物联网概论模块3

模块3通过智慧农业认识物联网感知技术人民邮电出版社目录CONTENTS1智慧农业2传感器33S技术4视频监控技术5嵌入式系统技术01PARTONE智慧农业思维导图学习目标了解传感器的分类和工作原理掌握常用传感器的作用和基本构成掌握无线传感器网络系统的组成和各组成部分的作用了解无线传感器网络的关键技术了解3S技术含义与应用掌握嵌入式微处理器结构组成知识目标能够依据不同的工作任务的特点选取常用传感器能够识读传感器电路原理图和技术手册能根据嵌入式微处理器的分类，结合需要对微处理器进行选型能根据视频监控的组成部分，结合实际需求对视频监控设备进行安装掌握STM32开发环境的搭建和开发环境调试方法技能目标掌握基于嵌入式技术和传感器技术的物联网系统的软硬件调试和开发能力，洞察物联网技术发展方向具备在物联网系统及其应用方面进行综合研究、规划和集成的能力；具备常用传感器应用、管理与维护的能力，具有安全素质、实践能力、创新创业精神素质目标情景导入智能灌溉、环境监测气象监测、大数据平台……“未来的农业”什么是智慧农业？1.1智慧农业概述智慧农业是将物联网技术运用到传统农业中去，充分应用现代信息技术成果，以信息和知识为生产要素，通过互联网、物联网、云计算、大数据、智能装备等现代信息技术与农业深度跨界融合，实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入和工厂化生产的全新农业生产方式与农业可视化远程诊断、远程控制、灾害预警等智能管理，是农业信息化发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段。

智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策；智慧农业能够有效改善农业生态环境，将农田、畜牧养殖场、水产养殖基地等生产单位和周边的生态环境视为整体，并通过对其物质交换和能量循环关系进行系统、精密运算，保障农业生产的生态环境在可承受范围内；智慧农业能够显著提高农业生产经营效率；智慧农业能够彻底转变农业生产者、消费者观念和组织体系结构。1.1智慧农业概述1.2智慧农业主要内容精准农业：一种基于信息和知识管理的现代农业生产系统。精准农业采用高新技术与现代农业技术结合，对农业生产环境进行精准监测分析，对农资、农作实施精确定时、定位、定量控制，可最大限度地提高农业生产力，是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径，其包括：括智慧设施农业、智慧大田种植、智慧畜禽养殖、智慧水产养殖等应用；智能农机装备：指装备有中央处理器（CPU）和各种传感器或无线通信系统的现代化农机装备，其特点是加装在农业机械或农业装备上的微型计算机对传感器传回的各种信号进行逻辑运算、传导、传递，进而在动态作业环境下发出适宜指令驱动农业机械完成正确的动作，由此实现农业生产和管理的智能化，智能农机装备又可分为3个类型：智能化动力机械、智能化作业机械和农机智能化管理。1.2智慧农业主要内容智能病虫害防治：智能病虫害防治运用先进的物联网、大数据、人工智能等高新技术，可以实现对病虫害发生情况的实时在线监测，实现对病虫害的在线识别和远程诊断，实现对病虫害发生趋势的提前预测报警，实现对病虫害灾后状况的智能评估分析；农产品智慧物流：农产品因为在运输过程中需要保鲜、冷冻、冷藏等方式存储，因此智能冷链物流是解决农产品高效流通的重要环节。通过将物联网感知层、网络层、智能层的关键技术，与农产品冷链物流的供应链全过程结合，实现冷链全过程的智能化监控、透明化操作，从而保障农产品的质量安全，避免冷链的断链、出现问题责任划分不清等状况，实现全程冷链，使得农产品冷链可以做到智能获取信息、智能传递信息、智能处理信息。智能冷链物流按照农产品的生产、流通、销售的过程又可分为5个环节。1.3智慧农业案例——智慧种植：广东江门市新会陈皮产业园

新会陈皮国家级现代农业产业园创建于2017年9月，区域面积达430km2，其中规划种植基地16km2，加工园区2.7km2。自创建伊始，产业园深挖新会陈皮文化、健康价值，以新会陈皮产业为主导产业，科学规划“一轴、两带、三基地、四中心、五园区”的发展布局，不断加快陈皮第一、二、三产业融合发展，努力创建“大基地+大加工+大科技+大融合+大服务”发展的特色农业产业园。1.3智慧农业案例——智慧养殖：广东清远鸡养殖基地

鸡场在集约化、规模化、精细化、科学化养殖的同时，需要建立智慧养殖的技术体系。清远鸡智慧养殖（见图3-2）运用无线射频识别、传感器、4G、Wi-Fi无线通信、远程视频监控等物联网技术，对鸡场养殖环境进行自动监测与调控，对肉鸡个体进行标识与监控；应用Web技术、网络技术，对养殖过程进行精细管理，实现精细饲养、疾病防治、饲料和药品采购检测等养殖环节的统一管理，降低劳动强度、节省人力物力、减少疾病损失、提升产品质量。智慧养殖可以构建标准化的物联网鸡场，改进集约化养鸡生产流程，显著提升生产管理效率，让各级管理人员及时获得准确信息以及智能化管理，实现生产集约化、养殖过程规范化、生产管理数字化。1.4拓展知识——未来农业的八大“黑科技”1、农业机器人2、垂直农业3、太空农业4、太空育种5、激光除草、除虫技术6、超智能农业生产系统7、液氮冷藏技术8、3D打印农业1.4拓展知识——未来农业的八大“黑科技”02PARTTWO传感器技术情景导入2020年红外测温机器人在广州黄埔首次使用传感器1.红外测温的工作原理？2.日常生活中有哪些传感器技术？智慧农业中各种信息的采集使用各种传感器。传感器同时也应用于人们日常生活各个方面，电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、照像机、电冰箱、电视机、手机等、医用方面得到了广泛的应用，例如：红外测温仪、压强传感器（血压）和电学传感器（心电图）等。传感器是将物理量（如温度、压力、光）转化为可测量的电信号的设备。它就像人类的五官，能感知外界环境变化。

2.1传感器概述

汽车——是传感器俱乐部：温度、空气流量、压力、转速、位移、水位、曲轴、防抱死制动系统（ABS）、爆震、里程表等多种传感器。里程表传感器机油压力传感器倒车雷达传感器你还能举出汽车上的哪些传感器？

2.1传感器概述——以汽车为例

能够感受规定的被测量并按一定规律和精度转换成可用输出信号的器件或装置。

它是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

输入量是物理量、化学量和生物量。

输出量主要是电量。（电量最便于传输、转换、处理及显示）

输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。2.2传感器定义2.3传感器发展趋势向高精度方向发展向高可靠性、宽温度范围发展向微型化发展向模糊识别方向发展向智能型传感器发展2.4传感器分类2.5传感器的基本特征传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性，是传感器的内部结构参数作用关系的外部特性表现。传感器所测量的物理量基本上有两种形式：静态（稳态或准静态）和动态（周期变化或瞬态）。前者的信号不随时间变化（或变化很缓慢）；后者的信号是随时间变化而变化的。传感器所表现出来的输入-输出特性存在静态特性和动态特性。静态物理量：温度、压力、质量动态物理量：振动、声音、流速传感器的静态特性：①测量范围：传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称之为传感器的测量范围。②量程：传感器测量范围的上限值与下限值之间的代数差称为量程。③精度：指测量结果的可靠程度，是测量中各种误差的综合反映。工程技术中为简化传感器精度表示方法，引入精度等级概念。④线性度：指传感器的输出量与输入量的关系曲线偏离理想直线的程度。⑤灵敏度：传感器在稳态下输出量变化与输入量变化的比值。⑥分辨率（Resolution）：指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量，反映传感器能够分辨被测量微小变化的能力。2.6传感器的基本特征传感器的静态特性(二)：⑦迟滞（Hysteresis）：也叫回程误差，是指在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正（输入量由小增大）、反（输入量由大减小）行程的输出信号大小不相等的现象。迟滞特性表明传感器正、反行程期间输入-输出特性曲线不重合的程度。⑧重复性（Repeatability）：表示传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时所得输入输出特性曲线一致的程度。⑨漂移：指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。产生漂移的原因主要有两个：一是传感器自身结构参数发生变化，如零点漂移（简称零漂）；二是在测试过程中周围环境（如温度、湿度、压力等）发生变化，最常见的是温度漂移（简称温漂）。2.6传感器的基本特征传感器的动态特性：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。①在采用阶跃输入研究传感器的时域动态特性时，常用延迟时间、上升时间、响应时间、超调量等来表征传感器的动态特性。②在采用正弦输入研究传感器的频域动态特性时，常用幅频特性和相频特性来描述传感器的动态特性。2.6传感器的基本特征2.7传感器工作原理（1）应变电阻式传感器：应变是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。应变电阻式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩等的作用下发生形变，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的电阻应变片，引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过测量电路变成电压输出。输出的电压大小反映了被测物理量的大小。常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。2.8

光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。（1）光电效应：光电传感器进行非电量检测的理论基础是光电效应，即物体吸收到光子能量后产生的电效应。光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三大类。①外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象，又称为光电子发射效应。光电管及光电倍增管均属这一类。②内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象，又称为光电导效应。光敏电阻即属此类。③光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势的现象，又称为阻挡层光电效应。光电池和光电晶体管均属于这一类。2.8

光电传感器分类光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。根据传感器的传输过程一般由3部分构成：发送器、接收器和检测电路。根据光电传感器的外形可以分为槽型光电传感器和对射型光电传感器。槽型光电传感器是把一个光发射器（又称发光器）和一个光接收器（又称收光器）面对面地装在一个槽的两侧，如图3-6所示。光发射器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能接收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽型开关的检测距离因为受传感器整体结构的限制一般只有几厘米。2.8光电传感器工作方式2.9

超声波传感器超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透能力很大，尤其是在不透明的固体中。2.10

半导体传感器半导体传感器（SemiconductorTransducer）是指利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。所采用的半导体材料多数是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半导体传感器种类繁多，它利用近百种物理效应和材料的特性，具有类似于人的眼、耳、鼻、舌、皮肤等多种感官功能。半导体传感器是利用半导体易受外界条件影响这一特性制成的传感器。根据检测对象，半导体传感器可分为物理传感器（检测对象为光、温度、磁、压力、湿度等）、化学传感器（检测对象为气体分子、离子、有机分子等）、生物传感器（检测对象为生物活性物质）。半导体传感器是一种新型半导体器件，它能够实现电、光、温度、声、位移、压力等物理量的相互转换，并且易于实现集成化、多功能化，更满足计算机的要求，所以被广泛应用于自动化检测系统中。由于实际的被测量大多数是非电量，因而传感器的主要工作就是将非电信号转换成电信号。半导体传感器的优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、质量轻，便于集成化、智能化，能使检测、转换一体化。2.10

半导体传感器工作原理2.10

半导体传感器的分类常用的半导体传感器有气敏传感器、磁敏传感器、热敏二极管、热敏三极管和各种半导体集成传感器。①气敏传感器：用半导体气敏元件组成的传感器为气敏传感器，主要用于天然气、煤气、石油化工等工业领域的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。②磁敏传感器：它是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器，一般被用来检测磁场的存在、变化、方向，磁场的强弱以及可引起的磁场变化的物理量。③温敏传感器：它利用某些材料或元件的物理特性与温度有关的这一性质，将温度的变化转化为电量的变化。常见的有热电偶、热敏电阻、热敏二极管和热敏晶体管等，常用来红外线测温等。④集成传感器：常见的集成传感器有开关型集成霍尔传感器、集成温度传感器、集成湿度传感器、集成压力传感器和集成加速度传感器。2.11

生物传感器生物传感器（Biosensor）是利用生物活性物质与电化学或其他传感器结合而形成的新型探测器件。生物传感器中最关键的部件是生物活性物质，它可以是生物酸、抗体、生物膜或者活细胞等。生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成：以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。转换部分是把生物活性表达的信号转变为电信号的物理或化学换能器（传感器）。生物传感器原理生物传感器的结构一般是在基础传感器（如电化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当被测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于敏感物质上时，形成复合体，随之进行生化和电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、H2、+4NH、CO2等或光、声等信号，并通过信号转换元件转换为电信号。2.11

生物传感器特点①操作简单，需用样品少，能短时间内完成测定。一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时常不需另加其他试剂，使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。②可进入生物体内，进行活体分析。③对被检测物质具有极好的选择性，噪声低。④经固定化处理后，可保持长期生物活性，传感器可反复使用。⑤传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪，因而便于推广普及。2.12.1

无线传感器网络——连接传感器与世界的桥梁无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是一种由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的分布式网络系统，这些节点通过无线通信方式形成自组织的多跳网络，用于感知、采集和处理环境中的物理或环境信息，并将数据传输到汇聚节点或用户。2.12.2

无线传感器网络的起源与发展1早期概念(1970s-1980s)起源于军事应用，主要用于战场监控和分布式传感。美国国防高级研究计划局(DARPA)是关键推动者。2技术成熟(1990s)微机电系统、无线通信技术和嵌入式处理器取得突破。学术界开始深入研究。3应用扩展(2000s)拓展至环境监测、智能家居和工业控制。IEEE802.15.4成为标准协议。4物联网时代(2010s至今)成为物联网核心技术，融合云计算、边缘计算和人工智能。广泛应用于智慧城市和精准农业。无线传感器网络从军事需求起源，逐步发展成为现代物联网的支柱技术。2.12.3

无线传感器网络体系结构无线传感器网络系统通常包括传感器节点（SensorNode）、汇聚节点（SinkNode）和管理节点，无线传感器网络系统架构如图3-12所示。传感器节点：采集环境信息（温度、湿度等）。汇聚节点：收集并处理节点数据。管理节点（用户终端）：展示和分析数据的设备。2.12.4

无线传感器网络的特点与工作流程特点大规模分布：覆盖范围广泛，节点密集布置低功耗设计：有效延长设备使用寿命自组织能力：自动建立网络，无需人工干预动态拓扑结构：节点变化不影响整体网络运行工作流程感知阶段传感器节点实时采集环境数据信息数据传输阶段通过无线方式将数据传送至汇聚节点处理与分析阶段汇聚节点处理数据并上传至用户终端2.12.5

无线传感器网络的应用智慧农业：土壤湿度监测、病虫害预警。环境监测：空气质量、气象监测。智能城市：交通流量监控、垃圾处理管理。医疗健康：可穿戴设备、病房环境监控。2.13拓展知识——元宇宙需要什么传感器？元宇宙（Metaverse）是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射、交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙本质上是对现实世界的虚拟化、数字化过程，需要对内容生产、经济系统、用户体验以及实体世界内容等进行大量改造。柔性传感器是实现触觉、制造“电子皮肤”的基石。柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性，甚至可自由弯曲、折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂被测量进行检测。按照用途分类，柔性传感器包括柔性压力传感器、柔性气体传感器、柔性湿度传感器、柔性温度传感器、柔性应变传感器、柔性磁阻抗传感器和柔性热流量传感器等。课堂实训1.通过国家虚拟仿真实验教学课程共享平台（）体验以下实验：物联网智慧养殖管控系统虚拟仿真实验/details/page?id=6783&isView=true

2.通过开放类数据平台，体验环境数据访问中国环境监测总站(/)，了解实时环境数据访问国家气象科学数据中心（/），了解实时气象数据

课堂实训——物联网智慧养殖管控系统03PARTTHREE3S技术3.13S技术及其应用

“3S”技术是遥感（RemoteSensing，RS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、地理信息系统（GeographicalInformationSystem，GIS）这3种技术名词中最后一个单词字母的统称。3S以计算机技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理空间分布有关的数据的一门综合的、集成的信息科学的重要组成部分，构成数字地球的基础。3S技术的集成GPS获取的位置信息遥感影像GIS系统完整的卫星对地观测系统特点：遥感（RS）：获取大范围、多时相的地球表面信息。地理信息系统（GIS）：分析和管理地理空间数据。全球定位系统（GPS）：精确定位目标的地理坐标。相互关系：GPS提供位置信息，RS获取地表信息，GIS对数据进行存储、分析与可视化。3S技术集成形成强大的地理信息处理体系。应用场景：灾害监测、环境保护、资源管理等。

利用现代仪器设备由远处感知、获取被测物体的信息，从而对物体进行探测和识别。广义遥感：利用仪器设备从远处获得被测物体的电磁波辐射特征（光，热），力场特征（重力、磁力）和机械波特征（声，地震），据此识别物体。狭义遥感：主要指从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。3.2遥感（RemoteSensing）技术01遥感的特点（1）探测范围广、采集数据快（2）能动态反映地面事物的变化（3）获取的数据具有综合性航天遥感轨道卫星载人飞船（<500km)航天飞机

（<300km)探空火箭（100-650km)地球同步卫星太阳同步卫星长寿命(500-1000km)（3600km）短寿命(150-500km)3.2.1遥感的分类按高度分类地面遥感高塔（<300m)车船（<30m)观测架（几米）航空遥感飞机气球飘浮气球（<50km）系留气球（<5km）高空飞机（>15km）中空飞机（9-15km）低空飞机（<9km）按高度分类3.2.1遥感的分类被动方式扫描(图像方式)非扫描非图像方式微波辐射计地磁测量仪重力测量仪傅立叶光谱仪其他图像方式(照相机)黑白天然彩色红外彩色红外其他像面扫描电视摄像机固体扫描仪(CCD)物面扫描光机扫描仪固体扫描仪按传感器分类

3.2.1遥感的分类主动方式

扫描(图像方式)非扫描(非图像方式)微波散射计微波高度计激光光谱仪激光高度计像面扫描（被动型相控阵雷达）物面扫描激光水深计激光测距仪微波辐射计真实孔径雷达合成孔径雷达按传感器分类

3.2.1遥感的分类遥感

按应用空间尺度按研究对象资源遥感全球遥感环境遥感区域遥感城市遥感其它分类

3.2.1遥感的分类GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统：1973年12月起，美国历经20余年，投资300亿美元，建立起来的服务于全球的卫星导航与定位系统。其从根本上解决了人类在地球及其周围空间的导航及定位问题。3.3

全球定位系统GPS空间部分地面控制部分用户设备部分3.3.1

全球定位系统GPS组成组成3.地面接收机2.地面部分：一个主控站，三个注入站，五个监测站空间部分：卫星①全天候；②全球覆盖；③三维定速、定时、高精度；④快速、省时、高效率；⑤应用广泛、多功能。3.3.2

全球定位系统GPS主要特点3.3.3

GPS技术应用卫星技术的应用主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航，如：（1）卫星定位系统在道路工程中的应用（2）汽车导航和交通管理中的应用3.4地理信息系统GIS

地理信息系统（GIS）是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取、处理、表达、管理、分析、显示和应用的计算机空间或时空信息系统。

GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。完整的地理信息系统主要由5个部分组成，即硬件系统、软件系统、数据、空间分析和人员等。3.4.1地理信息系统GIS的组成（1）GIS主要应用于农业和林业领域（2）城市规划和管理是GIS的一个重要应用领域（3）应急响应（4）地学研究与应用分析（5）商业与市场（6）房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析（7）网络分析（8）可视化应用3.4.2地理信息系统应用集成模式：RS提供地表影像数据。GPS采集精准位置信息。GIS进行数据管理、分析和展示。集成优势：数据更加全面。分析结果更精准。提高工作效率和决策水平。3.5

3S技术的集成应用典型应用场景：灾害监测与预警：RS检测灾害区域，GIS分析受灾范围，GPS定位灾害点。环境保护：RS监测污染范围，GIS绘制污染图，GPS记录样本采集位置。资源开发：RS探测矿产分布，GIS规划开采方案，GPS标定矿区坐标。大国重器——北斗卫星导航定义：中国自行研制的全球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。​意义：是国家重要空间基础设施，提升国家综合实力，保障国家安全，推动经济社会发展。发展历程​北斗一号（试验系统）​时间：2000年建成​特点：区域性有源导航系统，主要为中国用户提供服务。​北斗二号（区域导航系统）​时间：2012年建成​特点：覆盖亚太地区，无源导航，服务性能提升。​北斗三号（全球导航系统）​时间：2020年全面建成​特点：全球覆盖，高精度、高可靠、多功能，性能指标世界一流。​课堂实训大国重器——北斗卫星导航技术特点与优势高精度​定位精度：水平精度优于2.5米，高程精度优于5米（全球范围）；在亚太地区，定位精度更高。​授时精度：优于20纳秒。​短报文通信​独特功能：可实现用户与用户、用户与地面控制中心之间的双向报文通信。​应用场景：在海洋渔业、应急救援等领域发挥重要作用。​兼容性好​与其他全球卫星导航系统（如GPS、GLONASS、Galileo）兼容互操作。​提高定位可靠性和精度，方便用户使用。​课堂实训大国重器——北斗卫星导航1.北斗卫星导航定位虚拟仿真实验/details/page?id=7015&isView=true2.北斗与多传感器融合导航虚拟仿真实验/details/page?id=12064&isView=true3.访问开放GIS平台，如地图慧（）,体验GIS功能。如：创建新地图，选择“基础地图”为“高德卫星地图”。添加“标记图层”，标注学校周边的3个场所（如公园、广场），填写名称等信息。导出地图为图片或生成分享链接（提交成果）地图慧。课堂实训04PARTFOUR视频监控技术视频监控系统也叫闭路电视（ClosedCircuitTelevision，CCTV）监控系统，是通过遥控摄像机及其辅助设备（光源等）直接查看被监视的场地情况，使被监控场地的情况一目了然，便于及时发现、记录和处理异常情况的一种电子系统或网络系统。视频监控系统是安全技术防范系统的重要组成部分，其利用视频探测技术，监视设防区域并实时显示、记录现场图像。4.1视频监控概述视频监控系统集成了预防、监视、控制取证和管理等功能从逻辑上可分为前端、传输、记录、显示、控制与管理5个部分，如图所示。654.2视频监控系统组成4.3

物联网与视频监控1．视频监控在物联网智慧农业的应用2．视频监控在物联网交通监控系统中的应用674.4.1视频监控的主要设备——前端部分

前端设备由摄像机、镜头、防护罩、安装支架、云台、解码器等组成，主要用于对设防区域进行摄像。摄像机又分为球机、枪机、半球机、筒机，配件可包括防护罩、支架、云台等。球机枪机半球机筒机摄像机防护罩摄像机支架摄像机云台68高质量的图像传输是视频监控系统应用的关键，它决定监控系统应用的领域、方式。

目前，在监控系统中用来传输图象信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，对应的传输设备分别是同轴视频放大器、双绞线视频传输设备和光端机。要组建一个高质量的监控网络，就必须搞清楚这三种主要传输方式的特点和使用环境，以便针对实际工程需要采取合适的传输介质和设备。4.4.2

视频监控传输设备69同轴电缆是使用最广泛的视频传输介质，一般用于中短距离的视频信号的传输。同轴电缆的电气特征使得它非常适合传送摄像机到监视器的全视频信号（cctv视频信号是由分布很广的低频信号和高频信号组成的）。

优点：（1）结构简单、施工方便（2）不需要增加其他设备直接传输（3）连接至设备端方便4.4.2

视频监控传输设备——同轴电缆

一般来说，传输距离越长则信号的衰减越大，频率越高则信号的衰减也越大。当长距离传输时，由于视频信号的高频成分被过多地衰减而使图像变模糊。而当视频信号被衰减得不足以被监视器等视频设备捕捉到时，图像便不能稳定地显示了。4.4.3

视频监控中心控制设备视频监控系统的终端设备一般都集中在控制室，一般包括视音频放大分配器、视频矩阵切换器、多画面分割器、硬盘录像机、控制键盘和显示器等。视音频信号从前端传输过来一般先经视音频放大分配器，信号在视音频放大分配器中获得补偿放大并分成两路或多路信号给视频矩阵切换器、录像机及相关设备，最后在监视器上还原成声音与图像信号。视频监控还可以和报警联动，和视频安防监控系统联动。4.5拓展知识——人工智能助力视频监控的发展智能监控的特点：（1）实时监测并分析视频内容。（2）检测异常活动，辅助人类判断，优化监控流程。智能监控的核心技术：（1）人脸识别：目标人员定位与核查。（2）车牌识别：交通管理与违法追踪。（3）语音识别：人机交互场景广泛应用。（4）表情识别：情绪分析助力个性化推荐。（5）年龄识别：精准营销与用户画像构建。潜在优势与挑战：（1）优势：安全性提升、效率优化、商业化加速。（2）挑战：隐私问题与技术风险的平衡。05PARTFIVE嵌入式系统情景导入智能手环、智能手表智能眼镜、VR头显

……智能设备层出不穷（1）嵌入式系统是什么？（2）嵌入式系统由什么组成？5.1

嵌入式系统——常见的Linux开发板

5.1

嵌入式系统——智能手表

5.2

嵌入式系统概述——定义

关于嵌入式系统的定义有很多，较通俗的定义是指嵌入对象体系中的专用计算机系统。电气与电子工程师协会（IEEE）对嵌入式系统的定义是：“嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和工厂运行的装置”。该定义是从应用的角度出发，强调嵌入式系统是一种完成特定功能的装置，该装置能够在没有人工干预的情况下独立地进行实时监测和控制。我国对嵌入式系统定义为：嵌入式系统是以应用为中心，以现代计算机技术为基础，能够根据用户需求（功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等）灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统。

专用性强：为特定用户群设计，面向特定应用场景。小型化：高度集成，易于嵌入目标系统。实时性好：对生产控制、通信等实时响应要求高。可裁剪性好：硬件和软件灵活可裁剪，性能优化。可靠性高：适应恶劣环境，任务涉及安全与机密。功耗低：满足便携设备低功耗需求。依赖开发平台：需借助通用计算机进行开发。软硬件协同设计：优化资源利用，提升性能与效率。5.3嵌入式系统——特点工业控制应用于工业自动化设备、数控机床、电力系统、石油化工等领域，提高生产效率和产品质量。交通管理GPS导航、流量控制、信息监测等。广泛应用于运输行业和车辆定位。信息家电智能化冰箱、空调等家电，实现远程控制，引领智能家居生活。家庭智能管理智能水表、电表、防火防盗系统等，实现自动化与更高效的安全管理。公交通信与购物系统无接触智能卡、电话卡、自动售货机等智能终端，提升便捷支付体验。环境与自然监测水文监测、防洪、水土监测、堤坝安全等无人监测系统。机器人微型化、高智能化机器人在工业和服务领域的广泛应用。5.4嵌入式系统——在物联网中的应用嵌入式系统由软件系统和硬件系统两部分组成，组成结构如图所示。5.5嵌入式系统的组成5.5嵌入式系统的组成软件部分对于使用操作系统的嵌入式系统来说，嵌入式系统软件结构一般包含3个层面：应用层、OS层、驱动层。对于功能简单仅包括应用程序的嵌入式系统一般不使用操作系统，仅有应用程序和设备驱动程序。硬件部分嵌入式系统基本硬件架构主要包括处理器、外围电路及接口和外部设备三大部分。其中外围电路一般包括时钟、复位电路、程序存储器、数据存储器和电源模块等部件。外部设备一般应配有USB、显示器、键盘和其他设备等及接口电路。硬件架构的核心部件是微处理器，在一片嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路（ROM和RAM等），就构成了一个嵌入式核心控制模块。5.6嵌入式系统的分类嵌入式普通微处理器功能类似普通微处理器，具有小体积、低功耗、低成本、高可靠性。主要型号：ARM、PowerPC、Motorola68000系列等。嵌入式微控制器集成计算机主要硬件于一块芯片，含ROM、RAM、总线、计时器、I/O接口等。嵌入式数字信号处理器（DSP）专用于信号处理，支持数据/程序分离、硬件乘法器、流水线操作及DSP指令。嵌入式片上系统（SoC）集成多个功能模块，适合大规模生产，成本远低于传统电路板系统。按字长分类微处理器按字长分为：4位、8位、16位、32位、64位。5.7嵌入式系统的典型代表——ARM处理器ARM处理器因其低功耗、高性能、广泛适配性等特点，成为嵌入式系统的典型代表1.低功耗设计ARM处理器以低功耗著称，非常适合嵌入式设备的移动和便携要求，如智能手机、可穿戴设备等。2.高性能与低成本ARM架构在提供高性能的同时保持较低的成本，满足嵌入式系统对性价比的需求。3.灵活性和扩展性ARM采用模块化设计，支持定制化，方便开发者按不同需求选择功能模块，从而优化性能和功耗。4.广泛的生态系统支持ARM架构在全球得到了广泛的支持，拥有丰富的软件、工具链以及第三方支持，开发效率高。5.应用广泛消费电子：智能手机、平板电脑、智能电视。工业控制：传感器、工业