物联网企业培训技术篇

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1、,物联网企业培训, 技术篇,专注教育领域 服务教育人群,石俊东 高级工程师,物联网 是当今最火爆的概念之一，甚至被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。物联网把新一代IT技术充分运用在各行业中，如能源、交通、建筑、家庭、市政系统等，然后与现有通信网结合，实现人类社会与物理系统的整合。 人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。,物联网行业背景及概念,智慧地球与感知中国,“智慧地球”战略的提出2009 年

2、1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球” 这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。此概念一经提出， 即得到美国各界的高度关注， 甚至有分析认为IBM 的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。“智慧地球”被美国人认为是振兴经济、确立全球竞争优势的关键战略。,2009 年8月7日，国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表重要讲话：提出了“在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的传感信息中心或感知中国中心”的重要指示。,物联网行业背景及概念,物联网行

3、业背景及概念,2009 年11月3日让科技引领中国可持续发展的讲话中，温家宝总理再次提出“要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机”。 2010年期间，物联网再次成为热议话题。随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。 江苏省物联网产业发展规划纲要指出：至2012年，完成物联网特色化产业基地建设，形成全省产业发展的空间布局和功能定位，销售收入超过1500亿元，集聚规模以上企业1000家以上，形成年销售额超十亿元的龙头企业10家以上，孵化一批具备较强竞争力的创新型中小企业，培育上市企业10家以上

4、。至2015年，销售收入超过4000亿元。 随着信息采集与智能计算技术的迅速发展和互联网与移动通信网的广泛应用，大规模发展物联网及相关产业的时机日趋成熟，欧美等发达国家将物联网作为未来发展的重要领域。美国将物联网技术列为在经济繁荣和国防安全两方面至关重要的技术，以物联网应用为核心的“智慧地球”计划得到了奥巴马政府的积极回应和支持；欧盟2009年6月制定并公布了涵盖标准化、研究项目、试点工程、管理机制和国际对话在内的物联网领域十四点行动计划。,物联网涉及的技术领域,物联网架构 在业界，物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。 （1

5、）感知层 感知层是通过RFID 移动终端、M2M 终端、汇接节点、感知节点等获取相关数据及信息，以便网络的传输。它的特点是：嵌入智能、标识感知、协同互动。感知层是实现物联网全面感知的核心能力；感知节点随时随地感知、测量、捕获和传递信息，汇接节点汇聚、分析、处理和传送数据；各种形态的终端完成不同的功能， 包括M2M 终端、RFID移动终端、通信网和传感网之间的网关、感知信息的末梢传感器等。 （2）网络层 网络层解决的是感知层在一定范围内所获得的数据，通常是长距离的传输问题。这些数据可以通过移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等网络传输。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无

6、线通信技术、网络技术等。网络层为建立网络连接和为上层提供服务，具备以下主要功能：路由选择和中继；激活,终止网络连接；在一条数据链路上复用多条网络连接, 多采取分时复用技术；差错检测与恢复；排序,流量控制；服务选择；网络管理；信息存储查询。,物联网行业背景及概念,物联网行业背景及概念,（3）应用层 应用层解决的是信息处理和人机界面的问题，主要是利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。物联网发展的根本目标是提供丰富的应用，将物联网技术与个人、家庭和行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集。其应用可分为监控型（物流监控、污染监控灾害监控）、查询型（智能检索、远程抄表）、控制

7、型（智能交通、智能家居、路灯控制远程医疗绿色农业）、扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费）等。,物联网体系架构,三层结构,感知控制层由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层组成。数据采集子层通过各种类型的传感器获取物理世界中发生的物理事件和数据信息，例如各种物理 量、标识、音频和视频多媒体数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。 短距离通信技术和协同信息处理子层将采集到的数据在局部范围内进行协同处理，以提高信息的精度，降低信息冗余度，并通过自组织能力的短距离传感网接入广域承载网络。,物联网体系架构感知控制层,网络传输层将来自感知层的各类信息通

8、过基础承载网络传输到应用层，包括移动通信网、互联网、卫星网、广电网、行业专网及形成的融合网等。根据应用需求，可作为透明传送的网络层，也可升级以满足未来一同内容传输的要求。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，在物联网的早期阶段基本能够满足物联网中数据传输的需要。,物联网体系架构网络传输层,应用服务层主要将物联网技术与行业专业系统相结合，实现广泛的物物互联的解决方案，主要包括业务中间件和行业应用领域。其中，物联网服务支撑子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。,物联网体系架构应用服务层,物联网技术结构可以分为四层：感知技术、传输技术、支撑技术和应用技

9、术。,物联网体系架构-四层结构,五层结构,感知层主要完成信息的收集与简单处理, 部分学者将该层称为感知延伸层, 该层由传统的WSN、RFID和执行器组成；,接入层主要完成各类设备的网络接入, 该层重点强调各类接入方式, 比如3G/4G、Mesh网络、WiFi、有线或者卫星等方式；,支撑层又称中间件, 或者业务层 对下需要对网络资源进行认知, 进而达到自适应传输的目的; 本层的完成信息的表达与处理, 最终达到语义互操作和信息共享的目的; 对上提供统一的接口与虚拟化支撑, 虚拟化包括计算虚拟化和存储虚拟化等内容, 较为典型的技术是云计算；,应用层主要完成服务发现和服务呈现的工作。,网络层为原有的互

10、联网、电信网或者电视网, 主要完成信息的远距离传输等功能；,物联网体系架构-五层结构,物联网技术基础,技术 基础,物联网技术基础,技术 基础,技术基础传感器技术,传感器被认为是生物体“五官”的工程模拟物，是自动检测和自动转换技术的总称。它是一种能把特定的被测信号，按一定规律转换成某种“可用信号”输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。“可用信号”是指便于处理、传输的信号，一般为电信号、温湿度、光照强度、压力、浓度、电磁等信号。,（一）传感器的概念及组成 （二）传感器的分类 （三）传感器的特性 （四）传感器的发展趋势 （五）传感器的应用,技术基础传感器技术,技术基础传感

11、器技术概念,关于传感器的概念，我国国家标准 GB 76651987 规定： “传感器(sensor)是能感受规定的测量量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。 也就是说，传感器是一种按一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置，用于满足系统信息传输、存储、显示、记录及控制等要求。,电阻式远传压力表,感应式流量表,称重 传感器,CCD传感器,技术基础传感器技术概念,技术基础传感器技术概念,质子旋进式磁敏传感器,压阻式液位传感器,光敏传感器,温度传感器,技术基础传感器技术概念,风力参数传感器,地震检波器,磁、气、力敏传感器,超声 传感器,技术基础传感器技

12、术概念,温度传感器,压力传感器,扭矩传感器,角位移传感器,位移传感器,技术基础传感器技术概念,压电式加速度传感器,激光位移传感器,光纤式位移传感器,超声波位移传感器传感器,电感式位移传感器,技术基础传感器技术组成,辅助电源,敏感元件,转换元件,基本转换电路,被测量,电量,敏感元件是直接感受被测量，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：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。并不是所有的传感器都能明显地区分敏感元件和转换元件。,基本转换电路：基本转换电路（简称转换电路）也可称为信号调理电路，它将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等

13、，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。测量电路的类型视传感器的工作原理和转换元件的类型而定，一般有电桥电路、阻抗变换电路、振荡电路等。,转换器件,敏感元件,转换电路,技术基础传感器技术组成,（一）传感器的概念与组成 （二）传感器的分类 （三）传感器的特性 （四）传感器的发展趋势 （五）传感器的应用,技术基础传感器技术,1、按传感器的工作机理，分为物理型、化学型、生物型等,2、按构成原理，结构型与物性型两大类,3、根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器,4、按照物理原理分类：十种,5、按照传感器的用途分类 ：位移、压力、振动、温度传感器

14、,7、根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号,6、根据转换过程可逆与否 ：单向和双向,8、根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器,技术基础传感器技术分类,技术基础传感器技术分类,结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器，这些方程式就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。,物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身的

15、常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如，光电管，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器，都属于物性型传感器。,能量控制型传感器，在信息变化过程中，传感器将从被测对象获取的信息能量用于调制或控制外部激励源，使外部激励源的部分能量载运信息而形成输出信号，这类传感器必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电容等电路参量传感器都属于这一类传感器。基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感

16、器也属于此类传感器。,能量转换型传感器，又称有源型或发生器型，传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换成输出信号能量，主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电动势效应等的传感器都属于此类传感器。,技术基础传感器技术分类,技术基础传感器技术分类,按照物理原理分类： 电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等； 磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等； 压电式传感器：声波传感器、超声波传感器； 光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等； 气电式传感器：电位器式、应变式； 热电式传感器：热电偶、热电阻； 波式传感器：超声波式、微波式等； 射线式传感器：热辐射式、射线式； 半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻； 其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。 有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复合形式,如不少半导体式传感器，也可看成电参量式传感器。,技术基础传感器技术,（一）传感