寬帶技術可以應用于室內靜止或者移動物體，以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度。超寬帶定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術超寬帶可用于室內精第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，它介于射頻識別和藍牙之間，也可以用于室內定位。它有自己的無線電標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調通信以實現定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。ZigBee最顯著的技術特點是它的低功耗和低成本。ZigBee定位第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術ZigBee是一種第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術除了以上提及的幾種定位技術，還有基于計算機視覺、光跟蹤定位、基于圖像分析、磁場和信標定位等。目前很多技術還處于研究試驗階段，如基于磁場壓力感應進行定位的技術等。第四節(jié)其他典型感知與識別技術03定位技術除了以上提及的幾種謝謝！謝謝！物聯網技術基礎(第三章)課件第三章物聯網感知與識別技術第三章物聯網感知射頻識別技術無線傳感器網絡傳感器技術其他典型感知與識別技術射頻識別技術無線傳感器網絡傳感器技術其他典型感知與識別技術030102了解物聯網主流感知與識別技術的分類了解各種物聯網感知技術的應用情況。了解物聯網不同類型感知技術的工作過程和技術特點030102了解物聯網主流感知與識別技術的分類了解各種物聯網030201能夠說出射頻識別技術的基本工作原理與應用方法能夠說出傳感器的分類和常見傳感器的基本工作原理掌握無線傳感器網絡的體系結構和特點030201能夠說出射頻識別技術的基本工作原理與應用方法能夠RFID在身份證中的應用RFID在身份證中的應用射頻識別技術射頻識別技術第一節(jié)射頻識別技術射頻識別技術（RFID）是通過無線電波進行數據傳送的技術，它是一種典型的非接觸自動識別技術，是國家戰(zhàn)略新興專業(yè)物聯網的重要組成部分，同時也是物聯網技術感知層的支撐技術之一。第一節(jié)射頻識別技術射頻識別技術（RFID）是通過無線電波進自動化人工智能信息安全通信技術0402050103計算機科學與技術RFID范圍包含：STEP01STEP02STEP03STEP04STEP05科技民生智慧生活資源協調物流配送智能安防應用第一節(jié)射頻識別技術自動化人工智能信息安全通信技術0402050103計算機科學第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器電子標簽計算機系統典型的RFID系統的核心是射頻識別技術，主要結構包括電子標簽、讀寫器和天線等。而作為一個完整的RFID系統，在包括上述組件之外，還需要有與之配套的應用軟件和計算機網絡系統，才能實現完整的自動識別系統功能，如圖所示。

RFID系統的主要結構第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器電子標簽計算機系第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1電子標簽又稱射頻標簽或射頻卡，它由耦合元件和芯片組成，是RFID系統真正的數據載體，如圖所示。每個電子標簽具有唯一的電子編碼，它通過內置天線與讀寫器內的射頻天線進行通信。

RFID電子標簽第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1電子標簽又稱射頻標簽或第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器又稱閱讀器，根據設計結構和技術不同，可以用來作為電子標簽內存信息的只讀設備或者讀寫設備，它是RFID系統信息和控制的處理中心，通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成，如圖所示。RFID讀寫器結構圖第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1讀寫器又稱閱讀器，根據第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1天線主要用于在電子標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。電子標簽和讀寫器中都包含天線，其中電子標簽中的天線屬于內置天線，而讀寫器中可以使用內置或者外置天線。應用軟件可以針對不同應用領域進行管理和操作，而計算機網絡則用來進行數據的傳輸和查詢。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成1天線主要用于在電子標簽第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類根據標簽與讀寫器之間的通信工作時序分類根據標簽和讀寫器之間的耦合方式分類根據標簽的可讀寫性分類根據標簽供電方式分類060305010204分類方法根據標簽的數據調制方式分類第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類根據標第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類01高頻（HF，3MHz～30MHz）常用：

6.75MHZ,13.56MHZ微波（UWF，2.45GHz～5.8GHz）常用：2.45GHz，5.8GHZ低頻（LF，30kHz～300kHz常用：125KHZ,135KHZ

超高頻（UHF，300MHz～968MHz）常用：860/960MHz第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2根據工作頻率分類01微第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類202根據標簽供電方式分類132內有電池，但電池僅對維持數據的電路及維持芯片工作電壓的電路提供支持半有源電子標簽內沒有電池，電子標簽利用讀寫器發(fā)出的波束供電有源電子標簽無源電子標簽電子標簽內有電池，電池可以為電子標簽提供全部能量第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類202根據標簽供電方式分第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類203根據標簽和讀寫器之間的耦合方式分類一般適用于中、低頻工作的近距離射頻識別系統。電感耦合系統典型的工作頻率為125kHz，225kHz和13.56MHz，該系統的識別距離小于1m，典型作用距離為10～20cm。電感耦合方式一般適用于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統。電磁反向散射耦合系統典型的工作頻率為433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz，該系統的識別距離大于1m，典型作用距離為3～10m。電磁反向散射方式第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類203根據標簽和讀寫器之第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類204根據標簽的可讀寫性分類2一次寫入多次讀出型標簽（WORM）3只讀型標簽（RO）1可讀寫型標簽（RW）第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類204根據標簽的可讀寫性第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2只讀型標簽（RO）只讀型標簽內只包括只讀存儲器（ROM）、隨機存取存儲器（RAM）和緩沖存儲器，并且標簽內存有一個唯一的、不可修改的ID號碼，可以保證標簽的安全性；一次寫入多次讀出型標簽是用戶數據可以進行一次性寫入的標簽，寫入后數據不能改變；而可讀寫型標簽一般還有非活動可編程記憶存儲器，這種存儲器除了具有存儲數據功能外，還具有在適當條件下允許多次寫入數據的功能。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2只讀型標簽（RO）只讀第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2標簽數據調制方式分類的依據是標簽通過何種形式方法與讀寫器之間進行數據交換，一般可分為主動式、被動式和半主動式3種。通常，無源系統為被動式，有源系統為主動式，半有源系統為半主動式。05根據標簽的數據調制方式分類1233主動式被動式半主動式第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類2標簽數據調制方式分類的第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類21233主動式被動式半主動式用自身的射頻能量主動發(fā)送數據給讀寫器，主動式標簽是單向的，即只有標簽向讀寫器不斷傳送信息，而讀寫器對標簽的信息只是被動地接收。

不能主動發(fā)送數據，只能利用讀寫器的能量進行工作，因此只能在一定范圍內進行工作。本身也帶有電池，但只能為標簽內部電路供電，只有通過讀寫器的能量才能傳送自身數據。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類21233主動式被動式半第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類206根據標簽與讀寫器之間的通信工作時序分類時序分類是根據標簽和讀寫器的工作次序進行分類，分為讀寫器主動喚醒標簽（ReaderTalkFirst，RTF）和標簽首先自報家門（TagTalkFirst，TTF）的方式。第一節(jié)射頻識別技術RFID系統分類206根據標簽與讀寫器之第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID工作原理3當RFID系統開始工作時，讀寫器的天線作為發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入讀寫器工作范圍時，其天線感應到讀寫器天線發(fā)送的射頻信號，產生感應電流，從而使電子標簽獲得能量，內部電路被激活，使得電子標簽將自身的編碼信息通過內置天線發(fā)送出去；此時讀寫器的天線作為接收天線接收從電子標簽發(fā)送過來的信號，經過天線發(fā)送給內部處理模塊，經過相應的處理后將有效信息發(fā)送到后臺的主機系統進行識別，最后根據不同設備做出相應的處理與控制。RFID工作原理第一節(jié)射頻識別技術RFID工作原理3當RFID系統開始工作第一節(jié)射頻識別技術影響RFID系統讀寫距離的因素主要有讀寫器產生的磁場、感應的靈敏度（尤其在復雜環(huán)境下）、電子標簽本身獲得能量并發(fā)送信息的能力等。讀寫器產生的磁場感應的靈敏度獲得能量并發(fā)送信息的能力第一節(jié)射頻識別技術影響RFID系統讀寫距離的因素主要有讀寫第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID工作原理RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用射頻識別技術（RFID）1234第一節(jié)射頻識別技術RFID系統構成RFID系統分類RFID第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4RFID技術在物聯網領域使用廣泛，比較典型的應用就是在物流領域的使用。通過RFID系統可以實現商品從原料、半成品、成品、運輸、倉儲、配送、上架、最終銷售，甚至退貨處理等所有環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)控，不僅能極大地提高自動化程度，而且可以大幅降低差錯率，從而顯著提高供應鏈的透明度和管理效率。RFID物流管理系統使物流企業(yè)在對貨物的倉儲、分撿、配送、運輸等方面的管理更加高效、準確、科學，如圖所示。第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4RFI第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4ISO17364應用標準3ISO17358應用標準1ISO17367系列標準ISO17366系列標準5ISO17363應用標準2ISO17365應用標準46第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用4ISO第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用41．ISO17358應用要求這是供應鏈RFID的應用要求標準，該標準定義了供應鏈物流單元各個層次的參數，定義了環(huán)境標識和數據流程。2．ISO17363～17367系列標準供應鏈RFID物流單元系列標準分別對貨運集裝箱、可回收運輸單元、運輸單元、產品包裝、產品標簽的RFID應用進行了規(guī)范。該系列標準的內容基本類同，如空中接口協議采用ISO/IEC18000系列標準等。在具體規(guī)定上存在差異，分別針對不同的使用對象做了補充規(guī)定，如使用環(huán)境條件、標簽的尺寸、標簽張貼的位置等特性，根據對象的差異要求采用電子標簽的載波頻率也不同。貨運集裝箱、可回收運輸單元和運輸單元使用的電子標簽一定是重復使用的，產品包裝則要根據實際情況而定，而對產品標簽來說通常是一次性的。另外還要考慮數據的完整性、可視識讀標識等?？苫厥者\輸單元在數據容量、安全性、通信距離方面要求較高。第一節(jié)射頻識別技術RFID在物聯網行業(yè)中的典型應用41．I需要注意的是，ISO10374、ISO18185和ISO17363三個標準之間的關系，它們都針對集裝箱，但是ISO10374是針對集裝箱本身的管理，ISO18185是海關為了監(jiān)視集裝箱，而ISO17363是針對供應鏈管理目的而在貨運集裝箱上使用可讀寫的RFID標識標簽和貨運標簽。第一節(jié)射頻識別技術需要注意的是，ISO10374、ISO18185和ISO第一節(jié)射頻識別技術重慶已發(fā)行350萬張RFID汽車電子車牌第一節(jié)射頻識別技術重慶已發(fā)行350萬張RFID汽車電子車牌其他典型感知與識別技術其他典型感知與識別技術第二節(jié)傳感器技術隨著人類社會在20世紀末進入了信息時代，人們的社會活動更依賴于對信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸和實現。這種現象促成了傳感器技術的快速發(fā)展。在物聯網體系結構中，感知層作為信息的獲取與數據采集的主要手段，可以把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的設備，可以感知周圍的溫度、速度、電磁輻射或氣體成分等，獲取傳感器周圍的各種信息。第二節(jié)傳感器技術隨著人類社會在20世紀末進入了信息時代，人第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器的分類傳感器的工作原理傳感器在物聯網行業(yè)中的典型應用第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器的分類傳感器的工作原理傳第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器是一種檢測裝置，能夠感測被測量并按照一定規(guī)律將其轉換成可用電信號或其他所需形式的信息輸出，用以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是物聯網感知層的觸角，是物聯網感知的主要來源。第二節(jié)傳感器技術傳感器的定義傳感器是一種檢測裝置，能夠感測第二節(jié)傳感器技術傳感器組成轉換元件敏感元件01轉換電路能直接感受和檢出被測對象的待測信息。

將敏感元件所感受出的信息直接轉換成電路參數的部分。將轉換元件輸出的電路參數接入轉換電路，進行信號的放大或調節(jié)，輸出電信號。第二節(jié)傳感器技術傳感器組成轉換元件敏感元件01轉換電路能直第二節(jié)傳感器技術傳感器分類按工作機理分類01按被測量類別分類02按敏感材料分類03按能量關系分類04其他分類05傳感器的種類很多，原理各異，檢測對象類別繁多，分類形式也沒有統一的標準，但比較常用的有如下幾種分類方法第二節(jié)傳感器技術傳感器分類按工作機理分類01按被測量類別分第二節(jié)傳感器技術按工作機理分類01按工作機理分類的方法是以工作原理劃分，將物理、化學和生物等學科的原理、規(guī)律、效應等作為分類的依據，如應變式、壓電式、熱電式傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點在于對傳感器工作原理的分析較為直接，類別少，有利于傳感器工作者從原理和設計上進行掌握。這也是大多數教材的通用分類方法。第二節(jié)傳感器技術按工作機理分類01按工作機理分類的方法第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02按照傳感器被測量類別分類的方法是按被測量的性質不同對傳感器進行劃分。把不同被測量的傳感器分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器三大類。物理量傳感器01化學量傳感器02生物量傳感器03第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02按照傳感器被測量類別分第二節(jié)傳感器技術按被測量類別分類02這種方法又把種類繁多的被測量分為基本物理量和派生物理量兩大類，如表所示?；疚锢砹颗缮锢砹克俣染€速度速度、振動、流量、動量等角速度轉速、角振動等加速度線加速度振動、沖擊、質量等角加速度角振動、扭矩、轉動慣量等位移線位移長度、厚度、應變、震動、磨損、不平度等角位移旋轉角、偏轉角、角振動等力壓力重量、應力、力矩等時間頻率周期、計