1、物联网技术概论,主讲人：韩春旭,序言,1、行业背景 物联网作为新一代的信息通信技术，是继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮。 2、人才需求2012年国家发布了物联网“十二五”发展规划，物联网将大力应用于智能交通、智能物流、智能电网、智能医疗、智能环保、智能农业等重点行业领域。2015年3月5日 李克强总理在人大代表大会上提出互联网+这些行业所带来的人员缺口在1000多万以上！,物联网趋势下未来可能会井喷的七个产业 一、智能家居随着科技的发展，尤其是云计算、物联网的出现，智能家居的概念频频出现在各大媒介上，进入公众的视线。在我国，智能家居的概念是十年前引进，并推入市场。随着社会、经济水平的发
2、展，人们对家居品质的追求也越来越高，要求家居舒适化、安全化，家居生活舒适化、智能化，对智能家居系统的需求也越来越强烈。前期市场不稳定的情况下也涌现出一批像物联传感这样优秀的企业，在行业中站稳脚跟，开拓疆土。,二、智能家居生态系统,三、车联网车联网系统，是指是利用先进传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，以提供交通效率和交通安全为主的网络与应用。,四、可穿戴设备随着创新技术的不断发展，可穿戴设备已不仅仅是佩戴在消费者手腕上的一个日常活动追踪器，可穿戴设备是目
3、前发展最快的技术领域之一，其不仅可以记录我们的锻炼状况，还可以追踪我们的情绪、睡眠习惯，甚至我们宠物的一举一动，”美国消费技术协会消费电子展及企业运营战略高级副总裁凯伦查布卡女士说。“这一类产品的发展前景不可估量，而可穿戴设备也正在让消费者的生活方式发生翻天覆地的变化。”,五、无人机,六、虚拟现实作为当前最具有想象力的产业之一，虚拟现实产业正在引发政府、企业和资本层面的追逐，在本次两会中自然也成为话题之一。种种迹象显示，这一潜力巨大的产业正在兴起。虚拟现实技术的应用领域分别为视频游戏、事件直播、视频娱乐、医疗保健、房地产、零售、教育、工程和军事。基于标准预期，到2025年，该市场营收将达到80
4、0亿美元；基于乐观预计，该市场规模将达到1820亿美元。华泰证券研究所董事总经理、首席分析师王禹媚则预计，伴随面向消费市场的硬件和内容的批量上市，2016年VR将迎来小爆发。全球头戴VR设备到2020年能实现年销量4000万台左右，市场规模将达到400亿元人民币，加上内容服务和企业级应用，市场容量超过千亿元，长期来看VR市场规模“万亿可期”。,七、智能机器人,前言,本学期要学习的内容 第一章 物联网概述 第二章 物联网的现状及战略意义 第三章 物联网体系架构 第四章 物联网技术基础 第五章 物联网安全 第六章 物联网的技术标准 第七章 物联网的应用案例 第八章 物联网的知识体系和课程安排,第一
5、章 物联网的概述,教学目标 了解物联网的起源和发展 掌握物联网的定义及特征 理解物联网的关键技术 了解人类进入物联网时代的特征 熟悉物联网的应用领域,1.1 物联网的起源和发展,物联网的起源1、 比尔 盖茨最早在1995年未来之路书中提出物联网，他自己的豪宅耗资6300万美金打造全智能家居。2、1998年，美国麻省理工学院提出物联网构想。3、1999年，美国麻省理工Auto-ID实验室首先提出物联网概念。4、2005年11月17日，ITU国际电信联盟 发布了ITU互联网报告2005：物联网，正式提出物联网概念。5、2009年2月24日，IBM大中华区首席执行官公布了名为智慧地球的最新策略,2.
6、物联网的发展美国：IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美国的国家战略欧盟：2009年6.18，欧盟委员会向欧盟议会，理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交欧盟物联网行动计划日本：2004年推出 u-Japan 计划09年升级为 i-japan将物联网列为国家重点战略之一。韩国：计划2013年之前创造50万亿韩元的物联网产业规模 国内政策：物联网是国内发展的一项战略性新兴产业温家宝在十一届人大会议三次政府工作报告明确提出：加快物联网的研发应用,2010年物理网产业市场规模超过2000亿元2015年物联网整体市场规模达到7500亿元到2020年之前全球接入互联网的终端将达到500亿个物联网已
7、成为国家重点发展的一项战略性新兴产业,1.2 物联网概念,1、物联网的定义定义：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简单说就是：物物相连的互联网。 2、物联网的特征全面感知（传感器）可靠传递（信息传递）智能处理（自动控制）,3、物联网的关键技术 . RFID和EPC技术 .传感控制技术 .无线网络技术 .组网技术 .人工智能,4、物理网和互联网的关系表1.1互联网和物联网的比较,网络,比较项,1.3 应用案例,1、济南世博园Zigbee路灯控制系统（路灯
8、远程控制，实时监控、数据搜集、适时调光、灯具保护、动态节电） 2、北京智能交通系统（实时路况，躲避拥堵，事故反馈） 3、国家智能电网系统（远程抄表，智能缴费） 4、智能家居（灯光、电器、安防、环境、健康远程控制）,本章小结,通过本章的学习，能够理解物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，应对物理网的概念定义、关键技术、发展和应用领域有一个基本了解，建立物联网整体概念，为后续各章节的学习打下良好的基础。,第二章 物联网的现状及战略意义,1、了解物联网的现状 2、理解物联网的战略意义 3、熟悉中国物联网的发展情况,2.1 物联网产业现状分析,1.RFID 2.传感器 3.云计算 4.物流管理 5.
9、智能电网 6.智能交通,欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，20102015年物体互联，20152020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。,2.2 物联网的战略意义,2.2.1 经济价值 2.2.2 社会价值 2.2.3 国家安全 2.2.4 科技发展需求随着物联网的发展，物联网技术得到更加广泛的应用，将使人类社会步入智能化和统一化的时代，物联网产业发展有利于世界各国经济发展。更为重要的是物联网作为一种新的产业模式，其
10、核心的价值除了经济增长之外，还能提升了整个社会的运行效率，改变人们的生活方式,2.2.1 经济价值,1、低碳经济与绿色经济2、信息经济与知识经济,2.2.2 社会价值,1、老龄化问题基于物联网的医疗保健，远程看护 2、城市交通问题交通阻塞、停车问题（智能交通、车联网） 3、环境污染问题大气污染、水污染、噪声污染、放射性污染物联网环境监测、报警,2.2.3 国家安全,1、国界安防 2、防范恐怖主义 3、机场入侵防范 4、轨道交通安全 5、经济信息安全,2.2.4 科技发展需求,1、传感器技术 2、信息处理与服务技术 3、网络通讯技术 4、能源技术,2.3 中国物联网的发展,2.3.1 基本介绍1
11、、我国传感网技术研发水平处于世界前列。2、在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高。3、我国是目前能够实现物联网完整产业链的国家之一。4、我国无线通信网络和宽带覆盖率最高，为物 联网的发展提供了坚实的基础设施支持5、我国已成为世界第二大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网的发展,2.3.2 高校研究物联网在高校的研究，当前的焦点在北京邮电大学和南京邮电大学2009年9月10日，全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立。2010年6月10日，江南大学信息工程学院和江南大学通信与控制工程学院合并组建成立物联网工程学院，这是全国第一个物联网工程学院。,2.3.3 政府措施1、四大
12、措施支持创新与应用 努力突破物联网关键核心技术，实现科技创新。 制定我国物联网发展规划，全面布局。 推动典型物联网应用示范，带动发展。 加强物联网国际国内标准，保障发展。2、财政部提供物联网发展专项资金支持物联网专项基金总计50亿元，预计5年内发放完毕。,2.3.4 机构介绍1、机构建设中国电子商会物联网技术产品应用专业委员会2、主要任务 企业政府桥梁作用协调企业与企业之间的关系推进物联网技术和产品的应用，推动物联网产业规模化、协同化发展。,2.3.5 遇到的问题1、知识产权2、技术标准3、产业链条4、行业协作 5、盈利模式6、使用成本7、安全问题,2.3.6 中国物联网“十二五”发展规划简述
13、1、产业发展基础2、产业发展目标3、主要任务 提升感知技术水平 推进传输技术突破 加强处理技术研究 巩固共性技术基础4、师范工程建设 物联网“十二五”发展规划圈定9大领域重点示范工程，分别是：智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居。,第三章 物联网体系架构,教学目标 熟悉物联网的三层结构划分熟悉掌握物联网感知层的定义、功能及关键技术理解物联网网络层的功能及关键技术了解物联网应用层的功能及关键技术,3.1 物联网体系概述,在物联网体系架构中，三层及其关系可以作如下理解。 感知层：相当于人体的皮肤和五官，它的主要任务是识别物体和采集信息。 网络层：
14、类似于人体结构中的神经中枢和大脑，它的主要任务是将感知层获取的信息进行传递和处理。 应用层：类似于人的社会分工，它的主要任务是对获取的信息进行分析和处理，做出正确决策，实现智能化的管理、应用和服务。 相应的，其技术体系包括感知层技术、网络层技术、应用层技术以及公共技术，如图所示：,图3.2 物联网技术体系架构,3.2 感知互动层,1、感知层的功能物联网感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层一般包括数据采集，和数据短距离传输，即首先通过传感器、摄像头、等设备采集外部物理世界的数据，通过蓝牙、红外、ZigBee、工业现场总线等短距离有线或无线传
15、输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备,3.2.2 感知层关键技术 感知层所需要的关键技术包括：传感器技术 物品标书技术（RFID和二维码） 嵌入式计算技术 智能组网技术 无线通信技术（ZigBee和蓝牙等） 分布式信息处理技术等 能够通过各类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。,3.2.3 感知层的典型应用对于目前关注和应用较多的RFID网络来说，张贴安装在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器属于物联网的感知层高速公路不停车收费系统超市仓储管理系统,3.3 网络传输层物联网的网络层将建立在现有的移动通信和互联网基础上。网络层也包括信息
16、存储查询、网络管理等功能。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网络重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。,网络层的功能物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网，国际互联网，企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线电视网也能承担数据传输的功能。在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、安全性地进行传送，它解决的是感知层所获取的数据在一定范围，尤其是远距离传输问题。,网络层的关键技术由于物联网网络层是建立在Internet和移动通信网等现有网络基础上，除具有目前已经比较成熟的如远距离有线、
17、无线通信技术和网络技术外，为实现“物物相连”的需求，物联网网络层将综合使用IPV6、3G/4G、Wi-Fi等通信技术，实现有线无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。,3.4 应用服务层 物联网的应用可分为 监控型（物流监控、污染监控） 查询型（智能检索、远程抄表） 控制型（智能交通、智能家居、路灯控制） 扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费） 当你早上拿车钥匙出门上班，在计算机旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网自动发起一系列事件：通过短信或者喇叭自动播报今天的天气，在计算机上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达。,3.
18、4.1 应用层的功能应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，作出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。这一层解决的是信息处理和人机界面问题。这一层也可按形态直观的划分为两个子层：一个是应用程序层，另一个是终端设备层。3.4.2 应用层的关键技术M2M技术云计算技术,第四章 物联网技术基础,教学目标掌握物联网的三层结构 理解物联网感知层的关键技术 理解物联网传输层的关键技术 理解物联网应用层的关键技术 重点、难点物联网感知层、传输层关键技术物联网应用层的中间件、云计算关键技术,4.1 物联网感知层技术,4.1.1 自动识别技术 1、自动识别的概念自动识别（Automati
19、c Identificatian，Auto-ID）是先将定义的识别信息编码按特定的标准代码化，并存储于相关的载体中，借助特殊设备，实现定义编码信息的自动采集，并输入信息处理系统从而完成基于代码的识别。 自动识别技术是以计算机技术和通信技术为基础的一门综合性技术，是数据编码、数据采集、数据标识、数据管理、数据传输、数据分析的标准化手段,2、自动识别系统 自动识别系统是一个以信息处理为主的技术系统，它输入将被识别的信息，输出已识别的信息。 自动识别系统的输入信息分为特定格式信息和图像图形格式信息两大类。 （1）特定格式信息识别系统特定格式信息就是采用规定的表现形式来表示规定的信息。条形识别的过程是
20、：通过条码读取设备（如条码枪）获取信息，译码识别信息，得到已识别商品的信息。,（2）图像图形格式信息识别系统图像图形格式信息则是指二维图像与一维波形等信息，如二维图像包括的文字、地图、照片、指纹、语音等，其识别技术在目前仍然处于快速发展过程中，在通讯、安全、娱乐等领域应用广泛。图像图形识别流程为：通过数据采集获取被识别信息，先预处理，再进行特征提取与选择， 再进行分类决策，从而识别信息。,指纹图片,3.主要自动识别技术 （1）条码（Bar Code）技术条码的概念条码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记。“条”是指对光线反射率较低的部分，“空”是指对光线反射率较高的部分，这些条和空
21、组成的数据表达一定的信息，并能够用特定的设备识读，转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。条码分为一维码和二维码。,条码的编制方法条码编码方法有两种：a宽度调节法：组成条码的条或空只由两种宽度的单元构成，尺寸较小的单元称为窄单元，尺寸较大的单元称为宽单元，通常宽单元是窄单元的23倍。窄单元表示数字“0”，宽单元表示数字“1”，而不管是条还是空如图所示：,B模块组配法：组成条码的每一个模块具有相同的宽度，而一个条或一个空是由若干个模块组成的，每一个条的模块表示一个数字1，每一个空的模块表示一个数字“0”，如图所示。第一个条是由三个模块组成的，表示“111”；第二个空是由两个模块组成的，表示“00
22、”；而第一个空和第二个条则只有一个模块，分别表示“0”和“1”。采用这种方法编码的条码有商品条码、CODE-128码等。,注意：判断条码码制的一个基本方法是看组成条码的条空，如果所有的条空都只有两种宽度，那无疑是采用宽度调节法的条码，如果条空只有1种或具有两种以上宽窄不等的宽度，那就肯定是模块组配法的条码。, 条码识别系统条码识别系统是由光学阅读系统、放大电路、整形电路、译码电路和计算机系统等部分组成。,当打开条码扫描器开关，条码扫描器发光源发出的光照射到条码上时，反射光经凸透镜聚焦后，照射到光电转换器上。光电转换器接收到与空和条相对应的强弱不同的反射光信号，并将光信号转换成相应的电信号输出到
23、放大电路进行放大。放大后的电信号仍然是一个模拟信号，为了避免条码中的疵点和污点产生错误条码信息，再放大电路后加一放大整形电路，把模拟信号转换成数字信号，以便计算机系统能准确判断。,整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字、字符信息，它通过识别起始、终止字符来判断出条码符号的码制及扫描方向，通过测量脉冲数字电信号1、0的数目来判断条和空的数目，通过测量1、0信号持续的时间来判别条和空的宽度，这样便得到了被识读的条码的条和空的数目及相应的宽度和所用的宽度和所用的码制，根据码制锁对应的编码规则，便可将条形符号转换成相应的数字、字符信息。通过接口电路，将所得的数字和字符信息送入计算机系统进行数据处理与管
24、理，完成条码识读的全过程。,4、各类条码阅读设备 光笔： 是最先出现的一种手持接触式条码阅读器，也是最为经济的一种条码阅读器。CCD 阅读器：为电子耦合器件，比较适合近距离和接触阅读，它的价格没有激光阅读器贵，而且内部没有移动部件。,激光扫描仪：是各种扫描器中价格相对较高的，但它所能提供的各项功能指标最高。激光扫描仪分为手持与固定两种形式：手持激光扫描仪连接方便简单、使用灵活；固定式扫描器：又称固体式扫描仪。用在超市的收银台。数据采集器：是一种集掌上电脑和条形码扫描技术于一体的条形码数据采集设备，它具有体积小、质量轻、可移动使用、可编程定制业务流程等优点。,（2） 射频识别技术在4.1.2小节
25、中进行介绍 （3）生物特征识别技术生物特征识别技术 即通过计算机与传感器等科技手段和生物统计学原理密切结合，利用人体固有的生理特性和行为特征来进行个人身份的鉴定。生理特征：脸相、指纹、虹膜行为特征： 步态、签名,身分鉴别可利用的生物特征必须满足一下几个条件：普遍性 唯一性可测量性稳定性 识别过程：生物样本采集 采集信息预处理 特征抽取 特征匹配热门的生物特征识别技术：,1、指纹识别技术通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件分析指纹的全局特征和局部特征，特征点如嵴，谷、终点、分叉点、和分歧点等，从指纹中抽取特征值，可以非常可靠的确认一个人的身份。 优点：技术成熟，提取设备小，成本低 缺点
26、：具有侵犯性；指纹易磨损；太干太湿不易提取图像 设备：指纹手机，指纹密码锁，指纹考勤机，指纹电脑,2、虹膜识别技术虹膜是指眼球中瞳孔和眼白之间充满了丰富纹理信息的环形区域，每个虹膜都包含一个独一无二的基于水晶体、细丝、斑点、凹点、皱纹和条纹等特征的结构。虹膜识别技术就是利用虹膜这种终生不变性和差异性的特点来识别身份的。和常用指纹比，虹膜技 术操作更简单，检验的 精确度也更高。,3、基因（DNA）识别技术 DNA（脱氧核糖核酸）存在于一切有核的动植物中，生命的全部遗传信息都驻存在DNA分子里。 DNA识别技术是利用不同人体的细胞中具有不同的DNA分子结构。 人体内的DNA在整个人类范围内具有唯一
27、性和永久性。 准确性优于其他任何生物特征识别方法，广泛应用于识别罪犯。 问题：伦理问题，必须实验室进行，不能实时及抗干扰，耗时长。,4、步态识别技术步态是指人们行走时的方式，这是一种复杂的行为特征。步态识别主要提取的特征是人体每个关节的运动。 缺点：复杂性高，处理困难。 5、签名识别技术签名识别易被大众接受，是一种公认的身份识别技术。但在不同时期和不同的精神状态下签名是不一样的 降低了签名识别系统的可靠性。,6、语音识别技术语音识别技术以语音信号为研究对象，是语音信号处理的一个重要研究方向。其最终目标是实现人与机器进行自然语言通信。 生物特征主要应用： 高端门禁：国家机关、企事业单位、军事基地
28、 公安刑侦：流动人口管理、出入境管理 医疗社保：社会福利领取人员 网络安全：电子商务、网络访问、电脑登陆 其他应用：考勤、信息安全,（4）图像识别技术图像识别技术是利用计算机对图像进行处理、分析、和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。 应用：医学诊疗图片的分析和识别、天气预报卫星云图识别、遥感图片、指纹识别、脸谱识别等 （5）光学字符识别技术 光学字符识别，也可简单的称为文字识别，是文字自动输入的一种方法。 手机、计算机 手写 扫描仪,4、自动识别技术的发展目前在商业、工业、交通运输业、邮电通信行业、物流、仓储、医疗卫生、安全检查、餐饮、旅游、票证管理以及军事装备管理等都有广泛应用。自
29、动识别技术会朝着以下发展方向：多种识别技术的集成化、智能化。自动识别技术的应用领域将更加广泛和深入新的自动识别技术标准不断涌现，标砖体系日趋完善自动识别技术奖与数据库技术、管理技术融合，为智能管理决策提供支持。,案例分析：条码在电器生产流水线上的应用 （1）项目需求条码技术在生产线管理上应用广泛，优势如下：产品的生产工艺在生产线上能即时、有效的反映出来，省却了人工跟踪的劳动。产品的生产过程能在计算机上显现出来，找到生产中的瓶颈。可以快速统计和查询生产数据，为生产调度、排单等提供依据。发现不合格产品，能查出是人为问题或是零件问题，并提供实用的分析报告。,（2）生产流水线条码系统的主要需求分析 电
30、器生产企业在生产过程中利用条码来监控生产情况， 需要完成以下功能： 质量跟踪 生产实时动态跟踪 客户跟踪 报表功能 （3）解决方案条码应用流程条码编制生产线条码系统框图,4.1.2 RFID（射频识别）技术 1.RFID技术概述（1）RFID技术的概念RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号（一般指微波，即波长为0.1100cm或帧率在1100GHz的电磁波）通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息实现是别的目的。识别过程无需人工干预，可工作于各种恶劣的环境，可识别告诉运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。,条码数据 采集,数据库,生产监视,生产调度,作业技术,任
31、务管理,统计分析,生产线条码监控系统软件框图,（2）RFID技术的特点体积小 保密性好 识读距离远信息量大 抗恶劣环境 可识别高速运动物体寿命长 不受方向和位置影响 可读写 识读速度快 可重复使用支持快读读写、非可视识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。,表4.1 条码和电子标签的区别,2.RFID 系统的构成及工作原理 （1）RFID 系统的定义采用射频标签作为识别标志的应用系统成为RFID系统（2）RFID 系统的构成,电子标签：由芯片及内置天线组成。 读写器：读取或写入电子标签信息的设备，主要任务是控制设备，主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息
32、进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到主机以供处理。天线：标签与阅读器之间传输数据的发射/接收装置,（3）RFID 系统的工作理 RFID的工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。,发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有 电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如下图所示:,电磁
33、反向散射耦合:雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律.,(4)RFID 系统的分类根据RFID系统作用距离的远近情况，RFID系统分为密耦合、遥耦合、和远距离三类 密耦合系统密耦合系统中射频标签一般是无源标签。 一般作用距离无要求的应用系统，如电子门锁等。 遥耦合系统遥耦合系统的典型作用距离可以达到1m。遥耦合系统又可分为近耦合系统（典型作用距离为10cm） 与疏耦合系统（典型作用距离为1m）两类。,远距离系统远距离系统的典型作用距离在110m，个别的系统具有更远的作用距离。 （5） RFID系统的能量传送由于RFID卡卡内无电源，供芯
34、片运行所需要的全部能量必须由阅读器传送。阅读器和RFID之间能量的传递基于耦合变压器原理，其工作原理如图：,如果一个RFID卡被放到阅读器天线附近，阅读器天线的磁场的一部分就会穿过卡的线圈，在卡的线圈里产生电压Ui。这个电压被整流后就用来对芯片供电。由于阅读器天线与卡片线圈的耦合非常弱，因此需要天线线圈里的电流量增大，以便达到必要的磁场强度，这通过给线圈Lt并联一个电容Ct来实现。,(6)RFID 系统的数据传送RFID 系统的数据传送如图所示，包含编码、调制、解码等过程。,应用 系统,编码,调制,解码,射频标签,应用接口,无线射频接口,写,读,4.1.7 RFID数据传送,3、RFID标签射
35、频标签是安装在被识别对象上，存储被识别对象相关信息的电子装置，常称为电子标签，它是视频识系统的数据载体，是视频识别系统的核心。,像公交卡、银行卡和二代身份证等都属于RFID标签,（1）RFID标签的分类 按标签的工作方式分类主动式标签：用自身的射频能量主动的发射数据给读写器的标签。主动标签含有电源。 被动式标签：由读写器发出查询信号触发后进入通信状态的标签。被动标签可有源也可无源。 按标签的读写方式分类只读型标签：只能读出不能写入的标签。只读标签一次性编程只读标签可重复编程只读标签读写型标签：内容既可以被读出又可被写入。,按标签有无能源分类无源标签有源标签半有源标签 按标签的工作频率分类低频标
36、签：500K以下中高频标签：330MHZ特高频标签：3003000MHZ超高频标签：3GHZ以上, 按标签的工作距离分类：远程标签：1m以上近程标签：10100cm超近程标签：0.210cm （2）RFID标签的构成射频识别标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟及存储器构成,天线,电源,调制器,控制器（CPU）,编码发生器,时钟,存储器,（3）RFID标签的功能具有一定容量的存储器，用于存储被识别对象的信息。 在一定工作环境及技术条件下标签数据能被读出或写入。维持对对象的识别及相关信息的完整性。 数据信息编码后，工作时可传输给读写器。 可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。具有确定的期
37、限，使用期限内无需维修。,(4)RFID 工作频率,4、射频读写器射频读写器根据具体实现功能的特点有其他较为流行的别称： 单纯读取标签信息的设备：阅读器、读出装置、扫描器 单纯向标签内存写入信息的设备有:编程器、写入器 综合具有读取与写入标签内存信息的设备有：读写器、通信器,（1）射频读写器,（2）射频读写器的构成读写器一般由天线、射频通信模块、控制处理模块和I/o接口模块组成。,应用系统,天线,I/o接口模块,控制处理模块,射频通信模块,RFID 读写器构成,天线天线是发射和接收射频载波的设备。对RFID而言，天线是射频标签和读写器的空间接口。 射频通信模块主要由射频振荡器、射频处理器、射频
38、接收器及前置放大器组成。 分为：发射通道和接收通道，用于发射和接收射频载波。 控制处理模块 是射频读写设备的智能单元。,主要功能： 发送到射频标签命令的编码，回波信号的解码。 差错控制，读写命令流程策略控制； 发送命令缓存，接收数据缓存； 与后端应用程序之间的接口协议实现，I/o控制。 主要部件： CPU或MPU：智能处理单元 外围接口电路：为CPU提供必要的存储区，中断控制器、I/o信号，与I/o接口控制信号 信号加工、缓存等处理电路：对发送命令、接收回波信号进行编码、解码、缓冲存储等 时钟电路、看门狗：工作时钟，系统自动恢复功能,I/O接口模块 用于实现读写设备与外部传感器、控制器以及应用
39、系统主机之间的输入与输出通信。 常用的I/O接口类别有： RS232 串行接口：标准接口、通用、流行。但传输速度与传输距离受限。 RS422/485串行接口：支持远距离通信，1200m，抗干扰能力强。 标准并行打印接口：打印机 以太网接口：直接入网接入端口，支持TCP/IP 协议。 红外线IR接口：近距离串行红外无线传输 USB接口：短距离，高速传输接口。,（3）读写器的分类 按通信方式分类，读写器优先和标签优先两类 按传送方式分类，全双工（FDX）和半双工（HDX） 按应用模式分类，固定式、便携式、一体式、模块式 （4）读写器的选择根据读写器的功能多寡、频率频段、应用环境、电子标签协议进行选
40、择。,5、通信协议 与通信协议相关的问题包括：时序系统问题、通信握手问题、数据帧问题、数据编码问题、数据的完整性问题、多标签读写防冲突问题、干扰与抗干扰问题、识读率与误码率的问题、数据的加密与安全性问题、读写器与应用系统之间的接口问题等。,案例分析 ：RFID技术的应用 （1）在交通信息化方面 电子不停车收费系统、铁路车号车次识别系统、智能停车场管理系统、公交一卡通乘车系统，地铁/轻轨收费系统。 （2）工业自动化产品质量追踪系统、设备状态监控系统。 （3）物资供应链管理方面航空、邮政包裹的识别、集装箱自动识别系统、智能托盘系统、仓储管理,（4）在食品药品安全及追溯方面 猪肉质量追踪系统，在养殖
41、场将每头猪带上电子耳环，记载其相关信息，并将信息采集到计算机上，在屠宰场轨道挂钩上安装电子标签，记录屠宰信息，在分割加工厂安装分割标签记录相关信息，所有的信息在分销零售计算机上均可查询。 （5）门票管理方面用于风景区门票管理系统，大型会展中心门票管理系统 （6）图书资料管理方面 无线感应门，RFID书签，实现自动借书还书及图书馆的盘点寻找，顺架等,（7）在门禁考勤管理等方面 （8）在动物及人员的追踪管理方面 （9）在票证，卡管理方面 （10）在资产管理方面,2.传感器的作用和性能参数 传感器处于研究对象与检测系统的接口位置，是感知，获取与检测信息的窗口，它提供物联网系统赖以进行决策和处理所必须
42、的原始数据。 传感器的优劣，一般通过若干性能指标来表示。除了在一般检测系统中所用的特征参数如灵敏度、线性度分辨率、准确度、频率特性等特性外，还常用阈值、漂移、过载能力、稳定性、可靠性以及与环境相关的参数、使用条件等来表示。 3、传感器的分类,按被测量分类 物理量：力量学 压力传感器、力传感器、位置传感器力矩传感器、速度传感器，热学量 温度传感器，热流传感器，热导率传感光学量 红外光，紫外光，亮度，色度，图像磁学量 磁场强度 电学量 电流，电压声学量 电压，噪声，超声波 射线 X射线 射线 射线 化学量 离子 气体 湿度,生物量生物量 体压 脉搏 体温 血流 呼吸生化量 酶式 微生物 按测量原理
43、分类按传感器的工作原理分类：电阻式 电感式 电容式压电式光电式磁电式，光纤，激光，超声波其他分类方法按信号变换特征分、按能量关系分类、按工作原理分类等方法。,（4）传感器的应用随着计算机，生产自动化，现代通信、军事、交通、化学、环保、能源、海洋开发、遥感宇航等科学技术的发展，对传感器的需求量与一具增，其应用已渗透到国民经济的各个部门以及人们的日常生活之中，可以说，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的传感器，传感器技术对国民经济的发展起着巨大的作用1、在工业检测和自动控制系统中的应用在石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业中 在各个岗位中担负着相当于人体
44、感觉器官的作用，他们每时每刻按需完成对各种信息的检测，,2、在汽车上的应用 3、在家用电器中的应用 4、传感器在机器人上的应用 5、在医疗及人体医学上的应用 6、在环境保护上的应用 7、在航空及航天上的应用,（5）传感器技术的发展 1.采用高新技术设计开发新型传感器 .微电子机械系统技术，纳米技术将高速发展，成为新一代微传感器、微系统的核心技术 .发现与利用新效应比如物理现象、化学反应和生物效应，发展新一代传感器。 .微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科各种新技术的互相渗透和综合利用。 .空间技术、海洋开发、环境保护以及地震预测等都要求监测技术满足观测研究宏观世界的要求。细胞生物学、遗
45、传工程、光合作用、医学及微加工技术等又希望监测技术跟上研究微观世界的步伐。括展检测范围，不断突破检测参数的极限。,（2）传感器的微型化与微功耗。传感器的特征之一就是体积小，其敏感元件的尺寸一般为微米级，是由微机械加工技术制作而成，包括光刻、腐蚀、淀积、键合、和封装等工艺。目前形成产品的主要是微型压力传感器和微型加速度传感器等，他们的体积只有传统传感器的几十乃至几百分之一。 （3）传感器的集成化与多功能化包含两个含义：一是将传感器与其后级的放大电路、运算电路、温度补偿电路等制成一个组件，实现一体化。与一般传感器比较它具有体积小、反应快、抗干扰、稳定性好等优点。,二是 将同一类传感器集成于同一芯片
46、上构成二维阵列式传感器，或称面型固态图像传感器，可用于测量物体的表面状况。例如温湿度传感器，气体多功能传感器。 （4）传感器的智能化智能传感器技术是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学和材料科学互相结合的综合密集型技术。智能传感器与一般传感器相比具有自补偿能力、自校准功能、自诊断功能、数值处理功能、双向通信功能、信息存储记忆和数字量输出功能。,随着科技的发展，智能传感器的功能将逐步增强，它利用人工神经网、人工智能和信息处理技术（如传感器信息融合技术、模糊理论等）使传感器具有更高级的智能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能，可以完成图像识别，特征检测、多维检测等复杂任务。它可
47、充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并对内部行为进行调节，使采集的数据最佳。,（5）传感器的数字化 随着现代化的发展，传感器的功能突破传统的功能，其输出不再是单一的模拟信号，而是经过微电脑处理好的数字信号，有的甚至带有控制功能，这就是所说的数字传感器。 数字传感器的特点：.数字传感器将模拟信号转换成数字信号输出，提高了传感器输出信号抗干扰能力，特别适用于电磁干扰强、信号距离远的工作现场；.软件对传感器线性修正及性能补偿，减少系统误差。.一致性与互换性好,模 拟 传 感 器,放 大,A/D 转 换,微 处 理 器,线 性 化 量纲处理,标准通信口,再现信号,脉冲输出,控制口,
48、数字化传感器的结构框图,（6）传感器的网络化传感器的网络化是传感器领域发展的一项新兴技术。 传感器网络化是利用TCP/IP协议，使现场测控数据就近接入网络，并与网络上有通信协能力的节点直接进行通信，实现数据的实时发布和共享。实现厂商直接与异地用户交流，故障诊断、软件升级等。,传 感 元 件,信号处理,A/D 转换,智能算法,微处理器,参数表,物理层,用户层,TCP/IP 协议层,通信介质,数据链路层,智能传感器,网络接口,网络化传感器的基本结构,智能水表系统,2.物联网传感器技术 （1）物理网传感器物联网传感器的概念在物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网传感器
49、。物联网传感器的作用在物理网中，传感器用来进行各种数据信息的采集和简单的加工处理，并通过固有的协议，将数据信息传送给物联网终端处理。例如通过RFID进行标签号码的读取，通过GPS得到物体位置信息，通过环境传感器获得环境温度等。,传感器属于物联网中的传感网络层，它作为物联网最基本的感知层，具有十分重要的作用，它好比人的眼睛和耳朵，去看去听需要被监测的信息。 物联网传感器的特点一是智能化二是网络化 （2）无线传感器网络 无线传感器网络的概念在一定范围内大量部署的微型传感器的节点，由这些节点通过无线通信方式行成一个多跳的自组织网络系统，实时采集、相互联系处理、传递信息，并将结果发送给观察者。,无线传感器网络的体系结构,无线传感器网络的特点硬件资源、电源容量有限、多跳路由，大规模、自组织、动态拓扑、可靠、以数据为中心、与应用相关的网络。 无线传感器网络的相关技术 .无线传感网路由协议 .网络拓扑控制 .节点定位 .数据融合 .无线通信技术 .网络安全,
