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1、感知技术一、传感器技术传感器是构成物联网的基础单元，是物联网的耳目，是物联网获取相关信息的来源。具体来说，传感器是一种能够对当前状态进行识别的元器件，当特定的状态发生变化时，传感器能够立即察觉出来，并且能够向其他的元器件发出相应的信号，用来告知状态的变化。关于传感器的概念，国家标准GB7665-87是这样定义的：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。也就是说，传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现
2、自动检测和自动控制的首要环节。传感器根据不同的标准可以分成不同的类别。按照被测参量，可分为机械量参量（如位移传感器和速度传感器）、热工参量（如温度传感器和压力传感器）、物性参量（如pH 传感器和氧含量传感器）；按照工作机理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。物理传感器是利用物质的物理现象和效应感知并检测出待测对象信息的器件，化学传感器是利用化学反应来识别和检测信息的器件，生物传感器是利用生物化学反应的器件，由固定生物体材料和适当转换器件组合成的系统，与化学传感器有密切关系。按照能量转换，可分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。能量转化型传感器主要由能量变换元件构成，不需用外加电源，基
3、于物理效应产生信息，如热敏电阻、光敏电阻等。能量控制型传感器是在信息变换过程中，需外加电源供给，如霍尔传感器、电容传感器。按传感器使用材料，可分为半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器，超导材料传感器、光纤材料传感器、纳米材料传感器等。按传感器输出信号，可分为模拟传感器和数字传感器。数字传感器直接输出数字量，不需使用A/D 转换器，就可与计算机联机，提高系统可靠性和精确度， 具有抗干扰能力强， 适宜远距离传输等优点，是传感器发展方向之一。这类传感器目前有振弦式传感器和光栅传感器等。目前，传感技术广泛地应用在工业生产、日常生活和军事等各个领域。在工业生产领域，
4、传感器技术是产品检验和质量控制的重要手段，同时也是产品智能化的基础。传感器技术在工业生产领域中广泛应用于产品的在线检测，如零件尺寸、产品缺陷等，实现了产品质量控制的自动化，为现代品质管理提供了可靠保障。另外，传感器技术与运动控制技术、过程控制技术相结合，应用于装配定位等生产环节，促进了工业生产的自动化，提高了生产效率。传感器技术在智能汽车生产中至关重要。传感器作为汽车电子自动化控制系统的信息源、关键部件和核心技术，其技术性能将直接影响到汽车的智能化水平。目前普通轿车约需要安装几十至近百只传感器，而豪华轿车上传感器的数量更是多达两百余只。发动机部分主要安装温度传感器、压力传感器、转速传感器、流量
5、传感器、气体浓度和爆震传感器等，它们需要向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机的工作状况进行精确控制。汽车底盘使用了车速传感器、踏板传感器、加速度传感器、节气门传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器等，从而实现了控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等功能。车身部分安装有温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器、车速传感器、加速度传感器、测距传感器、图像传感器等，有效地提高了汽车的安全性、可靠性和舒适性等。在日常生活领域，传感技术也日益成为不可或缺的一部分。首先，传感器技术普遍应用于家用电器，如数码相机和数码摄像机的自动对焦；空调、冰
6、箱、电饭煲等的温度检测；遥控接收的红外检测等。其次，办公商务中的扫描仪和红外传输数据装置等也采用了传感器技术。第三，医疗卫生事业中的数字体温计、电子血压计、血糖测试仪等设备同样是传感器技术的产物。在科技军事领域，传感技术的应用主要体现在地面传感器，其特点是结构简单、便于携带、易于埋伏和伪装，可用于飞机空投、火炮发射或人工埋伏到交通线上和敌人出现的地段，用来执行预警、地面搜索和监视任务。当前的军事领域使用的传感器主要有震动传感器、声响传感器、磁性传感器、红外传感器、电缆传感器、压力传感器和扰动传感器等。传感器技术在航天领域中的作用更是举足轻重，用于火箭测控、飞行器测控等。二、RFID技术RFID
7、是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。一套完整RFID系统由阅读器与应答器两部份组成 ，其动作原理为由阅读器发射一特定频率之无限电波能量给应答器，用以驱动应答器电路将内部之ID码送出，此时阅读器便接收此ID码。应答器的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。RFID标签有两种：有源标签和无源标签。最基本的RFID系统由三部
8、分组成。一是标签，由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；二是阅读器，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；三是天线，在标签和读取器间传递射频信号。电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面.阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的.通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。RFID的工作原理是，阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进
9、行有关处理。通常阅读器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率，基本上划分为三个范围：低频（30kHz-300kHz）、高频（3MHz-30MHz）和超高频（300MHz-3GHz）。常见的工作频率有低频125kHz、134.2kHz及高频13.56MHz等。RFID分为被动标签（Passive tags）和主动标签（Active tags）两种。主动标签自身带有电池供电，读/写距离较远同时体积较大，与被动标签相比成本更高，也称为有源标签。被动标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。RFID技术广泛应
10、用在社会生产生活各领域。日常生活中我们经常要使用各式各样的数位识别卡，如信用卡、电话卡、金融IC卡等。大部分的识别卡，都是与读卡机作接触式之连接来读取数位资料，常见方法有磁条刷卡或IC晶片定点接触，这些用接触方式识别数位资料的作法，在长期使用下容易因磨损而造成资料判别错误，而且接触式识别卡有特定之接点，卡片有方向性，使用者常会因不当操作而无法正确判读资料。而RFID乃是针对常用之接触式识别系统之缺点加以改良，采用射频讯号以无线方式传送数位资料，因此识别卡不必与读卡机接触就能读写数位资料，这种非接触式之射频身份识别卡与读卡机之间无方向性之要求，且卡片可置於口袋、皮包内，不必取出而能直接识别，免除
11、现代人经常要从数张卡片中找寻特定卡片的烦恼。和传统条形码识别技术相比，RFID有以下优势。一是快速扫描。条形码一次只能有一个条形码受到扫描，而RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。二是体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。三是抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损，RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污
12、损。四是可重复使用。现在的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。五是穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。六是数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50字节，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数兆字节。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。七是安全性。由于RFID承
13、载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。近年来，RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。三、坐标定位技术卫星空间定位作为一种全新的现代定位方法，已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。上个世纪八十年代以来，尤其是进入九十年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态
14、扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术，将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。伪距差分是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”。载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。
