物联网概论 课件 第3-5章 自动识别技术、嵌入式系统、通信技术

《物联网概论（第3版）》第3章自动识别技术第3章自动识别技术3.1自动识别技术概述3.2条码识别3.3二维码识别3.4RFID第3章自动识别技术（续）3.5NFC3.6其他自动识别技术3.7自动识别应用系统的开发3.1自动识别技术概述3.1.1自动识别技术的分类3.1.2自动识别系统的构成自动识别技术的定义一种机器自动数据采集技术接近活动获取物品信息数据处理系统《物联网概论》-韩毅刚5自动识别技术标准组织国际自动识别制造商协会AssociationforAutomaticIdentificationandMobilityAIMGlobal中国自动识别技术协会AIMChina《物联网概论》-韩毅刚63.1.1自动识别技术的分类数据采集技术特征提取技术《物联网概论》-韩毅刚7数据采集技术光存储条码、OCR磁存储磁条电存储IC卡《物联网概论》-韩毅刚8特征提取技术动态特征语音属性特征化学感觉特征《物联网概论》-韩毅刚93.1.2自动识别系统的构成一般模型复杂模型《物联网概论》-韩毅刚10一般模型一般自动识别系统模型《物联网概论》-韩毅刚11复杂模型图形图像类信息的自动识别系统模型《物联网概论》-韩毅刚12图形图像类自动识别系统数据采集单元信息处理单元特征提取单元分类决策单元《物联网概论》-韩毅刚133.2条码识别3.2.1条码的构成和种类3.2.2条码阅读器14《物联网概论》-韩毅刚3.2.1条码的构成和种类

构成种类《物联网概论》-韩毅刚15条码的构成《物联网概论》-韩毅刚16条码的分类连续型条码和非连续型条码定长条码和非定长条码双向条码和单向条码《物联网概论》-韩毅刚17条码的码制种类25码

39码EAN码UPC

码ISBNUCC/EAN-128码《物联网概论》-韩毅刚1825码《物联网概论》-韩毅刚1939码《物联网概论》-韩毅刚20UPC条码UniversalProductCodeUPC-A码《物联网概论》-韩毅刚21UPC条码UPC-E码《物联网概论》-韩毅刚22EAN条码UPC超集EAN-13码《物联网概论》-韩毅刚23EAN条码UPC超集EAN-8码《物联网概论》-韩毅刚24ISBN国际标准书号InternationalStandardBookNumber《物联网概论》-韩毅刚25UCC/EAN-128码连续型、非定长《物联网概论》-韩毅刚263.2.2条码阅读器扫描译码《物联网概论》-韩毅刚27条码阅读器系统工作原理扫描译码《物联网概论》-韩毅刚28条码阅读器系统组成光源接收装置光电转换部件解码器计算机接口《物联网概论》-韩毅刚29条码阅读器分类线性CCD线性图像式阅读器带光栅的激光阅读器图像式阅读器《物联网概论》-韩毅刚30条码阅读器产品光笔阅读器CCD阅读器激光阅读器《物联网概论》-韩毅刚31条码的应用商业销售点终端PointofSalesPOS，即收款机物流中心配送中心大型商业城连锁店家庭商店《物联网概论》-韩毅刚323.3二维码识别3.3.1二维码的特点和分类3.3.2二维码的符号结构3.3.3二维码的编码过程33《物联网概论》-韩毅刚2.3.1二维码的特点和分类二维码研究现状二维码的基本特点二维码的分类《物联网概论》-韩毅刚34二维码研究现状国际自动识别制造商协会（AIM）美国标准化协会（ANSI）ISO/IEC中国物品编码中心《物联网概论》-韩毅刚35二维码的基本特点信息容量大密度高抗磨损字节数据《物联网概论》-韩毅刚36

二维码的分类行排式矩阵式邮政码彩码复合码《物联网概论》-韩毅刚37PDF417码行排式二维条码PortableDataFile4个条和4个空共17个模块《物联网概论》-韩毅刚38QR码的特点超高速识读全方位识读高效表示汉字《物联网概论》-韩毅刚39汉信码矩阵式二维条码深色模块表示二进制1浅色模块表示二进制0《物联网概论》-韩毅刚40汉信码实例《物联网概论》-韩毅刚41彩码《物联网概论》-韩毅刚42

邮政码不同高度的条把一维条码变为二维条码《物联网概论》-韩毅刚43复合码各种条码类型的组合《物联网概论》-韩毅刚443.3.2二维码的符号结构编码区域功能图形《物联网概论》-韩毅刚45

符号结构《物联网概论》-韩毅刚46QR码符号版本QR码符号共有40种版本《物联网概论》-韩毅刚47

QR码的结构链接《物联网概论》-韩毅刚48PDF417码结构《物联网概论》-韩毅刚49汉信码的寻像图形《物联网概论》-韩毅刚503.3.3二维码的编码过程数据分析数据编码纠错构造最终信息在矩阵中布置模块掩模添加格式信息和版本信息《物联网概论》-韩毅刚51二维码数据处理后台计算机应用管理程序数据库系统本地网络《物联网概论》-韩毅刚52二维码数据处理流程手机作为条码阅读器主读被读《物联网概论》-韩毅刚533.4RFID3.4.1RFID的分类3.4.2RFID系统的构成3.4.3电子标签的结构 3.4.4读写器的结构54《物联网概论》-韩毅刚3.4RFID（续）3.4.5RFID系统的能量传输3.4.6RFID系统的数据传输3.4.7RFID系统的防碰撞机制55《物联网概论》-韩毅刚3.4.1RFID的分类1.按可编程划分2.按工作频率划分3.按距离划分《物联网概论》-韩毅刚561.按可编程划分只读型读写型《物联网概论》-韩毅刚572.按工作频率划分低频系统高频系统超高频系统微波系统《物联网概论》-韩毅刚583.按距离划分密耦合遥耦合远距离《物联网概论》-韩毅刚593.4.2RFID系统的构成1.电子标签2.RFID读写器3.应用系统4.RFID系统中间件《物联网概论》-韩毅刚60RFID系统组成电子标签读写器中间件应用系统《物联网概论》-韩毅刚61RFID系统构成框图《物联网概论》-韩毅刚621.电子标签电子标签信息电子标签原理电子标签分类《物联网概论》-韩毅刚63电子标签实物卡状、环状、钮扣状、笔状《物联网概论》-韩毅刚64电子标签信息全球唯一标识符UID标签的生产信息用户数据《物联网概论》-韩毅刚65电子标签原理集成电路电子标签物理效应电子标签《物联网概论》-韩毅刚66电子标签分类按供电方式工作方式存储器不同《物联网概论》-韩毅刚67按供电方式无源标签有源标签《物联网概论》-韩毅刚68工作方式分类主动式被动式半被动式电子标签《物联网概论》-韩毅刚69按存储器分类只读标签可读写标签《物联网概论》-韩毅刚702.读写器阅读器编程器《物联网概论》-韩毅刚71常见的几种读写器产品《物联网概论》-韩毅刚723.应用系统数据信息的存储数据信息的管理电子标签的读写控制《物联网概论》-韩毅刚73应用系统组成硬件软件《物联网概论》-韩毅刚744.RFID系统中间件RFID中间件的组成RFID中间件的发展《物联网概论》-韩毅刚75RFID中间件的组成3个组件组成读写器适配器事件管理器应用程序接口《物联网概论》-韩毅刚76RFID中间件的发展3个发展阶段。第一阶段是应用程序中间件发展阶段第二阶段是架构中间件发展阶段第三阶段是解决方案中间件发展阶段《物联网概论》-韩毅刚773.4.3电子标签的结构1．以集成电路为基础的电子标签2．利用物理效应的电子标签。《物联网概论》-韩毅刚78集成电路电子标签《物联网概论》-韩毅刚79集成电路电子标签组成天线高频接口地址和安全逻辑存储单元《物联网概论》-韩毅刚80声表面波电子标签结构声表面波SurfaceAcousticWaveSAW《物联网概论》-韩毅刚81无源电子标签电路图电感耦合《物联网概论》-韩毅刚823.4.4读写器的结构组成结构《物联网概论》-韩毅刚83读写器内部实物图ML-M300RFID读写器内部包含的全向读写器模块。《物联网概论》-韩毅刚84阅读器单纯实现无接触读取电子标签信息的设备功能一是发送和接收功能二是与标签和分离的单个物品进行通信三是连接主机网络《物联网概论》-韩毅刚85阅读器组成高频模块控制单元存储器通信接口天线电源《物联网概论》-韩毅刚86阅读器组成示意图组成结构《物联网概论》-韩毅刚87

编程器向电子标签写入数据的设备写入方式两种类型。采用有线接触方式写入用户通过专用设备以无接触方式写入《物联网概论》-韩毅刚883.4.5RFID系统的能量传输1.电感耦合2.电磁反向散射耦合《物联网概论》-韩毅刚891.电感耦合芯片天线大面积线圈构成，《物联网概论》-韩毅刚90

2.电磁反向散射耦合反射回发射天线远距离射频识别系统《物联网概论》-韩毅刚913.4.6RFID系统的数据传输电子标签与读写器之间的数据传输读写器与计算机之间的数据传输《物联网概论》-韩毅刚92工作方式主动式被动式半被动式《物联网概论》-韩毅刚933.4.7RFID系统的防碰撞机制

空分多址法频分多址法时分多址法《物联网概论》-韩毅刚94空分多址法按空间区域进行划分读写器和天线的作用距离相控阵天线天线的方向《物联网概论》-韩毅刚95

频分多址法不同载波频率副载波《物联网概论》-韩毅刚96

时分多址法标签控制法ALOHA算法读写器控制法轮询算法二分搜索算法《物联网概论》-韩毅刚973.5NFC3.5.1NFC的技术特点3.5.2NFC系统工作原理98《物联网概论》-韩毅刚NFC近场通信NearFieldCommunication感应场近场辐射场远场《物联网概论》-韩毅刚993.5.1NFC的技术特点一块芯片NFC传输范围比RFID小应用方向不同。《物联网概论》-韩毅刚100NFC的技术指标通信频带为13.56MHz通信距离最大10cm左右数据传输速率为106kbit/s、212kbit/s和424kbit/s《物联网概论》-韩毅刚1013.5.2NFC系统工作原理1.NFC系统的组成2.NFC的使用模式3.NFC的工作模式《物联网概论》-韩毅刚1021.NFC系统的组成NFC模拟前端安全单元《物联网概论》-韩毅刚103基于SWP的NFC方案单线协议SingleWireProtocolSWP《物联网概论》-韩毅刚104

2.NFC的使用模式卡模式读写模式点对点模式P2P模式《物联网概论》-韩毅刚105

3.NFC的工作模式主动工作模式被动工作模式《物联网概论》-韩毅刚106主动通信模式《物联网概论》-韩毅刚107被动通信模式《物联网概论》-韩毅刚108NFC手机应用手机支付《物联网概论》-韩毅刚1093.6其他自动识别技术3.6.1卡识别3.6.2语音识别3.6.3光学字符识别3.6.4生物识别110《物联网概论》-韩毅刚3.6.1卡识别1.磁卡识别技术2.IC卡识别技术《物联网概论》-韩毅刚1111.磁卡识别技术磁条型全涂磁型《物联网概论》-韩毅刚1122.IC卡识别技术集成电路芯片存储器卡逻辑加密卡CPU卡读写方法IC卡有接触型IC卡非接触型IC卡《物联网概论》-韩毅刚1133.6.2语音识别

1.语音识别的分类2.语音识别原理《物联网概论》-韩毅刚1141.语音识别的分类从识别单位分从说话者与识别系统按照词汇量大小按识别的方法分《物联网概论》-韩毅刚115从识别单位分孤立词语音识别系统连接词语音识别系统连续语音识别系统《物联网概论》-韩毅刚116从说话者与识别系统分特定人语音识别系统非特定人语音系统多人的识别系统《物联网概论》-韩毅刚117按照词汇量大小分为小词汇量语音识别系统中词汇量语音识别系统大词汇量语音识别系统《物联网概论》-韩毅刚118按识别的方法分基于模板匹配的方法基于隐马尔可夫模型的方法利用人工神经网络的方法《物联网概论》-韩毅刚1192.语音识别原理两个阶段训练识别实现过程预处理特征参数提取模型训练模式匹配《物联网概论》-韩毅刚120语音识别的原理《物联网概论》-韩毅刚121语音识别应用命令控制和识别文字语音录入系统无人值守电话识别与翻译机《物联网概论》-韩毅刚1223.6.3光学字符识别

OCR系统工作原理OCR的发展和应用《物联网概论》-韩毅刚123OCR概念OCR光学字符识别OpticalCharacterRecognition将图像信息转换为计算机文字《物联网概论》-韩毅刚124OCR系统的识别过程图像输入图像预处理特征提取比对识别人工校正结果输出《物联网概论》-韩毅刚125OCR应用零售价格识读单数据输入单证识读支票识读车牌号码识别《物联网概论》-韩毅刚1263.6.4生物识别

1.指纹识别2.虹膜识别3.其他生物识别技术《物联网概论》-韩毅刚127生物识别身体特征行为特征《物联网概论》-韩毅刚1281.指纹识别指纹图像采集指纹图像处理特征提取特征匹配《物联网概论》-韩毅刚1292.虹膜识别虹膜图像采集虹膜图像预处理特征提取模式匹配《物联网概论》-韩毅刚1303.其他生物识别技术掌形识别人脸识别声音识别签名识别《物联网概论》-韩毅刚1313.7自动识别应用系统的开发3.7.1二维码识别系统的开发3.7.2RFID应用系统的开发3.7.3声纹识别系统的开发132《物联网概论》-韩毅刚总结条码二维码RFIDNFC语音识别OCR3.7.1二维码识别系统的开发1.二维码的生成2.二维码的识别《物联网概论》-韩毅刚1343.7.2RFID应用系统的开发1.门禁系统的构成2.门禁系统的实现《物联网概论》-韩毅刚135开发板实物《物联网概论》-韩毅刚1363.7.3声纹识别系统的开发1.声纹识别系统的框架和匹配方法2.语音库的建立与系统仿真《物联网概论》-韩毅刚137声纹识别逻辑框图《物联网概论》-韩毅刚138《物联网概论（第3版）》第4章嵌入式系统第4章嵌入式系统4.1嵌入式系统的概念和发展4.2嵌入式系统的结构4.3嵌入式处理器的分类4.4嵌入式操作系统4.5嵌入式系统的开发4.1嵌入式系统的概念和发展4.1.1嵌入式系统的定义4.1.2嵌入式系统的特点4.1.3嵌入式系统的发展阶段4.1.4物联网阶段下的嵌入式系统4.1.5嵌入式系统的发展趋势4.1.1嵌入式系统的定义EmbeddedSystem嵌入到对象体系中的专用计算机系统《物联网概论》-韩毅刚142嵌入式系统实例智能手机电视机机顶盒微波炉路由器水下机器人传感器节点RFID读写器《物联网概论》-韩毅刚1434.1.2嵌入式系统的特点1.嵌入式系统的工业特点2.嵌入式系统的应用特点3.嵌入式系统的软件特点《物联网概论》-韩毅刚144嵌入式系统的基本特点嵌入性专用性处理器《物联网概论》-韩毅刚1454.1.3嵌入式系统的发展阶段硬件部分以控制器为核心软件部分嵌入式操作系统为主《物联网概论》-韩毅刚146嵌入式系统4阶段第一阶段无操作系统的嵌入算法阶段第二阶段以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心第三阶段通用的嵌入式实时操作系统第四阶段基于Internet《物联网概论》-韩毅刚1474.1.4物联网阶段下的嵌入式系统分布式数据处理体系共享互联端到端服务质量能力《物联网概论》-韩毅刚1484.1.5嵌入式系统的发展趋势

设备的互联互通数据的协同处理《物联网概论》-韩毅刚149嵌入式系统的普适计算特征处处计算机处处不见计算机《物联网概论》-韩毅刚1504.2嵌入式系统的结构4.2.1硬件层4.2.2硬件抽象层4.2.3系统软件层4.2.4应用软件层151《物联网概论》-韩毅刚4.2.1硬件层以嵌入式处理器为核心《物联网概论》-韩毅刚152硬件组成电源管理模块存储器模块总线模块时钟控制模块处理器模块多协议数据通信接口模块可编程调试拓展模块各种控制器电路外部执行支持设备《物联网概论》-韩毅刚153嵌入式系统硬件体系结构《物联网概论》-韩毅刚1544.2.2硬件抽象层硬件抽象层HALHardwareAbstractLayer也称为中间层板级支持包BSPBoardSupportPackage《物联网概论》-韩毅刚1554.2.3系统软件层可编程拓展模块嵌入式操作系统EOS实时嵌入式操作系统RTOSRealTimeOperatingSystem《物联网概论》-韩毅刚1564.2.4应用软件层不具有嵌入式操作系统搭载嵌入式操作系统API接口《物联网概论》-韩毅刚1574.3嵌入式处理器的分类4.3.1嵌入式微控制器4.3.2嵌入式数字信号处理器4.3.3嵌入式微处理单元MPU4.3.4片上系统SoC158《物联网概论》-韩毅刚4.3.1嵌入式微控制器嵌入式微控制器EMCUEmbeddedMicrocontrollerUnit又称为单片机《物联网概论》-韩毅刚1594.3.2嵌入式数字信号处理器嵌入式数字信号处理器EDSPEmbeddedDigitalSignalProcessor《物联网概论》-韩毅刚1604.3.3嵌入式微处理单元MPU嵌入式微处理单元EMPUEmbeddedMicroprocessor

Unit《物联网概论》-韩毅刚1614.3.4片上系统SoC片上系统SoCSystemonChip《物联网概论》-韩毅刚162

4.4嵌入式操作系统4.4.1μC/OS-Ⅱ4.4.2TRON4.4.3嵌入式Linux4.4.4iOS4.4.5Android163《物联网概论》-韩毅刚4.4.1μC/OS-Ⅱ前身是μC/OS开放源码《物联网概论》-韩毅刚164μC/OS-Ⅱ特点实时嵌入式操作系统可裁剪源代码开放结构小巧抢先式《物联网概论》-韩毅刚1654.4.2TRONTRON实时操作系统内核普适计算环境《物联网概论》-韩毅刚1664.4.3嵌入式Linux裁剪修改Linux操作系统开源内核快免费《物联网概论》-韩毅刚167嵌入式Linux版本EmbedixETLinuxLEMLinuxRouterProjectLOAFuCLinuxmuLinuxThinLinuxFirePlugPizzaBoxLinux《物联网概论》-韩毅刚1684.4.4iOS苹果公司iPhoneiPodtouchiPad《物联网概论》-韩毅刚169iOS技术层级结构《物联网概论》-韩毅刚1704.4.5Android基于Linux平台的嵌入式操作系统手机智能家电《物联网概论》-韩毅刚171Android软件栈应用程序中间件操作系统核心《物联网概论》-韩毅刚172Android体系结构内核实时运行库支持库应用程序框架应用程序《物联网概论》-韩毅刚173其他嵌入式操作系统VxWorksPalmOSWindowsphone7SymbianOSTinyOS《物联网概论》-韩毅刚174其他嵌入式操作系统军事领域VxWorks用于PDAPalmOS用于手机SymbianOSWindowsPhone7《物联网概论》-韩毅刚175其他嵌入式操作系统用于路由器IOS（思科）VRP（华为）用于无线传感器网络中传感器节点TinyOS《物联网概论》-韩毅刚1764.5嵌入式系统的开发4.5.1单片机平台上的嵌入式应用开发4.5.2智能终端上的嵌入式应用开发177《物联网概论》-韩毅刚4.5.1单片机上的嵌入式应用开发1．硬件设备2．软件环境3．开发实例《物联网概论》-韩毅刚1781．硬件设备51系列单片机MCS-51微处理器《物联网概论》-韩毅刚179

2．软件环境汇编软件是A51C语言《物联网概论》-韩毅刚1803．开发实例IOT-SCMMB型单片机开发板结构实物图《物联网概论》-韩毅刚1814.5.2智能终端的嵌入式应用开发1．智能终端开发平台2．Android系统开发实例《物联网概论》-韩毅刚1821．智能终端开发平台现行主流智能操作系统开发语言开发平台《物联网概论》-韩毅刚1832．Android系统开发实例JDK6Update27开发包《物联网概论》-韩毅刚184eclipseIDE参数配置《物联网概论》-韩毅刚185模拟器Android智能系统平台demo实例软件运行效果《物联网概论》-韩毅刚186总结嵌入式系统嵌入式设备嵌入式操作系统《物联网概论（第3版）》第5章通信技术第5章通信技术5.1信号处理5.2信号传输5.3无线通信5.4光通信5.5新型通信技术5.1信号处理5.1.1信号处理的概念5.1.2数字信号处理5.1.3数字信号处理应用实例190《物联网概论》-韩毅刚5.1.1信号处理的概念信号信号分析信号处理的分类《物联网概论》-韩毅刚191信号信号数据信息《物联网概论》-韩毅刚192信号分析的方法时域分析频域分析《物联网概论》-韩毅刚193信号处理分类ASPDSP《物联网概论》-韩毅刚1945.1.2数字信号处理

1．数字信号处理过程2．数字信号处理基本内容3．数字信号处理的实现方法《物联网概论》-韩毅刚1951．数字信号处理过程预处理模数转换频谱分析数字滤波数模转换平滑滤波《物联网概论》-韩毅刚1962．数字信号处理基本内容频谱分析滤波《物联网概论》-韩毅刚1973．数字信号处理的实现方法软件实现专用硬件实现软硬件结合《物联网概论》-韩毅刚1985.1.3数字信号处理应用实例1．语音增强2．图像锐化3．微弱信号前端处理《物联网概论》-韩毅刚1995.2信号传输5.2.1通信方式5.2.2信源编码5.2.3信道编码5.2.4信号编码5.2.5信号调制5.2.6多路复用通信系统模型5部分组成《物联网概论》-韩毅刚2015.2.1通信方式

单工通信半双工通信全双工通信《物联网概论》-韩毅刚202单工通信只允许数据向一个方向传输如：广播电台、电视的信号传输《物联网概论》-韩毅刚203半双工通信具有双向传输信号的能力，但同一时间里，双方不能同时发送信号，只能轮流发送如：对讲机。《物联网概论》-韩毅刚204全双工通信双方可同时发送信号，同时接收信号《物联网概论》-韩毅刚2055.2.2信源编码

1.字符编码2.音频编码3.视频编码《物联网概论》-韩毅刚2065.2.3信道编码概念编码方案《物联网概论》-韩毅刚207概念校验码抗干扰码《物联网概论》-韩毅刚208编码方案奇偶校验码比特交错奇偶校验码（BitInterleavedParity，BIP）校验和循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck，CRC）《物联网概论》-韩毅刚2095.2.4信号编码分类编码方案《物联网概论》-韩毅刚210分类单极性码波形和双极性码波形归零码波形和不归零码波形绝对码波形和相对码波形《物联网概论》-韩毅刚211编码方案典型不归零码典型归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码传号交替反转码（AMI）《物联网概论》-韩毅刚212213数字信号的编码格式信号波形5.2.5信号调制载波三个特征参数：振幅频率相位《物联网概论》-韩毅刚214数字调制技术幅移键控ASK

频移键控FSK相移键控PSK正交调幅QAM《物联网概论》-韩毅刚215216幅移键控（ASK）载波信号的不同幅值代表二进制的两个数值通常，其中一个载波的振幅值为0即，

用载波的存在与否来表示1或0217ASK特点容易受突发的噪声影响效率较低在话音级线路上，数据率最大1200bps光纤传输使用ASK218频移键控（FSK）两个不同频率来表示二进制数的两个值(载波频率附近)219FSK的特点比ASK的抗差错性稍强在话音级线路上，典型数据率为1200bps也用于高频无线电传播对于使用同轴电缆的局域网，频率更高。220FSK的调制直接调频法频率键控法221相移键控用载波信号的相位偏移来表示数据绝对相移键控（PSK）差分相移键控（DPSK）正交相移键控（QPSK）222绝对相移键控（