测控系统概念

1.1测控系统的概念

第一章测为根底，以传输途径，以处理为手段，以掌握为目的的闭环系统。由四个局部构成：〔传感技术、检测技术〕〔人工智能、模式识别〕〔有线、无线通信及网络技术〕信息掌握局部：掌握信息〔现代掌握技术〕测控系统的根本特点设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高牢靠性。过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。高度敏捷性：实现组态化、标准化、分布式。高度实时性：采集、传输、处理、掌握高速化。高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。测控一体化：测量、掌握、治理。二、测控系统的分类和组成〔ppt图10页〕1.检测系统号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。掌握系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现掌握为目的的系统。测控系统为目的的系统局域分布式测控系统测、传输、处理和掌握为目的的系统广域分布式测控系统测、传输、处理和掌握为目的的系统四、测控技术的进展方向微型化：向微机电系统方向进展网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向进展智能化：向人工智能化方向进展测控系统的网络化有线测控网络工业总线、局域网络、广域网无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网混合测控网络物联网、泛在网MEMS器件的封装要求

其次章封装应对传感器芯片供给一个或多个环境通路(接口)；封装给传感器带来的应力要尽可能的小；封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；封装必需供给与外界的通道。MEMS的争论领域争论可以分为理论根底、技术根底〔有内容〕以及应用领域3个主要组成局部。应用领域微传感器、微致动器是构成微机电系统的根底。1微传感器微传感器是MEMS最重要的组成局部。2.微致动器电子式能量转换器之一，其功能是将电能转换成物理量。微致动器主要种类有:微机电、微开关、微谐振器、微阀门和微泵等。微执行器的驱动力主要有静电、压力、电磁和热。MEMS的设计技术是严密结合在一起的，是一种自上而下的方法。微系统的设计技术主要是设计方法的争论，其中计算机关心设计〔CAD〕是微系统设计的主要工具。MEMS的测量技术涉及几何量、力学量、电磁量、光学量和声学量的检测。MEMS用材料性能测试；包括MEMS用构造与功能材料性能的测试，应争论的方向包括：评估方法怀标准，功能材料专项性能测试技术，关键功能材料性能测试仪器与手段。MEMS产品加工过程参数测试；械特性测试技术，外表膜构造与性能测试技术。MEMS芯片根本功能测试。学特性测试技术、微机械构造分析技术等专用测试技术。MEMS的加工〔及后面思考题〕制作MEMS的技术主要有三种。器，再利用小机器制造出微机器的方法；其次种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进展加工，形成硅基MEMS器件；第三种是以德国为代表的LIGA(LIGA 是德文Lithograpie－光刻、)X射线光刻技术，通过电铸成型和铸塑形成深层微构造的方法。MEMSLIGALIGA技术也是一种比较重MEMS加工技术。2.1.9MEMS进展的趋势争论方向多样化加工工艺多样化系统单片集成化MEMS器件芯片制造与封装统一考虑件，比较脆弱，在封装前不利于运输。〔5〕一般商业应用低性能MEMS器件与高性能特别用途如航空、航天、军事用MEMS器件并存思考题简述MEMS的含义与特征。MEMS的含义微型机械〔Micromachine,〕或称微型机电系统〔MicroElectro-MechanicalSystems,美国惯用词〕或微型系统〔Microsystems,欧洲惯用词。MEMSMicroElectroMechanicalSystems的缩写。即微机电系统,它是在微电子技术的根底上进展起来的，融合了硅微加工、LIGA技术和周密机械加掌握的电路。它是指可以批量制作的集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理1nm～10mm.加在MEMS中:微传感器是将外部的力、热、声、光、化学等信息转化,并传给处理电路;,并对微执行器发出指令;微执行器依据指令对外部发生动作。MEMS的特征MEMS的制作主要基于两大技术：IC技术和微机械加工技术。与传统的微电子和机械加工技术相比，MEMS技术具有以下几个显著的特点：微型化MEMS技术已经到达微米乃至亚微米量级，利用MEMS技术制作的器件具集成化IC一起集成为更简单的微系统。以硅为根本材料量与铁相当，密度同铝，仅为钢的三分之一，热传导率接近铜和钨。生产本钱低在一个硅片上可同时制作出成千上万的微型部件或MEMS，制作本钱大幅度下降，有利于批量生产。MEMS加工技术MEMS与微电子系统比较，区分在于其包含有微传感器、微执行器、微作用MEMS的加工技术微机械加工技术和非硅基微机械加工技术。1硅基微机械加工技术工、复合微机械加工。LIGA加工技术最大优势(2)用材广泛(3)由于承受微复制技术，可降低本钱，进展批量生产。激光微机械加工技术ME．MS加工技术进展的方向。紫外线厚胶腐蚀技术；MEMS封装特点虽然MEMSMEMS不受外部环境的干扰和腐蚀破坏；而对于MEMS封装来说，除了要具备以上功能以外，更重要的是MEMS器件要和测试环境之间形成一个接触界面而猎取非电信号，有承受各方面环境影响的力量MEMS封装方法〔有图〕晶片级封装方法单芯片封装方法①倒装片封装装在一起②微球栅陈设(ILBGA)球栅陈设封装是利用球状焊盘作为连接点进展外表安装的芯片封装技术。多芯片模块与微系统封装方法第三章所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的无线局域网〔WLA，什么是传感器网络WSN-WirelessSensorNetworks根底信息处理技术1成，通过无线通信方式形成一个多跳的无线网络系统。2：并公布給观看者。传感器网络的三个根本要素：传感器，感知对象，观看者传感器网络的根本功能传统感知方法传感器接近感知对象传感器仅产生数据流传感器无计算力量现代感知方法传感器网络掩盖感知对象区域每个传感器完成其接近感知对象的观测多传感器协同完成感知区域的大观测任务传感器网络的网络构造sink-会聚点sensornode传感器节点sensorfield监测区域传感器节点功能：采集、处理、掌握和通信等网络功能：兼顾节点和路由器资源受限：存储、计算、通信、能量Sink节点功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之特点：连续供电、功能强、数量少等现代微型传感器感知力量＋计算力量＋通信力量体积小能耗小传感器节点传感器模块：信息采集、数据转换处理器模块：掌握、数据处理、网络协议无线通讯模块：无线通信，交换掌握信息和收发采集数据传感器网络的特点大规模网络：地理区域大；部署密集提高信噪比；提高监测精度；增加容错性；削减盲区自组织网络：不确定性；拓扑构造变化资源受限：计算、存储、通讯、能量动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点参加牢靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性应用相关：没有统一的通信协议平台以数据为中心电源能量有限通信力量有限计算和存储力量有限adhoc的不同〔图可能选择〕WSN结点数量更为浩大多数节点为静止节点分布更为密集能量约束结点更简洁出错拓扑构造变化频繁Adhoc几十至上百个节点局域网节点全移动构造变化〔移动〕能量可连续供给点到点通信通信力量有限〔1到10〕节点带宽窄，而且常常变化而且常常变化多源、多跳是主要通信方式多个传感器节点向一个目标传送信息节点移动、断接频繁在移动网络中，节点移动频繁节点间通信的断接频繁，导致通信失败.境的影响,因此传感器可能会长时间脱离网络,离线工作电源能量有限传感器的电源能量极其有限由于电源能量的缘由常常失效或废弃电源能量约束是传感器网络应用的障碍现有电源部件不能满足传感器网络的需要传感器传输信息比执行计算更消耗电能13000条计算指令计算力量有限力量传感器数量大、分布范围广甚至更多传感器网络可以分布在很大区域，也可以分布在险恶环境下护大规模分布式触发器很多传感器网络需要对感知对象进展掌握〔如温度掌握〕传感器需要配备回控装置和掌握软件感知数据流无限传感器网络每个传感器都产生无限的流式数据，并具有实时性数据流以数据为中心传感器网络不是通常的网络用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件传感器网络不是以地址为中心的传感器网络的协议栈〔1〕能源治理平台：治理传感器节点如何使用能量；移动治理平台：跟踪它的邻居；任务治理平台：传感器网络物理层〔1〕传输媒体建议承受ISM〔工业、科学和医学〕频段短距离的无线低功率通信最适合传感器网络红外不需要许可证，抗干扰要求收发双方在视线之内光不排解用光作为通信媒体传感器网络物理层〔2〕频率选择，载频发生，信号检测，调制，数据加密信号传播传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次〔 比，2<=n<4.为了减小传输距离，传感器网络承受多跳〔multihop〕通信方式传感器网络MAC协议的功能〔1〕功能无线信道的使用 建立传感器网络的根底构造考虑因素节约能量可扩展性目前普遍认为这三个方面的重要性依次递减WSN路由协议〔1〕已有网络－adhoc、蜂窝主要目标－通信效劳质量带宽利用率传感器网络主要目标－高效使用能源延长网络系统的生存期特点〔2〕基于局部拓扑信息数据为中心〔不知道目的节点的编号，甚至向哪个区域〕要求协议简洁|开销小|节约能量/均衡消耗〕可扩展性〔网络范围/节点密度〕节点变化|拓扑变化〕快速收敛性能量感知路由〔3〕能量路由/能量多路径路由查询路由(DD)/谣传路由地理路由GPRS/GEAR/GEM/边界定位路由牢靠路由ReInform/SPEED/多路径路由WSN传输层〔1〕能是必要的目前关于传感器网络传输层机制和协议的建议很少存在的问题硬件的限制〔例如有限的电能和存储量〕使传感器节点不能像Internet中的效劳器那样存储大量的数据TCP的应答方式开销太大UDPInternet和卫星网络中使用TCP/UDP协议一种TCP分段〔TCPsplitting〕的方法可能使传感器网络和其它网络〔如WSN应用层应用层协议还处于探究阶段三种可能的应用层协议传感器治理协议Sensormanagementprotocol(SMP)任务安排和数据通告协议taskassignmentanddataadvertisementprotocol(TADAP)传感器询问和数据分发协议Sensorqueryanddatadisseminationprotocol(SQDDP)WSN时间同步〔1〕定位是传感器网络的根本功能泛在网的概念

第四章〔2〕泛在网UbiquitousNetwork人与物、物与物之间按需进展的信息猎取、传递、存储、认知、决策、使用等效劳，网络具有超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会供给泛在的、无所不含的信息效劳和应用。简言之:人与物之间协同和泛在信息效劳和应用，协同和泛在是其核心。几种网的区分泛在网〔UbiquitousNetwork〕是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进展物联网〔InternetofThings〕各种信息传感设备〔如传感器、RFID、二维码、短距离无线通信技术、移动通信模块等，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。传感器网〔SensorNetwork〕是指利用各种传感器〔收集光、电、温度、湿度、压力等信息〕加上中低,是由多个具有有线/无线通信与或小范围物与物之间的信息交换。无线传感网、物联网、泛在网的关系三种网的争论进展普适计算的概念普适计算又称普存计算、普及计算〔英文叫pervasivecomputing或者Ubiquitouscomputing〕普适计算概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线裡消逝。