物联网技术及应用基础（第2版） 课件 31.北斗卫星-40.WSN结构

北斗卫星物联网技术及应用基础2北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务北斗卫星导航系统WEBGIS南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础4什么是webGIS？5webGIS3D手机6/7属于我的地图随时可以访问/home/webmap/viewer.html?webmap=a03db9e9fe904de7b08385b895c5f63e底图自己设的标签传感器定义南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础9什么是传感器物联网物与物的联系如何实现？——传感器“传送感觉的机器”

执行器(手臂)传感器(五官)

计算机(大脑)信息源(苹果)人们为了获取外界信息，借助于感觉器官，而传感器就类似于人的五官10温度变化数值变化定义：能够将外界的非电信号（力，温度，光，不易测量），按一定规律转换成电信号（电压电流，易观察）输出的器件或装置。36度利用热胀冷缩，将温度的变化转换为长度的变化，读取数值11生活被传感器包围12传感器组成敏感元件转换元件测量电路电信号非电信号电源敏感元件

直接感受或响应被测量的部分。比如弹簧秤，将压力转换为长度。转换元件

能将敏感元件感受或响应的被测量转换电信号测量电路

将电信号放大滤波接收转换输出传感器分类南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础14安被测量分按工作机理分物理性质变化：热/光/力化学成分浓度变化按感官特性光敏——视觉气敏——味觉声音——听觉热敏——触觉按输出信号模拟数字传感器的分类传感器特性南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础17传感器的特性——输入输出关系分静态特性和动态特性。静态特性：稳态，传感器输出与输入之间的关系。y=f(x)

其中x为输入量，y为输出量。18线性度通常，要求传感器在静态情况下的输入与输出保持线性关系，实际上，很难满足理想的线性关系，一般用多项式表示

出19线性度实际输入输出关系曲线和理想直线间的偏离程度最大偏差最大输出20灵敏度当输入变化为Δx时，有：

灵敏度k(x)=∆y/∆x例如，位移传感器，位移变化1mm时，输出电压变化200mv，则灵敏度是2oomv/mm21迟滞在输入量增加和输入减少过程测特性曲线不重合如果传感器存在滞后性，则输入与输出就不能保持一一的对应关系。产生原因：零件缺陷，螺丝松动，灰尘22重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全量程范围内连续变动多次所得特性曲线的一致程度。重复重复性越好，误差越小23零漂传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即为零点飘移应变片式传感器南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础25悬臂梁应变片固定端构造电子秤金属架—弹簧钢制成可弯曲一端固定，另一端不固定26原理:——金属导体或半导体应变效应当金属导体或半导体在受外力作用时,会发生形变,同时阻值也发生变化..金属电阻丝在外力的作用下被拉伸或压缩，它的电阻值发生变化。R=ρ·

L／S长度L截面S电阻率ρ27压缩时电阻变小FF金属丝金属丝

FF拉伸时电阻变大R=ρ·

L／S28力学量敏感元件（悬臂梁）金属应变受力端固定端

F

固定端F

在力F

作用下，悬臂梁的上、下表面均产生微小的形变，称之为“应变”。29力传感器上的应变片悬臂梁30上面两只应变片下面两只应变片固定端受力端电阻丝保护层绝缘基片受力方向核心元件：电阻丝31转换元件（应变片）电学量金属应变利用电阻应变片，将金属的应变转换成电阻值的变化，从而将力学量转换成电学量。32金属丝金属片

金属丝

33F压缩时电阻变小拉伸时电阻变大34应变片（R2、R3）应变片（R1、R4）R1R2R3R4UR1/R2＝R3

/R4

时，U=0测量电路——惠斯通电桥35R1R2R3R4UUAUB小小大大FR2R3R1R4R2R3R1R4当悬臂梁受力时，梁的上表面伸长，R2、R3电阻值增大；梁的下表面压缩，R1、R4电阻值减小。此时UB＜UA，电桥失去平衡，输出与压力成正比的电压。

形变电阻值变化电压变化霍尔传感器南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础37磁铁

手柄外环手柄手柄旋转手柄，调节磁铁和霍尔元件之间的距离，电路输出相应的电压，从而控制车速。霍尔元件38霍尔效应霍尔元件通常采用N型半导体材料，材料中导电的载流子是电子。

电子直线运动IIN型半导体电子

Iv39施加磁场B

，电子在洛伦兹力FL的作用下向薄片的一个侧面偏转。

电子发生偏转

IBBIFLvBvFLII40在该侧面上形成负电荷的积累（－）在另一侧面，由于电子浓度下降而出现等量的正电荷（＋）从而形成霍尔电场EH

由于EH的存在，电子除受到洛仑兹力FL的作用，还要受到霍尔效应产生的电场力FH的作用。形成霍尔电场B－－－－－＋＋＋＋＋

I+++++++++

－－－－－－－－

FHFLEHIIBv41在半导体两个侧面形成霍尔电压UH

。+++++++++

－－－－－－－－

＋－UHFHFLEHIIBv现在的霍尔传感器大多是集成的主要用于测量能够转换为磁场变化的其他物理量超声波传感器南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础44超声波的概念

根据声波频率的范围，声波可分为次声波、声波和超声波。45汽车倒车雷达由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成由发射探头发射超声波，遇到障碍物后反射至接收探头，以计算出车体与障碍物之间的距离46各种超声波探头

外壳用金属制作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制作。

保护膜接插件47压电晶片压电晶片压电晶片是一种压电式传感元件，它既可以将机械能转换为电能，又可以将电能转换为机械能。发射器接收器48可折叠、可卷曲、可印刷的薄膜扬声器

49超声波探头与被测物体接触时，会存在一层空气薄层，引起反射波，造成干扰，利用耦合剂，可以挤掉空气使超声波顺利进入物体常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。

50当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时，这种类型称为透射型。透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。超声发射器与接收器置于同侧的属于反射型，反射型可用于接近开关、测距、测液位或物位、金属探伤以及测厚等。

51超声波测厚探头发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被探头再次接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度

：52木材厚度测量纸卷直径检测只要测出从发射到接收所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度

啥是无线传感器网络南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础啥是无线传感器网络无线传感器网络早先是在军队中服役直到近年来才转业来到日常生活中54

美军“沙地直线”项目

2002年美军在俄亥俄州大规模试验了“沙地直线”项目系统，也就是地面战场无线传感器网络，能够检测出入侵的高金属含量目标。例如坦克和车辆图中示例红色的连线和箭头表示无线通信的传输路线。5556美军战场警戒示意图传感器节点通行车辆布置在道路两侧的传感器网络探测出通行的车辆目标信号，传输给士兵的手持终端设备，实现战场警戒功能。5657微型传感器命中的坦克远程火炮指挥所还可以用于火力打击后的目标毁伤效果评估。图中的黄色圆点就是微型传感器，在装甲目标受到飞机轰炸以及近程和远程火炮打击之后，传感器将目标毁伤效果传送回指挥所。目标毁伤效果评估57WSN-WirelessSensorNetworks传感器网络的基本功能-协作地感知、采集、处理和发布感知信息美国提出的“智能尘埃”的设计思想。将无线传感器制作成灰尘般大小。在战场上抛撒成千上万、或许上百万个“智能尘埃”，用于监控敌人的活动。这些传感器自行组织成无线传感器网络，并对探测到的原始数据进行过滤，把重要的信息发送给使用者。58WSN结构南京信息职业技术学院张园物联网技术及应用基础2.25in麦克风加速计测光测温测声磁力计1.25in60信息采集、数据转换控制、数据处理、网络协议无线通信，交换控制信息和收发采集数据提供能量传输媒体：大气，射频传输；载波频率：典型通信频率为433MHz到2.4GHz之间；6162传感器节点无中心所有的节点都是地位平等加入和离开节点都是随意的没有严格的限制条件63节点封装示例（一）密封形封装罩特点：表面光滑可以滚动自动调整姿态位置在任何姿态下都能使光线照射到里面的太阳能电池板万向节固定架设计设计这种罩体的关键是将传感器元器件，安装在一个万向节机械装置的固定架上，并与罩壳相连，万向节机