物联网导论-3-传感器技术及其应用
传感器技术与应用
传感器技术与应用随着现代科技的飞速发展，传感器在各个领域中的作用变得越来越重要。
传感器技术，作为测量与控制领域中的核心技术，不仅为我们提供了各种各样的仪器设备，还在医疗、环保、智能家居等领域中发挥了巨大的作用。
本文将就传感器技术的基本原理、分类以及应用进行探讨。
一、传感器技术的基本原理传感器是一种能够将被测量信号转化成为可供测量的输出信号的器件。
传感器技术的基本原理是通过感受物理量的变化来获得被测量信号，并将其转化为电信号或其他可测量的信号。
这一过程主要分为三个步骤：感受物理量的变化、转化为可测量的信号和输出信号的处理。
首先，传感器需要感受被测量物理量的变化。
不同的传感器感受物理量的方式不同，比如接触式传感器需要与被测量物体接触，而非接触式传感器则通过无线电波或其他信号来感受物理量的变化。
其次，感受到物理量变化的传感器将其转化为可测量的信号。
传感器将物理量转化为电信号或其他可测量的信号，这需要利用传感器内部的物理效应或者电特性来实现。
比如利用电阻、电容、电感等元件的变化来转化物理量。
最后，输出信号的处理是传感器技术中的重要环节。
传感器输出的信号需要进行处理，以满足实际应用的需求。
这涉及到信号放大、滤波、去噪等技术。
二、传感器的分类根据测量的物理量不同，传感器可以分为多种类型。
以下是一些常见的传感器分类：1. 光学传感器：通过感应光的强度、颜色、波长等参数来测量被测量物体的信息。
这种传感器被广泛应用于光纤通信、摄像机、显微镜等领域。
2. 温度传感器：用于测量环境或物体的温度变化。
这种传感器在工业控制、冷链物流等领域中具有广泛的应用。
3. 压力传感器：用于测量气体或液体中的压力变化。
这种传感器被广泛应用于工业过程控制、汽车制造等领域。
4. 加速度传感器：用于测量物体的加速度变化，广泛应用于汽车、航空航天等领域。
5. 气体传感器：用于检测环境中的气体浓度、组分和其他相关参数。
这种传感器被广泛应用于环境监测、安全检测等领域。
物联网行业中的传感器技术使用方法总结
物联网行业中的传感器技术使用方法总结物联网（Internet of Things，简称IoT）已成为当今科技领域的热门话题。
它将各种设备和传感器连接到互联网上，实现设备之间的通信和数据交互。
传感器技术作为物联网的核心组成部分，起着关键的作用。
本文将总结物联网行业中传感器技术的使用方法，为读者提供一些有益的指导。
一、传感器技术简介传感器是物联网系统中非常重要的组件，用于检测和感知环境中的各种情况。
它们能够转换各种信号（如温度、湿度、压力、光线、声音等）为数字或模拟电信号，供物联网系统进行数据处理和分析。
传感器的种类繁多，常见的有温度传感器、湿度传感器、光学传感器、压力传感器等。
二、传感器选择与部署选择适合的传感器是确保物联网系统运行顺利的关键。
根据系统需求和环境条件，选择传感器要考虑以下几个方面：1. 传感器的类型：根据系统需要求，选择合适的传感器类型，如温度传感器、湿度传感器等。
2. 传感器的精度和灵敏度：根据应用场景的要求，选择具有适当精度和灵敏度的传感器。
3. 传感器的响应时间：不同的应用场景对传感器的响应时间有不同的要求，选择响应时间符合需求的传感器。
4. 传感器的耐久性和稳定性：考虑传感器的耐用性和长期稳定性，以确保系统的可靠性。
在部署传感器时，应该：1. 合理布局传感器：根据监测需求和物理环境，合理布置传感器，以保证覆盖范围和数据采样的准确性。
2. 考虑传感器之间的干扰：传感器之间可能存在相互干扰的情况，要合理安排传感器的位置以减少干扰。
3. 确保传感器与物联网平台的连接：传感器必须与物联网平台连接以实现数据传输和远程监控功能，确保其稳定性和可用性。
三、传感器数据采集与处理传感器的作用是采集环境数据，因此数据的准确性和可靠性对于传感器的功能至关重要。
为了确保传感器数据的准确性，可以采取以下措施：1. 校准传感器：定期对传感器进行校准，以提高数据的准确性和稳定性。
2. 数据滤波和处理：传感器数据可能会受到噪声、偏差和异常值的影响，可以采用滤波和处理算法来消除这些影响，提高数据质量。
物联网传感器技术与应用
物联网传感器技术与应用物联网（Internet of Things，简称IoT）是近年来快速发展的一个领域，利用物联网技术可以将传感器设备与互联网相连接，实现设备的数据交互和智能化控制。
物联网传感器技术作为物联网的重要组成部分，发挥着关键的作用。
本文将对物联网传感器技术的原理、分类以及在实际应用中的具体应用领域进行探讨。
一、物联网传感器技术原理物联网传感器技术是指通过传感器对现实世界的各种物理量或环境参数进行感知，并将其转化为信号或数据，通过通信网络传输到云端进行处理和分析。
主要包括传感器、信号调理、数据传输和数据处理等环节。
1. 传感器传感器是物联网传感器技术的核心组成部分，通过感知物理量或环境参数的变化，将其转化为电信号或其他可处理的信号形式。
传感器根据感知的物理量不同，可分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光照传感器等多种类型。
2. 信号调理传感器感知到的信号通常是微弱的和模拟的，需要通过信号调理进行放大、滤波、线性化等处理，使之符合后续处理的要求。
信号调理模块能够提高传感器的灵敏度和准确性。
3. 数据传输传感器通过无线通信或有线通信方式将采集到的数据传输到云端或其他处理终端。
无线通信方式包括蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等，有线通信方式包括以太网、RS485等。
4. 数据处理在云端或其他处理终端，通过对传感器采集到的数据进行实时分析和处理，实现数据挖掘、模式识别、决策支持等功能。
数据处理的结果可以提供给用户或其他应用系统使用。
二、物联网传感器技术分类根据物联网传感器的工作方式和部署方式不同，可以将其分为以下几类：1. 主动传感器主动传感器是指能够主动产生信号的传感器，例如温度传感器、湿度传感器等。
这类传感器根据感知到的物理量的变化，主动产生相应的信号，不需要外部信号的刺激。
2. 被动传感器被动传感器是指需要外部刺激才能产生信号的传感器，例如光照传感器、压力传感器等。
这类传感器只有在感知到外部物理量的刺激后，才会产生相应的信号。
传感器技术在物联网中的应用
传感器技术在物联网中的应用引言物联网（IoT）是一个日益发展和扩大的领域，它将互联网和物理设备相结合，使设备能够互相通信并自动执行任务。
随着物联网的发展，传感器技术已经成为该领域中的一个关键技术。
本文将探讨传感器技术在物联网中的应用。
第一部分：什么是传感器技术？传感器技术可以帮助我们获取物理世界中的数据，通过将物理参数转换为电信号，我们可以利用这些数据来做出决策。
传感器通常使用微型计算机和数字信号处理器来处理数据，并将结果传输到其他设备。
传感器技术的一个常见用途是在生产和工业环境中检测温度、湿度、光线、声音等因素，以帮助控制和优化生产过程。
第二部分：传感器技术如何应用于物联网？传感器技术在物联网中的应用非常广泛，与物联网的其他技术协同作用，为用户带来数以亿计的智能设备和服务。
以下是几个示例：1. 智能家居在智能家居中，传感器可以检测温度、湿度、光线、电器使用情况等信息，并将这些信息发送到用户的手机或计算机。
这些数据可以帮助用户更好地掌控家庭环境，例如将房间的温度调整到最适宜的温度，或关闭未使用的电器来减少能源消耗。
2. 智慧城市在智慧城市中，传感器可以检测空气质量、噪音水平、交通情况等信息，并将这些信息发送到城市的中央计算机。
这些数据可以帮助决策者更好地监测城市运行状况，优化城市交通，减少交通事故，提高城市的生态环境。
3. 工业自动化在工业自动化中，传感器可以检测生产线上的温度、湿度、压力等信息，并将这些信息发送到生产线的中央控制器。
这些数据可以帮助工人监测生产过程，发现潜在的故障，并及时制止这些故障，保证生产的连续性和稳定性。
4. 机器人技术在机器人技术中，传感器可以帮助机器人感知周围的物理环境，并随时调整自己的动作。
传感器可以检测物体的大小、形状、距离和位置，以及其他物理参数，使机器人能够更好地执行各种任务。
结论传感器技术已经成为物联网的核心技术之一。
它为用户提供了一种新的方式来获取、监控和处理物理世界中的信息，可以帮助用户更好地控制和优化其所在的环境。
物联网传感器原理及应用
物联网传感器原理及应用物联网传感器是物联网系统中的重要组成部分，它能够实现对于环境参数的测量和监测，将环境参数转化为数字信号，与物联网系统进行数据传输和交互。
因此，物联网传感器是实现物联网智能化的核心技术之一。
物联网传感器的原理主要是基于传感器技术，通过物理、化学、电学等一系列技术对于环境参数进行测量和监测。
根据不同的参数类型，物联网传感器可分为光学传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体传感器、声音传感器等多种类型，各类型传感器的原理及适用场景也各不相同。
光学传感器是利用光学原理对于光线强度、光线颜色等参数进行检测，广泛应用于照明控制、安防监控等领域。
温度传感器是通过热电、热敏等原理对于环境温度进行检测，广泛应用于气象预报、农业生产等领域；湿度传感器则是通过电阻、电容等原理对于环境湿度进行检测，广泛应用于空气质量监测、工业生产等领域。
值得注意的是，物联网传感器不仅仅是单纯的传感器，它还需要拥有一定的处理能力和通信能力。
传感器内部通常应该有一定的处理芯片，能够对测量数据进行数字信号转化、嵌入式计算等操作，同时还需要具有通信模块，能够与物联网系统进行数据传输和交互。
物联网传感器主要应用于智能家居、智慧城市、工业生产等领域。
在智能家居领域，传感器可以用于智能家电的控制，如温度传感器能够实现自动调节空调温度，湿度传感器能够实现自动控制加湿器；在智慧城市领域，传感器可以用于城市环境监测，如气体传感器能够实现自动检测空气污染，压力传感器能够实现自动检测市区交通状态；在工业生产领域，传感器可以通过检测生产线上的环境参数，实现生产流程的优化和自动化控制。
综上所述，物联网传感器技术是实现物联网智能化的核心技术之一，它的适用范围广泛，将会在未来的社会生产和生活中发挥越来越重要的作用。
物联网中传感器技术的应用
物联网中传感器技术的应用第一章：引言近年来，随着科技的不断发展和普及，物联网已经成为了一个不可或缺的部分。
在物联网中，传感器技术的应用非常广泛，它们被使用在各种各样的场景中，从监测环境到控制复杂的工艺流程都非常有效。
本文将介绍物联网中传感器技术的应用。
第二章：物联网简介物联网（Internet of Things）是一种网络体系结构，可以将多种物理设备和机械设施互相连接，通过网络进行数据交换。
这一系统通过传感器捕捉数据，然后将数据传输到云端或者其他系统中进行处理。
这些设备和传感器可以是任何物理物体，从机器人到家电到汽车到电灯，都可以通过物联网进行连接和交流。
第三章：传感器简介传感器是检测和测量物理量的装置。
它们通过检测实体物体或者环境中的变化来感知和捕捉数据。
传感器可以检测多种物理量，例如温度、压力、湿度、光照、声音、速度等等。
数据通过传感器从物理世界转移到数字世界，这些数据可以被收集、处理、存储和分析。
第四章：物联网中传感器的应用4.1 环境监测在环境监测中，传感器技术能够收集大量的数据，例如温度、湿度、空气质量、降雨量和风速等等。
这些数据可以通过物联网进行实时监测，使得我们能够更好地了解环境变化的情况。
环境监测还可以在气象、农业和工业中发挥作用，例如在农业领域中，物联网可以帮助种植者监测土壤质量、水分和气候变化等因素，从而实现精确的农业管理。
4.2 智能家居在智能家居领域，传感器技术可以帮助我们实现更加智能化的生活方式。
智能家居中的传感器可以监测室内温度、湿度、照明和安全等方面，从而提高居住舒适度和安全性。
例如，当传感器检测到室内温度过高时，它可以自动打开空调，从而改善室内温度。
传感器还可以实现智能门锁、智能摄像头等相关功能。
4.3 工业自动化在工业自动化领域，传感器技术可以帮助我们实现智能化生产过程。
传感器可以收集工厂生产线上的数据，例如温度、湿度、振动、压力和电流等指标，这些数据可以实时传输到控制中心或者云端进行分析和处理。
物联网传感器技术的使用教程及应用实例
物联网传感器技术的使用教程及应用实例物联网传感器技术是现代科技发展的重要领域之一，其在各个行业中具有广泛应用。
本文将介绍物联网传感器技术的基本原理、使用教程以及应用实例，帮助读者了解和运用这一技术。
一、物联网传感器技术的基本原理物联网传感器技术是通过各种传感器设备采集环境中的各种数据，并通过网络将这些数据传输到中心控制系统，实现对环境的实时监测和控制。
物联网传感器技术的基本原理如下：1. 传感器采集数据：传感器是物联网中的核心组件，用于测量和检测环境中的各种参数，如温度、湿度、压力等。
传感器通过将物理量转换为电信号来采集数据。
2. 数据传输：传感器采集到的数据通过无线通信或有线网络传输到中心控制系统。
无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，有线网络包括以太网、Modbus等。
3. 数据处理和存储：中心控制系统接收传感器数据，并进行数据处理和存储。
数据处理包括数据清洗、滤波、校准等操作，存储包括将数据存储在数据库中，以备后续使用。
4. 实时监测和控制：中心控制系统根据接收到的数据进行实时监测和控制。
监测可以是对环境参数的实时显示，控制可以是根据数据结果启动自动化设备或发送警报。
二、物联网传感器技术的使用教程1. 选择合适的传感器：在应用物联网传感器技术之前，首先需要选择合适的传感器。
根据所需的参数类型、测量范围和环境条件等因素，选择适合的传感器类型，如温度传感器、湿度传感器等。
2. 连接传感器与数据采集设备：将传感器与数据采集设备连接。
无线通信设备可以通过蓝牙或Wi-Fi等方式与传感器连接，有线设备则需要使用合适的接口和电缆进行连接。
3. 配置传感器参数：根据实际需求，配置传感器的参数，如采样频率、测量范围等。
这些参数的配置可以通过电脑上的配置软件或者物联网平台进行设置。
4. 数据传输和处理：选择合适的数据传输方式，如通过Wi-Fi将传感器数据传输到服务器或云平台。
在服务器或云平台上进行数据处理和存储。
物联网技术(第3章)传感器的应用
（4）压力传感器 一般普通压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是
指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，或在一段 连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬 间呈现为任意数值的信号。通常使用的压力传感器主要 是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电 传感器。
• 在物联网科研究中，传感器具有突出的地位。要获取 大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传 感器是不可能的。
5
概述
• 传感器属于物联网的神经末梢，成为人类全面感知自 然的最核心元件，各类传感器的大规模部署和应用是 构成物联网不可或缺的基本条件。
• 对应不同的应用有着不同的传感器，覆盖范围包括智 能工业、智能安保、智能家居、智能运输、智能医疗 等。
办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管
医疗卫生：数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
3.1 物联网与传感技术
• 传感器是人类五官的延长，又称之物联网的“电五 官”。
13
传感器组成
1. 敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)与检出被 测对象的待测信息(非电量)的部分。
2. 转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受(或响应) 出的信息直接转换成电信号的部分。
3. 信号调节电路是能把转换元件输出的电信号转换为 便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。
4. 辅助电路通常包括电源，即交、直流供电系统。
• 传感器属于物联网中的传感网络层，它作为物联网的 最基本一层，具有十分重要的作用。
• 传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体化的 方式呈现，都是物联网中的感知和输入部分。
物联网中的传感器技术与应用
物联网中的传感器技术与应用第一章：概述物联网是指各种设备和物件的互联，形成一个巨大的网络，这些设备可以收集、交换和分析数据。
传感器技术是物联网的重要组成部分，通过传感器技术，设备可以获取各种数据，以便更好地进行分析、监控和决策。
本文将介绍物联网中的传感器技术与应用。
第二章：传感器技术的分类传感器是物联网中获取数据的重要手段，传感器技术包括许多不同的技术。
传感器可以分为以下几类：1. 光学传感器：使用光学原理进行测量，可以测量反光率、色彩、亮度等。
2. 声学传感器：使用声波进行测量，可以测量声压、声速等。
3. 电子传感器：使用电子原理进行测量，可以测量电压、电流等。
4. 热传感器：使用热原理进行测量，可以测量温度、热流等。
5. 机械传感器：使用机械原理进行测量，可以测量压力、重量等。
6. 化学传感器：使用化学原理进行测量，可以测量气体、液体等的成分、浓度等。
7. 生物传感器：使用生物原理进行测量，可以测量DNA、蛋白质等。
8. 智能传感器：使用人工智能进行测量和分析，可以根据数据进行智能决策和预测。
第三章：传感器技术的应用传感器技术可以应用于物联网中的各种场景，以下是一些常见的应用。
1. 环境监测：使用传感器技术监测环境中的气体、温度、湿度等，可以让我们更好地了解环境状况，以便采取相应措施。
2. 工业自动化：使用传感器技术监测机器的状态，可以及时发现故障，并进行维修，以保证生产效率。
3. 智能家居：使用传感器技术监测家居环境，可以实现智能控制，如自动调节灯光、温度、湿度等。
4. 物流管理：使用传感器技术监测物流过程中的货物位置、运输条件等，可以实现物流信息的实时跟踪和管理。
5. 城市管理：使用传感器技术监测城市交通、环境、能源等，可以实现城市资源的优化调配和可持续发展。
第四章：传感器技术的未来发展传感器技术的发展将会在物联网中扮演越来越重要的角色。
未来传感器技术可能会有以下发展：1. 无线传感器技术：无线传感器技术的发展将为物联网带来更多的应用场景和更高的可靠性。
物联网中的传感器技术的使用方法
物联网中的传感器技术的使用方法随着物联网技术的快速发展，传感器成为构建物联网系统的重要组成部分。
传感器技术的应用范围广泛，可以在各种环境中收集数据并实现自动化控制，进而提高生产效率、优化资源利用和改善生活质量。
本文将介绍物联网中传感器技术的使用方法，以及其在不同领域中的应用案例。
一、传感器技术的基本原理传感器是一种能够感知和测量环境参数的装置，如温度、湿度、光照、压力等。
传感器技术的基本原理包括感知、转换和传输。
感知阶段：传感器通过感知物理或化学变化，将环境参数转化为可测量的电信号。
不同类型的传感器根据其测量对象的不同，采用不同的传感机制，如光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
转换阶段：传感器通过将感知到的物理信息转换为电信号，使其能够被数字设备识别和处理。
这一过程通常通过模拟-数字转换器（ADC）来完成，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号。
传输阶段：传感器将转换后的数字信号发送给物联网网关或云端平台，实现数据的实时传输和存储。
传感器的输出信号可以通过无线传输技术，如Wi-Fi、蓝牙或移动网络，传输到远程服务器上。
二、物联网中传感器的应用方法1. 数据采集和监测传感器可以广泛应用于数据采集和监测领域。
例如，气象传感器可以用于收集气象数据，如温度、湿度、风速和降水量等，用于天气预报和气象研究。
在环境监测中，传感器可以用于测量水质、空气质量和噪音水平，以监测环境污染。
2. 智能家居传感器技术在智能家居中发挥着重要作用。
通过安装温度传感器、湿度传感器和光照传感器等，智能家居系统能够根据环境参数自动调节温度、湿度和照明等设备，提供舒适的居住环境。
此外，门窗传感器和烟雾传感器等还可以实现家庭安全监控和报警功能。
3. 工业自动化传感器技术在工业自动化中的应用越来越广泛。
传感器可以监测物体的位置、速度和压力等参数，实现生产线的自动化控制和优化。
例如，压力传感器可用于检测管道和容器中的压力变化，并根据实时数据对设备进行调整，提高生产效率和质量。
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操作系统是传感器节点软件系统的核心
节点操作系统VS其他操作系统
由图可得，节点操作系统是极其微型化的。
节点操作系统区别于 传统操作系统的主要
特点是：其硬件平 台资源极其有限
节点操作系统发展史
节点操作系统区别于 传统操作系统的主要
特点是：其硬件平 台资源极其有限
TinyOS
TinyOS由加州伯克莱分校开发,是目前无线传感网络研 究领域使用最为广泛的OS () TinyOS开发语言：nesC
3.2传感器技术发展史：缓慢提升的性能
计算机硬件的发展通常遵循摩尔定律：
集成电路上可容纳的晶体管数量，约每 隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。
无线传感器节点的发展并没有像 摩尔定律预测的速度发展！
硬 件
摩尔定律
能
预测的曲线
力
传感器节点
发展曲线
2004
时间
制约传感器性能提升的因素？
功耗的制约：无线传感节点一般被部署在野外，不能通过有线供电。其 硬件设计必须以节能为重要设计目标。 价格的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能。其 硬件设计必须以廉价为重要设计目标。 体积的制约：无线传感节点一般需要容易携带，易于部署。其硬件设计 必须以微型化为重要设计目标。
左侧代码中： BlinkC就表示一个组件，它使用了三 个接口：Timer，Leds，Boot。
在其实现部分，它可以调用这些接 口提供的服务，如Timer.startPeriodic 启动一个以250ms周期触发的时钟， 而Leds.led0Toggle使节点上第一个灯 亮起。
在上面的代码中，注意的是，event 关键字表示BlinkC组件处理的系统事 件。
由美国加州大学伯克利分校大学发 起的LoCal项目试图通过在智能楼宇 中部署无线传感器网络来解决这些 问题。
应用特点 •传感器能实现空间和时间上的细 粒度感知，可实时跟踪到单个电器 •传感器能实现“多功能”的感知，
能推测用户的行为
•传感器能够互联互通，通过大量连
续的数据则有助于分析得出更多有用 的信息
据传输是机会性的
本章内容
3.1 传感器概述 3.2 传感器技术发展史 3.3 典型应用
3.4 设计需求
3.5 硬件平台 3.6 操作系统
不同的应用场景对传感器软硬件提出独特的设计需求
大规模长时间部署传感器的设计需求
低成本与微型化
•低成本的节点才能被大规模部署，微型化的节点才能使部署更加容 易 •节点的软件设计也需要满足微型化的需求 。例如TelosB节点的内存大小只 有4KB，程序存储的空间只有10KB。因此，节点程序的设计必须节约计算 资源，避免超出节点的硬件能力
态电流仅500uA，而通信芯片在工作状态电流近20mA。 •低功耗的通信芯片在发送状态和接收状态时消耗的能 量差别不大 ，这意味着只要通信芯片开着，都在消耗 差不多的能量
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
3.5 硬件平台
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
常用传感器及其关键特性
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
3.5 硬件平台
微处理器
微处理器是无线传感节点中负责计算的核心 ，目前 的微处理器芯片同时也集成了内存、闪存、模数转 化器、数字IO等 ，这种深度集成的特征使得它们非
鲁棒性
•鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障
•对于普通的计算机，一旦系统崩溃了，人们可以采用重启的方法恢复系统，
而传感器节点则不行 ，就整个网络而言，可以适当增加冗余性，增加整
体系统的鲁棒性
本章内容
3.1 传感器概述 3.2 传感器技术发展史 3.3 典型应用 3.4 设计需求
3.5 硬件平台
“能感受被测量并按照一定的规律转换成可 用输出信号的器件或装置”。
•传统传感器的局限性
网络化、智能化的程度十分有限，缺少有效的数 据处理与信息共享能力
•现代传感器
特点：微型化、智能化和网络化 典型代表：无线传感节点
无线传感节点
被测量
敏感元件
转换元件
基本电路
电量
无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片；相 比于传统传感器，无线传感节点不仅包括传感器部件（左上图），还集 成了微型处理器和无线通信芯片等，能够对感知信息进行分析处理 和网络传输。
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
但充电的效率较低，且充电次数有限； 超电容，充
电效率高，充电次数可达100万次，且不易受温度， 振动等因素的影响。
3.5 硬件平台
传感器
有许多传感器可供节点平台使用，使用哪种传感器往 往由具体的应用需求以及传感器本身的特点决定
需要根据处理器与传感器的交互方式：通过模拟信 号和通过数字信号，选择是否需要外部模数转 换器和额外的校准技术。
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
3.5 硬件平台
通信芯片
•通信芯片是无线传感节点中重要的组成部分 ，在一个
无线传感节点的能量消耗中，通信芯片通常消耗能 量最多 ，在目前常用的TelosB节点上，CPU在工作状
3.6 操作系统
结合设计需求可得出传感器节点硬件平台的基本特征
3.5 硬件平台
供能装置
•采用电池供电，使得节点容易部署。但由于电压、 环境等变化，电池容量并不能被完全利用。
•可再生能量，如太阳能。可再生能源存储能量有两种
方式：充电电池，自放电较少，电能利用会比较高，
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
灵活性与扩展性
•传感器节点被用于各种不同的应用中，因此节点硬件和软件的设计必须 具有灵活性和扩展性 •节点的硬件设计需满足一定的标准接口，例如节点和传感板的接口统
一有利于给节点安装上不同功能的传感器
•软件的设计必须是可剪裁的，能够根据不同应用的需求，安装不同功能
的软件模块
大规模长时间部署传感器的设计需求
低功耗无线传感节点
1996年，LWIM团队将多种传感 器、控制和通信芯片集成在一个 设备上，开发了LWIM节点
1998年，LWIM团队和Rockwell科 学中心合作开发了WINS节点
加州伯克莱分校SmartDust项目
微型化传感器节点
1999年，该校发布了WeC节点
之后，该校又发布了一系列节 点，包括Mica、Mica2、 Mica2Dot，MicaZ
大规模长时间部署传感器的设计需求
低功耗
•在硬件设计上采用低功耗芯片
例如TelosB节点使用的微处理器，在正常工作状态下功率为3mW，而一 般的计算机的功率为200到300W
•软件节能策略来实现节能 软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低 功耗模式，仅在需要工作的时候进入正常状态
大规模长时间部署传感器的设计需求
传感器
微处理器
无线通信芯片
电池
本章内容
3.1 传感器概述
3.2 传感器技术发展史
3.3 典型应用 3.4 设计需求 3.5 硬件平台 3.6 操作系统
传感器发展的两条主线是什么？制约因素又有哪些？
3.2传感器技术发展史：两条主线
对无线
传感器
的研究 始于20 世纪90 年代
加州洛杉矶分校LWIN项目
常适合在无线传感器网络中使用。
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
影响节点工作整体性能的微处理器关键性能包括功耗
特性，唤醒时间（在睡眠/工作状态间快速切换），
供电电压（长时间工作），运算速度和内存大小
常用微处理器及其关键特性
边，用于检测与收集移动目标的情 况。
应用特点 •节点自主成网、多跳传输 •节点通过电池供电，通过软件节 能机制延长网络的生命周期 •节点智能感知、协同工作，向
上提供预警的功能
智能楼宇中的传感器： LoCal
每年美国用电报告显示至少有30% 的电量是浪费的。这些电能浪费在 何处？其中哪些是可以节省的？
•本章重点介绍传感器技术，涉及传感器的基本概念和典型 应用，以及常用的硬件平台和操作系统等内容。
本章内容
3.1 传感器概述
3.2 传感器技术发展史 3.3 典型应用 3.4 设计需求 3.5 硬件平台 3.6 操作系统
究竟什么是传感器？传感器有哪些部分组成呢？
3.1传感器概述
•定义
我国国家标准（GB7665-2005）对传感器的定义是：
TinyOS代码举例
// BlinkCApp.nc configuration BlinkAppC {} implementation { components MainC, BlinkC, LedsC; components new TimerMilliC() as TimerC; BlinkC -> MainC.Boot; BlinkC.Timer -> TimerC; BlinkC.Leds -> LedsC; }
第3章 传感器技术
内容提要
传感器作为信息获
取的重要手段，与通信 技术和计算机技术共同 构成信息技术的三大支 柱。