物联网概论第3章 物联网技术基础

物联网概论2021年10月目录

3.2常用传感器

3.4无线传感网络目录4传感器和人们的日常生活密切相关传感器具有的社会意义传感器在经济建设中占据重要地位5传感器在日常生活中的应用车用传感器是汽车电子设备的重要组成局部，担负着信息收集的任务，在汽车电喷发动机系统、自动空调系统中，温度是需测量和控制的重要参数之一，发动机热状态的测量、气体及液体温度的测量，都需要温度传感器来完成。车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最正确工作状态。因而车用温度传感器是必不可少的。6利用适当的传感器，例如：压电传感器、加速度传感器、超声传感器、湿度传感器等，可以有效的建立一个三维立体的防护监测网络。该系统可以用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境。对许多老旧的桥梁、桥墩长期受到水流的冲刷，传感器能够放置在桥墩底部，用以感测桥墩的结构、桥墩被腐蚀情况等；也可以放置在桥梁两侧，搜集桥梁的温度、湿度、震动幅度等。有效减少断桥造成的生命财产损失。三峡大坝里一共埋设了万余台/只检测仪器和传感器，这些“眼睛〞时刻监测三峡大坝是否稳定，有无沉降。传感器在经济建设中的应用78传感器的定义

传感器的分类

传感器的应用

93.1传感器的定义

传感器〔Sensor〕的定义：国家标准GB7665-87定义：传感器〔Transducer/Sensor〕为能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器材或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器！10传感器的组成与结构

传感器的组成

11传感器的组成与结构

传感器的组成

敏感元件——直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某种物理量的元件。转换元件——以敏感元件的输出为输入，将其转换成电信号输出。变换电路——将电路参数接入转换电路，转换为电量输出。12传感器的组成与结构

传感器的结构形式

传感器结构取决于其设计思想；而传感器设计的一个重点是信号选择方式，把所选信号的某方面性能在结构上具体化，以实现传感器的功能。

13传感器的组成与结构

传感器的结构形式

√选择固定信号方式的传感器直接结构√选择补偿信号方式的传感器补偿结构

√选择差动式信号方式的传感器差动结构

√选择平均信号方式的传感器平均结构√选择平衡信号方式的传感器闭环结构

143.1.2传感器的分类常将传感器的功能和人类的5大器官相比较：光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、流体传感器——触觉15传感器的分类热敏元件……按感测元器件分类力敏元件光敏元件磁敏元件气敏元件色敏元件16传感器的分类磁敏传感器，是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是最大的。它主要用于无刷直流电机〔霍尔电机〕中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍尔传感器还用于测转速、流量、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。以下图给出的是磁敏角度传感器。17传感器的分类物理类：基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类：基于化学反响的原理。生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能。按感知外界的原理18传感器的分类

日本制成多功能生物传感器，能测定血液和尿中的各种物质，如糖、蛋白质和胆固醇等。英国科学家研制一种如同一支钢笔大小的酶传感器。它可在瞬间测出汽车驾驶员血液中的酒精含量，大大方便了警察的执法。日本九州大学的科研人员研制出比人的舌头还要灵敏10倍的味觉传感器。利用传感器产生不同的电位差，从电位差的变化可了解产生味道的浓度。19传感器的分类机械量：如位移、力、加速度等热工量：如温度、热量、流量、液位等物理参量：浓度、密度、酸碱度等按被测量类型分类状态参量：偏差、裂纹、磨损等20传感器的分类

Intel公司研制家庭护理的无线传感网络系统，用于对人体行为进行模式监测，如：坐、站、躺、行走、跌倒、爬行等。该系统在人体的特征部位安装多个传感器，系统实时的把人体因行动而产生的三维加速度信息进行提取、融合、分类，进而监控受监测人的行为模式。21传感器的分类结构型：通过传感器结构参量的变化实现信号变换物性型：利用敏感元件材料本身的物性变化来实现信号的变换。

按被信号转换特征分类22传感器的分类压电效应传感器----是一种自发电式机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后外表产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。23传感器的分类能量转换型：传感器直接由被测对象输入能量使其工作

按能量关系分类能量控制型：传感器从外部获得能量使其工作，由被测量的变化控制外部供给能量的变化。24传感器的分类

电学式传感器……按工作原理分类

磁学式传感器

光电式传感器电势型传感器

电荷传感器25传感器的分类263.1.2传感器的分类美国加州大学圣迭戈分校的研究人员研发出了一种可应用于上的微型化学传感器，借助或其他无线通讯设备，这种被称为“硅鼻〞的传感器可检测出空气中的有害气体，并自动发出气体的种类和传播范围等信息。其原理是在具有纳米孔的硅芯片上集成数百个独立的微型传感器，可区分出特定的有毒气体分子并作出反响。27传感器的分类膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号输出〔包括直接或间接转换〕。按输出信号分类模拟传感器:将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信号〔包括直接和间接转换〕。开关传感器：当一个被测量的信号到达某个特定的阈值时传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。283.1.3传感器的综合应用在汽车行业的应用293.1.3传感器的综合应用在现代工业上的应用现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各种参数，使设备工作在最正确或正常状态，并使产品到达质量要求。

钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程。303.1.3传感器的应用在家用电器领域的应用

温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的.

313.1.3传感器的应用在军事国防领域的应用

在军事国防领域，各种侦测设备，红外夜视探测，雷达跟踪、武器精确制导等，没有传感器是难以实现的。323.1.3传感器的应用在航天领域的应用

在航空航天领域，空中管制、导航、飞机的飞行管理和自动驾驶着陆系统等，都需要大量的传感器。人造卫星的遥感遥测等都与传感器紧密相关。333.2常用传感器(一)温度传感器343.2常用传感器(二)湿度传感器353.2常用传感器(三)电感式传感器

利用电磁感应将被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换

363.2常用传感器(四)压力传感器

利用传感器件在受外部压力时产生一定的内部结构变形或位移，转化为电特性的改变，产生相应的电信号，此即压电效应，故亦称压电传感器。

373.2常用传感器(五)光传感器光敏电阻利用材料电阻率的光敏性来进行光探测。光电传感器那么采用光电元件作为检测元件，它先将被测量的变化转换成光信号的变化，再利用光电元件将光信号转换成电信号。383.2常用传感器(六)光栅式传感器

光栅式传感器也是光电效应传感器，受光照后产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。

393.2常用传感器(七)霍尔〔磁性〕传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应如图3-16：将一个金属或半导体材料薄片置于磁场中，当有电流通过时，由于形成电流的电子在磁场中运动而受到磁场力的作用力，会使材料中产生与电流方向垂直的电压差。可通过测量霍尔传感器产生的电压大小来计算磁场强度。403.2常用传感器(七)化学传感器

化学传感器是指对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号的传感器。如CO、CO2、O2、H2S传感器、PH值传感器、酒精浓度传感器等。

413.2常用传感器(八)化学传感器

化学传感器是指对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号的传感器。如CO、CO2、O2、H2S传感器、PH值传感器、酒精浓度传感器等。

423.2常用传感器(九)生物传感器以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲合型生物传感器〔affinitybiosensor〕等433.2常用传感器(十)微波传感器

由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率变化；再利用接收天线接收通过被测物体或由其反射回的微波，将其转换成电信号，再经测量电路就实现了微波检测。

443.2常用传感器(十一)超声波传感器

由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率变化；再利用接收天线接收通过被测物体或由其反射回的微波，将其转换成电信号，再经测量电路就实现了微波检测。

453.2常用传感器(十二)MEMS陀螺仪传感器MEMS陀螺中没有机械旋转器件，它主要利用振动来诱导和探测哥里奥利力，利用哥氏加速度对振动质量块的作用来检测惯性转动。如物体在圆盘上无径向运动，哥氏力不会产生。故在MEMS陀螺仪中，用质量块来回做径向运动或振荡，与此对应的哥氏力就不停地在横向来回变化。

463.2常用传感器(十三)多功能传感器

多功能传感器包含多个敏感元件，体积小巧且多种功能兼备，借助不同敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用一个传感器系统来同时实现多对象传感功能。

473.2常用传感器(十四)智能传感器智能传感器〔intelligentsensor或smartsensor〕具有综合采集、处理与交换信息的能力，是传感器与微处理机相结合的产物。483.2常用传感器(十四)常用智能传感器智能压力传感器智能液体浑浊度传感器493.2常用传感器(十四)常用智能传感器智能温湿度传感器503.2常用传感器(十四)智能传感器飞利浦推出了一种基于多功能智能传感器的自动真空吸尘器，其外观的俯、侧视如图。智能自动真空吸尘器是设有电线，侧面有多达32个红外智能传感器形成了缓冲装置，结合智能自动吸尘器下面的红外线传感器能帮助吸尘器探测和自动回避墙壁和地面上的障碍物，避开楼梯区域，防跌落。通过集成摄像装置、多种传感器探测与收集的信息和驱动程序，使其能综合绘制房间地图并合理设计清洁路线。有此地图，智能吸尘器能清楚其目前所处位置、过去所处位置以及需要前往的位置，从而有效地清洁地面。红外线传感器那么用于探测障碍物，自动绕行，故它能在家中自由来去，不会绊倒老人与孩子等。51523.3.1MEMS的根本概念MEMSMicroElectromechanicalSystem，微机电系统MEMS是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。这种微电子机械系统不仅能采集、处理与发送信息或指令，还能按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。533.3.2MEMS的特点微型化

MEMS的根本特点低能耗、灵敏度和工作效率高

以硅为主要原料

可批量生产

集成化

学科上的交叉

应用上的高度与广泛

543.3.3MEMS的起源553.3.4MEMS的制造工艺563.3.5MEMS的加工材料MEMS所用材料一般为衬底材料和附加材料两类，目前衬底材料以硅为主。选用晶态半导体材料是因其具有性能优异、容易得到、有多种成熟的加工工艺、与晶面有关的各向异性使之适于微机械加工及具有集成有源电路等诸多优点。衬底材料也可是其他非半导体材料，包括金属、玻璃、石英、其他晶态绝缘体、陶瓷、塑料、高聚物以及其他有机和无机材料。

573.3.6MEMS的分类及应用583.3.6MEMS的分类593.3.6MEMS的分类

计步表或计步器是利用三轴MEMS传感器实现健身和健康监测功能的代表性应用，在特定的情况下，计步器的传感器能够精确地测定在步行和跑步过程中作用在系统上的加速度，通过处理加速度数据，计步器显示用户走过的步数和速度，以及运动过程中所消耗掉的热量。

平安气囊在生死时刻的开启，就是根据多种MEMS加速度器采集的信号来控制的。这些芯片传感突然的减速，并在瞬间决定何时开启平安气囊。较新的MEMS陀螺仪甚至可以阻止翻车的发生。603.3.6MEMS的分类613.3.6MEMS的分类623.3.6MEMS的分类633.3.6MEMS的分类

在电信方面，由于光学MEMS制成的光学器件具有很好的效能，例如低插入损耗、优良的波长平坦度和极小的串扰，而且能提高整合度及器件规模(Scalability)，极适用于高性能的光纤网络。显示产业方面，包括整合式可配带的携带型设备，以及条形码扫描、自适应光学系统、商用印刷等等。643.3.6MEMS的分类RF-MEMS653.3.6MEMS的分类663.3.7MEMS的开展前景673.4无线传感器网络

无线传感器网络概述

无线传感网络的结构无线传感网协议无线传感器网络的应用领域

683.4.1无线传感器网络概述

无线传感网的内涵无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)是信息科学领域中一个全新的开展方向，同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。693.4.1无线传感器网络概述无线传感网络开展经历的三个阶段无线传感网

无线智能传感器

智能传感器

将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据采集能力，而且具有信息处理能力。在智能传感器的根底上增加了无线通信能力，大大延长了传感器的感知触角，降低了传感器的工程实施本钱。703.4.1无线传感器网络概述1996年，美国UCLA大学的WilliamJKaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器〞揭开了现代WSN网络的序幕。713.4.2无线传感器网络的系统结构和传感网节点

什么是无线传感网络？无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。723.4.2无线传感器网络的系统结构和传感网节点

移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。什么是移动自组织网络733.4.2无线传感器网络的系统结构和传感网节点无线传感网络的特点

无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点。743.4.2无线传感器网络的系统结构和传感网节点网络的构建必须具备三个要素：〔1〕感知对象——需要被感知的任何事物或环境参数。〔2〕感知节点——既有感知功能，也有路由选择功能，用于检测周围事件或者环境参数。〔3〕会聚节点——即SINK，从传感器节点采集并处理检测数据。传感器节点753.4.2无线传感器网络的系统结构和传感网节点节点单元功能结构图

节点在无线传感网中可作为数据采集者、数据中转站或者簇头节点。作为数据采集者，它收集周围环境数据，通过通信路由协议直接或间接地将数据传递给远方基站或sink节点；作为数据中转站，它除了完成数据采集任务以外，还要接收邻居节点的数据，将其发送给距离基站更近的邻节点或直接发送到基站或sink节点；作为簇头节点，负责收集该簇内所有节点采集到的数据，经过数据融合后，发送到基站或者sink节点。

763.4.2无线传感器网络的系统结构和传感网节点通信体系773.4.3无线传感网网络结构和部署无线传感网络的结构783.4.3无线传感网网络结构和部署星状网星状网的拓扑结构是单跳〔single-hop〕。如传统无线网络中，终端节点直接与基站进行双向通信，而彼此间不进行连接。基站节点可用PC、专用控制设备或其他与数据处理设备作通信网关，各终端节点也可按应用需求而各不相同。这种结构对传感网并不适宜，因为传感器自身能量有限，如果每个节点都要保证数据的正确接收，那么传感器节点需要以较大功率发送数据。当节点间较近时，会监测到相似或者相同的信息，这些冗余会增加网络负载。793.4.3无线传感网网络结构和部署网状〔Mesh〕网网状网拓扑结构是多跳的结构，所有节点都可直接通信。通过一定的算法，网络选择一条或者多条路由进行多跳数据传输。由于每个传感器节点都有多条路径可到达基站节点，其故障修复能力较强，系统以多跳代替了单跳传输，减少了每一个传感器节点发送数据所需的功率。但因网络节点数量多，分布随机、拓扑结构变化复杂，因此在网络中进行多跳路由查找以及路由维护和修复较困难。同时，传感器节点必须时刻保持“监听〞状态，相应增加了网络能耗，减少了网络寿命。803.4.3无线传感网网络结构和部署星状混合混合网拓扑结构力求兼具星状网的简洁、易控以及网状网的多跳和自愈的优点，使得整个网络的建立、维护以及更新更加简单、高效。其中，分层式网络结构属于混合网中比较典型的一种，尤其适合节点众多的无线传感网的应用。在分层网中，整个传感器网络形成分层结构，传感器节点通过基站指定或者自组织的方法形成各个独立的簇〔cluster〕，每个簇选出相应的簇首〔clusterhead〕，由簇首负责簇内所有节点的控制，并对簇内所收集的信息进行整合、处理，随后发送给基站。分层式网络结构既通过簇内控制，减少了节点与基站间远距离的信令交互，降低了网络建立的复杂度，减少了网络路由和数据处理的开销，同时又可通过数据融合降低网络负载，而多跳也减少了网络的能量消耗。813.4.3无线传感网络的结构和部署无线传感网络的部署〔1〕随机性部署：以撒布方式部署，节点随机分布，以AdHoc方式进行工作。〔2〕确定性部署：预先确定部署方案和节点位置，路由预先选定。〔1〕同构：所有的传感网节点具有相同的运算、存贮能力和能量。〔2〕异构：传感网节点具有不同的能力和重要性。823.4.4无线传感网络协议应用层

网络层

传输层

数据链路层

传感网络协议栈

传感网络分层结构物理层

833.4.4无线传感网络协议物理层物理层通信协议主要解决传输介质、传输频段的选择，无线收发器的设计，调制方式等问题。传感网使用的传输介质主要包括无线电、红外线、光波等，其中无线电是最主要的传输介质。使用这种介质需要解决频段选择、调制方式选择等问题。843.4.4无线传感网络协议数据链路层〔1〕逻辑链路子层——这是数据链路层的上层局部，它为网络层提供统一接口。该子层通过在IP包上加了8位目的地址效劳接入点和源地址效劳接入点来保证在不同类型网络中传输。还有一个8或16位的控制字段用于流控制等辅助功能。〔2〕MAC子层——传感网的MAC协议旨在为资源〔特别是能量〕受限的大量传感器节点建立具有自组织能力的多跳通信链路，实现公平的通信资源共享，处理数据包之间的碰撞，重点是如何节能。853.4.4无线传感网络协议数据链路层MAC协议基于随机竞争的MAC协议基于TM（时分多址）的MAC协议

863.4.4无线传感网络协议网络层主要包括基于聚簇的路由协议、基于地理位置的路由协议、能量感知路由协议、以数据为中心的路由协议等。

网络层路由协议基于聚簇的路由协议

基于地理位置的路由协议

以数据为中心的路由协议

能量感知路由协议

873.4.4无线传感网络协议应用层应用层位于模型的最高层，为各类应用软件提供各种面向作业的支持。相应的协议主要针对各网络节点与应用层软件之间的通信，以及中间效劳与应用层软件之间的通信，最终实现各种感知信息、应用信息、控制信息和管理信息等的有序使用。883.4无线传感器网络的应用领域

环境的监测和保护

医疗护理军事领域

生产作业893.4无线传感器网络的应用领域环境的监测与保护英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器接入互联网，以读出缅因州“大鸭岛〞上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪留鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。

它也可以应用在精致农业中，监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。903.4无线传感器网络的应用领域军事领域913.4无线传感器网络的应用领域其他用途英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的本钱，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用寿命。92

想象一下这样一个无线校园网：学生们一边坐在草地上，惬意地喝着饮料，一边通过无线网络自由地与专家、老师进行网上讨论、访问图书馆电子资源；课堂上老师和学生可通过手持无线设备进行自由沟通和交流；奥运会比赛的时候，通过无线，全校所有师生可实时在校内任何地方看到赛事直播......

93无线网络的类型

无线广域网

无线城域网无线局域网无线个人网

根据数据的传输距离94无线广域网

95无线城域网

WMAN使用无线电波或红外光波传送数据。96无线局域网

97无线个人网

98无线个人网

谷歌ProjectGlass眼镜实现了将微型投影仪+摄像头+传感器+存储传输+操控设备的融合，并将眼镜、智能、摄像机等集于一身。用户只要通过眼部动作等就能拍照、录像、打，省去了从口袋中掏的麻烦，还能拍照上传、收发短信、查询天气路况等，并将地图叠加到用户的视野中；也可利用语音指令拍摄照片、摄制视频、与他人在网上互动等。目前，还有如智能头箍、手套、社交牛仔裤、卫星导航鞋、体态监测健身服等大批新产品正层出不穷。可穿戴的智能设备99无线网络常用设备类型

无线网卡

无线网桥

无线天线

100无线网卡

无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为无线局域网的接口，实现与无线局域网的连接。

无线网卡根据接口类型的不同，主要分为三种类型，即PCMCIA无线网卡、PCI无线网卡和USB无线网卡。101无线网桥

无线网桥用于连接两个或多个独立的网络段，这些独立的网络段通常位于不同的建筑内，相距几百米到几十公里,广泛应用在不同建筑物间的互联。无线网桥的特点是功率大，传输距离远〔最大可达约50km〕，抗干扰能力强等，不自带天线，一般配备抛物面天线实现长距离的点对点连接。

无线网桥的三种工作方式：点对点、点对多点、中继连接102无线天线

当计算机与无线接入点〔AP〕或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，传输速率会明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益〔放大〕。103无线天线

无线天线常见的类型有两种：一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；另一种是室外天线。优点是传输距离远。比较适合远距离传输。104无线网络的接入方式网桥连接型访问节点连接型HUB接入型无中心型根据不同的应用环境，目前无线局域网采用的拓扑结构主要有:105网桥连接型

该结构主要用于无线或有线局域网之间的互连。当两个局域网无法实现有线连接或使用有线连接存在困难时，可使用网桥连接型实现点对点的连接。

在这种结构中局域网之间的通信是通过各自的无线网桥来实现的，无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。106访问节点连接型

在网络覆盖范围内的任何地方都可以接收到该信号，并可实现漫游通信。这种结构采用移动蜂窝通信网接入方式，各移动站点间的通信是先通过就近的无线接收站将信息接收下来，然后将收到的信息通过有线网传入到“移动交换中心〞，再由移动交换中心传送到所有无线接收站上。107HUB接入型

在有线局域网中利用HUB可组建星形网络结构。同样也可利用无线AP组建星型结构的无线局域网，其工作方式和有线星形结构很相似。但在无线局域网中一般要求无线AP应具有简单的网内交换功能。108无中心型结构该结构的工作原理类似于有线对等网的工作方式。它要求网中任意两个站点间均能直接进行信息交换。每个站点既是工作站，也是效劳器。1093.5.4无线网络的特点

安装便捷使用灵活经济节约易于扩展更好的平安性110

第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。

第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。

第一代、第二代移动通信系统111蜂窝移动通信原理每10km～20km的区域称为单元〔形似蜂窝〕，单元的中央建有一个基站，该单元内所有都向该基站发送信号并接收基站发给的信号所有单元既相互分割，又彼此有所交叠，连成整个移动通信效劳网所有基站都通过微波或电缆、光缆与移动交换中心通信每个时刻都处于某个特定单元的基站控制之下，通话时使用两个频率〔一个上行频率，一个下行频率〕，同一单元内同一时刻的不同使用不同的频率进行通信，相互不影响每个蜂窝单元中有200多个信道(GSM)。相邻单元不允许使用相同的频率，不相邻单元的频率允许重用移动交换中心电话交换中心112第二代移动通信系统113第二代移动通信系统中国联通、中国移动所用的GSM移动网采用的便是FDMA和TDMA两方式的结合。GSM比模拟移动有很大的优势，但在频谱效率上仅是模拟系统的3倍，容量有限；话音质量也很难到达有线水平；TDMA终端接入速率最高也只能到达9.6kbit/s；TDMA系统无软切换功能，容易掉话，影响效劳质量。114第二代移动通信系统115C网116G网1173.5.63G移动通信1183.5.63G移动通信1193.5.63G移动通信W-CDMACDMA2000TD-SCDMAWiMAX120W-CDMA

W-CDMA也称为WCDMA，全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取。121CDMA2000122TD-SCDMA123TD-SCDMA124TD－SCDMA的优势

125三种3G标准比较126WiMAX

WiMAX的全名是微波存取全球互通〔WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess〕，又称为802·16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一公里〞的宽带无线连接方案。127128129WiMAX1304G4G移动系统网络结构

物理层

中间环境层

应用层

1314GOFDM1324GOFDM1334G4G通信特征〔1〕通信速度更快〔2〕网络频谱更宽〔3〕通信更灵活〔4〕智能性能更高〔5〕兼容性能更平滑〔6〕提供多种增值效劳〔7〕实现更高质量的多媒体通信〔8〕频率使用效率更高〔9〕通信费用更加廉价1344G软件无线电

基于IP的核心网

1354G1364G软件无线电软件无线电的根本思想是将尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。1374G1384G1394G基于IP的核心网

4G系统的核心网是一个基于全IP的网络，能实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能与已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放结构，允许各种空中接口接入。核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入协议与核心网络协议、链路层是独立的。IP与多种无线接入协议兼容，因此在设计核心网络时有很大的灵活性，不需考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

1404G4G标准LTE

LTE-Advanced

1414G1424G1434G1444G1G-4G开展历程图1454G4G新型应用特点集成多种不同业务

高速度、高效劳质量

管理灵活性强1463.5.8Wi-Fi1473.5.8Wi-Fi综合访问管理效劳器1483.5.8Wi-FiWi-Fi连接点的网络组成和结构

1493.5.8Wi-Fi覆盖范围广传输速度非常快，能到达54mbps厂商进入门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点〞，并通过高速线路将互联网接入上述场所。Wi-Fi的优势

1503.5.8Wi-Fi1513.5.8Wi-FiWi-Fi与RFID的结合

152NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点〔Peer-to-Peer〕功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式提供了众多全新应用的开放接口平台。153NFC由RFID演化而来

NFC的工作频率为13.56MHz、ASK调变，传输速率为106/212/424kbps三种

NFC采用双向识别和连接，在10cm距离内工作于13.56MHz频率范围

NFC支持多种应用，包括移动支付、对等式通信及移动信息访问等

154NFC工作原理155NFC设备的根本架构子NFC被动通信模式NFC主动通信模式156NFC工作原理NFC是一种无源产品，其标签本身没有电源。为让NFC标签工作，通常由有源设备来让NFC线圈产生电流，方法是通过或其他设备中的线圈电流产生磁场，再感应到NFC线圈产生电流。因此，NFC只能在近距离使用，而不能长距离传输。信号接收装置的工作原理与主动式根本相同，只不过方向相反。一旦接收装置在有效距离内感应到了磁场信号，接收器就会产生相应电流并传输到对方设备中。相关电路都调到特定频率，以增加设备在特定频率下的敏感度。而伴随信号的传输将会形成相应的能量转移。NFC由几局部组成：NFC模拟前端〔NFCController与天线〕、平安控制单元和处理器。根据应用需求，它们可以是SIM卡、SD卡、SAM卡或其他芯片。157NFC工作原理158NFC涉及的标准159NFC特点

160NFC开展前景161日本恩智浦半导体〔NXPSemiconductors〕研制出了支持近距离无线通信规格“NFC〞〔NearFieldCommunication〕的汽车钥匙。目前的车钥匙大都具备以下功能：不插拔钥匙也能开闭车门的“智能进入〔SmartEntry〕〞功能，以及钥匙与车载设备之间进行加密数据通信、如不匹配那么不能起动发动机的“发动机停机防盗〔Immobilizer〕〞功能等。然而，在不开车时汽车钥匙只是随身携带，并无其他用途。通过使车钥匙支持NFC，可使其具有在使用电子货币的店铺结算、以及在PC及间进行数据通信的功能，使用范围将得到扩展。NFC的通信频带为13.56MHz，数据通信速度为最大424kbps，通信距离为最大10cm左右。其特点是：虽不适用于大容量通信，但可将数据加密后进行通信。1622021年中华电信身为台北国际花卉博览会提供的花博导览效劳主要有三种，包括52288语音导览、二维条形码〔QRCode〕导览以及近距离无线通讯〔NFC〕导览。QRCode导览，那么是透过具备QRCode辨识应用程序的照相，将镜头对准花卉解说牌上的QRCode，即可读取该种花卉的行动网页位址，点选该网址后，即可浏览花卉导览内容。1633.5.10蓝牙

1643.5.10蓝牙

1653.5.10蓝牙1663.5.10蓝牙全球可用

设备多样

易于使用

规格通用

不要求固定的根底设施，且易于安装和设置。只需拥有Bluetooth品牌产品，检查可用的配置文件，将其连至使用同一配置文件的另一Bluetooth设备即可。167蓝牙的应用场所

居家

工作

途中

娱乐

168居家

169工作

170途中

171娱乐

1723.5.10蓝牙

主蓝牙设备有输入端，匹配时，用户通过输入端输入随机的匹配密码来匹配两个设备。蓝牙、装有蓝牙模块的PC等都是主设备。如，蓝牙与蓝牙PC匹配时，用户可在蓝牙上任意输入一组数字，再在蓝牙PC上输入相同的一组数字，实现两设备间的匹配。

蓝牙设备一般不具备输入端。设备出厂时，在其蓝牙芯片中，固化一个4或6位数字的匹配密码。蓝牙耳机、UD数码笔都是从设备，如蓝牙PC与UD数码笔匹配时，用户将笔上的蓝牙匹配密码输入到蓝牙PC上，实现两者间的匹配。

1733.5.10蓝牙

主-主设备之间，主-从设备之间可匹配，但从设备间无法匹配。一个主设备可匹配一至多个从设备，如一个蓝牙可匹配7个蓝牙设备；而一台蓝牙PC可匹配十多个蓝牙设备。同一时间，蓝牙设备间只支持点对点通信。1743.5.11ZigBee

1753.5.11ZigBee

1763.5.11ZigBee

ZigBee是一个由可多达65000个无线数据传输模块组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内，每个网络模块间可以相互通信。由于采用较低的传输率和容量更小的单元，且ZigBee模块在未使用时呈休眠状，能总体降低功耗。

1773.5.11ZigBee

ZigBee组网方式类似于移动通信GSM网或CDMA网，其数据传输模块类似于移动网络基站，在网络内，它们间相互通信；ZigBee网络还可以与其他网络连接。ZigBee网络节点〔FFD〕不仅本身可以与监控对象，例如传感器连接进行数据采集和监控，还可以中转别的网络节点传过来的数据资料。此外，ZigBee网络节点〔FFD〕还可在自己信号覆盖范围内，与多个不承担网络信息中转任务的孤立子节点〔RFD〕无线连接。Zigbee架构1783.5.11ZigBee

ZigBee读写器是短距离、多点、多跳无线通信产品，能简单、快速地为串口终端设备增加无线通信能力，最高识别速度可达200km／h，可同时识别200张标签，具有性能稳定、工作可靠、信号传输能力强、使用寿命长等优势。

Zigbee读写设备1793.5.11ZigBee

自组织网络可举例说明：当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee模块终端，只要他们彼此在模块的通信范围内，通过模块间彼此自动寻找与识别，很快就可形成一个互联互通的ZigBee网络。随着伞兵队的移动，队员间的联络还会变化。因而，模块间还可通过重新搜索通信对象，重建彼此间的联络，刷新原有网络并保持其通信，这就是自组织网络。ZigBee的自组织网络通信方式通信正常进行的保障1803.5.11ZigBee

动态路由指网络中数据传输路径并非预先设定，而是传输数据前，通过对网络当时可用的所有路径进行搜索，分析它们间的位置及远近，再选择其中一条路径进行数据传输。在网络管理软件中，路径选择使用“梯度法〞，即先选择路径最近的一条传输，如不通，再选用另外一条稍远点的通路，以此类推，直到数据送达目的地。在工业现场，预定传输路径随时可能变化，或因各种原因路径中断，或因繁忙不能及时传送等，动态路由结合网状拓扑结构，可以很好地解决这个问题，保证数据的可靠传输。自组织网络的动态路由方式

1813.5.11ZigBee

Zigbee协议栈架构(P81)

1823.5.11ZigBee〔1〕全功能设备〔2〕精简功能设备Zigbee网络支持的两种物理设备〔1〕Zigbee协调点〔Coordinator〕〔2〕路由节点〔Router〕〔3〕终端节点〔EndDevice〕Zigbee标准的三种节点1833.5.11ZigBee三种网络拓扑形式1843.5.11ZigBee星形网络星形网最简单，由协调器和一系列的FFD／RFD构成，节点间的数据传输都要通过协调器转发。节点间的数据路由只有唯一路径，没有可选路径，假设链路中断，那么中断节点间的通信也将中断，故协调器可能成为全网瓶颈。1853.5.11ZigBee树形网络树形网中，FFD可包含子节点，而RFD只能作为FFD的子节点。树形网中，每个节点都只能和父、子节点通信，即当从一个节点向另一节点发送数据时，信息将沿树径向上传递到最近的协调器节点，再向下传递到目标节点。这种拓扑结构的缺点就是信息只有唯一的路由通道，信息路由完成由网络层处理，对应用层是全透明的。

1863.5.11ZigBee网状〔Mesh〕网络网状网除允许父子节点间的通信，也允许通信范围内具有路由能力的非父子关系的相邻节点进行通信。与树形网不同，网状网是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，路由可自动建立与维护，并具有强大的自组织、自愈功能。网络可通过“多级跳〞方式通信，可以组成复杂网络，具有很大的路由深度和节点规模。该拓扑结构的优点是减少了消息延时，增强了网络可靠性，缺点是需要更多的存储空间。1873.5.11ZigBee

只有协调点才可建立新网络。当建新网络时，首先扫描寻找网络中的空闲信道，如找到了适宜信道，协调点会为新网络选择一个唯一的PAN标识符。选定了PAN标识符，就意味着建立了网络。此后，如果另一个协调点扫描该信道，该协调点就会响应并声明它的存在。另外，该协调点还会为自己选择一个16b的网络地址。1883.5.11ZigBee

ZigBee网络中传输的数据可分3类。〔1〕周期性数据。如传感器网传输的数据，此类数据的传输速率由不同的应用确定。〔2〕间歇性数据。如电灯开关数据，此类数据的传输速率按应用或由外部鼓励确定。〔3〕反复性的、反响时间低的数据。例如无线鼠标传输的数据，此类数据的传输速率是根据时隙分配而确定的。Zigbee传输数据1893.5.11ZigBee其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低本钱。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。190短时延高容量高平安免执照频段Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理假设干子节点,最多可组成65000个节点的大网。Zigbee提供了三级平安模式,包括无平安设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其平安属性。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段,2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。

191Zigbee的应用前景

家庭和楼宇网络

:温度控制

工业控制

:自动化控制

商业:智慧型标签

公共场所

:烟雾探测器

农业控制

:收集土壤信息

医疗

:家庭跟踪监测

192Zigbee的应用在医院中，以前找病人需要花费大量的时间，而查看病人的病历史等医疗信息那么需要在一堆资料中寻找。现在，被监护的病人拥有自己的智慧标签〔即腕带〕，每个人都在管理系统中输入姓名、病史、服用过的药物等信息，通过视觉化的定位系统，可以随时进行定位和查看。中国创羿公司开发的Zigbee病人定位系统，使得通过医院的监控电脑和医生的PDA，即可掌握病人的物理位置，从而实现了对病人的24小时监护。193194红外系统按工作原理分为主动式和被动式。主动式系统自带红外光源照射目标；被动式系统那么探测目标的红外辐射，可制造如热成像系统、搜索跟踪系统、红外辐射计和警报系统等。按信息提供方式，可分为成像和点源系统。按工作方式，还可分为扫描和非扫描系统，扫描系统又分为光机扫描和电子扫描系统等。195系统由红外光学系统、红外探测器、信号放大和处理、显示记录系统等组成，功能如下。1红外光学系统——将目标的红外辐射集聚到红外探测器上，并以光谱和空间滤波方式抑制背景干扰。2红外探测器——一般有光探测器、热释电探测器、热敏探测器、电荷耦合器件和红外电真空器件等。3信号放大和处理——置于探测器前的光学调制器，对目标辐射进行调制编码，从背景中提取目标信号或空间位置信息。前置放大器将探测器输出的微弱信号进行初级放大，并提供给探测器。信号处理系统将前置放大器输出的信号进一步放大和处理，提取控制装置或显示记录设备所需的信息。4显示记录系统——信号经放大和处理后，发送给控制和跟踪执行机构或送往显示记录装置。196红外通信标准协议示意图1973.5.13UWBUWB产生的历史背景1983.5.13UWB什么是UWB？199UWB的特点①

抗干扰性能强。

②

带宽极宽。

③

消耗电能小。

④

保密性好。

⑤

发送功率极小。

⑥

穿透力较高。

UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。

UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。

UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。200UWB的局限性①UWB对其它无线系统的干扰②UWB受其它无线系统的干扰③其它方面的局限性a.由于脉冲持续时间短，要检测接收脉冲就需精确定时。b.UWB用窄脉冲〔高信号/符号率〕获取两个可变量：带宽和信噪〔S/N〕。201202UWB的应用

精确定位

UWB的一个重要应用是精确定位，如三维地理定位。该系统由无线UWB塔标和无线UWB移动漫游器组成，通过漫游器和塔标间的包突发传送完成航程时间测量，再经往返〔或循环〕时间测量值的比照分析，得到目标的精确定位。系统使用2.5ns的UWB脉冲信号，峰值功率为4W，工频范围为1.3～1.7GHz，相对带宽为27%，符合FCC对UWB信号的定义。如果使用小型全向垂直极化天线或小型圆极化天线，其视距通信可超过2km。在建筑物内部，由于墙壁和障碍物对信号的衰减作用，系统通信距离约100m以内。203UWB的应用

家庭数字娱乐中心

204UWB的开展前景205UWB的应用

家庭数字娱乐中心

206207无线网络标准与协议2083.5.12无线网络标准与协议2093.5.15无线网络标准与协议1〕802.112〕802.11a3〕802.11b4〕802.11g5〕802.11n210802.11802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能到达2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11a和802.11b两个标准，后者已经成为目前的主流标准，而前者也被很多厂商看好。211802.11a802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5.2GHz，使用52个正交频分多路复用副载波，最大原始数据传输速率为54Mb/s，这到达了现实网络中等吞吐量〔20Mb/s〕的要求。由于2.4GHz频带已经被普遍使用，采用5.2GHz的频带让802.11a具有更少冲突。然而，高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用。212802.11b213802.11g802.11g其实是一种混合标准，它既能适应802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒

11Mbit/s数据传输率，也符合802.11a标准在5.2GHz频率下提供

54Mbit/s数据传输率。

802.11g存在的第一个必要性是：用户需要一种低价格、高速率的产品，802.11g标准就能够满足这一需求。

802.11g存在的第二个必要性是：满足无线网络升级需求。

214802.11n为实现高带宽、高质量的WLAN效劳，使无线局域网到达以太网的性能水平，802.11n就应运而生。802.11n作为新一代的Wi-Fi标准可提供更高的连接速度，其理论传输速度高达500Mbps。802.11n将WLAN传输速率提升到目前传输速率的10倍，而且可以支持高质量的语音、视频传输，这意味着人们能在写字楼中用Wi-Fi来拨打IP和可视。215802.11n216802.11p又称车载无线接入WAVE〔WirelessAccessintheVehicularEnvironment〕标准，用于短距离通讯〔DedicatedShortRangeCommunications，DSRC〕，是车联网的根底。该标准由美国交通部依据车辆通讯网，特别是电子道路收费系统、车辆平安效劳与车上商务交易系统等应用开展的中长距离继续传播空间接口〔ContinuousAirinterfaces-LongandMediumRange，CALM〕系统规划提出的。目标是建立实现车辆与路边无线收发器或其他车辆间通信的网络。2173.5.16其他重要标准1〕802.15.42〕802.163〕802.202183.5.16其他重要标准

随着人们对自身几米范围内通信需求的迅速开展，出现了个人局域网络〔PersonalAreaNetwork，PAN〕和无线个人局域网络〔WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN〕。WPAN为近域设备建立无线连接，将几米范围内的多个设备以无线方式连接，相互通信并接入LAN或Internet。IEEE802.15致力于WPAN物理层〔PHY〕和媒体访问层〔MAC〕的标准化，为个人操作空间〔PersonalOperatingSpace，POS〕内通信的无线设备提供通信标准。POS范围指用户附近10米左右的空间，该范围内的用户可以是固定或移动的。2193.5.16其他重要标准IEEE802.16

IEEE

802.16

标准主要支持宽带无线城域网〔MAN〕WiMAX，作用是在用户站点和主干网之间建立通信路径，提供用户设备与基站收发机之间的无线接口。IEEE有3个任务组〔TG〕制定相关标准：TG1：研制点对多点的宽带无线访问系统标准，频带范围为10GHz-66GHz，标准包含介质访问控制〔MAC〕和物理层

〔PHY〕。TG2：制定宽带无线接入系统共存方面的标准。TG3：对许可和未许可波段〔2GHz~11GHz〕应用制定无线接口标准。2203.5.16其他重要标准IEEE802.20

802.20指移动宽带无线接入〔MobileBroadbandWirelessAccess，MBWA〕，它提供基于IP的全移动网络，以满足高速移动数据接入之需。目标是在列车行驶中〔时速达250km/h〕能提供高达1Mbit/s的接入速率，并能持续在线。提供包括浏览网页、E-mail、文件上传和下载、流媒体、IP多播、远程信息处理、定位效劳、VPN连接、即时通信和多人在线游戏，以及VoIP话音效劳等。2213.5.16其他重要标准IEEE802.20

预期目标222223什么是识别？

思考：什么是自动识别？

生活中有哪些自动识别？

224back225自动识别包括：生物识别〔虹膜、语音、指纹、静脉〕图像识别〔电子眼〕光学OCR识别〔印刷体识别〕射频识别〔物流、门禁系统〕条码识别〔一维条码、二维条码〕226自动识别包括：生物识别〔虹膜、语音、指纹、静脉〕图像识别〔电子眼〕光学OCR识别〔印刷体识别〕射频识别〔物流、门禁系统〕条码识别〔一维条码、二维条码〕227自动识别包括：生物识别〔虹膜、语音、指纹、静脉〕图像识别〔电子眼〕光学OCR识别〔印刷体识别〕射频识别〔物流、门禁系统〕条码识别〔一维条码、二维条码〕228自动识别包括：生物识别〔虹膜、语音、指纹、静脉〕图像识别〔电子眼〕光学OCR识别〔印刷体识别〕射频识别〔物流、门禁系统〕条码识别〔一维条码、二维条码〕229自动识别系统模型自动识别装置中间件或接口应用软件系统自动识别装置完成数据的采集和存储工作中间件或者接口提供自动识别装置和应用软件系统之间的通讯接口，包括数据格式，将自动识别系统采集的数据转换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行传递应用系统软件对自动识别装置所采集的数据进行处理230条形码由一组规那么排列的条和空、相应的数字组成，“条〞指光线反射率较低的局部，“空〞指光线反射率较高的局部，这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，而且很容易译成二进制数和十进制数。条形码的组成码制

这些条和空可以有各种不同的组合方法，构成不同的图形符号，即各种符号体系，也称码制。231〔1〕静区即空白区，指条形码符号左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域，它能使阅读器进入准备阅读的状态，当两个条形码符号相距距离较近或条形码符号与包装上其它字符或图形符号相距较近时，静区那么有助于对它们加以区分，静区的宽度通常应不小于6mm〔或10倍模块宽度〕；〔2〕起始/终止符指位于条形码符号开始和结束的假设干条与空，标志条形码符号的开始和结束，同时提供了码制识别信息和阅读方向的信息。〔3〕数据符，位于条形码符号中间的条、空结构，它包含条形码所表达的特定信息。条形码的符号结构232图3-11表示“1A〞的39条形码符号例如233234条形码的作用条形码中，“条〞指光线反射率较低的局部，“空〞指光线反射率较高的局部，这些条和空组成的数据表达一定的信息，并能用特定的设备识读，转换成供计算机处理的二进制和十进制信息。当条形码表示的数据传到计算机时，由应用程序对数据进行操作和处理。普通的一维条形码在使用过程中仅作为识别信息，其作用是通过计算机系统的数据库提取相应的信息而实现进一步的处理。235条形码识别系统由条形码扫描器〔阅读器〕、放大整形电路、译码接口电路和计算机系统等局部组成。

条形码识读原理图236条形码识读信号的转换与整形

237光笔条形码阅读器CCD条形码阅读器激光条形码阅读器238光笔阅读器使用时，操作者需将光笔接触到条形码外表，通过光笔的镜头发出一个很小的光点，从左到右划过条形码进行识读。在“空〞局部，光线被反射，“条〞的局部，光线将被吸收，在光笔内部产生一个变化电压，放大、整形后用于译码。239光笔阅读器光笔的优点主要是：与条形码接触阅读，能够明确哪一个是被阅读的条形码；阅读条形码的长度可以不受限制；与其它的阅读器相比本钱较低；内部没有移动部件，较巩固、体积小，重量轻。240光笔阅读器缺点：受各种限制，如不能接触阅读、只有在平坦外表上阅读指定密度的、打印质量好的条形码；操作者需经过一定的训练，如阅读速度、阅读角度、以及使用的压力不当都会影响它的阅读性能。由于采用接触阅读，当条形码因保存不当而产生损坏，或有保护膜时都不能使用；光笔的首读成功率低及误码率较高。241CCD阅读器

CCD为电子耦合器件〔Chargcoupledevice〕，适合近距离阅读。CCD阅读器使用一个或多个LED，发出的光线能够覆盖整个条形码，如下图。条形码图像被传到一排光探测器上，被每个单独的光电二极管采样，由继续的探测器探测结果为“黑〞或“白〞区分条或空单元，从而确定条形码的字符，并转换成可以译码的电信号。242CCD阅读器243CCD阅读器优点：与激光阅读器相比，CCD阅读器的价格较廉价，而且同样阅读条形码的密度广泛，容易使用。重量比激光阅读器轻，且不象光笔一样只能接触阅读。244CCD阅读器245激光阅读器

246激光阅读器

原理：通过一个激光二极管发出一束光线，照射到一个旋转的棱镜或来回摆动的镜子上，反射后的光线穿过阅读窗照射到条形码外表，光线经过条或空的反射后返回阅读器，由镜子进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成电信号，该信号将通过扫描器或终端上的译码软件进行译码。247激光阅读器有手持与固定式：手持激光枪连接方便简单、使用灵活，固定式激光扫描仪适用于阅读量较大、条形码较小的场合，有效解放双手工作。

248激光阅读器优点：非接触识读，在距离超过30cm时激光阅读器是唯一选择；可阅读不规那么的条形码或透过玻璃或透明胶纸阅读，不会损坏条形码标签；识读器同时发出多条激光束，并有先进的阅读及解码系统，首读识别成功率高、识别速度比光笔及CCD更快，且对印刷质量不好或模糊的条形码识别效果好；误码率极低〔仅约为1/300万〕，防震防摔性能好。缺点：价格相对较高，但从购置与使用费用的总和计算，与CCD阅读器并无太大区别。249二维条形码

由于一维条形码的信息容量很小，如通用商品条形码仅能容纳13位数，更多业务信息依赖后台库，因而一维码的应用范围受到了一定的限制。因此，人们希望有新型条形码，具有信息容量大、可靠性高、保密防伪性强、易于制作、本钱低等优点。需求背景250二维条形码一维条形码是在一个方向〔一般是水平方向〕表达信息，垂直方向不表达信息；如在水平和垂直方向皆能存储信息的条形码，就称为二维条形码〔2-dimensionalbarcode〕，简称二维码。一维条码和二维条码比较251二维条形码二维条形码利用特定的几何图形按一定的码制以黑白相间的图形记录数据，在代码编制上巧妙地利用“0〞、“1〞比特流，使用假设干个与二进制对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备识读以获取信息。二维码能在横向和纵向两个方位同时的信息。252二维条形码的应用近日越来越多的时尚白领人士使用带有二维码图案的名片。印有二维码的名片能够在短短的几秒种内让对方通过摄像头和二维码识读软件迅速存进通讯录地址簿中，在给对方节省录入时间，这种便捷的录入方式为对方带来了更大的方便。253二维条形码的应用254二维条形码的应用

荷兰的BatePapo为BlackBerryMessenger5.0的BlackBerry用户设计了一款T恤，可将用户的BlackBerryPIN二维码印在T恤上，方便其他人用BBM来进行扫描并加为好友。255二维条形码的应用英国在2021年推出二维码登机牌，乘客不需拿机票和登机牌，只需要翻开，调出登机牌的二维条码在扫描器上晃一下，就可登机。国际航联的发言人Leopold表示：“无论是打印出来的二维码还是屏幕上的二维码登机牌，都将会取代磁条登机牌。〞英国航空和维珍航空都认为，条码登机牌是一个非常有前景的登机凭证，将替代用了很多年的磁条登机牌。256二维条形码的码制线性堆叠式二维码

矩阵式二维码

邮政码

257线性堆叠式二维码PDF417码例如258矩阵式二维码QR码例如“点〞表示二进制1；“空〞表示二进制0，由点和空组成代码259邮政码

通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如：Postnet、BPO4-State。DM码例如260美国——PDF417码

日本——QRcode码韩国----DM码中国——GM和CM261主流二维码应用DM码韩国的DM码用户已突破了千万，也被证明是成功的模式。韩国的铃声下载和游戏已成最热门DM读码效劳，许多游戏厂商和内容提供商，每天都会在报纸上刊出不同效劳的二维条形码，让消费者更快去找到使用的内容。262QR码QR

码是由丰田汽车旗下一家叫Denso

Wave〔Denso应是「转送」的意思〕的子公司所开发及拥有专利权，原本是用来管理汽车零件。为了使QR

码得以在全球广泛应用〔不限於日本〕，Denso

Wave没有行使专利权，且将规格公开。QR码在1994年创造，在1997年成为Automobile

International的标准，2000年成为ISO的标准。其商业模式，是通过销售QR码的读取器和程序来获取利润，故越多人用越好，就如浏览器免费供下载一样。263QR码的优点

寻像方便

数据密度大

可靠性高

可识读性强

适用性强

高速识读性

能表示中文汉字、日本汉字与假名

可以放下7,089个数字、4,296个英数、2,953个位元组〔byte〕的二进位数据及1,817个日文汉字！具有修正功能，就算二维码上有污迹，甚至有残缺，只要破损局部的面积不大〔7%到30%〕，都可以读取到原来的数据。

具有数据核对功能，可确保读取数据的正确性。

没有方向性，故此可以远距离360°读取。

264QR码字符

①数字〔数字0～9〕；②字母型数据〔字母A～Z，9个其他字符：space，$,%,*,+,-,.,/,：〕；③8位字节型数据；④日本汉字字符；⑤中国汉字字符〔GB2312对应的汉字和非汉字字符〕。265QR码的应用

在汽车零部件制造行业，收、发货单均用QR码编写，包含了客户资料、发运商、货物编码、数量及其他相关信息。这些数据可用于订单处理和产品跟踪。266QR码的应用

在电子设备厂，QR码标识在PCB板上。QR码中包含了生产日期、产品编号、系列号和其他相关数据。这些数据可用于过程控制和自动化生产设置。267QR码的应用268QR码的应用

在服装产品的运单上有一个QR码，它包含了目的地、产品编号、颜色、尺寸等相关信息。这些数据被用于运输控制。269QR码的应用

产品名称、产品编号、眼镜度数、屈光度等相关信息被编入QR码。该码只有8平方毫米，印在隐形眼镜的包装盒上，用于销售管理。270QR码的应用

一个包含产品编号的8平方毫米的QR码标签，被贴在眼镜上。用于销售管理。271智能卡〔SmartCard〕：内嵌微芯片的塑料卡的通称。一些智能卡包含一个RFID芯片，所以它们不需要与读写器的任何物理接触就能够识别持卡人。272

智能卡的核心是IC芯片以及相关的数据读写与通信设备。智能卡结构典型智能卡封装管脚、智能卡硬件结构273智能卡结构智能卡封装管脚图智能卡读写器原理图274智能卡应用系统管理层接口层应用层由效劳器、PC等组成主机系统，在后台系统控制下，负责对整个系统实施监视、控制和系统维护〔如发卡、身份认证、充值、数据处理和挂失/失效登录等〕。由读写设备〔接口设备、应用设备〕和通信网络构成，负责智能卡和主机系统间的信息传输，包括卡的读写、电源供给和与主机系统的通