第2章_感知层
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物联网概论-2版-第2章
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物联网概论（第2版）
2.4
应用层
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物联网概论（第2版）
应用层
2.4.1 应用层的功能
2.4.2 物联网中间件
2.4.3 物联网应用场景
2.4.4 物联网应用所需的环境 2.4.5 物联网面临的挑战 2.4.6 物联网前景展望
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2.4.1 应用层的功能
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2.4.6 物联网前景展望
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信息不是单向传递的，也有交互或控制。
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物 联 网 体 系 架 构
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物联网概论（第2版）
2.3.3 互联网
3．互联网的基本功能 互联网的功能主要有三个：数据通信、资源共享和分布处 理。数据通信是计算机最基本的功能，能够实现快速传送计算机与 终端、计算机与计算机之间的各种信息。计算机互联网络的目的就 是实现网络资源共享。互联网数据通信能力强，网上的计算机是相 对独立的，它们各自相互联系又相互独立。
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2.4.2 物联网中间件
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2.4.2 物联网中间件
2024年学习笔记信息系统项目管理师(第四版)第二章-信息技术发展
第⼆章-信息技术发展1-信息技术及其发展1.1-计算机软硬件、计算机⽹络1.计算机硬件是指计算机系统中有电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。
2.计算机软件是指计算机系统中的程序及文档，程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。
3.硬件和软件相互依存。
4.从网络的作用范围可将网络类别划分为：个人局域网（PAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、公用网、专用网。
5.广域网协议主要包块：PPP 点对点协议、ISDN 综合业务数字网、xDSL、DDN 数字专线、x.25、FR 帧中继、ATM 异步传输模式。
6.IEEE 802 协议族：IEEE 802 规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间连接的建立、维护和拆除的途径。
7.802.3（以太网的 CSMA/CD 载波监听多路访问/冲突检测协议）、802.11（无线局域网 WLAN 标准协议）。
8.OSI 七层网络模型从上到下：应用层（事务处理程序、文件传送协议）、表示层（管理数据的解密加密数据转换、格式化和文本压缩）、会话层（负责在网络中的两节点之间建立和维持通信，以及提供交互会话的管理功能）、传输层（提供建立、维护和拆除传送连接的功能）、网络层（网络地址 IP 地址翻译成对应物理地址 MAC 地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方，实现拥塞控制。
网际互联等）、数据链路层（物理地址寻址、数据的成帧、流量控制。
数据的检错重发等）、物理层（物理联网媒介，如电缆连线连接器）。
9.TCP/IP 是 Internet 的核心，共四层有：应用层（FTP 文件传输协议、TFTP 简单文件传输协议、HTTP 超文本传输协议、SMTP 简单邮件传输协议、DHCP 动态主机配置协议、Telnet 远程登录协议、DNS 域名系统、SNMP 简单网络管理协议）、传输层（TCP 传输控制协议、UDP 用户数据报协议）、网络层（IP 协议、ICMP 网络控制报文协议、IGMP 网际组管理协议、ARP 地址解析协议、RARP 反向地址解析协议）、网络接口层（底层协议，传输数据的物理媒介）。
物联网-第2章 物联网体系架构-物联网——体系结构、协议标准与无线通信-高泽华-清华大学出版社
➢ OSI七层模型和TCP/IP四个协议层的关系
2.2 网络传输层
➢ IPv6
➢ 地址空间巨大 ➢ 地址层次丰富 实现 IP 层网络安全 无状态自动配置
2.2 网络传输层
➢ 传输网与传感网的融合
2.3 应用层
➢ 应用层是物联网运行的驱动力，提供服务是物联网建设的价值所在。应用 层的核心功能在于站在更高的层次上管理、运用资源。感知层和传输层将 收集到的物品参数信息，汇总在应用层进行统一分析、挖掘、决策，用于 支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、控制、共享、互通，提升 信息的综合利用度。应用层是对物联网的信息进行处理和应用,面向各类 应用,实现信息的存储、数据的分析和挖掘、应用的决策等,涉及到海量信 息的智能分析处理、分布式计算、中间件等多种技术。 网络传输层 2.3 应用层 2.4 物联网体系构架
第2章 物联网体系架构
➢ 物联网是互联网向世界万物的延伸和扩展， 是以实现万物互联的一种网络。万物互联是 实现物与物、人与人、物与人之间的通信。 物联网系统架构和标准的技术体系包括：感 知层、传输层、应用层。
（1）感知网用于采集与传输环境信息 （2）接入网由一些网关或汇聚节点组成，为感知网与外部网络或控制中心之间的通信提
供基础通信接入设施 （3）网络基础设施是指下一代互联网NGN （4）中间件由负责大规模数据采集与处理的软件组成 （5）应用平台涉及未来各个行业，它们将有效使用物联网提供服务以提高生产和生活的
➢ 业务模式和流程
➢ 1.业务模式
➢ 业务定制模式 ➢ 公共服务模式 ➢ 灾害应急模式
➢ 2.业务描述语言
➢ XML ➢ UML ➢ BPEL
➢ 3.业务流程
2.3 应用层
➢ 服务资源
➢ 1.标识
2.2 网络传输层
➢ IPv6
➢ 地址空间巨大 ➢ 地址层次丰富 实现 IP 层网络安全 无状态自动配置
2.2 网络传输层
➢ 传输网与传感网的融合
2.3 应用层
➢ 应用层是物联网运行的驱动力，提供服务是物联网建设的价值所在。应用 层的核心功能在于站在更高的层次上管理、运用资源。感知层和传输层将 收集到的物品参数信息，汇总在应用层进行统一分析、挖掘、决策，用于 支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、控制、共享、互通，提升 信息的综合利用度。应用层是对物联网的信息进行处理和应用,面向各类 应用,实现信息的存储、数据的分析和挖掘、应用的决策等,涉及到海量信 息的智能分析处理、分布式计算、中间件等多种技术。 网络传输层 2.3 应用层 2.4 物联网体系构架
第2章 物联网体系架构
➢ 物联网是互联网向世界万物的延伸和扩展， 是以实现万物互联的一种网络。万物互联是 实现物与物、人与人、物与人之间的通信。 物联网系统架构和标准的技术体系包括：感 知层、传输层、应用层。
（1）感知网用于采集与传输环境信息 （2）接入网由一些网关或汇聚节点组成，为感知网与外部网络或控制中心之间的通信提
供基础通信接入设施 （3）网络基础设施是指下一代互联网NGN （4）中间件由负责大规模数据采集与处理的软件组成 （5）应用平台涉及未来各个行业，它们将有效使用物联网提供服务以提高生产和生活的
➢ 业务模式和流程
➢ 1.业务模式
➢ 业务定制模式 ➢ 公共服务模式 ➢ 灾害应急模式
➢ 2.业务描述语言
➢ XML ➢ UML ➢ BPEL
➢ 3.业务流程
2.3 应用层
➢ 服务资源
➢ 1.标识
第2章_感知层
编/译码器 MEM ALU
收发模块
发射机 Transmitter 接收机 Receiver
其它I/O接口
天线
③天线(Antenna) 定义：是一种以电磁波的形式把前端射频功率信号接收进来 或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件。
功能：实现行波与自由空间波能量的转化。
类型：电子标签天线和读写器天线。电子标签天线和电 子标签集成为一体，负责接收能量；读写器天线既可内置于读 写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连， 用来发射能量。
由1个主控站、5个监测站、4个地面天线组成。 负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，
大气校正等数据。
用户设备部分：
即用户GPS信号接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的
信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航
和定位工作。
定位原理： GPS使用24颗人造卫星所形成的网络来三角定位接收器的位置，
红外线和超声波测距定位技术 红外线IR (Infrared Ray)定位原理：红外线发射器发射的红 外射线，通过安装在室内的光电传感器接收进行定位。 特点：定位精度高，但光线受障碍物影响，只能短距离定位。 超声波UW(Ultrasonic Wave)的定位原理：与GPS基本相同， 但采用反射法测距。即发射超声波并接收由被测物反射的回波， 根据回波与发射波的时间差计算出待测距离。 特点：整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应 和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成 本太高。
2 1 2 2
2
(x, y, z) 为待求的接收机位置， di 为卫星到接收机的距离， (xi, yi, zi) 为卫星瞬时位置（由星历计算得到）。
收发模块
发射机 Transmitter 接收机 Receiver
其它I/O接口
天线
③天线(Antenna) 定义：是一种以电磁波的形式把前端射频功率信号接收进来 或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件。
功能：实现行波与自由空间波能量的转化。
类型：电子标签天线和读写器天线。电子标签天线和电 子标签集成为一体，负责接收能量；读写器天线既可内置于读 写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连， 用来发射能量。
由1个主控站、5个监测站、4个地面天线组成。 负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，
大气校正等数据。
用户设备部分：
即用户GPS信号接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的
信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航
和定位工作。
定位原理： GPS使用24颗人造卫星所形成的网络来三角定位接收器的位置，
红外线和超声波测距定位技术 红外线IR (Infrared Ray)定位原理：红外线发射器发射的红 外射线，通过安装在室内的光电传感器接收进行定位。 特点：定位精度高，但光线受障碍物影响，只能短距离定位。 超声波UW(Ultrasonic Wave)的定位原理：与GPS基本相同， 但采用反射法测距。即发射超声波并接收由被测物反射的回波， 根据回波与发射波的时间差计算出待测距离。 特点：整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应 和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成 本太高。
2 1 2 2
2
(x, y, z) 为待求的接收机位置， di 为卫星到接收机的距离， (xi, yi, zi) 为卫星瞬时位置（由星历计算得到）。
物联网概论试题及答案
物联网概论试题及答案第1章习题一、选择题1.“智慧地球”是B公司提出的，并得到奥巴马总统的支持。
A)IntelB)IBMC)TID)Google2.RFID属于物联网的_D_层。
A)应用B)网络C)业务D)感知3.物联网有四个关键性的技术，B_能够接收物品“讲话”的内容？4.下列哪项不属于在物联网存在的问题_____A______。
A)制造技术B)IP地址问题C)终端问题D)安全问题二、填空题1.物联网的理念是基于__互联网___、___射频识别技术(RFID)__、____电子代码(EPC)_，在计算机互联网的基础上，利用___射频识别技术__、___无线数据通信技术_等，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，即物联网。
2.中国的第一个提出建设物联网城市是___无锡_。
3.物联网包含体系结构有三层，分别是__感知层_、___网络层_和___应用层___。
基于应用服务设想，物联网可以分为感知、传输、支撑、应用四大部分，其中感知和传输属于硬件系统中的___感知层__和____网络层__，感知层和网络层，支撑和应用属于软件系统中的___应用__应用层。
4.物联网的显著特点是__技术高度集成_、____学科复杂交叉_和___综合应用广泛__。
5.物联网，较直接地说，就是把世界所有的物体连接起来形成的网络，其关键技术有____RFID_、___传感技术_、___无线网络技术__和___人工智能技术__，其核心是___智能技术__，能让物品“开口说话”的是__RFID__。
简述十五年周期定律和摩尔定律。
答：十五年周期定律：计算模式每隔15年发生一次变革。
摩尔定律：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
简要概述物联网的体系结构。
分析物联网的关键技术和应用难点。
答：关键技术为RFID、无线网络技术、传感技术、人工智能技术。
应用难点在于其技术标准问题、数据安全问题、IP地址问题、终端问题。
第二章 人机一体化
第二章 自动化制造系统的人机一 体化分析与设计
第一节 自动化制造系统的人机一体化基本概念
一、人机一体化制造系统的定义
所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适 度自动化水平的制造设备和控制系统共同组成一 个系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器 (制造设备)共同感知、共同决策、共同工作，从而 突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局， 形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
(四)加工设备的布置与作业空间设计 制造系统中的机器设备体积大，工作时常伴有噪声、
切屑和油污产生，为使操作安全、舒适和维护管 理方便，井保证整个作业区顺利取送工件，自动 化制造系统中的机器设备需要进行作业空间设计。
第二章－人机一体化分析与设计
1．机器设备的平面排列布置 1)纵向排列布置 2)横向排列布置 3)斜向排列布置
第二章－人机一体化分析与设计
(三)初步设计
进入初步设计阶段，系统的各个硬件，各个专 业的设计活动都全面展开，这时应始终注意 人机一体化要求与各个硬件、软件设计与设 计决策的协调一致性，保证系统设计的全过 程都有人机工程专业设计人员的参与，都应 考虑到人的影响因素。 人机一体化制造系统的初步设计是指围绕系 统设计所进行的功能分配、作业要求研究和 作业分析。
第二章－人机一体化分析与设计
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统在三 个层面上实现一体化，即感知层面、控制层面(对输入 系统的信息判断、识别推理、决策和创造)和执行层面， 三个层面的有机结合，就构成了人机一体化制造系统 的总体结构。
第一节 自动化制造系统的人机一体化基本概念
一、人机一体化制造系统的定义
所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适 度自动化水平的制造设备和控制系统共同组成一 个系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器 (制造设备)共同感知、共同决策、共同工作，从而 突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局， 形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
(四)加工设备的布置与作业空间设计 制造系统中的机器设备体积大，工作时常伴有噪声、
切屑和油污产生，为使操作安全、舒适和维护管 理方便，井保证整个作业区顺利取送工件，自动 化制造系统中的机器设备需要进行作业空间设计。
第二章－人机一体化分析与设计
1．机器设备的平面排列布置 1)纵向排列布置 2)横向排列布置 3)斜向排列布置
第二章－人机一体化分析与设计
(三)初步设计
进入初步设计阶段，系统的各个硬件，各个专 业的设计活动都全面展开，这时应始终注意 人机一体化要求与各个硬件、软件设计与设 计决策的协调一致性，保证系统设计的全过 程都有人机工程专业设计人员的参与，都应 考虑到人的影响因素。 人机一体化制造系统的初步设计是指围绕系 统设计所进行的功能分配、作业要求研究和 作业分析。
第二章－人机一体化分析与设计
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统在三 个层面上实现一体化，即感知层面、控制层面(对输入 系统的信息判断、识别推理、决策和创造)和执行层面， 三个层面的有机结合，就构成了人机一体化制造系统 的总体结构。
第二章 物联网的概念和特征
3．智能处理
2.2 物联网的技术特征
物联网的目的是实现对各种物品（包括人）进行智能化识别、定位、跟踪
、监控和管理等功能。需要通过云计算、人工智能等智能计算技术，对海
量数据进行存储、分析和处理，针对不同的应用需求，对物品实施智能化
Hale Waihona Puke 的控制。2.3物联网的基本模型
物联网的C3SD技术结构。 如图所示。 即建立在
2.4物联网的知识体系
2.4物联网的知识体系
（3）课程体系 为了支撑上述知识体系，可以开设如下课程组合，来覆盖上述知识领域和知识单元： 按照计算机类招生的课程组合，包括7门课程，如图所示。 其中， 1. 物联网技术导论，覆盖知识领域CM概念与模型； 2. 传感标识与定位，覆盖知识领域ID标识与感知 3. 无线传感器网络，覆盖知识领域CL通信与定位和ID的部分知识单元 4. 云计算与大数据，覆盖知识领域CP 计算与平台和DI数据与智能 5. 物联网信息安全，覆盖知识领域SP安全与隐私 6. 物联网智能控制，覆盖知识领域CT控制与执行 7. 物联网工程与应用，覆盖知识领域PD工程与应用
2G网络
物联网管理中心
物联网信息中心
（编码、认证、鉴
（算法库、样本
权、计费） 3G网络 库、信息库） 4G网络
行业专家系统
RFID 读写器
M2M 终端
传感器网关
传感器网关
物联网 感知层
RFID标签 传感器 摄像头
传感器网络
传感器网络
2.4物联网的知识体系
物联网工程专业的基础知识应至少包括：
算法与程序设计（离散数学、算法设计、数据结构、程序语言） 电路与电子技术（数电、模电、电路） 计算机系统（组成、系统结构、操作系统、微机与接口） 计算机网络（网络原理、网络安全） 数据库系统（数据、数据库原理、数据处理） 嵌入式系统 （MCU、嵌入式操作系统）
第二章 人机一体化
第二章－人机一体化分析与设计
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
人在操作过程中，机器通过显示器 将信息传递给人的感觉器官(如眼 睛、耳朵等)，经中枢神经系统对 信息进行处理后，再指挥运动系 统(如手、脚等)操纵机器的控制器、 改变机器所处的状态。由此可见， 从机器传来的信息，通过人这个 “环节”又返回到机器，从而形 成一个闭环系统。人机所处的外 部环境因素(如温度、照明、噪声、 振动等)也将不断影响和干扰此系 统的效率。因此，从广义来讲， 人机系统又称人—机—环境系统。
(一)感知层面上的人机联合感知 人的视觉、听觉、嗅觉、运动觉、触觉等 感知系统和机器的感知系统对输人系统的加 工信息、环境信息联合进行多维综合信息感 知。（输入自动化制造系统的毛坯、加工指 令、工艺文件、工艺装备、零件数量、作业 计划及外部环境温度、照明、运输、在制品 库存。）
第二章－人机一体化分析与设计
机器系统可精确感知系统输入信息，环境信息， 人及机器本身的定量信息(如；毛坯几何尺寸、 加工工序要求、切削速度、环境温度、压力、 振动、人的心电、脑电信号等)，并可通过拓 宽感知范围感知人类不能感知的信息(如微波、 红外、超声波等)；
第二章－人机一体化分析与设计
(二)控制层面上采用人机共同决策
第二章－人机一体化分析与设计
2．作业要求研究 每一项分配给人的功能都对人的作业提出作业品质的 要求，例如精度、速度、技能、培训时间、满意度， 设计者必须弄清与作业要求相关的人体特征，作为后 续人机界面设计、作业辅助设计的依据。
第二章－人机一体化分析与设计
1．功能分配 功能分配是指把已定义的系统功能，按照一定的分配
原则，“分配”给人、机器或软件。设计者根据已 经掌握的资料和人机特性制定分配原则。有的系统 功能分配是直接的、自然的，但也有的系统功熊分 配需要更详尽的研究才能制定出分配方案 关于人的功能分配要考虑： 1、人是否有“能力”实现该功能；这是针对人力资源 特征而判断的； 2，预测人是否乐意长时间从事这一功能。这是因为人 也许具备完成某项功能的技能和知识，但缺乏做好 该功能的作业动机，也不能保证系统功能的正常完 成。
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
人在操作过程中，机器通过显示器 将信息传递给人的感觉器官(如眼 睛、耳朵等)，经中枢神经系统对 信息进行处理后，再指挥运动系 统(如手、脚等)操纵机器的控制器、 改变机器所处的状态。由此可见， 从机器传来的信息，通过人这个 “环节”又返回到机器，从而形 成一个闭环系统。人机所处的外 部环境因素(如温度、照明、噪声、 振动等)也将不断影响和干扰此系 统的效率。因此，从广义来讲， 人机系统又称人—机—环境系统。
(一)感知层面上的人机联合感知 人的视觉、听觉、嗅觉、运动觉、触觉等 感知系统和机器的感知系统对输人系统的加 工信息、环境信息联合进行多维综合信息感 知。（输入自动化制造系统的毛坯、加工指 令、工艺文件、工艺装备、零件数量、作业 计划及外部环境温度、照明、运输、在制品 库存。）
第二章－人机一体化分析与设计
机器系统可精确感知系统输入信息，环境信息， 人及机器本身的定量信息(如；毛坯几何尺寸、 加工工序要求、切削速度、环境温度、压力、 振动、人的心电、脑电信号等)，并可通过拓 宽感知范围感知人类不能感知的信息(如微波、 红外、超声波等)；
第二章－人机一体化分析与设计
(二)控制层面上采用人机共同决策
第二章－人机一体化分析与设计
2．作业要求研究 每一项分配给人的功能都对人的作业提出作业品质的 要求，例如精度、速度、技能、培训时间、满意度， 设计者必须弄清与作业要求相关的人体特征，作为后 续人机界面设计、作业辅助设计的依据。
第二章－人机一体化分析与设计
1．功能分配 功能分配是指把已定义的系统功能，按照一定的分配
原则，“分配”给人、机器或软件。设计者根据已 经掌握的资料和人机特性制定分配原则。有的系统 功能分配是直接的、自然的，但也有的系统功熊分 配需要更详尽的研究才能制定出分配方案 关于人的功能分配要考虑： 1、人是否有“能力”实现该功能；这是针对人力资源 特征而判断的； 2，预测人是否乐意长时间从事这一功能。这是因为人 也许具备完成某项功能的技能和知识，但缺乏做好 该功能的作业动机，也不能保证系统功能的正常完 成。
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t1: 接收机接收到卫星信号
Δt = ？
GPS信号时间延迟Δ t = 码元宽度tu × 移位数
传输一个bit所需要的时间。 tu=1 / f f是信号传输频率，已知数。
星站距离 = 光速 × 码元宽度tu × 移位数
（2）室内定位技术 室内定位技术主要有红外线/超声波定位技术、ZigBee/UWB 定位技术、RFID定位技术、Wi-Fi/蓝牙定位技术等。
编/译码器 MEM ALU
收发模块
发射机 Transmitter 接收机 Receiver
其它I/O接口
天线
③天线(Antenna) 定义：是一种以电磁波的形式把前端射频功率信号接收进来 或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件。
功能：实现行波与自由空间波能量的转化。
类型：电子标签天线和读写器天线。电子标签天线和电 子标签集成为一体，负责接收能量；读写器天线既可内置于读 写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连， 用来发射能量。
RFID 标签结构示意图
②阅读器(Reader) 定义：阅读器，也称为读写器、查询器、读卡器等
功能：主要负责将主机的读写命令加密后传送到电子标签， 将电子标签返回的数据初始化、解密后送到主机。 组成：主要由收发模块+控制模块（微处理器）+接口电路 +天线等4部分组成。
接口电路 数据 交换 管理 系统 串行接口 网络接口 通 信 接 口 控制模块
特点及应用：
磁卡可方便地写入、储存、改写信息内容，使用方便，成本低。 可用于信用卡、银行卡、社保卡、证券交易卡、地铁卡。
磁卡工作原理
磁条是由一些微小的磁粒（铁磁材料）附着于类似塑料胶带 上形成的，铁磁材料是一种在外部磁场移走以后仍然可以保留磁 性的物质。
磁粒极性N-S，S-N 磁头磁通量变化 线圈等效电感抗变化 检测电压变化
信号，当装设有电子标签的设备进入发射天线工作区域时，电 子标签内产生感应电流，获得能量被激活；
电子标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去； 系统接收天线接收到电子标签发送来的载波信号，经天线调
节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，送 到后台主系统进行相关处理；
主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做
第2 章
感知层
感知层含义 感知层是物联网的基础，有大量的具有感知、通信、识 别能力的智能物体（即各种传感器、RFID芯片、GPS终端设备、 智能家电等，也称为感知节点）组成。
1、 传感器
传感器定义：
一种能感受规定的被测量件，并按照一定的规律转换成可
用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器结构
显示器
被测量
敏感 非电量 元件
转换 电量 变换 标准电量 元件 电路 辅助电源
记录仪 数据处理仪器
传感器类型及其功能
力传感器
温湿度传感器
光电传感器
2、RFID与自动识别技术
1）磁卡识别技术
磁卡是一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符 和数字信息，与各种磁卡读写器配合，用来标识身份或其他用途。
由1个主控站、5个监测站、4个地面天线组成。 负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，
大气校正等数据。
用户设备部分：
即用户GPS信号接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的
信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航
和定位工作。
定位原理： GPS使用24颗人造卫星所形成的网络来三角定位接收器的位置，
串行E2PROM 芯片AT24C02
IC卡触点位置
IC卡触点位置
IC卡触点功能定义
IC卡工作原理
读卡器
IC卡
通过I2C总线协议，实现读卡器与IC卡实现数据传输。
3)RFID 射频识别技术
RFID系统的组成
4部分：
电子标签
阅读器 射频天线 后台计算机
①电子标签
定义：电子标签，也称射频卡（Radio Frequency ，简称 RF卡）或应答器，装设在被识别的物体对象上。 组成： “耦合元件+芯片”，其中包含带加密逻辑、电可 擦除、可编程只读存储器EEPROM、微处理器CPU、射频收 发及相关电路。 功能：电子标签具有智能读写和加密通信的功能。通过无 线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出 的射频脉冲提供。 特点：每个电子标签具有唯一的EPC标识，利用阅读器， 可以方便、精确的了解物品信息。
2)IC卡识别技术 IC卡(Integrated Circuit ，简称IC卡)，即集成电路卡，是将 集成电路芯片镶嵌于塑料基片的指定位置上，以存储、读取和修 改信息。
特点及应用： 便于携带、存储量大、保密性好、无法被破译及仿造。 已被广泛应用于金融、交通、通讯、医疗、身份证明等众多领域。
IC卡内部结构
GPS系统由3个独立部分组成： 卫星空间部分、 地面监控部分和 用户GPS接收机三部分组成。
卫星空间部分：
由24颗人造卫星构成， 其中21颗工作，3颗备用。 24颗卫星均匀分布在6个轨道面上，使地球表面任何地方在任 一时刻都有至少6颗卫星在视线之内，可达到准确定位和跟踪。
地面监控部分：
并提供经纬度坐标，可以达到准确定位。但GPS定位的位置需要
在可看见人造卫星或轨道所经过的地方，因此只用于室外定位。
定位点的观测方程
d ( x y1 ) ( y y1 ) ( z z1 ) 2 2 2 2 d 2 ( x x2 ) ( y y2 ) ( z z2 ) 2 2 2 2 d ( x x ) ( y y ) ( z z ) 3 3 3 3
出相应的处理和控制，发出指令信号控来判定移动用户位置的测量和计算方法，即定 位算法。简单地说，就是通过对接收到的无线电波的一些参数进行 测量，再利用定位算法计算出被测目标的具体位置。 类型：室外全球定位技术和室内近距离定位技术。 （1）室外全球GPS定位系统 定义：GPS（Global Position System）是以人造卫星为基础 的无线电导航定位系统，是目前世界上最常用的卫星导航系统。 全球4大定位系统： GNSS(全星球导航定位系统)：美国1994年建成，耗资300亿美元。 GLONASS（格洛纳斯）：俄罗斯2007建成，耗资30多亿美元。 “伽利略计划”：欧盟2008年运营，耗资30多亿美元。 北斗卫星导航系统：中国，2012年末，自主研发。
红外线和超声波测距定位技术 红外线IR (Infrared Ray)定位原理：红外线发射器发射的红 外射线，通过安装在室内的光电传感器接收进行定位。 特点：定位精度高，但光线受障碍物影响，只能短距离定位。 超声波UW(Ultrasonic Wave)的定位原理：与GPS基本相同， 但采用反射法测距。即发射超声波并接收由被测物反射的回波， 根据回波与发射波的时间差计算出待测距离。 特点：整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应 和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成 本太高。
④后台处理机(Processor) 后台处理机即主计算机系统。RFID通过阅读器的RS232或 RS485标准接口与后台处理机连接，进行数据交换。
功能：主要完成数据信息的存储及管理、对电子标签进行读 写和控制和管理等功能。
RFID系统的工作原理
RFID工作原理示意图
安装在固定位置的阅读器通过发射天线发送一定频率的射频
2 1 2 2
2
(x, y, z) 为待求的接收机位置， di 为卫星到接收机的距离， (xi, yi, zi) 为卫星瞬时位置（由星历计算得到）。
卫星信号是电磁波，以光速传播。 卫星距地面很远，轨道高度为20200km。
如何求算电磁波信号传播时间？
t0: 卫星发出码信号
t0: 接收机同步产生相同的码信号