智能传感与检测技术 教案 第13章 智慧未来与物联网

《智能传感与检测技术》课程教案授课章节第13章智慧未来与物联网13.1物联网的概念13.2物联网的体系架构13.3无线射频识别(RFID)技术13.4无线传感器网络13.5网络传感器建议课时2授课方式理论知识讲授+提问讨论+多媒体演示所属专业教学目标1.理解物联网的概念和体系架构2.掌握无线射频识别(RFID)技术工作方式3.理解无线传感器网络4.了解网络传感器及其基本结构教学重点1.物联网的概念和体系架构2.无线射频识别(RFID)技术工作方式3.无线传感器网络教学难点1.物联网的概念和体系架构2.无线射频识别(RFID)技术工作方式3.无线传感器网络参考教材《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6教学内容『新课导入』物联网是一个未来发展的远景，等同于“未来的互联网”或“泛在网络”。物联网智能化已经进入到了完整的智能工业化领域，智能物联网在大数据、云计算、虚拟现实上已经步入成熟。『授课内容』13.1物联网的概念物联网（TheInternetofThings，简称IOT）的概念于1999年提出。物联网是指通过各种信息传感器、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"射频识别技术、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"红外感应器、激光扫描器、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"全球定位系统等信息传感设备，采集物品的声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等信息，按约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现对物品和过程的智能化感知、识别、定位和管理。物联网是一个基于\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。物联网的应用范围包括：智慧工厂、智慧校园、智慧医疗、智慧商场、智慧仓库、智能家居、个人健康、物流运输、环境保护等领域。物联网概念及应用范围如图13-2所示。13.2物联网的体系架构物联网分为三层：感知层、网络层和应用层，如图13-3所示。13.3无线射频识别(RFID)技术射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。图13-4是无线射频识别（RFID）装置的工作原理图。13.4无线传感器网络无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是由大量移动或静止的传感器节点，通过无线通信方式组成的网络。无线传感器网络是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统，以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视。无线传感器网络由传感器节点、汇聚节点、移动通信或卫星通信网、数据管理中心、终端用户组成，如图13-5所示。13.5网络传感器13.5.1网络传感器及其基本结构网络传感器是指在现场级实现了TCP/IP协议（这里的TCP/IP协议是一个相对广泛的概念，还包括UDP、HTTP、SMTP、POP3等协议）的传感器，这种传感器让现场测控数据能就近登录网络，在网络所能及的范围内实时发布和共享。具体地说，网络传感器是采用标准的网络协议，同时采用模块化结构将传感器和网络技术有机地结合在一起的智能传感器。它是测控网中的一个独立节点，其敏感元件输出的模拟信号经A/D转换及数据处理后，可由网络处理装置根据程序的设定和网络协议封装成数据帧，并加上目的地址，通过网络接口传输到网络上。同时，网络处理器也能接收网络上其他节点传给自己的数据和命令，实现对本节点的操作。网络传感器的基本结构如图13-9所示。13.5.2网络传感器通用接口标准13.5.3网络传感器的发展趋势1.从有线形式到无线形式2.从现场总线形式到互联网形式【多媒体演示】多媒体课件见教材配套教学PPT『课堂小结』智慧城市是物联网集中应用的平台，也是物联网技术综合应用的典范，是由多个物联网功能单元组合而成的更大的示范工程，承载和包含着几乎所有的物联网、云计算等相关技术，是“感知中国”的构成要素与基础单元。『作业布置』P145页一、填空题1、2、3二、综合题1、2、3『教学后记』授课章节第13章智慧未来与物联网13.6智慧未来建议课时2授课方式理论知识讲授+提问讨论+多媒体演示所属专业教学目标1.认识智慧农业2.认识智慧医疗3.认识智慧校园4.认识智能工厂教学重点1.智慧农业2.智慧医疗3.智慧校园4.智能工厂教学难点1.智慧农业2.智慧医疗3.智慧校园4.智能工厂参考教材《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6教学内容『新课导入』国家“十三五”规划发布后，智慧未来及物联网的建设计划再次将传感器推上了风口浪尖。综合当下局势，不论是中国，还是全世界，智慧生产和智慧生活的建设已然成为不可逆转的趋势。在这种大环境之下，传感器也必然会迎来产业大爆发。在技术层面，智慧生产和智慧生活与大数据技术关系密切，与大数据相比，智慧未来生活的最大不同之处便在于“传感器”与“控制系统”。在未来，发挥云计算的集约化、虚拟化、服务化、绿色化的优势，可以建立“智慧”云计算中心。『授课内容』13.6.1智慧农业智慧农业就是将\t"/item/%E6%99%BA%E6%85%A7%E5%86%9C%E4%B8%9A/_blank"物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。图13-14所示为温室大棚环境监测系统，根据温室大棚环境监测的需求不同，温室环境监测系统中需要配备的传感器数量和种类也是不相同的。温湿度传感器土壤水份传感器二氧化碳传感器光照传感器。13.6.2智慧医疗智慧医疗英文简称WIT120，是新兴的专有医疗名词。智慧医疗通过打造健康和医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动和信息化。智慧医院管理系统包括医疗管理信息系统（HIS）、临床信息系统（CIS）、医院运营管理系统（HRP）、移动物联平台（HMP）和医联体信息平台等组成部分，如图13-15所示。医生工作站的核心工作是采集、存储、传输、处理和利用病人健康状况和医疗信息。医生工作站包括门诊和住院诊疗的接诊，检查，诊断，治疗，处方和医疗医嘱、病程记录、会诊、转科、手术、出院、病案生成等全部医疗过程的工作平台。1.远程探视避免探访者与病患的直接接触，杜绝疾病蔓延，缩短恢复进程。2.临床决策系统协助医生分析详尽的病历，为制定准确有效的治疗方案提供基础。3.智慧处方分析患者过敏和用药史，反映药品产地批次等信息，有效记录和分析处方变更等信息，为慢性病治疗和保健提供参考。4.远程会诊智慧医疗通过联网也可开展远程会诊、自动查阅相关资料和借鉴先进治疗经验，辅助医生给患者提供安全可靠的治疗方案，如图13-16所示。13.6.3智慧校园1.智慧校园的内涵2.智慧校园的核心的特征一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务；二是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用与服务领域，实现互联和协作；三是通过智能感知环境和综合信息服务平台，为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口。3.未来教室4.无线校园网络5.移动智能卡——校园的通行证6.高新区教科网——资源共享，互动教学13.6.4智能工厂智能工厂的模型构建是将精益生产、标准化、模块化、自动化和信息化进行有效配置和整合。避免相互之间的脱节，资源错配而造成低效运转，最终构建全新的生产流程和生产模式，实现绩效的跨越式提升。北京大学纵横精益运营与智能制造研究院曾经花费一年时间为某知名企业成功打造了全新的全球标杆智能