电子技术基础课件 第一章导论(电子技术与物联网)

主讲：赵宏安2011.9.18电子技术基础

第一章导论物联网专业主要内容物联网概念电子技术与物联网的关系信息的定义、信息与信号的关系电子系统与信号的基本概念；计算机辅助电子技术基本要求了解电子技术与互联网的关系了解信号的分类。本章内容及要求物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频等自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。物联网概念（定义）物联网将无处不在末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网、专网、和/或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。物联网意义从互联网的定义中不难发现与互联网技术关系最为紧密的相关技术有下述三个方面互联网（INTERNET通讯）传感技术计算机物联网技术基础INTERNET通讯传感技术计算机电子技术与物联网的关系电子技术（信息生成、通讯传输、展示）（感知物理世界的信息生成、变送）（信息编码、模数/数模转化、处理、存储）从互联网的三大要素均可看出：电子技术是物联网的硬件基础电子技术——感知世界（物联网）温差电偶热敏电阻电子技术应用实例1——互联网基础2.1.1温度传感器常见的温度传感器包括热敏电阻，半导体温度传感器，以及温差电偶。热敏电阻主要是利用各种材料电阻率的温度敏感性，根据材料的不同，热敏电阻可以用于设备的过热保护，以及温控报警等等。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。温差电偶则是利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变化；由不同金属材料构成的温差电偶，能够在比较大的范围内测量温度，例如-200℃~2000℃。2.1.2压力传感器常见的压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构的变形或位移，进而转化为电特性的改变，产生相应的电信号。一种车用电容式压力传感器Honeywell24PC压力传感器及其内部结构电子技术应用实例2——互联网基础2.1.3湿度传感器湿度传感器主要包括电阻式和电容式两个类别。电阻式湿度传感器也成为湿敏电阻，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。一种电容式湿敏传感器结构图一种电阻式陶瓷湿敏传感器结构图几种湿度传感器电子技术应用实例3——互联网基础2.1.4光传感器光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类。光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。光电传感器主要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。光敏二极管的反向饱和电流在光照的作用下会显著变大，而光敏三极管在光照时其集电极、发射极导通，类似于受光照控制的开关。此外，为方便使用，市场上出现了把光敏二极管和光敏三极管与后续信号处理电路制作成一个芯片的集成光传感器。光传感器的不同种类可以覆盖可见光，红外线（热辐射），以及紫外线等波长范围的传感应用。光敏电阻结构图与实物光敏三极管集成光传感器电子技术应用实例4——互联网基础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。基于霍尔器件的精密电流传感器霍尔转速传感器霍尔液位传感器霍尔流速传感器电子技术应用实例5——互联网基础2.2微机电（MEMS）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、墨水喷咀和硬盘驱动头等等。微机电系统的出现体现了当前的器件微型化发展趋势。2.2.1微机电压力传感器某轮胎压力传感器的内部结构以及外观如下图所示。该压力传感器利用了传感器中的硅应变电阻在压力作用下发生形变而改变了电阻来测量压力；测试时使用了传感器内部集成的测量电桥。传感器外形MEMS压力传感器结构传感器中集成的测量电桥电子技术应用实例6——互联网基础2.3.2智能温湿度传感器下面显示的是Sensirion公司推出的SHT11/15温湿度智能传感器的外形，引脚，以及内部框图。电子技术应用实例7——互联网基础下面是一种车用智能压力传感器的芯片布局图。该芯片中把微机电压力传感器，模拟接口、8位模-数转换器、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器、以及串行接口（SPI）等集成在一个芯片上，主要用于汽车的各种压力传感。CPU电子技术应用实例8——互联网基础2.6RFIDRFID的全称为RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。2.6.1系统组成

RFID的系统组成包括：电子标签，读写器（阅读器），以及作为服务器的计算机。其中，电子标签中包含RFID芯片和天线，如下图所示。RFID系统组成电子标签外观电子标签的结构天线RFID芯片电子技术应用实例9——互联网基础2.6.2RFID系统原理每个RFID芯片中都有一个全球唯一的编码；在为物品贴上RFID标签后，需要在系统服务器中建立该物品的相关描述信息，与RFID编码相对应。当用户使用RFID阅读器对物品上的标签进行操作时，阅读器天线向标签发出电磁信号，与标签进行通信对话，标签中的RFID编码被传输回阅读器，阅读器再与系统服务器进行对话，根据编码查询该物品的描述信息。

RFID标签分为有源和无源标签，有源标签采用电池供电，工作时与阅读器的距离可以达到10m以上，但成本较高，应用教少；目前实际应用中多采用无源标签，依靠从阅读器发射的电磁场中提取能量来供电，工作时与阅读器的距离大约在1m左右。电子技术应用实例10——互联网基础在当今无线通讯与射频(RF)技术中有幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和幅移键控(ASK)或调幅等调制技术。其中幅移键控(ASK)是一种常用的调制技术，在众多低频RF数字通讯系统中非常普及。当需要发射“1”时，发射源发送较高的载波幅度；发射“0”时，采用最简单的方式发送出较低的载波幅度。电子技术应用实例（INTERNET通讯）——互联网基础FSK/ASK/FM接收电路电子技术应用实例（

计算机）——互联网基础计算机硬件主要是由CPU、控制器、存储器、I/O接口四大部分组成。它们的每一部分又都是由大量集成电路及电子元器件组成的信息：信息是反应客观世界中各种事物特征和变化消息或知识（如文字、语言、温度、图像等信息）信号：信号是信息的载体、是信息的一种表示形式。信号有多种形式（如：鸡毛信、旗语、狼烟、电信号）。在诸多信号中最容易传输、存储、加工处理的是电信号，而完成这些工作的正是各类电子信息系统（在当今当然少不了计算机与网络）。信息与信号无线话筒用音频信号去控制高频信号的幅值音频信号高频信号载波信号Otuu1tOu2Ot音频放大器话筒高频振荡器调制器发射器u2u1u简单的电子信息系统话语信息信号的分类：根据时间和幅值的连续性和离散性分类模拟信号：在时间上和幅值上均是连续的，在一定动态范围内可能取任意值。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。数字信号只存在高低两种电平的相互转化。信号的分类模拟信号0f(t)t模拟信号：0f(t)tt1t3t5t2t4...几种特殊的模拟信号

1.时间离散，幅度连续:0f(t)tt1t3t5t2t4...2.时间离散，幅度离散；0f(t)tt1t3t5t2t4...3.时间连续，幅度离散；01010101010100111010001010011111000111