1、桂小林 1桂小林 1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論西安交通大學(配套清華大學出版社桂小林主編物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材)桂小林 2(配套清華大學出版社桂小林主編物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材)桂小林 3課程內(nèi)容課程大綱描述第1章 物聯(lián)網(wǎng)概論第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)第3章 傳感器技術(shù) 第4章 標識與定位技術(shù) 第5章 現(xiàn)代通信技術(shù)第6章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理第8章 物聯(lián)網(wǎng)的典型應用 本教案桂小林版權(quán)所有，僅供選用桂小林主編的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材的老師教學使用！桂小林 4桂小林 4課程大綱描述本課程作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的第一門課程主要基于物聯(lián)網(wǎng)的應用視角，介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本原理。包括：介紹了物聯(lián)網(wǎng)概念、體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和典型應用。具體內(nèi)容包括：物

2、聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)（含傳感器原理、射頻標識原理和空間定位原理）、物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)（含短距離無線技術(shù)，移動通信技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)）、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)（含數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和數(shù)據(jù)檢索技術(shù)）物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)（含信息安全技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)分層次安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)應用實例。桂小林 5桂小林 5一、課程目的課程目的是使學生通過課程的學習，能夠初步了解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)及其應用方法，為運用這些技術(shù)和方法構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)打下基礎(chǔ)；了解物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系、課程體系、專業(yè)概貌。先修課程：無學時數(shù)：理論學時：32學分：2學分本教案桂小林版權(quán)所有，僅供選用桂小林主編的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材的老師教學使用！桂小林 6桂小林 6二、

3、教學大剛與知識單元教學大綱：(1) 計算模式的演化(2) 物聯(lián)網(wǎng)的模型(3) 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)概述(4) 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)概述(5) 智能數(shù)據(jù)處理概述(6) 物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)概述(7) 物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)概述(8) 物聯(lián)網(wǎng)應用模式涵蓋知識單元：AR1 計算模式的演化AR2 物聯(lián)網(wǎng)的模型AR3 物聯(lián)網(wǎng)感知AR4 物聯(lián)網(wǎng)通信AR5 智能數(shù)據(jù)處理AR6 物聯(lián)網(wǎng)控制AR7 物聯(lián)網(wǎng)安全AR8 物聯(lián)網(wǎng)應用ID3 RFIDID6 視頻監(jiān)控ID7定位技術(shù)CO4 無線傳感網(wǎng)桂小林 7桂小林 77知識單元 桂小林 8桂小林 8AR1 計算模式的演化最少學時：2學時知識點：計算模式網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)概念學習目標：了解計算模式的

4、演化歷程了解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展階段和特點了解物聯(lián)網(wǎng)的概念及產(chǎn)生的背景桂小林 9桂小林 9互聯(lián)網(wǎng)計算模式的演變普適計算是指在普適環(huán)境下使人們能夠使用任意設(shè)備、通過任意網(wǎng)絡(luò)、在任意時間都可以獲得一定質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的技術(shù)。 物聯(lián)網(wǎng)桂小林 10桂小林 10Ubiquitous ComputingGRID物聯(lián)網(wǎng)云計算普適計算桂小林 11桂小林 11應用助推計算模式的演變物聯(lián)網(wǎng)是應用需求的產(chǎn)物。由于人類對計算機性能的需求永無止境，在諸如預測模型的構(gòu)造和模擬，工程設(shè)計和自動化，能源勘探，醫(yī)學，軍事等領(lǐng)域內(nèi)對計算能力提出了極高的、具有挑戰(zhàn)性的要求。而傳統(tǒng)的計算模式已經(jīng)難以適應日益增長的應用需求，計算模式發(fā)生改變成

5、為必然。計算模式從基于同構(gòu)系統(tǒng)的并行計算演變到基于異構(gòu)環(huán)境的分布式計算，再從分布式計算演變到元計算、網(wǎng)格計算、云計算到物聯(lián)網(wǎng)。 桂小林 12桂小林 12AR2 物聯(lián)網(wǎng)的模型最少學時：3學時知識點：功能模型層次模型拓撲結(jié)構(gòu)學習目標：熟悉物聯(lián)網(wǎng)的功能模型熟悉物聯(lián)網(wǎng)的層次模型理解功能模型與層次模型之間的關(guān)系連接物聯(lián)網(wǎng)常用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)桂小林 13桂小林 13感知系統(tǒng)：十大類傳感器。通訊系統(tǒng)：互聯(lián)網(wǎng)/傳感器網(wǎng)計算系統(tǒng)：計算機軟硬件數(shù) 據(jù) 海：媒體、數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)：控制算法、執(zhí)行機構(gòu)等桂小林 14桂小林 14桂小林 15桂小林 15AR3 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)最少學時：6學時知識點：標識的方法感知的方法學習目

6、標：了解物聯(lián)網(wǎng)中標識和感知的作用理解常用的定位和標識技術(shù)及方法熟悉常見的感知技術(shù)的工作原理和信息感知的基本方法桂小林 16桂小林 16AR4 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)最少學時：4學時知識點：通信方式通信網(wǎng)絡(luò)學習目標：了解通信在物聯(lián)網(wǎng)中的作用熟悉物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的常用通信方式熟悉物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下常用通信網(wǎng)絡(luò)及其特點本教案桂小林版權(quán)所有，僅供選用桂小林主編的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材的老師教學使用！桂小林 17桂小林 17AR5 智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)最少學時：4學時知識點：數(shù)據(jù)存儲方法數(shù)據(jù)處理方法信息利用學習目標：了解物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)存儲需求了解網(wǎng)絡(luò)存儲的基本體系結(jié)構(gòu)和特點了解數(shù)據(jù)中心的基本概念及典型的數(shù)據(jù)中心了解

7、海量數(shù)據(jù)的智能處理技術(shù)熟悉物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下海量信息利用的基本方法本教案桂小林版權(quán)所有，僅供選用桂小林主編的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材的老師教學使用！桂小林 18桂小林 18AR6 物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)最少學時：3學時知識點：控制模型控制技術(shù)學習目標：了解自動控制的基本原理理解常見的控制模型熟悉自動控制系統(tǒng)的基本控制方式了解物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的控制需求和控制功能桂小林 19桂小林 19AR7 物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)最少學時：4學時知識點：網(wǎng)絡(luò)安全信息安全隱私保護學習目標：了解網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全的基本概念理解物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要安全和隱私隱患熟悉物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下保護位置信息的重要性理解提高物聯(lián)網(wǎng)安全和保護位置信息及個人隱私的基本手段桂小

8、林 20桂小林 20AR8 物聯(lián)網(wǎng)應用最少學時：6學時知識點：應用模式應用架構(gòu)學習目標：了解物聯(lián)網(wǎng)的應用模式熟悉常見的物聯(lián)網(wǎng)應用架構(gòu)熟悉物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的組成了解典型的物聯(lián)網(wǎng)應用領(lǐng)域和應用系統(tǒng)桂小林 21桂小林 21教學方法和手段課堂講解觀看錄像現(xiàn)場參觀實地調(diào)查桂小林 22桂小林 22第一門專業(yè)課程的重要性從一個應用開始，展示物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的知識模型梳理出專業(yè)的主要知識形成學生的專業(yè)知識主線構(gòu)造學生的專業(yè)認知能力建立學生的“物聯(lián)網(wǎng)”思維帶領(lǐng)學生開展參觀性實驗桂小林 23桂小林 23課程導引物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定將以物聯(lián)

9、網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)列為重點培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要對培育發(fā)展以物聯(lián)網(wǎng)代表的新一代信息技術(shù)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)做了全面部署 桂小林 24桂小林 24物聯(lián)網(wǎng)的愿景與動因-1/2camera phones.1 billionRFID tags30 billionNearly 85% of new automobiles will contain event data recorders by 2010.85%InstrumentedInterconnectedIntelligent（IBM）IBM桂小林 25桂小林 25People, systems and

10、 objects can communicate and interact with each other in entirely new ways.There will be an estimated 2 billion people on the internet by 2011.2 billionThere are an estimated 4 billion mobile phone subscribers worldwide.4 billionSoon, there will be 1 trillion connected devices in the world, constitu

11、ting an “internet of things.”1 trillionInstrumentedInterconnectedIntelligent（IBM）物聯(lián)網(wǎng)的愿景與動因-2/2IBM桂小林 26桂小林 26課程教材桂小林 27桂小林 27第一章 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論桂小林2013.3.5桂小林 28桂小林 28281.1物聯(lián)網(wǎng)的概念1.2 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展1.3 物聯(lián)網(wǎng)的應用報告內(nèi)容桂小林 29桂小林 29第一章 物聯(lián)網(wǎng)概論基本要求理解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展歷程調(diào)研物聯(lián)網(wǎng)的典型應用收集網(wǎng)絡(luò)視頻，了解物聯(lián)網(wǎng)的特性。本教案桂小林版權(quán)所有，僅供選用桂小林主編的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材

12、的老師教學使用！桂小林 30桂小林 301.1物聯(lián)網(wǎng)的概念近幾年來，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、智能嵌入技術(shù)的迅速發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)”一詞頻繁的出現(xiàn)在世人眼前。作為下一代網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一，物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，受到了學術(shù)界、工業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別是它在刺激世界經(jīng)濟復蘇和發(fā)展方面的預期作用，引起了歐、美、日、韓等發(fā)達國家的重視，從美國IBM的“智慧地球”到我國的“感知中國”，各國紛紛制定了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃并付諸于實施。業(yè)界專家普遍認為，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會帶來一場新的技術(shù)革命，它是繼個人計算機、互聯(lián)網(wǎng)及移動通信網(wǎng)絡(luò)之后的全球信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。桂小林 31桂小林 31物聯(lián)網(wǎng)的概念由于目前對于物聯(lián)網(wǎng)的研究尚

13、處于起步階段，物聯(lián)網(wǎng)的確切定義尚未統(tǒng)一。物聯(lián)網(wǎng)一般的英文名稱為“Internet of Things”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是一個將所有物體連接起來所組成的物-物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)，作為新技術(shù)，定義千差萬別。一個普遍被大家接受的定義為：物聯(lián)網(wǎng)是通過使用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、傳感器、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。桂小林 32桂小林 32物聯(lián)網(wǎng)的定義桂小林 33桂小林 33全面感知、可靠傳送、智能處理

14、人與自然和諧相處需要更多地感知物理世界物聯(lián)網(wǎng)= 物理世界與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接智能交通遠程醫(yī)療智能家居環(huán)境監(jiān)測公共安全綠色農(nóng)業(yè)工業(yè)監(jiān)控33物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議，把任何物品與信息網(wǎng)絡(luò)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。物流管理桂小林 34桂小林 34物聯(lián)網(wǎng)的特征與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有以下三個主要特征，如圖1-1所示：桂小林 35桂小林 351全面感知“感知”是物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)是具有全面感知能力的物品和人所組成的，為了使物品具有感知能力，需要在物品上安裝不同類型的識別裝置，例如：電子

15、標簽（Tag）、條形碼與二維碼等，或者通過傳感器、紅外感應器等感知其物理屬性和個性化特征。利用這些裝置或設(shè)備，可隨時隨地獲取物品信息，實現(xiàn)全面感知。桂小林 36桂小林 362可靠傳遞數(shù)據(jù)傳遞的穩(wěn)定性和可靠性是保證物-物相連的關(guān)鍵。為了實現(xiàn)物與物之間信息交互，就必須約定統(tǒng)一的通信協(xié)議。由于物聯(lián)網(wǎng)是一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，不同的實體間協(xié)議規(guī)范可能存在差異，需要通過相應的軟、硬件進行轉(zhuǎn)換，保證物品之間信息的實時、準確傳遞。桂小林 37桂小林 373智能處理物聯(lián)網(wǎng)的目的是實現(xiàn)對各種物品（包括人）進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能。這就需要智能信息處理平臺的支撐，通過云計算、人工智能等智能計算技術(shù)，對海

16、量數(shù)據(jù)進行存儲、分析和處理，針對不同的應用需求，對物品實施智能化的控制。桂小林 38桂小林 381.2 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)概念的起源可以追溯到1995年，比爾蓋茨在未來之路一書中對信息技術(shù)未來的發(fā)展進行了預測1998年，麻省理工學院（MIT）提出基于RFID技術(shù)的唯一編號方案，即產(chǎn)品電子代碼（Electronic Product Code，EPC），并以EPC為基礎(chǔ)，研究從網(wǎng)絡(luò)上獲取物品信息的自動識別技術(shù)。 1999年，美國自動識別技術(shù)（AUTO-ID）實驗室首先提出“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。 物聯(lián)網(wǎng)概念的正式提出是在國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：“The Interne

17、t of Things”報告中。 桂小林 39桂小林 392007年，美國率先在馬薩諸塞州劍橋城打造全球第一個全城無線傳感網(wǎng)。2009年1月IBM首席執(zhí)行官彭明盛提出“智慧地球”的概念 2009年6月，歐盟委員會正式提出了歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃 1999年，中科院就啟動了傳感網(wǎng)的研究 2009年8月7日，溫家寶總理在無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心視察并發(fā)表重要講話，提出了“感知中國”的理念 2010年物聯(lián)網(wǎng)新專業(yè)設(shè)立桂小林 40桂小林 40各國均把物聯(lián)網(wǎng)作為未來信息化戰(zhàn)略的重要內(nèi)容40共同點:融合各種信息技術(shù)，突破互聯(lián)網(wǎng)的限制，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”在網(wǎng)絡(luò)泛在的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)應用到

18、各個領(lǐng)域，從而影響到國民經(jīng)濟和社會生活的方方面面未來信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在由信息網(wǎng)絡(luò)向全面感知和智能應用兩個方向拓展、延伸和突破。日本： 2009年8月 i-Japan戰(zhàn)略中國：2009年8月 感知中國歐盟：2009年6月 物聯(lián)網(wǎng)行動計劃 美國： 2008年底 IBM向美國政府提出的”智慧的地球”戰(zhàn)略強調(diào)傳感等感知技術(shù)的應用，提出建設(shè)智慧型基礎(chǔ)設(shè)施具體而務(wù)實，強調(diào)RFID的廣泛應用，注重信息安全在u-Japan的基礎(chǔ)上，強調(diào)電子政務(wù)和社會信息服務(wù)應用桂小林 41桂小林 41中國發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略意義保障國家 信息安全 國土安全促進工業(yè)化與信息化融合 感知中國，贏得未來搶占信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的制高點物聯(lián)

19、網(wǎng)41TD成功的重大契機桂小林 42桂小林 42物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的問題 標準統(tǒng)一化問題協(xié)議與安全問題核心技術(shù) 商業(yè)模式與產(chǎn)業(yè)鏈問題配套政策和規(guī)范的制定與完善桂小林 43桂小林 431.3 物聯(lián)網(wǎng)的應用物聯(lián)網(wǎng)應用層主要面向用戶需求，利用所獲取的感知數(shù)據(jù)，經(jīng)過前期分析和智能處理，為用戶提供特定的服務(wù)。目前，物聯(lián)網(wǎng)應用的研究已經(jīng)擴展到智能交通、智能物流、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、金融安防、工業(yè)監(jiān)測、智能家居、醫(yī)療健康等多個領(lǐng)域。桂小林 44桂小林 44環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)的基本系統(tǒng)架構(gòu)分為感知層、傳輸層和應用層 桂小林 45桂小林 45感知層：感知層的主要功能是通過探測器、傳感器采集關(guān)鍵區(qū)域的特定信息。探測器的感知能

20、力是影響系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，設(shè)備主要包括：攝像機、煙感、紅外、震動、溫/濕度傳感器、CO2傳感器等各種探測感知器。數(shù)據(jù)匯聚層：數(shù)據(jù)匯聚層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的主要功能是通過不同接口的接入和不同協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)各種探測器、傳感器的有效接入。對上層而言，屏蔽了異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的差異，使上層對下層的透明管理。桂小林 46桂小林 46基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)流程管理示例 桂小林 47桂小林 471.4 本章小結(jié) 本章主要講述了：物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、物聯(lián)網(wǎng)的起源與國內(nèi)外發(fā)展狀況以及物聯(lián)網(wǎng)的主要應用領(lǐng)域。從物聯(lián)網(wǎng)的概念出發(fā)，首先給出了物聯(lián)網(wǎng)的定義、特征，解析了物聯(lián)網(wǎng)中“物”的涵義，然后，對目前普遍存在的幾種物聯(lián)網(wǎng)概念的

21、詮釋進行了辨析。隨后，介紹了物聯(lián)網(wǎng)得起源和發(fā)展過程，詳細描述了物聯(lián)網(wǎng)在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了存在的問題。最后，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的主要應用領(lǐng)域。桂小林 48桂小林 48第二章 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)桂小林 49桂小林 49本章內(nèi)容2.1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述2.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基本組成2.3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)2.4 已有物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應用架構(gòu)桂小林 50桂小林 502.1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述認識任何事物都要有一個從整體到局部的過程，尤其對于結(jié)構(gòu)復雜、功能多樣的系統(tǒng)。首先需要對它的整體結(jié)構(gòu)有所了解，然后才能進一步的去討論其中的細節(jié)。 體系架構(gòu)是指導具體系統(tǒng)設(shè)計的首要前提。物聯(lián)網(wǎng)應用廣泛，系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計極易因角度的

22、不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此急需建立一個具有框架支撐作用的體系架構(gòu)。另外，隨著應用需求的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)將逐漸納入物聯(lián)網(wǎng)體系中，體系架構(gòu)的設(shè)計也將決定物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)細節(jié)、應用模式和發(fā)展趨勢。桂小林 51桂小林 51如圖2-1所示，在物聯(lián)網(wǎng)中，任何人和物之間都可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)與任何網(wǎng)絡(luò)的無縫融合，它實現(xiàn)了物理世界的情景（context）感知、處理和控制這一閉環(huán)過程真正意義上形成了人-物、人-人、物-物間信息連接的新一代智能互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。桂小林 52桂小林 52物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是建立一個滿足人們生產(chǎn)、生活以及對資源、信息更高需求的綜合平臺，管理跨組織、跨管理域的各種資源和異構(gòu)設(shè)備，為上層應

23、用提供全面的資源共享接口，實現(xiàn)分布式資源的有效集成，提供各種數(shù)據(jù)的智能計算、信息的及時共享，決策的輔助分析等。物聯(lián)網(wǎng)是在傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的桂小林 53桂小林 53物聯(lián)網(wǎng)可以抽象劃分成廣泛分布的感知設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)中間件、上層應用三個層次，如圖2-2所示中間件（Middleware）是位于感知設(shè)備和應用之間的通用服務(wù)，這些服務(wù)具有標準的程序接口和協(xié)議，即中間件=平臺+通信。 桂小林 54桂小林 542.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基本組成由物聯(lián)網(wǎng)特點可知，物聯(lián)網(wǎng)具有很強的異構(gòu)性，為實現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的互聯(lián)、互通與互操作，物聯(lián)網(wǎng)需要以一個開放的、分層的、可擴展的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為框架。目前，國內(nèi)外的研

24、究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)時，差異很大。如：ITU-T在Y. 2002的自下而上分為底層泛在感知網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入層、骨干傳輸網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)中間件、泛在網(wǎng)絡(luò)應用平臺5層結(jié)構(gòu)。 通用四層物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，包含感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)管理與組織層、應用決策層。 桂小林 55桂小林 555層結(jié)構(gòu)桂小林 56桂小林 56通用四層結(jié)構(gòu)桂小林 57桂小林 57通用四層結(jié)構(gòu)感知控制層：它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎(chǔ)，包括RFID讀寫器、智能傳感節(jié)點和接入網(wǎng)關(guān)等組成。各種傳感節(jié)點通過感知目標環(huán)境的相關(guān)信息，并自行組網(wǎng)傳遞到網(wǎng)關(guān)接入點，網(wǎng)關(guān)將收集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提交到后臺處理。數(shù)據(jù)傳輸層：主要負責通過各種接入設(shè)備

25、實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等不同類型的網(wǎng)絡(luò)融合。此外，還提供路由、格式轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換等功能。數(shù)據(jù)的動態(tài)組織與管理層：實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的語義理解、推理、決策以及提供數(shù)據(jù)的查詢、存儲、分析、挖掘等。云計算為感知數(shù)據(jù)的存儲、分析提供了很好的平臺，是信息處理的重要組成部分，也是應用層各種應用的基礎(chǔ)。應用決策層：物聯(lián)網(wǎng)應用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供多種不同類型的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的應用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），控制型（智能交通、智能家居），掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。桂小林 58桂小林 58感知控制層感知是指對客觀事物的信息直接獲取并進行認知和理解的過程。 人們對于信息獲取的需求

26、促使其不斷研發(fā)新的技術(shù)來獲取感知信息，如傳感器、RFID、定位技術(shù)等。 桂小林 59桂小林 59數(shù)據(jù)傳輸層 物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸層主要進行信息的傳送，它是物理感知世界的延伸，更好地實現(xiàn)物與物之間的通信、物與人之間的通信以及人與人之間的通信。 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)的據(jù)傳輸層主要包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩層結(jié)構(gòu) 學生調(diào)研桂小林 60桂小林 60數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理層則是利用云計算平臺實現(xiàn)海量感知數(shù)據(jù)的動態(tài)組織與管理，云計算技術(shù)的運用，使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變得可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長，通過借助云計算處理海量信息，進行輔助決策，提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力。(1) 智能計算(2) 海量數(shù)據(jù)存儲、檢索

27、。 桂小林 61桂小林 61應用決策層 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù),具有十分廣闊的應用前景，在智能家居、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、遠程醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應用價值。桂小林 62桂小林 62智能處理層：智能處理層是整個系統(tǒng)的核心，它的主要功能是數(shù)據(jù)存儲和多源數(shù)據(jù)的協(xié)同分析。通過在服務(wù)器上部署智能分析處理程序，針對單一探測器所采集的數(shù)據(jù)，調(diào)用相應的功能模塊進行分析，對同一區(qū)域的其它探測器所采集的信息進行綜合分析，實現(xiàn)異常事件的智能判斷。應用決策層：應用決策層的主要是系統(tǒng)的應用展

28、示和管理。用戶可以通過智能手機、平板電腦等遠程監(jiān)控終端監(jiān)控和管理系統(tǒng)，及時對監(jiān)測到的各種事件進行決策處理。桂小林 63桂小林 63圖2-11 手機錢包桂小林 64桂小林 64三層桂小林 65桂小林 65桂小林 66桂小林 662.3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次技術(shù)的革新，代表著未來計算機與通信的發(fā)展方向。這次革新也取決于一些重要領(lǐng)域的動態(tài)技術(shù)創(chuàng)新，從RFID、EPC、傳感技術(shù)到認知網(wǎng)絡(luò)、云計算等。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)如圖2-12所示，其中負責物體標識的RFID技術(shù)、感知物體動態(tài)信息的傳感器技術(shù)、實現(xiàn)信息傳遞的通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、信息處理的智能技術(shù)我們稱之為物聯(lián)網(wǎng)的四大關(guān)鍵技術(shù)。

29、桂小林 67桂小林 672.3.1 感知標識技術(shù) 感知和標識是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相聯(lián)，人物互動”的基礎(chǔ)，各種類型的傳感器在彌合物理和虛擬世界差距方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、獲取、傳輸、處理、應用是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，其中數(shù)據(jù)的獲取是物聯(lián)網(wǎng)智能信息化的重要環(huán)節(jié)之一，沒有它，物聯(lián)網(wǎng)也就成了無水之源、無本之木。桂小林 68桂小林 68桂小林 69桂小林 692.3.2 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是泛在網(wǎng)絡(luò)，需要融合現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò)，并引入新的通信網(wǎng)絡(luò)。要實現(xiàn)泛在的物聯(lián)網(wǎng)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合是一個重要的技術(shù)問題。三網(wǎng)融合技術(shù)：“三網(wǎng)融合”又叫“三網(wǎng)合一”（即FDDX），意指電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機

30、通信網(wǎng)的相互滲透、互相兼容、并逐步整合成為全世界統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)。 桂小林 70桂小林 70三網(wǎng)融合（錄像）本教案桂小林版權(quán)所有，僅供選用桂小林主編的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導論教材的老師教學使用！桂小林 71桂小林 712.3.3 云計算技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)聚集海量數(shù)據(jù)海量數(shù)據(jù)需要有效組織、管理、存儲高效數(shù)據(jù)處理時物聯(lián)網(wǎng)的核心需要運用的云計算技術(shù)處理海量數(shù)據(jù)虛擬化Map-reduce。桂小林 72桂小林 72云計算-低成本的海量信息處理技術(shù)云計算資源池存儲能力統(tǒng)一監(jiān)控管理計算能力SaaS(Software as a Sevice)軟件即服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應用不再是單純的賣硬件或軟件，而是針對長尾市場中各行各業(yè)的需求，通過

31、能力開放與組合，形成個性化、差異化的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。云計算(Cloud computing)利用大規(guī)模低成本運算單元通過網(wǎng)絡(luò)相連而組成的運算系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)海量的信息處理提供低成本計算能力。72桂小林 73桂小林 73云計算-從單戶到多租戶桂小林 74桂小林 74云計算青云實驗環(huán)境桂小林 75桂小林 752.3.4 安全技術(shù)由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡(luò)的私有特性，因此安全也是一個必須面對的問題。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感節(jié)點通常需要部署在無人值守、不可控制的環(huán)境中，除了受到一般無線網(wǎng)絡(luò)所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務(wù)等多種威脅外，還面臨傳感節(jié)點容易被攻擊者獲取，通過物理手段獲取存儲在節(jié)點中的所有信息，從而

32、侵入網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)的威脅。涉及到安全的主要有程序內(nèi)容、運行使用、信息傳輸?shù)确矫妗Ｎ恢檬俏锫?lián)網(wǎng)的核心服務(wù)。位置隱私成為物聯(lián)網(wǎng)推廣應用的核心技術(shù)。桂小林 76桂小林 76 因此，物聯(lián)網(wǎng)需要云計算支撐，必須解決人們關(guān)注的隱私安全問題。用戶數(shù)據(jù)應用桂小林 77桂小林 772.4 已有物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應用架構(gòu)目前，具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)主要可以分為三類：(1) 基于傳感器技術(shù)的無線傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；(2) 基于互聯(lián)網(wǎng)和射頻識別技術(shù)的EPC、UID系統(tǒng)；(3) 學術(shù)界和企業(yè)提出的M2M、CPS系統(tǒng)框架。下面我們就分別介紹這些相關(guān)應用框架。桂小林 78桂小林 78WSN桂小林 79桂小林 79EPC/UID系統(tǒng) 桂

33、小林 80桂小林 80EPC/UID系統(tǒng)EPC (Electronic Product Code ) 電子產(chǎn)品編碼的概念最早由美國麻省理工大學(MIT)的Sarma和Brock教授在1999年提出的，其核心思想是為每一個產(chǎn)品提供唯一的電子標識符，通過射頻識別技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動標識和采集。2003年，國際物品編碼協(xié)會(EAN)和美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(UCC)聯(lián)合成立了EPCglobal，以推動EPC技術(shù)在商業(yè)上的應用。桂小林 81桂小林 81EPC編碼體系有EPC-64，EPC-96和EPC-256 三種。使用較多的是EPC-64編碼體系，而新一代的EPC標簽將采用EPC-96編碼體系，其具體結(jié)構(gòu)如

34、表2-19所示。體系標頭廠商識別代碼對象分類代碼 序列號EPC-968282436桂小林 82桂小林 82桂小林 83桂小林 83桂小林 84桂小林 84M2M系統(tǒng) M2M的定義可以分為廣義和狹義兩種。廣義上包括Machine-to-Machine、Man-to-Machine以及Machine-to-Man。它是指是人與各種遠程設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信。狹義上的M2M是Machine-to-Machine的簡稱，指一方或雙方是機器且機器通過程序控制，能自動完成整個通信過程的通信形式 桂小林 85桂小林 85M2M系統(tǒng)從右至左可以劃分為M2M設(shè)備域、M2M網(wǎng)絡(luò)域、M2M應用域。 桂小林 86桂小

35、林 862.5 物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制“某日小張正在公司上班，突然手機收到震動了鈴聲提示原來是家中無人時門被打開，門磁偵測到有人闖入，則將闖入報警通過無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送給主人小張的手機，手機收到信息發(fā)出震動鈴聲提示，小張確認后發(fā)出控制指令，電磁門鎖自動落鎖并觸發(fā)無線聲光報警器發(fā)出報警?！?這一場景成果實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的感、聯(lián)、智、控四種屬性。這四種屬性形成了一個完整的反饋控制系統(tǒng)。 桂小林 87桂小林 872.5 物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制 2.5.1自動控制的基本原理與方式 自動控制的概念及應用反饋控制系統(tǒng)的基本組成自動控制系統(tǒng)的基本控制方式桂小林 88桂小林 88自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的

36、設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預定的程序運行。自動控制的概念及應用2.5 物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制自動控制的基本原理與方式 桂小林 89桂小林 89反饋控制定義 反饋把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。分為負反饋和正反饋。反饋控制就是采用負反饋并利用偏差進行控制的過程，而且，由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合過程，因此反饋控制也稱閉環(huán)控制。桂小林 90桂小林 90反饋控制原理桂小林 91桂小林 91反饋控制系統(tǒng)組成測量元件：檢測被控制的物理量，并將其轉(zhuǎn)換為電量。給定

37、元件：給出與期望的被控量相對應的系統(tǒng)輸入量。比較元件：把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的參據(jù)量進行比較，求出它們之間的偏差。放大元件：將比較元件給出的偏差信號進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。執(zhí)行元件：直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。校正元件：也叫補償元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)性能。桂小林 92桂小林 92自動控制系統(tǒng)的基本控制方式反饋控制方式 方式：按偏差進行控制。特點：減小或消除這個偏差作用：具有抑制任何內(nèi)、外擾動對被控量產(chǎn) 生影響的能力，有較高的控制精度。問題：系統(tǒng)使用的元件多、結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)計 麻煩。桂小林 93桂小林 93自動控制系統(tǒng)的基本

38、控制方式開環(huán)控制方式 方式：是指控制裝置與被控對象之間只有順向作 用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。特點：是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā) 生影響。設(shè)計簡單。作用：可以按給定量控制，也可以按擾動控制。缺點：按擾動控制方式只適合擾動可測的場合， 且一個補償能力單一。桂小林 94桂小林 94自動控制系統(tǒng)的基本控制方式復合控制方式 方式：把兩者結(jié)合起來，對主要擾動采用適當補償?shù)难b置實現(xiàn)按擾動控制，同時再組成反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，以消除其余擾動產(chǎn)生的偏差。特點：系統(tǒng)的主要擾動已被補償，反饋控制系統(tǒng)就比較容易被設(shè)計，控制效果也會更好。桂小林 95桂小林 952.5 物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制2.5.2 物聯(lián)

39、網(wǎng)系統(tǒng)的控制論解析2.5.3物聯(lián)網(wǎng)的控制特性2.5.4控制理論在物聯(lián)網(wǎng)中的應用前景桂小林 96桂小林 96物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的控制論解析 物聯(lián)網(wǎng)中的“感、智、控”分別構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的測量、比較、執(zhí)行等三大部件，這三大部件又在“聯(lián)”這種網(wǎng)絡(luò)平臺上得以相互作用，形成了“控制系統(tǒng)”，最終實現(xiàn)了“控”的目的。聯(lián)桂小林 97桂小林 97物聯(lián)網(wǎng)的控制特性 魯棒性保安性可信性時延性桂小林 98桂小林 98控制理論在物聯(lián)網(wǎng)中的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)一定是一個計算機參與的離散控制系統(tǒng)，將離散控制理論的分析方法引入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的分析、研究和設(shè)計過程中，能夠使這一過程更加科學、合理，對系統(tǒng)的各種性能將有一個更準確的判

40、斷，同時也便于進行仿真分析。桂小林 99桂小林 9999THANKS！GUI XIAOLIN桂小林 100桂小林 100第3章 傳感器技術(shù) 桂小林西安交通大學電信學院桂小林 101桂小林 101傳感器作用在人們的生產(chǎn)和生活中，我們經(jīng)常要和各種物理量和化學量打交道，例如經(jīng)常要檢測長度、重量、壓力、流量、溫度、化學成分等。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員往往依靠儀器、儀表來完成檢測任務(wù)。這些檢測儀表都包含有或者本身就是敏感元件，能很敏銳地反映待測參數(shù)的大小。在為數(shù)眾多的敏感元件中，我們把那些能將非電量形式的參量轉(zhuǎn)換成電參量的元件叫作傳感器。桂小林 102桂小林 102傳感器輸出電量傳感器輸出電量有很多種形式

41、，如電壓、電流、電容、電阻等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成（如圖3-1所示）。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的部分。由于傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路進行放大、運算調(diào)制等，此外信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源，因此信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及所需的電源都應作為傳感器組成的一部分。隨著IC發(fā)展，傳感器的信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路與敏感元件通常會集成在同一芯片上，安裝在傳感器的殼體里。 桂小林 103桂小林 103傳感器的特性 傳感器

42、的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出/輸入關(guān)系。 衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。線性度靈敏度桂小林 104桂小林 104遲滯性 重復性傳感器的動態(tài)特性往往可以從時域和頻域兩個方面采用瞬態(tài)響應法和頻率響應法來分析。 刪去桂小林 105桂小林 105傳感器的發(fā)展趨勢當前傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是微型化、智能化、多樣化，主要形式有微型傳感器、智能傳感器、納米傳感器等 桂小林 106桂小林 106傳感器的應用領(lǐng)域 傳感器在軍事、交通、化學、環(huán)保、能源、海洋開發(fā)、遙感、宇航等不同領(lǐng)域的需求與日俱增，其應用的領(lǐng)域已滲入到國民經(jīng)濟的各個部門以及人們的日常文化生活之中 。例如

43、要使機器人和人的功能更為接近，以便從事更高級的工作，要求機器人具有判斷能力，這就要給機器人安裝物體檢測傳感器，特別是視覺傳感器和觸覺傳感器，使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測，通過觸覺對物體產(chǎn)生壓覺、力覺、滑動和重量的感覺。這類機器人被稱為智能機器人，它不僅可以從事特殊的作業(yè)，而且一般的生產(chǎn)、事務(wù)和家務(wù)，全部可由智能機器人去處理。 桂小林 107傳感器應用（錄像）桂小林 107桂小林 108桂小林 108傳感器的分類 傳感器一般是根據(jù)物理學、化學、生物學等特性、規(guī)律和效應設(shè)計而成的，同一種被測量可以用不同類型的傳感器來測量，而同一原理的傳感器又可測量多種物理量因此傳感器有許多種分類方法。 桂

44、小林 109桂小林 109傳感器的分類根據(jù)被測對象進行劃分，常見的有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、加速度傳感器。按照原理分類:電學式傳感器：電學式傳感器是非電量電測技術(shù)中應用范圍較廣的一種傳感器，常用的有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器及電渦流式傳感器等 磁學式傳感器是利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應而制成的，主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測量。桂小林 110桂小林 110按照能量分類 桂小林 111桂小林 111桂小林 112桂小林 112傳感器技術(shù)原理 傳感器技術(shù)是一門知識密集型技術(shù)，涉及多種學科，其技術(shù)原理各種各樣。根據(jù)傳感器工作原理我們可以分為應變式、電容

45、式、壓電式、磁電式等。 應變式傳感器原理桂小林 113桂小林 113應變式傳感器桂小林 114桂小林 114電容式傳感器電容式傳感器以各種類型的電容器作為敏感元件，將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再由轉(zhuǎn)換電路(測量電路)轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率，以達到檢測的目的 常見的電容傳感器的應用有電容式位移傳感器、電容式物位傳感器、電容式指紋傳感器等 桂小林 115由公式3-23可知，在 三個參量中，改變其中任意一個量，均可使電容量C改變。也就是說，如果被檢測參數(shù)(如位移、壓力、液位等)的變化引起 三個參量中之一發(fā)生變化，就可利用相應的電容量的改變實現(xiàn)參數(shù)測量。據(jù)此，電容式傳感器可分為變極距型、變面

46、積型和變介質(zhì)型三種類型。桂小林 1161.變極距型電容傳感器原理變極距型電容式傳感器的優(yōu)點是靈敏度高，可以進行非接觸式測量，并且對被測量影響較小，所以適宜于微位移的測量。2.變面積型電容傳感器原理變面積型電容傳感器的優(yōu)點是輸入與輸出之間呈線性關(guān)系，但靈敏度較低，所以適宜于測量較大的直線位移和角位移。桂小林 1173.變介質(zhì)型電容傳感器原理桂小林 118桂小林 119桂小林 119壓電式傳感器 壓電式傳感器是一種自發(fā)電式傳感器，它以某些電介質(zhì)的壓電效應為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量電測的目的。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動態(tài)

47、力、動態(tài)壓力、振動、加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量。壓電式傳感器具有體積、質(zhì)量小，頻響高、信噪比大等特點。桂小林 120電荷量的大小與外力成如下的正比關(guān)系： d33為壓電系數(shù)桂小林 121桂小林 121圖3-28壓電陶瓷極化圖桂小林 1223.3.5 磁電式傳感器磁電感應式傳感器又稱電動勢式傳感器，是利用電磁感應原理將被測量(如振動、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。它是一種機電能量變換型傳感器，利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端輸出感應電動勢，不需要供電電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應范圍(一般為101000 Hz)，所以有著廣泛的應用，例如轉(zhuǎn)速測量、

48、振動測量以及扭矩測量等。桂小林 123桂小林 124霍爾式傳感器桂小林 125桂小林 1253.4 常見傳感器介紹 溫度傳感器是一種能夠?qū)囟茸兓D(zhuǎn)換為電信號的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性進行測溫的，如將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻、熱電動勢、磁導率變化以及熱膨脹的變化等，然后再通過測量電路來達到檢測溫度的目的。 桂小林 126桂小林 126溫度傳感器桂小林 127桂小林 127濕敏傳感器 濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過器件材料的物理或化學性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號的器件。濕度檢測較之其他物理量的檢測顯得困難，這首先是因為空氣中水蒸氣含量要比空氣少得多；另外，液態(tài)水會

49、使一些高分子材料和電解質(zhì)材料溶解，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質(zhì)結(jié)合成酸或堿，使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g并加速老化，從而喪失其原有的性質(zhì)；桂小林 128桂小林 128光電式傳感器 光電式傳感器就是將光信號轉(zhuǎn)化成電信號的一種器件，簡稱光電器件。要將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，必須經(jīng)過兩個步驟：一是先將非電量的變化轉(zhuǎn)化成光量的變化；二是通過光電器件的作用，將光量的變化轉(zhuǎn)化成電量的變化，這樣就實現(xiàn)了將非電量的變化轉(zhuǎn)化成電量的變化 桂小林 129桂小林 129光電式傳感器桂小林 130桂小林 130光纖傳感器光纖傳感器有兩種類型，一種是傳光型光纖傳感器，光纖在傳感器中起光的傳輸作用，又稱為光纖式

50、光電傳感器。另一種是功能性光纖傳感器，光在光纖內(nèi)部傳輸過程中，受到外界物理因素（如溫度、壓力、電場、磁場等）的影響，會引起光纖中光的強度、相位、波長或偏振態(tài)等的變化，只要測出這些參量隨外界物理因素的變化關(guān)系，就可以用它作為傳感器來測量一些物理量的變化。桂小林 131桂小林 131CCD圖像傳感器 圖像傳感器是采用光電轉(zhuǎn)換原理，用于攝取平面光學圖像并使其轉(zhuǎn)換為電子圖像信號的器件。三線傳感器CCD：在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡，當捕捉彩色圖片時,完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相 CCD傳感器機，以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。桂小林 132CCD

51、是由許多個光敏像元按一定規(guī)律排列組成的。每個像元就是一個MOS電容器(大多為光敏二極管)，它是在P 型Si襯底表面上用氧化的辦法生成1層厚度約為1000A15 CCD傳感器00A的SiO2,再在SiO2表面蒸鍍一金屬層(多晶硅)，在襯底和金屬電極間加上1個偏置電壓，就構(gòu)成1個MOS電容器。當有1束光線投射到MOS電容器上時，光子穿過透明電極及氧化層，進入P型Si襯底，襯底中處于價帶的電子將吸收光子的能量而躍入導帶。光子進入襯底時產(chǎn)生的電子躍遷形成電子空穴對，電子空穴對在外加電場的作用下，分別向電極的兩端移動，這就是信號電荷。這些信號電荷儲存在由電極形成的“勢阱”中。桂小林 132桂小林 133

52、CCD桂小林 133桂小林 134桂小林 134氣敏傳感器 氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度或成分的傳感器，它對于環(huán)境保護和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。一般對氣敏傳感器有下列要求：能夠檢測報警氣體的允許濃度和其他標準數(shù)值的氣體濃度，能長期穩(wěn)定工作，重復性好，響應速度快，共存物質(zhì)所產(chǎn)生的影響小等。桂小林 135桂小林 135壓力傳感器 壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器。我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制成的，這樣的傳感器稱為壓電傳感器。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計，它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點，

53、在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。 桂小林 136桂小林 136桂小林 137桂小林 137加速度傳感器 加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。常見加速度傳感器都是壓電式、壓阻式、電容式和諧振式。桂小林 138應變式加速度傳感器如圖3-16所示，其測量原理是將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當被測物體沿某一方向以加速度a運動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂梁上的應變片感受到，從而使應變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，即可得出加

54、速度a值的大小。 桂小林 139桂小林 139智能傳感器 所渭智能式傳感器就是一種帶行微處理機的，兼有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。桂小林 140桂小林 140桂小林 141桂小林 141本章小結(jié) 本章首先詳細介紹了傳感器的基本概念、相關(guān)特性和發(fā)展趨勢；其次，根據(jù)傳感器的工作原理將傳感器分為應變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器和磁電式傳感器等，并對這些傳統(tǒng)類型傳感器的工作原理、技術(shù)特點等進行了介紹；最后，介紹了目前和我們?nèi)粘９ぷ髅芮邢嚓P(guān)的一些常見的傳感器，例如用來測量溫度、濕度、光照度等傳感器，分別介紹了傳感器的工作原理、分類標準以及在相關(guān)領(lǐng)域的應

55、用。桂小林 142桂小林 142第4章 標識與定位技術(shù) 桂小林西安交通大學桂小林 143桂小林 1434.1 條形碼技術(shù)條形碼 (bar code，簡稱條碼)技術(shù)是集條碼理論、光電技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、條碼印制技術(shù)于一體的一種自動識別技術(shù)。 桂小林 144桂小林 1444.1.1 一維條形碼技術(shù)常用的一維條形碼 桂小林 145桂小林 145圖4-2是一個UPC-A碼的范例。 每個字碼皆由7個模組組合成2線條2空白，其邏輯值可用7個二進制數(shù)字表示。例如邏輯值0001101代表數(shù)字1，邏輯值0為空白，1為線條，故數(shù)字1的UPC-A碼為粗空白(000)-粗線條(11)-細空白(0)-細線條(1

56、)。從空白區(qū)開始共113個模組，每個模組長0.33mm，條碼符號長度為37.29mm。桂小林 146桂小林 146桂小林 147桂小林 147EAN碼EAN是歐洲物品條碼（European Article Number Bar Code）的英文縮寫，是以消費資料為使用對象的國際統(tǒng)一商品代碼。只要用條形碼閱讀器掃描該條碼，便可以了解該商品的名稱、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠商、所屬國家或地區(qū)等豐富信息。EAN條碼字符包括09共10個數(shù)字字符，但對應的每個數(shù)字字符有三種編碼形式左側(cè)數(shù)據(jù)符奇排列、左側(cè)數(shù)據(jù)符偶排列以及右側(cè)數(shù)據(jù)符偶排列。這樣十個數(shù)字將有30種編碼，數(shù)據(jù)字符的編碼圖案也有30種， 桂小林 148桂

57、小林 148EAN-13標準碼EAN-13標準碼共13位數(shù)。其中，國家代碼占3位，廠商代碼占4位，產(chǎn)品代碼占5位，以及檢查碼占1位。EAN-13碼的結(jié)構(gòu)與編碼方式如圖4-5所示。桂小林 149桂小林 149國家代碼由國際商品條碼總會授權(quán)，我國的國家代碼為690691，凡由我國核發(fā)的號碼，均須冠以690691的字頭，以別于其他國家；廠商代碼由中國物品編碼中心核發(fā)給申請廠商，占四個碼，代表申請廠商的號碼；產(chǎn)品代碼占五個碼，系代表單項產(chǎn)品的號碼，由廠商自由編定。檢查碼占一個碼，用于防止條碼掃瞄器誤讀的自我檢查。桂小林 150桂小林 150 ISBN碼國際標準書號 ( International St

58、andard Book Number，ISBN )，是應圖書出版、管理的需要，并便于國際間出版物的交流與統(tǒng)計所發(fā)展出的一套國際統(tǒng)一的編號制度。它由一組冠有“ISBN”代號(978)的十位數(shù)碼所組成，用以識別出版物所屬國別、地區(qū)或語言、出版機構(gòu)、書名、版本及裝訂方式。 桂小林 151桂小林 151ISSN碼ISSN又稱為39碼，它是是1974年發(fā)展出來的條碼系統(tǒng)，它是一種可供使用者雙向掃描的分散式條碼，也就是說相鄰兩資料碼之間，必須包含一個不具任何意義的空白(或細白，其邏輯值為0)，目前主要用于工業(yè)產(chǎn)品、商業(yè)資料及醫(yī)院用的保健資料。 桂小林 1524.1.2 二維條形碼技術(shù)二維條形碼最早發(fā)明于日

59、本，它是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)符號信息的，在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計算機內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數(shù)值信息，通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。它具有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。同時還具有對不同行的信息自動識別功能、及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化等特點 桂小林 153桂小林 153目前國際上使用的二維條碼有兩種，一種是堆積碼，如Code49、16K、PDF417等，另一類是矩陣碼，如Code l、Maxi

60、 Code等。二維條碼屬于高密度條碼，可以將大量數(shù)據(jù)在小區(qū)域內(nèi)編碼，它本身就是一個完整的數(shù)據(jù)文件。在國外有便攜式數(shù)據(jù)文件(Portable Data File)、自備式數(shù)據(jù)庫(Self-contained Database)、紙上網(wǎng)絡(luò)(Paper Net)等美稱。桂小林 154PDF417桂小林 155QR（Quick Response）二維碼是由日本豐田子公司 Denso Wave于1994年發(fā)明并開始使用的一種矩陣二維碼符號。QR碼不僅信息容量大、可靠性高、成本低，還可表示漢字及圖像等多種文字信息、其保密防偽性強而且使用非常方便。因此，很快就在日韓地區(qū)得到迅速普及，發(fā)展到后來，歐美國家也開