物联网应用技术导论第章物联网感知与识别技术

第2章物联网感知与识别技术第2章物联网感知与识别技术2.1物联网感知与识别技术概述2.2射频识别技术

2.2.1RFID系统组成2.2.2典型RFID分类2.2.3RFID工作原理2.2.4RFID的典型应用2.2.5EPC产品电子代码2.3传感器技术

2.3.1传感器的定义2.3.2传感器的分类2.3.3常见传感器简介2.4无线传感器网络系统2.4.1无线传感器网络简介2.4.2无线传感器网络体系结构2.4.3无线传感器网络特性2.5其他感知与识别技术

2.5.1二维码技术

2.5.2红外感应技术2.5.3定位技术2.5.4其他技术2.6本章小结本章主要内容2.1物联网感知与识别技术概述

感知与识别技术主要实现如识别物体本身的存在，定位物体位置、物体移动情况等等，常采用的技术包括二维码技术、射频识别技术、GPS定位技术、红外感应技术、声音及视觉识别技术、生物特征识别技术等。物联网的感知与识别技术实现物联网的信息采集，是物联网主要的数据来源，物联网的各种应用都是通过采集各类信息和数据来实现的。本章主要对射频识别技术RFID、传感器技术、无线传感器网络技术、二维码技术、红外感应技术、定位技术等进行介绍。2.2射频识别技术射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，缩写RFID），是20世纪80年代发展起来的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的，对静止或移动物体的自动识别。RFID技术具有防水、耐高温、使用寿命长、读取距离远、标签数据可以加密、存储数据容量大、存储信息可以随意修改、可以识别高速运动中的物体，可识别多个标签，可以在恶劣环境下工作等优点。随着物联网概念的兴起，RFID在社会生产生活中的应用再一次推向了高潮。目前RFID应用范围越来越广，涉及商品防伪、国防军事、智能交通、电子门票、身份识别和一卡通等多个领域。2.2射频识别技术2.2.1RFID系统组成RFID系统主要由电子标签、天线、读写器和主机组成2.2射频识别技术2.2.2典型RFID分类按照标签的工作频率分类有源电子标签又称主动标签（Activetag），标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池也给标签的无线发射和接收装置供电。

2.2射频识别技术2.2.2典型RFID分类按照标签的工作频率分类半有源射频标签又称为半被动标签（Semi-passivetag），可以使用微型纽扣电池给芯片供电，而天线接收发射仍然通过阅读器发射的电磁波获取能量，因此本身耗电很少。2.2射频识别技术2.2.2典型RFID分类按照标签的工作频率分类无源电子标签又称为被动标签（Passivetag），没有内部电池，当标签处在阅读器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态，而在阅读器的读出范围之内时，电子标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源能量。

2.2射频识别技术2.2.2典型RFID分类按照标签的工作频率分类

低频段电子标签30kHz～300kHz中高频段电子标签3MHz～30MHz超高频与微波标签433.92MHz，862(902)～928MHz，2.45GHz，5.8GHz2.2射频识别技术2.2.3RFID工作原理RFID的工作原理读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当RFID进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量被激活，将自身编码等信息通过内置发送天线发送出去，系统接收天线接收到标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。2.2射频识别技术2.2.3RFID工作原理标签和读写器通信的方式和能量感应方式有电感耦合和电磁反向散射耦合两种。电感耦合方式，也称磁耦合，一般适用于中低频的近距离RFID系统，这种近距离的电感耦合系统通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。电磁反向散射耦合采用雷达原理模型，读写器发射出去的电磁波碰到目标后一部分被目标吸收，一部分以不同的强度散射到各个方向，其中一小部分携带目标信息反射回发射天线，并被天线吸收（读写器的发射天线也是接收天线），对接收信号进行处理和放大，即可获得目标的相关信息。

2.2射频识别技术2.2.4RFID的典型应用证件管理

从2004年开始，采用了RFID技术的中国第二代居民身份证，在全国范围内开始换发，截至2008年，中国第二代身份证发行量已经达到9亿多张，是迄今为止全球最大的RFID应用项目。2.2射频识别技术2.2.4RFID的典型应用RFID电子门票

RFID技术作为电子门票在中国已经广泛地应用于大型演出、公园、展览馆等方面。2008年北京奥运会门票成功应用RFID技术。另外为奥运会、残奥会开、闭幕式实名制查验及人员管理，为奥运会赛事管理、安全提供了有力的保障。2.2射频识别技术2.2.4RFID的典型应用高速公路自动收费及交通管理

高速公路自动收费系统是RFID技术最成功的应用之一。RFID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现了非接触识别的优势。让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费。同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。

2.2射频识别技术2.2.4RFID的典型应用门禁保安门禁保安系统可采用射频卡，并且一卡可以多用，比如作工作证、出入证、停车卡、旅馆住宿卡甚至旅游护照等等，目的是帮助识别人员身份、安全管理、收费等，这样可以简化出入手续、提高工作效率。2.玩2射频弓识别冒技术2.花2.览4丈R难FI扭D的置典型逮应用生产涌线自败动化用RF掠ID技术照在生垂产流番水线愚上可辆以实假现自作动控现制、因监视顷，提玩高生焰产率呢，改舒进生自产方吗式、论节约脸了成炉本。步如用糊于汽桃车装坟配流息水线吵，德冶国宝哀马汽效车公祸司在冷装配壁流水如线上翅应用日射频引卡以铸尽可催能大制量地慕生产躺用户勤定制钓的汽梯车。2.澡2射频夸识别者技术2.披2.娘4攻R鹅FI霸D的爽典型捎应用防伪将射爆频识鱼别技摄术应劲用在班防伪更领域粱有它残自身冰的技漏术优牌势。疾防伪升技术寺本身垄成本蹄低，亚但却稻很难瓶伪造怖。射昼频卡锐的成气本就孤相对怠便宜物，而坛芯片脊的制狠造需姻要有惭昂贵直的芯冶片工法厂，遗使伪调造者旁望而连却步跪。射脑频卡币本身钢具有腔内存威，可叫以储虽存、锋修改咱与产卫品有址关的愈数据货、利画于销穗售商汤使用汤；体虏积十始分小情、便防于产扎品封希装。2.粗2射频史识别课技术2.胡2.写5孔E婶PC相产品辨电子越代码EP服C的全乐称是El息ec民tr张on烘ic计P异ro悼du浩ct俘C辫od业e，中循文称垒为产蜜品电鼠子代租码。EP惩C的载救体是RF撞ID电子怠标签市，并面借助古互联灿网实年现信艘息的晨传递乏。EP蚂C旨在址为每碍一件同产品离建立佛全球巡寿的、冻开放邪的标农识标姓准，诱实现警全球摩范围跳内对樱单件因产品宋的跟蚕踪与瓜追溯犁，从识而有界效提脱高供倘应链束管理翁水平喇、降鞠低物唯流成菌本。EP帐C是一找个完挺整的匪、复蓄杂的幼、综找合的搬系统乖。2.鸡2射频剥识别手技术2.孩2.宁5秋E好PC崭产品填电子何代码EP捉Cg询lo练ba捐l是一倦个非累赢利役性标除准化区组织混，由EA勉N和UC倚C两大随标准炼化组停织联吗合成艺立，层其主乒要职豪责是坊在全稠球范槽围内驼对各慢个行时业建漂立和魂维护EP往C网络管，保祖证供眼应链蛋各环继节信锹息的绳自动株、实撇时识闷别采营用全胶球统葬一标损准。2.醋3寺传感棋器技常术传感挪器是藏一种蒙检测任装置器，能桶够感心受被碎测量肃信息骡，并果能将延检测吉感受饿到的歼信息挺按一凤定规创律变刷换成钥为电脊信号丸或其芹他所缓需形峰式的激信息郊输出德，以占满足仓信息涝的传阀输、段处理松、存逃储、匠显示需、记客录和唇控制奶等要饭求，歉它是遣实现施自动幕检测慌和自胆动控关制的扎首要纯环节奶，是夕物联饭网应连用中途的信珍息来隐源。2.丑3猜传感牺器技庭术传感越器技拖术在微发展戏经济电、推盒动社比会进扫步方甘面的捡重要挖作用越，是烟十分嚷明显讲的。冰世界叹各国带都十面分重瓣视这侄一领娱域的恭发展队。在物普联网与应用规中，量传感滔器可田以说稼是物厌联网屿的基夏石。2.调3躲传感玩器技格术2.有3.步1战传感衡器的幻玉定义国家柄标准GB庆76至65需-8规7对传哭感器描下的敲定义横是：段“能追感受俩规定抱的被梢测量档件并你按照翠一定漂的规森律（夫数学呀函数隶法则刺）转鄙换成威可用朱信号尼的器秒件或猫装置崭，通具常由墨敏感偿元件懂和转披换元撑件组节成”怀。2.卧3介传感摇器技忠术2.极3.皮1愿传感背器的符定义“传接感器话”在透新韦德式大欠词典宵中定亚义为贪：从到一个家系统贫接受尖功率难，通李常以异另一林种形奖式将之功率唤送到射第二众个系捐统中园的器停件。劣根据伙这个揉定义运，传伪感器钻的作茄用是救将一候种能血量转献换成猴另一倚种能屿量形鉴式，链所以夏不少秒学者遮也用南“换留能器寺（Tr设an芒sd撒uc监er）”映来称念谓“赔传感跑器”尝。2.咐3法传感按器技朗术2.酸3.类2饼传感沟器的愧分类按用犬途分偿类压力顷敏和某力敏左传感哀器位置订传感株器液位浙传感齿器能耗撕传感增器速度煌传感筐器加速副度传吗感器射线刑辐射滨传感站器热敏劝传感释器等2.劣3识传感叙器技桐术2.跳3.微2朗传感墓器的韵分类按原柏理分星类振动桐传感们器湿敏鼠传感痰器磁敏野传感刷器气敏芝传感梅器真空惠度传酿感器生物泄传感滨器2.吴3稻传感溜器技政术2.龄3.膨2洒传感互器的铅分类按输群出信边号分糖类模拟雄传感惧器数字谎传感义器膺数窑字传旦感器开关皇传感岛器2.弓3躁传感胜器技漠术2.础3.笑2袭传感悠器的尿分类按其搁制造顽工艺稍分类集成移传感廉器薄膜耗传感块器厚膜橡传感警器陶瓷委传感泪器2.急3伞传感麻器技馅术2.梨3.雾2夸传感物器的青分类按测刻量目询的分华类物理幸型传冷感器化学院型传钟感器生物扎型传床感器2.钞3乳传感姥器技隶术2.浅3.件2沸传感贷器的满分类按其志构成绣分类基本津型传牺感器组合疏型传未感器应用百型传浸感器2.系3纯传感孔器技诵术2.示3.到2前传感吨器的岛分类按作霜用形棋式分碍类主动爪型传柜感器被动抖型传侍感器2.荣3票传感再器技拴术2.除3.仰3掠常见购传感每器简归介电阻黎式传施感器电阻虑式传途感器依是将证被测阵量，俯如位有移、饮形变晴、力苦、加时速度熄、湿扒度、概温度乘等这捷些物驴理量秒转换蒸式成衣电阻仗值这夏样的离一种查器件才。主增要有屠电阻君应变城式、射压阻砖式、挂热电拾阻、辟热敏逗、气倚敏、弱湿敏凤等电脱阻式原传感罢器件腿。2.响3脱传感揭器技巴术2.框3.恢3荐常见崇传感恰器简络介称重组传感巩器称重霸传感令器是妙一种氏能够嫩将重杀力转曲变为借电信钥号的吸力→禾电转陡换装膨置，咳是电麻子衡葵器的导一个彩关键榨部件鞋。2.逝3揉传感瞒器技苹术2.洞3.饮3惑常见残传感粪器简清介电阻铁应变御式传隔感器传感摸器中蔽的电添阻应瓦变片盏具有棚金属考的应稠变效疼应，辰即在庄外力飞作用趁下产裹生机俊械形专变，农从而民使电盘阻值蜘随之胡发生漫相应盟的变无化。2.停3敢传感钟器技愁术2.挂3.度3猎常见亲传感鱼器简猴介压阻脑式传办感器压阻红式传炒感器米是根疤据半范导体膀材料撕的压梯阻效孕应在港半导土体材走料的净基片塌上经殿扩散镇电阻奶而制址成的种器件烛。其因基片铺可直柱接作察为测汪量传稳感元镰件，蛾扩散殃电阻叙在基析片内只接成就电桥烂形式绑。当栽基片谦受到润外力铜作用片而产宫生形屿变时亮，各花电阻棚值将夫发生巧变化磨，电谋桥就绳会产场生相复应的遍不平姑衡输乐出2.涨3继传感缴器技贯术2.英3.啄3忆常见崭传感强器简缎介激光垦传感雀器利用逐激光豆技术哑进行亮测量智的传童感器滥，它犯由激号光器蜓、激鞭光检桐测器姐和测旨量电闪路组菜成。虚激光驼传感半器是默新型滔测量植仪表万，它暮的优旧点是父能实智现无净接触抵远距招离测睁量，衔速度议快，签精度格高，译量程蔑大，仰抗光低、电固干扰惧能力袖强等鸦。2.吵3腥传感唯器技赌术2.惑3.宝3乐常见占传感基器简斯介激光腥传感巷器工滑作原容理激光垒传感矛器工私作时座，先疲由激富光发红射二背极管反对准在目标袖发射锻激光冠脉冲似。经放目标催反射猾后激新光向膝各方作向散怜射。流部分拉散射疾光返慨回到伍传感列器接面收器洒，被赏光学裤系统贸接收状后成劣像到该雪崩芳光电非二极宰管上财。雪铃崩光留电二导极管糠是一拖种内岂部具券有放津大功经能的提光学饱传感矛器，难因此雨它能贞检测嫂极其滚微弱雅的光值信号晶，并响将其眯转化望为相旗应的呜电信没号。2.斜3而传感池器技倦术2.太3.栏3楚常见凶传感浸器简仰介霍尔厦传感篇器霍尔臂传感颜器是温根据颜霍尔慌效应洪制作墙的一滚种磁撤场传拐感器蝇，广坝泛地态应用莫于工脉业自联动化窜技术碗、检奸测技赞术及满信息旨处理姨等方寇面，伟右图坟是一愿种霍绍尔传银感器条。霍葱尔效已应是尖研究火半导相体材壁料性别能的励基本聪方法驻。通竞过霍辩尔效屋应实项验测死定的希霍尔写系数跪，能乏够判查断半废导体妇材料援的导球电类滴型、堡载流怕子浓田度及程载流俱子迁特移率虾等重宅要参通数。2.赖3招传感只器技局术2.绝3.桐3座常见岔传感素器简哲介霍尔掉传感消器霍尔多传感寨器分好为线嚼性型安霍尔途传感饭器和借开关辨型霍隔尔传针感器易两种弟。其存中，仪线性除型霍芳尔传锤感器弊由霍瘦尔元算件、侨线性甲放大徐器和喜射极锋跟随吼器组对成，祖它输秀出模锹拟量鼓。开邮关型氏霍尔秃传感眉器由稠稳压介器、科霍尔不元件炎、差吸分放跃大器串，斯已密特押触发赢器和菠输出天级组尼成，辉它输衫出数阔字量洲。2.高4住无线学传感版器网闹络系零统2.蹦4.魂1品无线仔传感眼器网耍络简势介无线惨传感著器网做络系奸统可茧以组养成独邀立的洪感知重控制旧系统胡，但旁由于泥其在腐物联弃网整械个构浅建中冬位于讲信息弓获取抵的底盒层，泽其获训取的伴信息镇可以顿汇总淹到更珍高层米次进轰行处膨理后福再反钳馈到脸应用卷中，螺因此余本书鉴将其达放在图物联贸网的引感知谜与识欲别部喇分作纽奉介绍赞。2.卧4丙无线昏传感居器网加络系鸣统2.锋4.谣1强无线度传感变器网酸络简脏介无线煎传感继器网畜络WS洒N（Wi摇re坚le雀ss晴S矩en祝so后r秃Ne并tw聪or纳ks）由滔部署勉在监勿测区辉域内善大量毒的廉磁价微厨型传溜感器资节点弯组成被，通谢过无鸟线通平信方腿式形恶成的模一个烈多跳扒的、慰自组宴织的眯网络亩系统集，其稻目的歇是协饱作地卫感知河、采聪集和讽处理激网络萍覆盖佛区域渔中被夸感知乓对象思的信怨息，榜并发黎送给照观察拳者。忍无线荷传感溪器网钟络源穷于美撑国军财方对湾战场勺的监挡控与锤预警坚系统赌的研揪究，器后来雷逐步络迁移总到民插用研俩究。萝无线势传感教器网肉络主温要侧择重于随对目陕标、持环境电和物帆体状个态的棉监测队与控慰制。2.筑4变无线侵传感珍器网穷络系艇统2.吐4.烈2无煌线传韵感器怠网络四体系兽结构传感小网主晃要由鱼无线墨节点棚、汇恨集节某点和鹿信息停监测捧或管截理中谈心等遗组成恩。2.朽4影无线钻传感山器网篮络系仿统2.睛4.什3铺无线挎传感铃器网斗络特点1、节泪点能怜量有泼限。2、自歪组织过性。3、多闹跳路劲由。4、大泻规模畜网络备。5、动蜂态性高网络偶。6、可愁靠的栋网络殊。7、应深用相帜关的新网络技。8、以篮数据挤为中限心的极网络腐。2.邪5扭其他感知填与识样别技挺术二维锣码技俱术红外稳感应德技术GP仇S定位挡技术声音盖及视圾觉识鸟别技创术生物蔬特征陪识别句技术2.制5督其他感知别与识腿别技恭术2.锡5.宣1徒二维概码技桥术二维缎码在19崭94年起引源于闸日本贷，它毯用某叫种特畏定的谋几何跨图形喉按一纽奉定规旦律在谅平面去（二青维方秒向上客）分珍布的筹黑白剑相间畅的图记形记来录数闯据符丽号信任息。二维窃码的塘应用迟：二贝维条嘴码具蒙有储料存量斑大、究保密醒性高够、追足踪性由高、伴抗损劫性强凭、备灰援性拦大、暑成本勺便宜钓等特汪性，膝这些两特性缘瑞特别丈适用施于表医单、翼安全普保密闻、追袄踪、牛证照堂、存甲货盘屈点、掩资料漆备援演等方送面。2.慰5池其他感知先与识惩别技撞术2.稿5.岸2狂红外卡感应赵技术红外额线是艘一种览波长矮在75围0n加m至1m俊m之间仔的电柳磁波香，它界的频垄率高葛于微绪波而朱低于金可见医光，帆是一惊种人利的眼迅睛看咸不到贷的光呜线。任何拉物质做，只委要它究本身控具有仅一定武的温蒸度（登高于锦绝对晴零度间），论都能火辐射微红外梨线。利用够这种亚红外茅线的来辐射卫，可稼以实晕现各马种红膊外感校应技胳术的鲁应用窗，如满搜索未和跟棉踪红涝外目松标，粉确定励其空领间位兵置并买对它币的运遵动进唤行跟糖踪，醒热成小像系抵统可蛾产生恋整个带目标绞红外予辐射匠的分眠布图品像等漫。2.院5则其他感知盈与识显别技四术2.恳5.让2太红外恭感应拾技术利用技红外阳感知输技术蹲可以门制作援红外气线传掘感器慈，测聋量时驾不与隔被测福物体嗓直接棍接触塞，因甚而不仁存在揉摩擦揪问题喉，并姐且有扭灵敏垂度高贝，响贼应快峡等优爪点。红外贯线传下感器熊包括拾光学谅系统穴、检松测元厅件和潮转换制电路调。2.太5加其他感知勤与识晴别技准术2.题5.筛3攻定位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