【新编】物联网感知技术

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1、物联网技术与应用 配套电子课件 主编 刘丽军 第第3 3章章 物联网感知技术物联网感知技术 Date 2 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 本章知识要点 学习完本章后 应当掌握如下知识 1 掌握RFID技术的原理 分类和组成 2 掌握传感器技术的作用和组成 3 掌握嵌入式系统的组成和应用领域 4 了解RFID 传感器 嵌入式系统的发展趋势 3 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 RFID技术 3 1 1 常见自动识别技术 自动识别技术就是应用一定的识别装置 通过被 识别物品和识别装置之间的接近活动 自动地获取 被识别物品的相关信息 并提供给后台的计算机处 理系统来完成相关

2、后续处理的一种技术 4 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 1 常见自动识别技术 1 条码技术 Barcode 条形码是日常生活中经常会看到的一种自动识别 技术 也是迄今为止最经济 实用的一种自动识别 技术 5 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 条码可分为一维条码和二维条码 一维条码按照 应用可分为商品条码和物流条码 商品条码包括EAN 码和UPC码 物流条码包括128码 ITF码 39码 库 德巴码等 二维条码根据构成原理 结构形状的差异 可分 为行排式二维条码 2D stacked bar code 和矩阵式 二维条码 2D matrix bar code 3 1 1

3、 常见自动识别技术 6 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 一维条形码二维条形码 资料密度与容量密度低 容量小密度高 容量大 错误侦测 及自我纠正能 力 可以进行错误侦测 但没有错误 纠正能力 有错误检验 及错误纠 正能力 并可根据实际应 用设置不同的 安全等级 垂直方向的资料 不储存资料 垂直方向的高度是 为了识读方便 并弥补印刷缺陷 或局部损坏 携带资料 可以纠正印刷缺陷 或局部损坏等 并能恢复资料 主要用途主要用于对物品的标识用于对物品的描述 资料库与网络依赖性 多数场合需依赖资料库及通讯网 络 可不依赖资料库及通讯网络而 单独使用 识读设备 可用线型扫描器识读 如光笔 线型CCD

4、等 对于堆叠式可用线型扫描器 或图像扫描仪识读 对于矩阵 式则只能用图像扫描仪识读 一维条码和二维条码的比较 3 1 1 常见自动识别技术 7 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 2 光学字符识别 OCR 光学字符识别 Optical Character Recognition OCR 是指对文本资料进行扫描 然后对图像文件 进行分析处理 获取文字及版面信息的过程 3 1 1 常见自动识别技术 8 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 卡识别技术 1 磁条 卡 技术 2 IC卡识别技术 3 1 1 常见自动识别技术 9 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 4 生物特征识别

5、1 生物识别技术 Biometric Identification Technology 是指利用人体生物特征进行身份认证的 一种技术 3 1 1 常见自动识别技术 10 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 2 RFID技术概述 RFID是Radio Frequency Identification的缩写 即无线射频识别 俗称电子标签 是一种非接触 式的自动识别技术 它通过射频信号自动识别目标 对象并获取相关数据 识别工作无须人工干预 可 工作于各种恶劣环境 RFID技术可识别高速运动物 体并可同时识别多个标签 操作快捷方便 11 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1

6、 2 RFID技术概述 12 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 2 RFID技术概述 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 出现 探索 丰富 发展 商用 提速 广泛 RFID发展历程 13 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 2 RFID技术概述 与其他自动识别技术相比 RFID的主要特性包括 以下4个方面 1 数据的读写 Read Write 机能 2 小型化和多样化的形状 3 耐环境性 4 可重复使用 14 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 3 RFID分类 1 按供电方式不同的分类 1 有源电子标签 2 无源电

7、子标签 3 半无源电子标签 15 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 3 RFID分类 2 按使用频率不同的分类 1 低频 Low Frequency LF 2 高频 High Frequency HF 3 超高频 Ultra High Frequency UHF 4 微波 Microwave uW 16 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 3 RFID分类 高频 高频 HFHF 超高频超高频 UHFUHF 低频 低频 LFLF 低频135KHz以下高频13 56MHz 超高频860M 960MHz 微波2 4G 微波 微波 MWMW 17 74 第3章 物联网感知

8、技术主编 刘丽军 3 1 4 RFID的组成和工作原理 RFID系统的工作原理 18 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 4 RFID的组成和工作原理 RFID系统可分为硬件和软件两大部分 硬件组件 包括电子标签 读写器 天线 RFID系统的软件 组件可分RFID系统软件 RFID中间件和主机应用程 序 19 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 4 RFID的组成和工作原理 1 RFID的硬件组成 1 电子标签 电子标签也称应答器 是一个微型的无线收发装 置 主要由内置天线和芯片组成 芯片中存储能够 识别目标的信息 当读写器查询时它会发射数据给 读写器 20 74

9、第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 4 RFID的组成和工作原理 2 读写器 读写器是一个捕捉和处理 RFID标签数据的设备 它可以 是单独的个体 也可以嵌入到 其他系统之中 读写器也是构 成RFID系统的重要部件之一 由于它能够将数据写到RFID标 签中 因此称为读写器 21 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 4 RFID的组成和工作原理 3 天线 天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率 接收或辐射出去的设备 是电路与空间的界面器 件 用来实现导行波与自由空间波能量的转化 在RFID系统中 天线分为电子标签天线和读写器 天线两大类 分别承担接收能量和发射能量的作 用

10、 22 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 4 RFID的组成和工作原理 2 RFID的软件组成 RFID系统中的软件组件主要完成数据信息的存储 管理以及对RFID标签的读写控制 是独立于RFID 硬件之上的部分 主要包括 1 边沿接口系统 2 RFID中间件 3 企业应用接口 4 应用软件 23 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 3 1 5 RFID技术的应用 24 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 RFID发展面临的难题 1 成本的下降 2 国际标准的制定与推行 3 可能引起隐私权的问题 3 1 5 RFID技术的应用 25 74 第3章 物联网感知技术主编

11、刘丽军 人通过五官 视 听 嗅 味 触 接受外界的 信息 经过大脑的思维 信息处理 作出相应 的动作 而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动 则可以说电子计算机相当于人的大脑 一般俗称 电脑 而传感器则相当于人的五官部分 电 五官 3 2 传感器引入 26 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 身体与机器人的对应关系 27 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 传感器是获取自然领域中信息 的主要途径与手段 3 2 传感器引入 28 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 一 传感器的作用 传感器实际上是一种功能块 其作用是将来自外 界的各种信号转换成电信号 3 2 1 传感器的作用

12、和重要性 29 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 传感器所检测的信号进来显著地增加 因而其品种 也极其繁多 为了对各种各样的信号进行检测 控 制 就必须获得尽量简单易于处理的信号 这样的 要求只有电信号能够满足 电信号能较容易地进行 放大 反馈 滤波 微分 存贮 远距离操作等 3 2 1 传感器的作用和重要性 30 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 因此可将传感器的作用狭义的定义为 将外界 的输入信号变换为电信号的一类元件 如下图 所示 传感器 来自外界的信号 电信号 3 2 1 传感器的作用和重要性 31 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 二 传感器的重要性 作为人脑

13、的一种模拟的电子计算机的发展极为迅速 可是起 五种感觉模拟作用的传感器却发展很慢 因而如果不进行传 感器的开发 现在的电子计算机将不能适应实际需要 现代 社会要求传感器 电子计算机和执行器三者都能相互协调才 行 这样 传感器就成了现代科学的中枢神经系统 它日益受到 人们的普遍重视 这已成为现代传感器技术的必然趋势 3 2 1 传感器的作用和重要性 32 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 一 传感器的定义 定义 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可 用输出信号的器件或装置 3 2 2 传感器的定义和组成 33 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 传感器是一种以一定的精确度把被

14、测量转换为与之有确定 对应关系的 便于应用的某种物理量的测量装置 其包含一下几个方面的意思 传感器是测量装置 能完成检测任务 它的输入量是某一被测量 可能是物理量 也可能是化学 量 生物量等 3 2 2 传感器的定义和组成 34 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 输出量是某种物理量 这种量要便于传输 转换 处理 显示等 这种量可以是气 光 电 但 主要是电量 输入输出有对应关系 且应有一定的精确度 3 2 2 传感器的定义和组成 35 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 二 传感器的组成 传感器一般由敏感元件 转换元件 转换电路三部分组成 电路被测量 敏感元件转化元件转换电路 注

15、 有的书上不包括 虚线后部分 3 2 2 传感器的定义和组成 36 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 敏感元件 Sensitive element 直接感受被测量 并输 出与被测量成确定关系的某一物理量的元件 转换元件 Transduction element 以敏感元件的输出 为输入 把输入转换成电路参数 转换电路 Transduction circuit 将转换电路参数接入 转换电路 便可转换成电量输出 3 2 2 传感器的定义和组成 37 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 有些传感器很简单 仅由一个敏感元件 兼作转换 元件 组成 它感受被测量时直接输出电量 如热 电偶 有

16、些传感器由敏感元件和转换元件组成 没有转换 电路 有些传感器 转换元件不止一个 要经过若干次转 换 3 2 2 传感器的定义和组成 38 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 一 传感器的分类 传感器种类繁多 目前常用的分类有两种 以被测量来分 以传感器的原理来分 3 2 3 传感器的分类及要求 39 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 被测量类别被 测 量 热工量 温度 热量 比热 压力 压差 真空度 流量 流速 风速 机械量 位移 线位移 角位移 尺寸 形状 力 力矩 应 力 重量 质量 转速 线速度 振动幅度 频率 加 速度 噪声 按被测量来分类 3 2 3 传感器的分类及要求 40 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 被测量类别被 测 量 物性和成分量 气体化学成分 液体化学成分 酸碱度 PH值 盐度 浓度 粘度 密度 比重 状态量 颜色 透明度 磨损量 材料内部裂缝或缺陷 气体泄漏 表面质量 续 3 2 3 传感器的分类及要求 41 74 第3章 物联网感知技术主编 刘丽军 电阻式 光电式 红外式 光导纤维式 电感式 谐振式 电容式 霍尔式 磁式 阻抗式 电涡