物联网感知与识别技术概述

《物联网应用技术导论》课件

第2章物联网感知与识别技术东软电子出版社罗汉江主编《物联网应用技术导论》教材配套课件2物联网感知与识别技术概述第1页第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经典RFID分类2.2.3RFID工作原理2.2.4RFID经典应用2.2.5EPC产品电子代码2.3传感器技术

2.3.1传感器定义2.3.2传感器分类2.3.3常见传感器介绍2.4无线传感器网络系统2.4.1无线传感器网络介绍2.4.2无线传感器网络体系结构2.4.3无线传感器网络特征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其它技术2.6本章小结本章主要内容物联网感知与识别技术概述第2页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存在，定位物体位置、物体移动情况等等，常采取技术包含二维码技术、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。物联网感知与识别技术概述第3页2.1物联网感知与识别技术概述

物联网感知与识别技术实现物联网信息采集，是物联网主要数据起源，物联网各种应用都是经过采集各类信息和数据来实现。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。物联网感知与识别技术概述第4页2.2射频识别技术射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，缩写RFID），是20世纪80年代发展起来一个自动识别技术，它利用射频信号经过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并经过所传递信息到达识别目标，对静止或移动物体自动识别。物联网感知与识别技术概述第5页2.2射频识别技术RFID技术含有防水、耐高温、使用寿命长、读取距离远、标签数据能够加密、存放数据容量大、存放信息能够随意修改、能够识别高速运动中物体，可识别多个标签，能够在恶劣环境下工作等优点。物联网感知与识别技术概述第6页2.2射频识别技术伴随物联网概念兴起，RFID在社会生产生活中应用再一次推向了高潮。当前RFID应用范围越来越广，包括商品防伪、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。物联网感知与识别技术概述第7页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、读写器和主机组成物联网感知与识别技术概述第8页2.2射频识别技术2.2.2经典RFID分类按照标签工作频率分类有源电子标签又称主动标签（Activetag），标签工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池也给标签无线发射和接收装置供电。

物联网感知与识别技术概述第9页2.2射频识别技术2.2.2经典RFID分类按照标签工作频率分类半有源射频标签又称为半被动标签（Semi-passivetag），能够使用微型纽扣电池给芯片供电，而天线接收发射依然经过阅读器发射电磁波获取能量，所以本身耗电极少。物联网感知与识别技术概述第10页2.2射频识别技术2.2.2经典RFID分类按照标签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，当标签处于阅读器读出范围之外时，电子标签处于无源状态，而在阅读器读出范围之内时，电子标签从阅读器发出射频能量中提取其工作所需电源能量。

物联网感知与识别技术概述第11页2.2射频识别技术2.2.2经典RFID分类按照标签工作频率分类

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，5.8GHz物联网感知与识别技术概述第12页2.2射频识别技术2.2.3RFID工作原理RFID工作原理读写器经过发射天线发送一定频率射频信号，当RFID进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签取得能量被激活，将本身编码等信息经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载波信号，经天线调整器传送到读写器，读写器对接收信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统依据逻辑运算判断该标签正当性，针对不一样设定做出对应处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。物联网感知与识别技术概述第13页2.2射频识别技术2.2.3RFID工作原理标签和读写器通信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，普通适合用于中低频近距离RFID系统，这种近距离电感耦合系统经过空间高频交变磁场实现耦合，依据是电磁感应定律。电磁反向散射耦合采取雷达原理模型，读写器发射出去电磁波碰到目标后一部分被目标吸收，一部分以不一样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（读写器发射天线也是接收天线），对接收信号进行处理和放大，即可取得目标相关信息。

物联网感知与识别技术概述第14页2.2射频识别技术2.2.4RFID经典应用证件管理从年开始，采取了RFID技术中国第二代居民身份证，在全国范围内开始换发，截至，中国第二代身份证发行量已经到达9亿多张，是迄今为止全球最大RFID应用项目。物联网感知与识别技术概述第15页2.2射频识别技术2.2.4RFID经典应用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。

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、安全提供了有力保障。物联网感知与识别技术概述第16页2.2射频识别技术2.2.4RFID经典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技术最成功应用之一。RFID技术应用在高速公路自动收费上能够充分表达了非接触识别优势。让车辆高速经过收费站同时自动完成收费。同时能够处理收费员贪污路费及交通拥堵问题。

物联网感知与识别技术概述第17页2.2射频识别技术2.2.4RFID经典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。物联网感知与识别技术概述第18页2.2射频识别技术2.2.4RFID经典应用生产线自动化用RFID技术在生产流水线上能够实现自动控制、监视，提升生产率，改进生产方式、节约了成本。如用于汽车装配流水线，德国宝马汽车企业在装配流水线上应用射频卡以尽可能大量地生产用户定制汽车。

物联网感知与识别技术概述第19页2.2射频识别技术2.2.4RFID经典应用防伪将射频识别技术应用在防伪领域有它本身技术优势。防伪技术本身成本低，但却极难伪造。射频卡成本就相对廉价，而芯片制造需要有昂贵芯片工厂，使伪造者望而却步。射频卡本身含有内存，能够储存、修改与产品相关数据、利于销售商使用；体积十分小、便于产品封装。物联网感知与识别技术概述第20页2.2射频识别技术2.2.5EPC产品电子代码EPC全称是ElectronicProductCode，汉字称为产品电子代码。EPC载体是RFID电子标签，并借助互联网实现信息传递。EPC意在为每一件产品建立全球、开放标识标准，实现全球范围内对单件产品跟踪与追溯，从而有效提升供给链管理水平、降低物流成本。EPC是一个完整、复杂、综合系统。

物联网感知与识别技术概述第21页2.2射频识别技术2.2.5EPC产品电子代码

EPCglobal是一个非赢利性标准化组织，由EAN和UCC两大标准化组织联合成立，其主要职责是在全球范围内对各个行业建立和维护EPC网络，确保供给链各步骤信息自动、实时识别采取全球统一标准。物联网感知与识别技术概述第22页2.3传感器技术

传感器是一个检测装置，能够感受被测量信息，并能将检测感受到信息按一定规律变换成为电信号或其它所需形式信息输出，以满足信息传输、处理、存放、显示、统计和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制首要步骤，是物联网应用中信息起源。物联网感知与识别技术概述第23页2.3传感器技术

传感器技术在发展经济、推进社会进步方面主要作用，是十分显著。世界各国都十分重视这一领域发展。在物联网应用中，传感器能够说是物联网基石。

物联网感知与识别技术概述第24页2.3传感器技术2.3.1传感器定义国家标准GB7665-87对传感器下定义是：“能感受要求被测量件并按照一定规律（数学函数法则）转换成可用信号器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

物联网感知与识别技术概述第25页2.3传感器技术2.3.1传感器定义“传感器”在新韦式大词典中定义为：从一个系统接收功率，通常以另一个形式将功率送到第二个系统中器件。依据这个定义，传感器作用是将一个能量转换成另一个能量形式，所以不少学者也用“换能器（Transducer）”来称谓“传感器”。物联网感知与识别技术概述第26页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按用途分类压力敏和力敏传感器位置传感器液位传感器能耗传感器速度传感器加速度传感器射线辐射传感器热敏传感器等物联网感知与识别技术概述第27页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按原理分类振动传感器湿敏传感器磁敏传感器气敏传感器真空度传感器生物传感器物联网感知与识别技术概述第28页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按输出信号分类模拟传感器数字传感器膺数字传感器开关传感器物联网感知与识别技术概述第29页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按其制造工艺分类

集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器

物联网感知与识别技术概述第30页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按测量目分类

物理型传感器化学型传感器生物型传感器物联网感知与识别技术概述第31页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按其组成份类基本型传感器组合型传感器应用型传感器物联网感知与识别技术概述第32页2.3传感器技术2.3.2传感器分类按作用形式分类主动型传感器被动型传感器物联网感知与识别技术概述第33页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这么一个器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。物联网感知与识别技术概述第34页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍称重传感器称重传感器是一个能够将重力转变为电信号力→电转换装置，是电子衡器一个关键部件。物联网感知与识别技术概述第35页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍电阻应变式传感器传感器中电阻应变片含有金属应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生对应改变。物联网感知与识别技术概述第36页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍压阻式传感器压阻式传感器是依据半导体材料压阻效应在半导体材料基片上经扩散电阻而制成器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生改变，电桥就会产生对应不平衡输出物联网感知与识别技术概述第37页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍激光传感器利用激光技术进行测量传感器，它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。物联网感知与识别技术概述第38页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍激光传感器工作原理激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一个内部含有放大功效光学传感器，所以它能检测极其微弱光信号，并将其转化为对应电信号。物联网感知与识别技术概述第39页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍

霍尔传感器

霍尔传感器是依据霍尔效应制作一个磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面，右图是一个霍尔传感器。霍尔效应是研究半导体材料性能基本方法。经过霍尔效应试验测定霍尔系数，能够判断半导体材料导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等主要参数。物联网感知与识别技术概述第40页2.3传感器技术2.3.3常见传感器介绍

霍尔传感器

霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。其中，线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。物联网感知与识别技术概述第41页2.4无线传感器网络系统2.4.1无线传感器网络介绍无线传感器网络系统能够组成独立感知控制系统，但因为其在物联网整个构建中位于信息获取底层，其获取信息能够汇总到更高层次进行处理后再反馈到应用中，所以本书将其放在物联网感知与识别部分作介绍。物联网感知与识别技术概述第42页2.4无线传感器网络系统2.4.1无线传感器网络介绍无线传感器网络WSN（WirelessSensorNetworks）由布署在监测区域内大量廉价微型传感器节点组成，经过无线通信方式形成一个多跳、自组织网络系统，其目标是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象信息，并发送给观察者。无线传感器网络源于美国军方对战场监控与预警系统研究，以后逐步迁移到民用研究。无线传感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态监测与控制。物联网感知与识别技术概述第43页2.4无线传感器网络系统2.4.2无线传感器网络体系结构传感网主要由无线节点、聚集节点和信息监测或管理中心等组成。物联网感知与识别技术概述第44页2.4无线传感器网络系统2.4.3无线传感器网络特点1、节点能量有限。2、自组织性。3、多跳路由。4、大规模网络。5、动态性网络。6、可靠网络。7、应用相关网络。8、以数据为中心网络。

物联网感知与识别技术概述第45页2.5其它感知与识别技术二维码技术红外感应技术GPS定位技术声音及视觉识别技术生物特征识别技术

物联网感知与识别技术概述第46页2.5其它感知与识别技术2.5.1二维码技术二维码在1994年起源于日本，它用某种特定几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布黑白相间图形统计数据符号信息。二维码应用：二维条码含有储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本廉价等特征，这些特征尤其适合用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。

物联网感知与识别技术概述第47页2.5其它感知与识别技术2.5.2红外感应技术红外线是一个波长在750nm至1mm之间电磁波，它频率高于微波而低于可见光，是一个人眼睛看不到光线。任何物质，只要它本身含有一定温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。利用这种红外线辐射，能够实现各种红外感应技术应用，如搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它运动进行跟踪，热成像系统可产生整个目标红外辐射分布图像等。物联网感知与识别技术概述第48页2.5其它感知与识别技术2.5.2红外感应技术利用红外感知技术能够制作红外线传感器，测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦问题，而且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器包含光学系统、检测元件和转换电路。

物联网感知与识别技术概述第49页2.5其它感知与识别技术2.5.3定位技术在物联网许多应用中，需要知道物体位置信息，尤其是对于移动物体，需要知道物体改变位置信息。所以定位技术