物联网技术与应用5-02课件

物联网

技术与应用经济管理学院第二篇物联网感知技术RFID与自动识别技术传感器与无线传感器网络嵌入式系统与嵌入式智能传感器物联网的体系架构——三层？四层？RFID系统RFID电子标签RFID读写器RFID标准自动识别技术一、RFID与自动识别技术相关的自动识别技术自动识别技术：包括条码、接触式IC卡、生物特征识别、光学字符识别（OCR）以及射频识别（RFID）等。条码（BarCode）技术：最早产生在20世纪20年代，由一组规则排列的条和空、相应的数字组成。组成RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。RFID系统是利用RFID技术并集识别、传输、共享信息等功能于一体的智能系统。RFID系统：RFID读写器、RFID电子标签、中央系统1.1RFID系统RFID系统组成框图RFID电子标签RFID电子标签——存储被标识物体的相关信息，通常被安置在物体表面。当标签被读写器识别到，或者标签主动向读写器发送消息时，标签内的物体信息——被读取或改写。分为有源标签和无源标签两类，通过标签中是否有电池来区分。RFID读写器RFID读写器——利用射频技术读取或者改写电子标签中的数据信息——通过有线或者无线方式传输到中央信息系统进行管理和分析。读写器主要包括射频模块和读写模块以及其他一些基本功能单元，包括电源和时钟等。读写器通过射频模块发送射频信号——读写模块连接射频模块——对射频模块中得到的数据信息进行读取或改写。电源用来给读写器供电，并且通过电磁感应给无源电子标签进行供电时钟在进行射频通信时用于确定同步信息。中央信息系统中央信息系统是对识别到的信息进行管理、分析及传输的计算机平台。——包含一个存储着所有电子标签的数据信息的数据库。中央信息系统与读写器相连——读写器对电子标签中数据信息的读取或改写——数据库内的数据信息实时更新。中央信息系统——与互联网或专网相连接，电子标签中的数据信息——大范围的共享，用户可以远程操作。RFID系统的工作流程RFID系统内三个部分依次连接起来，完成一次信息的传输、交换及管理。首先读写器通过天线发射无线电载波信号——形成一个有效识别范围，当电子标签（无源标签）进入时——被激活，通过电磁场提取工作能量——通过电子标签内的射频模块将数据信息发射出去；然后读写器的天线接收到射频信号——射频模块对信号进行解调解码——判断其合法性（中央信息系统或读写器）——针对不同的设定发出不同的指令——读取或者改写；最后读写器将处理后的数据信息传输至中央信息系统——实时更新——用户共享。RFID系统中的三种事件类型在RFID系统中，始终以能量作为基础，通过一定的时序方式来实现数据交换。在RFID系统中存在三种事件模型：以能量提供为基础的事件模型以时序方式实现数据交换的事件模型以数据交换为目的的事件模型时序时序：读写器和电子标签的工作顺序。RFID系统是一个双向系统，需要确定一种工作顺序，用来防止通信时产生冲突。当读写器工作范围内存在多个电子标签时，时序显得更为重要。在RFID系统中，读写器一般处于主动状态，即读写器发出询问后，电子标签给予回答，称为读写器先讲（RTF，ReaderTalksFirst）方式；另一种情况是电子标签进入读写器工作范围以后，首先发送信息，读写器进行记录或者进一步发出询问信息，叫作电子标签先讲（TTF，TagTalksFirst）方式。数据交换RFID系统最终要完成的功能是对数据的获取，这种在系统内的数据交换有两个方面的内容：读写器向电子标签方向的数据传输；电子标签向读写器方向的数据传输。从电子标签向读写器方向的数据传输电子标签激活以后，直接向读写器发送电子标签中存储的数据信息；电子标签激活以后，根据读写器的命令信息，进入数据发送状态或者休眠状态。

经济管理学院特点非接触操作，长距离识别。无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境。形状和大小多样化。可识别高速运动物体，可同时识别多个电子标签。数据容量随着存储器容量的发展而扩大。读写器不直接对最终用户开放物理接口，保证其自身的安全性。经济管理学院常用的自动识别技术比较经济管理学院系

统

参

数

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识

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量接触型IC卡射频识别RFID存储容量1～100Byte/1～100Byte/16～64KB16～64KB数据密度小高小高很高很高机器可读性好费时好费时好好个人可读性受限容易容易困难不可能不可能受污染影响严重/严重/可能无影响光遮影响失效/失效可能/无影响方向位置影响很小/很小/一个方向无影响磨损有条件/有条件/接触无影响购置费很少很高一般很高很少一般非允许篡改容易可能容易不可能不可能不可能阅读速度4s>5s3s>5s4s0.5s使用距离0～50cm0～50cm<1cm接触接触0～5m智能化无/无/有有读写性能可读可读可读可读可读写可读写多标签同时识别不能不能不能不能不能能分类按信号频段低频（9~135kHz)：识别距离只有几厘米，信号能穿透动物体内的高湿环境，被用于动物识别。中频（13.56MHz)：开放频段，识读距离最远至1~1.5m，写入距离最远也可达1m。标签大部分是无源，依靠读写器供给能源。高频（300MHz~1.2GHz)：标签和读写器在空气中的有效通信距离最远，信号不能穿透金属和湿气，但是数据传输速率更快，可同时读取多个标签。经济管理学院RFID主要频段标准及特性经济管理学院功能具有一定的存储容量，可以存储被识别物品的相关信息；在一定工作环境及技术条件下，电子标签存储的数据能够被读出或写入；维持对识别物品的识别及相关信息的完整，数据信息编码后，及时传输给读写器；可写入，在写入以后，永久性数据不能修改；具有确定的使用期限，使用期限内不需维修；对于有源标签，通过读写器能够显示电池的工作状况。经济管理学院组成天线射频模块控制模块存储器电池（可选）经济管理学院1.2RFID电子标签分类按供电方式分为有源和无源标签按载波频率分为低频、中频和高频标签按标签内是否含有电池分为主动式和被动式标签按作用距离分为密耦合、遥耦合和远距离标签根据标签的读写功能来划分为：只读、一次写多次读和可读写标签根依据封装形式的不同分为：信用卡、线形、纸状、玻璃管、圆形以及异形标签等经济管理学院经济管理学院组成射频模块天线读写模块基本功能单元经济管理学院1.3RFID读写器经济管理学院RFID读写器详细结构功能读写器的基本任务是触发作为数据载体的电子标签，建立通信联系，并且在中央信息系统和数据载体之间传输数据。这种非接触通信的过程中涉及的一系列任务，如通信的建立、防止碰撞和身份验证等都是在由RFID读写器来进行处理。经济管理学院工作方式读写器先发言（ReaderTalksFirst，RTF）标签先发言（TagTalksFirst，TTF）经济管理学院分类按双工方式分为：全双工和半双工按通信方式分为：读写器先发言RTF和标签先发言TTF按应用模式可分为：固定式读写器、便携式读写器、一体式读写器和模块式读写器经济管理学院现状RFID还未形成统一的全球化标准，市场表现为多种标准并存的局面。随着RFID在全球物流、交通行业的大规模商用，RFID标准的统一已经成为业界认同的趋势。标准体系1.ISO/IEC（国际标准化组织）/（国际电工委员会）

2.EPCglobal（国际物品编码协会EAN和美国统一代码委员会UCC联合组成）

3.日本UID（UbiquitousID）经济管理学院1.4RFID标准三大RFID标准对比EPC(EPCC1G2被接受为ISO18000-6C)ISO（ISO18000-6B）UID读写速度信息位数应用领域频段技术差异采用的组织和企业研发机构标准化组织组织结构地区美国欧洲欧洲为主日本EPCGlobalISOUbiquitousIDCenter芯片：美国国防部，德州仪器，Intel；识别器：Symbol；软件：IBM，微软。目前欧洲也开始参与研发。芯片：STMicroelectronics，Philips；识别器：Nokia，Checkpoint；软件：SAP日立ULSI牵头，NEC、东芝、富士通等国内企业。也有少数外国厂商，如微软，三星等参与。美国军方，FDA和SSA等政府机构，沃尔玛，保洁，吉列，强生，100多家欧美流通企业均为EPC成员。大型零售商，如德国METRO，英国Tesco。NEC(RFID手机)，Sankei，Shogakukan(产品跟踪)。T-EngineForum的475家企业将会采用(大部分为日本企业)902MHz-928MHz(UHF频段)13.56MHz(智能卡)860MHz-950MHz2.45GHz(ISO标准)13.56MHz(智能卡)40kbps～640kbps最多同时读写1000个标签40kbps同时读写数十个标签250kbpsEPCC1G1:64～96位EPCC1G2:96～256位64位128位，可扩展至512位车辆管理、生产线自动化控制、物资跟踪、出入境人员管理。关卡、码头作业和RFID标签数量不大的区域。电子支付、物流、服装、印刷等，在物流等非制造领域使用较为广泛。经济管理学院经济管理学院中国RFID发展思路概述数据采集方式的发展过程主要经历了数据人工采集和数据自动采集两个阶段，

而数据自动采集在不同的历史阶段及针对不同的应用领域可以使用不同的技术手段。目前数据自动采集主要使用了条码、IC卡、射频识别、光符号识别、语音识别、生物计量识别、遥感遥测、机器人智能感知等技术。经济管理学院1.5自动识别技术条码一种信息图形化表示方法，可以把信息制作成条码，然后用相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机中。条码分为一维条码和二维条码。经济管理学院一维条码条码是将宽度不等的多个黑条和空白，按一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的一维条码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成平行线图案。条码可以标示出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息。通常一维条码所能表示的不过10个数字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数为128个ASCII字符，信息量非常有限。经济管理学院二维条码在二维空间水平和竖直方向存储信息的条码。它的优点是信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好。以常用的二维条码——PDF417码为例，可以表示字母、数字、ASCII字符与二进制数；可以表示1850个字符/数字，1108个字节的二进制数，2710个压缩的数字；具有纠错能力。经济管理学院磁卡（magneticcard）一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息。按照使用基材的不同，磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种；视磁层构造的不同，又可分为磁条卡和全涂磁卡两种。通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。磁条从本质意义上讲和计算机用的磁带或磁盘是一样的，包含的信息一般比条码大。经济管理学院经济管理学院IC卡（integratedcircuitcard）集成电路卡，也叫做智能卡（smartcard），它是通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的。IC卡与IC卡读写器，以及后台计算机管理系统组成了IC卡应用系统。IC卡是将一个微电子芯片嵌入符合ISO7816标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁，在ISO国际标准中称之为接口设备IFD(InterfaceDevice)。经济管理学院IC卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡两种。接触式IC卡，就是在使用时，通过有形的金属电极触点将卡的集成电路与外部接口设备直接接触连接，提供集成电路工作的电源并进行数据交换的IC卡。非接触式IC卡又称射频卡，采用射频技术与IC卡的读卡器进行通讯，成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。经济管理学院经济管理学院经济管理学院RFID与其他方式的比较光学字符识别技术光学字符识别OCR（OpticalCharacterRecognition）技术，是指电子设备（例如扫描仪或数码相机）检查纸上的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。——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。经济管理学院OCR识别系统的工作流程影像输入——影像前处理——文字特征抽取——对比数据库——对比识别——字词后处理——人工校正——结果输出经济管理学院语音识别技术也被称为自动语音识别（AutomaticSpeechRecognition，ASR），其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入，例如按键、二进制编码或者字符序列。语音识别技术的应用：语音拨号、语音导航、室内设备控制、语音文档检索、简单的听写数据录入等。语音识别技术涉及的领域：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等等。经济管理学院生物识别技术通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性（如指纹、脸像、红膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。生物识别技术相比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。经济管理学院指纹识别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指纹的局部特征，可靠地确认一个人的身份。经济管理学院虹膜识别利用虹膜终身不变性和差异性的特点来识别身份。虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的各色环状物，每个虹膜都包含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。与指纹识别相比，虹膜识别技术操作更简便，检验的精确度也更高。统计表明，虹膜识别的错误率是各种生物特征识别中最低的，并且具有很强的实用性.经济管理学院视网膜识别人体的血管纹路也是具有独特性的，人的视网膜上面血管的图样可以利用光学方法透过人眼晶体来测定。用于生物识别的血管分布在神经视网膜周围。如果视网膜不被损伤，从三岁起终身不变。同虹膜识别技术一样，视网膜扫描是具有最可靠、最值得信赖的生物识别技术，但它运用起来的难度较大。经济管理学院面部识别通过对面部特征和它们之间的关系（眼睛，鼻子和嘴的位置以及它们之间的相对位置）来进行识别。用于捕捉面部图像的两项技术为标准视频和热成像技术：标准视频技术：通过视频摄像头摄取面部的图像热成像技术：通过分析由面部的毛细血管的血液产生的热线来产生面部图像，不需要较强的光源，即使在黑暗情况下也可以使用。经济管理学院掌纹识别掌纹与指纹一样也具有稳定性和唯一性，利用掌纹的线特征、点特征、纹理特征、几何特征等完全可以确定一个人的身份。目前采用的掌纹图象主要分脱机掌纹和在线掌纹两大类。经济管理学院手形识别手形指的是手的外部轮廓所构成的几何图形。手形识别技术中，可利用的手形几何信息，包括手指不同部位的宽度、手掌宽度和厚度、手指的长度等。手形识别是速度最快的一种生物特征识别技术，它对设备的要求较低，图像处理简单。由于手形特征不像指纹和掌纹特征那样具有高度的唯一性，因此，手形特征只用于认证，满足中、低级的安全要求。经济管理学院红外温谱图人的身体各个部位都在向外散发热量，而这种散发热量的模式就是一种每人都不同的生物特征。通过红外设备可以获得反映身体各个部位的发热强度的图像，这种图像称为温谱图。温谱图的数据采集方式决定了利用温谱图的方法可以用于隐蔽的身份鉴定。除了用来进行身份鉴别外，温谱图的另一个应用是吸毒检测，因为人体服用某种毒品后，其温谱图会显示特定的结构。经济管理学院人耳识别一套完整的人耳自动识别系统一般包括以下几个过程：人耳图像采集、图像的预处理、人耳图像的边缘检测与分割、特征提取、人耳图像的识别。目前的人耳识别技术是在特定的人耳图像库上实现的，一般通过摄像机或数码相机采集一定数量的人耳图像，建立人耳图像库，动态的人耳图像检测与获取尚未实现。经济管理学院味纹识别人的身体是一种味源，人类的气味，虽然会受到饮食、情绪、环境、时间等因素的影响和干扰，其成分和含量会发生一定的变化，但作为由基因决定的那一部分气味——味纹却始终存在，而且终生不变，可以作为识别任何一个人的标记。可以利用训练有素的警犬或电子鼻来识别不同的气味。经济管理学院基因（DNA）识别DNA（脱氧核糖核酸）存在于一切有核的动（植）物中，生物的全部遗传信息都贮存在DNA分子里。DNA识别是利用不同的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性和永久性。除了对双胞胎个体的鉴别可能失去它应有的功能外，这种方法具有绝对的权威性和准确性。DNA识别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。经济管理学院步态识别。步态识别主要提取的特征是人体每个关节的运动。它也提供了充足的信息来识别人的身份。步态识别的输入是一段行走的视频图像序列，因此其数据采集与脸相识别类似，具有非侵犯性和可接受性。经济管理学院击键识别基于人击键时的特性，如：击键的持续时间、击不同键之间的时间、出错的频率以及力度大小等而达到进行身份识别的目的。击键方式是一种可以被识别的动态特征。签名识别签名数字化的过程：测量图像本身以及整个签名的动作——在每个字母以及字母之间的不同的速度、顺序和压力。签名识别易被大众接受，是一种公认的身份识别的技术。经济管理学院声纹识别识别时需要说话人讲一句或几句试验短句，对它们进行某些测量，然后计算量度矢量与存储的参考矢量之间的一个（或多个）

距离函数。语音信号获取方便，并且可以通过电话进行鉴别。语音识别系统对人们在感冒时变得嘶哑的声音比较敏感；另外，同一个人的磁带录音也能欺骗语音识别系统。经济管理学院遥感遥测遥感——通过遥感器等对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下，探测目标物，获取其反射、辐射或散射等的电磁波信息，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的技术。遥测——将对象参量的近距离测量值传输至远距离的测量站点来实现远距离测量的技术。经济管理学院机器人智能感知机器感知（MachineCognition）是一连串复杂程序所组成的大规模信息处理系统，信息通常由很多常规传感器采集，经过这些程序的处理后，会得到一些非基本感官能得到的结果。机器感知技术重点研究：基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术；生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。经济管理学院传感器视频监控技术其他相关技术无线传感器网络技术经济管理学院二、传感器与无线传感器网络概念国家标准《传感器通用术语》定义传感器为：“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的输出器件或装置”。作为一种检测装置，传感器能够感受到各种物理量、化学量、生物量或状态量等被测量的信息，并能将检测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。经济管理学院2.1传感器传感器——实现自动检测和自动控制的首要环节。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。经济管理学院组成敏感元件：直接感受被测量对象（一般为非电量），并输出与被测量对象成确定关系的其他量（一般为电量）的元件。转换元件：又称传感元件，一般情况下，它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出。信号调节与转换电路：把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。经济管理学院传感器是各种信息处理系统获取信息的一个重要途径。在物联网中传感器的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要设备。传感器的种类繁多，往往同一种被测量可以用不同类型的传感器来测量，而同一原理的传感器又可测量多种物理量，因此传感器有许多种分类方法。经济管理学院分类按被测量分类:机械量——位移、力、速度、加速度等；热工量——温度、热量、流量（速）、压力等；物性参量——浓度、粘度、比重、酸碱度等；状态参量——裂纹、缺陷、泄露、磨损等。按测量原理分类: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、……经济管理学院按信号变换特征分类结构型——主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换。——电容式传感器依靠极板间距离的变化引起电容量的改变。物性型——利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号的变换。——水银温度计是利用水银热胀冷缩现象测量温度；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应实现测量等。经济管理学院按能量关系分类能量转换型——传感器直接由被测对象输入能量使其工作——热电偶、光电池等——这种类型传感器又称为有源传感器。能量控制型——传感器从外部获得能量而工作，由被测量的变化控制外部供给能量的变化——电阻式、电感式等——这种类型的传感器必须由外部提供激励源（电源等），称为无源传感器。经济管理学院按工作原理分类电学式传感器——非电量测量技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。磁学式传感器——利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，用于位移、转矩等参数的测量。光电式传感器——在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。利用光电器件的光电效应和光学原理制成，用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。经济管理学院电势型传感器——利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。电荷传感器——利用压电效应原理制成，用于力及加速度的测量。半导体传感器——利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。经济管理学院谐振式传感器——利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，用来测量压力。电化学式传感器——以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。经济管理学院常见传感器作为物联网中的信息采集设备，传感器利用各种机制把被观测量转换为一定形式的电信号，然后由相应的信号处理装置来处理，并产生响应的动作。常见的传感器包括温度、压力、湿度、光电、霍尔磁性传感器、等等。经济管理学院温度传感器热敏电阻——利用各种材料电阻率的温度敏感性，用于设备的过热保护、温控报警等等。半导体温度传感器——利用半导体器件的温度敏感性来测量温度，具有成本低廉，线性度好等优点。温差电偶——利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变化，能够在比较大的范围内测量温度（-200℃~2000℃）。经济管理学院经济管理学院压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构变形或位移，转化为电特性的改变，产生相应的电信号。经济管理学院湿度传感器电阻式湿度传感器——也称为湿敏电阻，利用氯化锂、碳、陶瓷等材料的电阻率的湿度敏感性来探测湿度。电容式湿度传感器——也称为湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感性来探测湿度。经济管理学院经济管理学院光传感器光敏电阻——利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。光电传感器——包括光敏二极管和光敏三极管，这两种器件都是利用半导体器件对光照的敏感性。经济管理学院霍尔（磁性）传感器利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应——把一个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的电子在磁场中运动而收到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直的电压差。通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度。经济管理学院经济管理学院霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流、振动、位移、速度、加速度、转速等等，具有广泛的应用价值。经济管理学院微机电传感器微机电系统的英文名称是Micro-Electro-MechanicalSystems，简称MEMS，是一种由微电子、微机械部件构成的微型器件，多采用半导体工艺加工。目前已经出现的微机电器件包括压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等。微机电系统的出现体现了当前的器件微型化发展趋势。经济管理学院经济管理学院传统陀螺仪MEMS陀螺仪智能传感器智能传感器（smartsensor）是一种具有一定信息处理能力的传感器，目前多采用把传统的传感器与微处理器结合的方式来制造。在传统的传感器构成的应用系统中，传感器所采集的信号要传输到系统中的主机中进行分析处理；而由智能传感器构成的应用系统中，其包含的微处理器能够对采集的信号进行分析处理，然后把处理结果发送给系统中的主机。经济管理学院概念视频监控系统是通过在某些地点安装摄像头等视频采集设备对现场进行拍摄监控，然后通过一定的传输网络将视频采集设备采集到的视频信号传送到指定的监控中心，监控中心通过人工监控或者将视频信号存储到存储设备上对现场进行视频监控。经济管理学院2.2视频监控技术发展在20世纪90年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。图像信息采用视频电缆，以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，利用视频传输线将来自摄像机的视频连接到监视器上，利用视频矩阵主机，采用键盘进行切换和控制，录像采用使用磁带的长时间录像机；远距离图像传输采用模拟光纤，利用光端机进行视频的传输。经济管理学院20世纪90年代中期，第二代数字视频监控系统（DVR）基于PC的多媒体监控随着数字视频压缩编码技术的发展而产生。系统在远端有若干个摄像机、各种检测和报警探头与数据设备等，获取图像信息，通过各自的传输线路汇接到多媒体监控终端上，然后再通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。监控终端机可以是一台PC机，也可以是专用的工业控制机。经济管理学院第三代视频监控：完全使用IP技术的视频监控系统IPVS。该系统优势是摄像机内置Web服务器，并直接提供以太网端口，摄像机内集成了各种协议，支持热插拔和直接访问。这些摄像机生成JPEG或MPEG-4数据文件，可以供任何经授权客户机从网络中任何位置访问、监视、记录并打印，而不是生成连续模拟视频信号形式图像。更具高科技含量的是通过移动的3G网络实现无线传输，可以通过笔记本、手机、PDA等无线终端随处查看视频。经济管理学院组成视频监控系统分为前端监控设备（包括云台，护罩，摄像机，支架，镜头，解码器等）和后端监控设备（包括视频监控主机，数字视频矩阵，监视器等）。前端监控设备的功能：摄像机采集视频信号或者图像；云台控制摄像机的转动，调整监视范围；解码器接收控制主机的控制信号，对云台和镜头进行控制，以达到控制云台的运动方向以及控制镜头的焦距，从而保证监控中心对现场可以进行全方位的实时监控。经济管理学院后端监控设备的功能：视频监控主机负责对前端监控设备发送指令，获取前端监控设备的反馈的一些参数，从而达到控制前端监控设备的作用；监视器是用来显示视频信号；数字视频矩阵对摄像头和监视器进行切换，从而使得既可以监控到所有的现场，又不必每一个摄像头都相应的连接一台监视器。经济管理学院卫星定位和导航技术激光技术红外技术……经济管理学院2.3其他相关技术传感网在信息时代，自然界的信息通过传感器源源而来，随着技术的发展，人们已不满足于原有单一的、独立的传感器系统。我们需要将来自不同区域的信息联合汇总，实现对现场状况的综合判断。这就是以感知为目的的物物互联网络——传感网（物联网）。传感网是物联网在感知领域的另一个术语，它将各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过自组织网络通信，实现对物理世界的动态协同感知。经济管理学院2.4无线传感器网络技术概念无线传感器网络技术（WirelessSensorNetworks，WSN）是传感网中最核心的技术之一。无线传感器网络是一种由独立分布的节点以及网关构成的传感器网络。由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中告知对象的信息，并发送给观察者。经济管理学院组成传感器网络系统通常包括传感器节点（sensornode）、汇聚节点（sinknode）和管理节点大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。经济管理学院与现有无线网络的差别WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大，节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的；传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限；传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。经济管理学院特点网络的自组织性强在无线传感器网络应用中，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，这就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在无线传感器网络使用过程中，部分节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测准确度而补充到网络中，这样在无线传感器网络中的节点个数就会动态地增加或减少，从而使网络的拓扑结构随之变化。经济管理学院网络的规模大为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点。无线传感器网络的大规模性有两种情况：很大的地理区域部署大量的传感器节点；节点密集地部署在一个面积不大的空间内。大规模性具有如下优势：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测准确度，降低对单个节点传感器的准确度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少盲区。经济管理学院网络的动态性好无线传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：环境因素或电能耗尽造成的节点出现故障或失效；环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；无线传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；新节点的加入。这就要求无线传感器网络系统要能够适应变化，具有动态的系统可重构性。经济管理学院网络的应用相关性强无线传感器网络用来感知客观物理世界，获取物理世界的信息量。客观世界的物理量多种多样，不同的无线传感器网络应用对应不同的物理量，对传感器的应用系统也有多种多样的要求。不同的应用背景对无线传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然有很大差别。所以无线传感器网络不能像互联网一样，有统一的通信协议平台。只有让系统更贴近应用，才能做出最高效的目标系统。针对每一个具体应用来研究无线传感器网络技术，这是无线传感器网络设计不同于传统无线网络的显著特征。经济管理学院网络以数据为中心在互联网中，网络设备用唯一的IP地址标识，资源定位和信息传输取决于终端、路由器、服务器等网络设备的IP地址。如果想访问互联网中的资源，首先要知道存放资源的服务器IP地址。可以说目前的互联网是一个以地址为中心的网络。无线传感器网络是任务型的网络，是以数据为中心的。无线传感器网络中的节点采用节点编号标识，节点编号是否需要全网统一仅取决于网络通信协议的设计。由于传感器节点随机部署，构成的无线传感器网络与节点编号之间的关系是完全动态的，表现为节点编号与节点位置没有必然联系。经济管理学院与RFID、物联网、泛在网的关系传感器与RFID的关系射频标签（RFID）技术和传感器具有不同的技术特点，传感器网络可以监测感应到的各种信息，但缺乏对物品的标识能力，而RFID技术恰恰具有强大的标识物品能力。传感器网络较长的有效距离将会拓展RFID技术的应用范围。传感器网络和RFID技术的融合和系统集成将极大地推动两项技术的应用。经济管理学院传感器网络与物联网的关系物联网的概念最早提出于1999年，早期的概念中，物联网实质上等于RFID技术加互联网。RFID标签可谓是早期的物联网最为关键的技术与产品环节。现在的物联网概念其实是传统物联网与无线通信技术的结合，等同于广义的传感器网络（传感网）。可以理解为：物联网是从产业和应用角度，传感器网络是从技术角度对同一事物的不同表述，其实质是完全相同的。经济管理学院传感器网络与泛在网的关系泛在（Ubiquitous）网，即广泛存在的网络，即在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信。泛在网把不属于电信范畴的技术，如传感器技术、标签技术等各种近距离通信技术纳入其中，从而构建起一个范畴更大的网络体系。从这个意义上说，现有的FTTH（FiberToTheHome光纤到户）、IPv6、3G、Wi-Fi、RFID、蓝牙技术等都是组成泛在网的重要技术。经济管理学院RFID和WSN融合RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN可以在两个层面进行融合：物联网架构下RFID与WSN的融合传感器网络架构下RFID与WSN的融合。经济管理学院经济管理学院物联网架构下RFID与WSN的融合经济管理学院传感器网络架构下RFID与WSN的融合：

智能基站经济管理学院传感器网络架构下RFID与WSN的融合：

智能节点经济管理学院传感器网络架构下RFID与WSN的融合：

智能传感标签传感网应用是未来感知层的主要形式传感网具有广阔应用前景，是未来泛在感知的主要形式，是当前物联网技术突破的主要方向农业生产监控城市环境监控生产安全监控易观国际预测数据中国传感网市场规模将于2015年超过200亿元2010年和2011年市场增长速度显著提升传感网市场开始规模启动传感网具有广阔的应用前景和乐观的市场空间当前传感网发展还存在关键技术突破和协议统一等问题手机集成传感器平台是发展趋势手机发展趋势是“移动互联网服务+移动传感服务”，这是值得关注和研究的方向内置传感网关集成式传感器分布式传感器手机传感器平台TitleinhereGPS定位应用TitleinhereTitleinhere体征传感器TitleinhereRFID识读应用Titleinhere内置传感网关Titleinhere重力传感器移动支付类业务医疗交通类业务游戏类业务（手柄）基于定位类业务（搜索）感知类业务（防盗）随时性、随地性+高带宽、智能化=便捷和强大的传感平台嵌入式系统嵌入式智能传感器经济管理学院三、嵌入式系统

与嵌入式智能传感器概念嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。嵌入式系统由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，（硬件、操作系统、应用软件）共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。经济管理学院3.1嵌入式系统嵌入式操作系统

EOS（EmbeddedOperatingSystem）负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调并发活动。一类是从运行在个人电脑上的操作系统向下移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式操作系统，如微软公司的WindowsCE及其新版本，SUN公司的Java操作系统，朗讯科技公司的Inferno，嵌入式Linux等。另一类是实时操作系统，如WindRiver公司的VxWorks，ISI的pSOS，QNX公司的QNX，ATI的Nucleus，中国科学院凯思集团的Hopen嵌入式操作系统等。经济管理学院嵌入式软件嵌入式软件就是嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件。嵌入式软件与嵌入式系统是密