物联网技术与在煤矿的应用02课件

感知层关键技术传感器技术传感器是一种检测装置，能感受到被测的信息，并能将检测感受到的信息，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、显示等要求。RFID技术RFID（RadioFrequencyIdentification）利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。工作原理：电子标签进入读写器产生的磁场后，读写器发出的射频信号凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者电子标签主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并且解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。20感知层关键技术二维码技术二维码使用某种特定的几何形体按一定规律在平面上分布（黑白相间）的图形来记录信息的应用技术。与RFID相比，二维码最大的优势在于成本较低。ZigBee技术ZigBee技术使一种短距离、低功耗的无线传输技术。ZigBee主要应用在短距离范围并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee技术只适合于承载数据流量较小的业务。比如：无线鼠标、游戏操控杆、电视机、DVD等设备上的遥控装置等。蓝牙技术蓝牙同ZigBee一样，也是一种短距离的无线传输技术。在物联网感知层，主要用于数话音/数据接入。蓝牙技术有效简化移动通信终端设备之间的通信，也简化设备与因特网之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。21RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码，等等。

一套完整RFID系统由Reader与Transponder两部份组成，其动作原理为由Reader发射一特定频率之无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将內部之IDCode送出，此时Reader便接收此IDCode。Transponder的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。RFID基础22RFID频率基本上划归三个范围：（1）低频（30kHz~300kHz）；（2）中高频（3MHz~30MHz）；（3）超高频（300MHz~3GHz）或微波（>3GHz）。根据作用距离，射频识别系统的附加分类是：密耦合（0~1cm）、遥耦合（0~1m）和远距离系统（>1m）。RFID频率24工作频率范围30kHz~300kHz。典型工作频率有：125KHz，133KHz。一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。阅读距离一般情况下小于1米。典型应用动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。与低频标签相关的国际标准有：ISO11784/11785（用于动物识别）、ISO18000-2（125-135kHz）。

低频段射频标签25主要优势标签芯片一般采用普通的CMOS工艺，省电、廉价；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（例如：动物识别）等。

劣势标签存贮数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；与高频标签相比：标签天线匝数更多，成本更高一些。低频段射频标签26超高频与微波频段的射频标签（微波射频标签）典型工作频率为：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。阅读距离一般大于1m，典型情况为4~6m，最大可达10m以上。典型应用移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。相关的国际标准有：ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930MHz）、-7（433.92MHz），ANSINCITS256-1999等。超高频射频标签28三大RFID标准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。29感知层由传感器（Sensor）和部分与传感器连成一体的传感网（无源传感器）组成，是物联网最基础的连接和管理对象。传感器（Sensor）——解决“上行”感知和监测执行器（Actuator）——实现“下行”控制传感器和执行器合在一起（Transducer），实现“管控一体化”。感知层设备30按被测量对象分类传感器分类基本被测量派生的被测量热工作量温度，热量，比率，压力，压差，真空度流量，流速，风速机械量位移，尺寸，形状，力，应力，力矩，振动加速度，噪声，角度，表面粗糙度物理量粘度，温度，密度化学量气体（液体）化学成分，浓度，盐度生物量心音，血压，体温，气流量，心电流，眼压，脑电波光学量光强，光通量32按应用方式分类生物、汽车、液位、速度、加速度、核辐射、振动、湿度、磁敏、气敏、力敏、位置、光敏、光纤、纳米、压力、位移、激光、MEMS、半导体、气压、红外线、超声波、遥感、高度、地磅、图像、厚度、微波、视觉、空气流量、化学…传感器分类33总体落后国际水平2009年不完全统计，国内有1688家企事业单位从事传感器研制、生产和应用，其中从事MEMS研制生产的企业有50多家。我国传感器技术通国外水平相比，新品研制落后5~10年，规模生产技术落后10~15年。国内传感器在物联网中的作用传感器在物联网是“点”的问题，不是“面”的问题，对于我国以应用为主的物联网领域，传感器技术不会起决定的制约作用。国内传感器状况34网络层关键技术Internet因特网也叫互联网，是以相互交换信息资源为目的，基于一些共同的协议（TCP/IP），并通过许多路由器和公共互联网连接而成，是一个信息资源和资源共享的集合。移动通信网移动通信就是移动物体之间的通信，或者移动体与固体之间的通信。通过有线或者无线介质将这些物体连接起来进行话音等服务的网络就是移动通信网。无线传感器网络无线传感器网络（WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。36有线通信短距离现场总线（FieldBus，包括PLC电力载波）中长距离（WAN）的广域网（PSTN，ADSL，HFC等）物联网三网融合电信网：电路交换，一对一、双向、实时交换语音、传真、数据等信息。有线电视网（CATV）：单向（可双向）、实时、一对多、频带宽、容量大、业务多、抗干扰、成本低；分散、无统一标准、质量较差、可靠性较低。计算机网络（LAN、WAN）：TCP/IP协议，主要应用因特网，目前主要依赖于电信网。物联网之网络层37现场总线名称特点应用发起者AS-i直接连接现场传感器、执行器，简单、成本低各种工业领域AS-i社团组织Bacnet完全开放、高效的楼宇自控网络协议楼宇自控网络、供暖空调系统ASHARECAN高性能、高可靠性、实时性工业自动化、控制设备、交通、医疗、环保等BOSCHControlNet支持总线、树型和星型等结构及其组合航空国防RockwellDeviceNet基于CAN技术的开放型通信网络加工制造业DeviceNetAssociationDupline传输距离达10Km，无需中继，操作简便、高度抗躁、自由拓扑、灵活、成本低、效率高建筑自动化、配水、能源管理、铁路系统CarloGarazzi公司FFFoundationField基金会现场总线标准，是一个网络自动化系统冶金、石油、化工、医疗现场总线基金会HART提供相对窄的带宽、适度的响应时间现场智能仪表和控制室设备美国Rosement公司Interbus开放、基于现场的总线系统，提供自动化的整体解决方案制造业和机器加工业德国PhoenixContact公司Lonworks支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等楼宇