【CISAW物联网】第04章_物联网传感器技术
物联网中的传感器技术
物联网中的传感器技术概述物联网（Internet of Things, IoT）是指通过物理设备、感知设备和无线网络等技术手段，将各种物理对象连接起来，实现信息的交互和共享。
而在实现物联网的核心技术中，传感器技术起到了至关重要的作用。
传感器是物联网系统的“感知器官”，它能够感知和采集环境中的各种信息，是实现物联网智能化的基础。
传感器的基本原理和分类传感器是一种能够对外界物理量进行感知和测量的装置。
根据测量物理量的不同，传感器主要分为以下几种类型：1.温度传感器：用于测量环境或物体的温度变化，常见的有热电偶、热敏电阻等。
2.湿度传感器：用于测量环境或物体的湿度变化，常见的有湿电阻、湿膜电容等。
3.光照传感器：用于测量环境的光照强度，常见的有光敏电阻、光敏电容等。
4.压力传感器：用于测量物体的压力变化，常见的有压阻式传感器、压磁式传感器等。
5.加速度传感器：用于测量物体的加速度变化，常见的有微机电系统（MEMS）加速度传感器等。
6.位置传感器：用于测量物体的位置信息，常见的有光电编码器、激光测距传感器等。
以上只是传感器的一些基本分类，实际上还有许多其他类型的传感器，如气体传感器、声音传感器、力传感器等。
传感器在物联网中的应用传感器在物联网中有着广泛的应用场景，其中包括但不限于以下几方面：1.环境监测：传感器可以感知环境中的温度、湿度、光照等信息，并将这些信息上传到云端，进行数据分析和处理。
例如，智能家居中的温湿度传感器可以控制空调和加湿器的运行，实现室内温湿度的自动调节。
2.智能制造：传感器可以实时监测生产线上的各种物理量，如温度、压力、流量等，以及设备的运行状态。
通过将传感器数据与人工智能算法结合，可以实现设备故障预测和生产过程优化，提高生产效率和产品质量。
3.智慧交通：传感器可以感知道路交通流量、车辆和行人的位置等信息，通过与交通信号灯的联动，实现交通拥堵的有效疏导。
同时，通过车载传感器的实时监测，可以提供车辆健康状况的报告，预测维修需求，提高交通运行效率。
物联网技术与应用第四章
4.3 无线传感器网络的通信协议
3）网络层
网络层主要负责路由生成与路由选择，主要功能包括分组路由、网络互联、拥塞控制等。路由协议的任务 是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠地传输数据。
4）传输层
传输层负责无线传感器网络中的数据流传输控制和维护，保证通信服务质量。传输层提供无线传感器网络 内部以数据为基础的寻址方式变换为外部网络的寻址方式，也就是完成数据格式的转换。
当无线传感器网络需要与其他类型的网络连接时，可以采用传统的TCP或UDP协议。但在无线传感器网络 的内部不能使用这些传统协议，因为传统网络的TCP或UDP协议会消耗大量的能量、计算和存储资源，因此不 适用于无线传感器网络。目前无线传感器网络常用的协议有慢存入快取出协议（PSFQ）和可靠的事件传输协议 （ESRT）。
4.2 无线传感器网络的特点
（4）节点资源有限。传感器节点采用嵌入式处理器和存储器，使用电池为节点供电，由于受到价格、 体积和功耗的严格限制，因此在实现各种网络协议和应用系统时，节点资源非常有限，具体表现为电源能 量有限、计算和存储能力有限、通信能力有限。 （5）安全性和可靠性。通过随机撒播传感器节点，无线传感器可大规模部署于指定的恶劣环境或人类 不宜到达的区域。由于节点可能工作在无人值守的露天环境中，遭受日晒、风吹、雨淋，甚至遭到人或动 物的破坏和入侵者的攻击，并且维护起来十分困难，这些都要求传感器节点非常坚固、不易损坏，能够适 应各种恶劣环境条件。因此，无线传感器网络在软硬件设计上必须要有较高的鲁棒性和容错性，来提高网 络的安全性和可靠性。 （6）多跳路由。网络中节点的通信距离一般在几十到几百米范围内，节点只能与它的邻居直接通信。 如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。无线传感器网络中的多 跳路由是由普通网络节点完成的，没有专门的路由设备。这样每个节点既可以是信息的发起者，也可以是 信息的转发者。
物联网中的传感器技术的使用教程
物联网中的传感器技术的使用教程随着物联网（Internet of Things，IoT）的广泛应用，传感器技术成为了连接实体世界与数字世界的重要环节。
传感器作为物联网的感知节点，能够收集环境信息并将其转化为数字信号，为物联网应用提供实时数据。
本文将介绍物联网中的传感器技术的使用教程，并分享一些常见的传感器应用案例。
一、传感器的基本原理和分类1. 传感器的基本原理传感器是一种能够感知环境信息并将其转化为可用信号的设备。
传感器的基本原理是根据特定的物理量与电信号之间的关系进行工作。
常见的传感器工作原理包括压阻、电阻、电容、电感、磁阻、光电效应等。
传感器的工作原理决定了其适用于哪些环境参数的感知。
2. 传感器的分类根据传感器所感知的物理量和感知方式，传感器可以分为多种类型。
常见的传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、光传感器、加速度传感器、压力传感器、声音传感器、气体传感器等。
每种传感器都有其特定的工作原理和应用范围。
二、物联网中传感器的应用场景1. 智能家居传感器技术在智能家居中发挥着重要作用。
通过将温度传感器、湿度传感器、光传感器等安装在家居设备中，可以实现智能温控、智能照明等功能。
例如，当温度传感器检测到室内温度过高时，系统可以自动调节空调温度。
当光传感器检测到环境光线不足时，系统可以自动开启照明设备。
2. 工业自动化在工业自动化领域，传感器技术可以用于监测和控制各种物理参数。
例如，加速度传感器可以用于监测机器运行时的振动情况，帮助判断设备的工作状态。
压力传感器可以用于监测管道中液体或气体的压力变化，及时发现问题并进行调整。
传感器的应用可以提高工业生产的效率和质量。
3. 环境监测使用传感器技术进行环境监测是物联网中的重要应用之一。
传感器可以感知大气污染物、噪声水平、温湿度等环境参数，并将这些数据传输到云端进行分析和处理。
通过分析环境数据，可以提供给用户相应的环境质量信息，帮助人们进行合理的生活和工作决策。
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。
物联网导论(第4章)无线传感器网络
4.2.2 ZigBee协议规范
• ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。其协议栈 体系结构由应用层、应用汇聚层、网络层、数据 链路层和物理层组成。
应用层 应用汇聚层
网络层
LLC 数据链路层 物理层 MAC
1 数据链路层
• 数据链路层，可分为LLC (Logic Link control, LLC，逻辑链路控制)和介质访问控制子层(MAC)。 IEEE802.15.4的LLC子层功能为可靠的数据传输、 数据包的分段与重组、数据包的顺序传输。 • IEE802.15.4 MAC子层功能为无线链路的建立、 维护和拆除，确认帧传送与接收，信道接入控制、 帧校验、预留时隙管理和广播信息管理。
主要性能：
• 频段、数据传输速率及信道个数：在868MHz频 段，传输为20kbit/s，信道数为1个；在915MHz 频段，传输为40kbit/s，信道数为10个；在 2.4GHz频段，传输为250kbit/s，信道数为16个。 • 通信范围：室内，通信距离为10m时，传输速率 为250kbit/s；室外，当通信距离为30~75m时， 传输速率为40kbit/s；当通信距离为300m时，传 输速率为20kbit/s。 • 拓扑结构及寻址方式：支持点对点及星形网络拓 扑结构；支持65536个网络结点；支持64bit的 IEEE地址，8bit的网络地址。
• 通信协议：涉及物理层、数据链路层、网络层和 传输层，以及各个不同层之间的相互配合和标准 接口，这就要求形成一个完整的网络的通信协议 体系以满足能量受限、拓扑结构易变的特点。 • WSN的支撑技术：WSN支撑技术的应用可使各 行各业的用户能够在各种不同的环境中建立起面 向应用的信息服务。因此，WSN的支撑技术可以 极大地降低应用的复杂度。 • 自组织管理技术：包括传感器节点管理、网络资 源与任务管理、无线传感器网络中各个环节的数 据管理、初始化和整个网络系统的运行维护管理 等。
物联网中的传感器技术分析
物联网中的传感器技术分析随着物联网的快速发展，传感器技术成为物联网的核心组成部分。
传感器作为物联网的“感触之手”，可以感知、采集和传输各种信息。
本文将对物联网中的传感器技术进行分析，探讨其在物联网应用中的重要性和发展趋势。
一、传感器技术的概述传感器是一种能够感知环境变化、收集并传输相关数据的设备。
它利用各种物理现象、化学反应和电磁波等，将感知到的信息转化为电信号或其他形式的输出。
传感器的种类繁多，涵盖了温度、湿度、压力、光照、加速度等多个方面。
在物联网中，传感器的应用范围广泛，包括环境监测、智能家居、智慧城市、工业自动化等领域。
二、物联网中传感器技术的重要性1. 实时数据采集：传感器通过实时感知物理世界的变化，可以实时采集并传输各种数据。
这些数据对于实现物联网的自动化、智能化至关重要，可以为相关应用提供准确、及时的信息支持。
2. 环境感知与控制：传感器技术可以监测环境中的各种参数，如温度、湿度、光照等，并通过控制器进行智能调节和控制。
通过传感器的数据采集和反馈，物联网可以实现对环境的精细感知与控制，提高资源利用效率和环境保护水平。
3. 智能决策支持：传感器所采集到的大量数据可以为智能决策提供重要依据。
通过对传感器数据的分析和处理，可以深入洞察物联网中各个环节的运行状况，为决策者提供准确的信息支持，提高决策的精准性和效率。
4. 异常检测与预警：传感器技术可以实时监测物联网中的各类设备和系统状态，并通过数据分析识别可能的异常情况。
一旦发现异常，可以及时进行预警和处理，提高物联网的可靠性和安全性。
三、物联网中传感器技术的发展趋势1. 小型化和集成化：随着微电子技术的不断进步，传感器逐渐实现小型化和集成化。
传感器在体积、重量和功耗上的不断优化，使得其在物联网中的应用更加灵活方便。
2. 无线通信技术的发展：传感器与物联网之间的信息传输通常采用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等。
随着无线通信技术的不断进步和普及，传感器与物联网之间的连接将变得更加方便快捷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 灯光 • 烟雾 • 手机（数一数智能手机里的传感器） • 车辆（速度、胎压、灯光、雨刷、液位） • 工作 • 娱乐 • ………
人脸识别 探空火箭
新能源汽车关键技术
多用途无人机
航天英雄杨立伟发射北华航天研发的火箭
北华航天成果在东北亚博览
超声波碰到杂质或分界面，会产生显著反射，形成 反射成回波碰到活动物体能产生多普勒效应。
广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
气敏传感器
1
气敏传感器：指将被测气体浓度转换为与其 成一定关系的电量输出的装置或器件。
被测气体的种类繁多，它们的性质也各不相同。所以不可能 用一种方法来检测各种气体，其分析方法也随气体的种类、浓 度、成分和用途而异。
系统组成
功能
⑴ 自补偿和计算 ⑵ 自诊断功能 ⑶ 复合敏感功能
⑷ 强大的通讯接口功能
⑸ 现场学习功能 ⑹ 提供模拟和数字输出 ⑺ 数值处理功能 ⑻ 掉电保护功能
特点
⑴ 一定程度的人工智能是硬件和软件的结合体，可实现学习功能， 更能体现仪表在控制体统的作用。可以根据不同的测量要求，选择合 适的方案，并能对信息进行综合处理，对系统状态进行检测。
4.2 几种常用传感器介绍
温度传感器 湿度传感器 超声波传感器 气敏传感器
基本介绍：
1
温标：用来度量物体温度数值的标尺。
2
敏感元件与被测介质接触与否，分为： ⑴ 接触式温度传感器 ⑵ 非接触式温度传感器
3 材料及电子元件特性，分为： ⑴ 热电阻 ⑵热电偶
基本介绍：
1
绝对湿度：是大气中水汽的密度，即单位大 气中所含水汽的质量。
1
传统传感器基础知识
2
几种常用传感器介绍
3
智能传感器
4
MEMS技术
5
传感器接口技术
4.1
传统传感器基础知识
1
传感器技术：是物联网的基础技术之一，处 于物联网构架的感知层。
2
传感器：是一种能把特定的被测信号，按一 定规律转换成某种可用信号输出的器件或装 置，以满足信息的传输、处理、记录、显示 和控制等要求。 。
⑵ 多敏感功能将原来分散的、各自独立的单敏传感器集成为具有 多敏功能的传感器，能同时测量多种物理量和化学量，全面反映被测 量的综合信息。
⑶ 精度高、测量范围宽，随时检测出被测量的变化对检测元件特 性的影响，并完成各种运算，其输出信号更为精确，同时其量程比可 达100:1，最高达400:1，可用一个智能传感器应付很宽的测量范围， 特别适用要求量程比大的控制场合。
4.3 智能传感器
基本概念：
1 智能传感器：（intelligent sensor）具有信息处理功能的 传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、 交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的 产物。
2
三个优点： 通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低； 具有一定的编程自动化能力； 功能多样化。
电容 湿度 传感器
敏感元件为湿敏电容，主要材料一 般为高分子聚合物、金属氧化物。这 些材料对水分子有较强的吸附能力， 吸附水分的多少随环境湿度而变化。
超声波传感器
利用超声波的特性研制而成； 一种振动频率高于声波的机械波； 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对液体、固体的穿透本领很 大，尤其是在阳光不透明的固体中它可穿透几十米的 深度。
副省长矫正中试乘北华智能车
传感器是物体的“五官” 把特定的被测信号，按一定规律转换成
某种可用信号。 可用信号：便于处理的信号，一般为电
信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等 利用各种物理、化学、生物效应实现对
被测信号的测量。 传感器两个概念： 1、检测信号 2、能把检测信号转换成与被测量有对
应函数关系、便于传输、处理的物理量。
关系。 衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、
迟滞和重复性等。
动态特性： 输出对随时间变化的输入量的响应特性。
传感器的应用领域
1. 工业自动化系统：以传感器一微机为核心的自 动检测与控制系统
2. 航空航天：飞行速度方向、飞行姿态进行检测 3. 资源探测与环境保护：大气、水质污染、放射
性、噪声的检测 4. 医学领域：人体温度、血压及腔内压力、血液 5. 家用电子产品 6. 军事领城
3
传感器作用：传感器处于研究对象与检测系 统的接口位置，是感知、获取与检测信息的 窗口，它提供物联网系统赖以进行决策和处 理所必需的原始数据。
传感器 技术
是物联网的基础技术之一，处于物 联网构架的感知层。 互联互通。
物理量 传感器
按 被 测 量 分 类
化学量 传感器
生理量 传感器
力学量
压力传感器、力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、 流量传感器、位移传感器、位置传感器、尺度传感器、密度传感器、 粘度传感器、硬度传感器、浊度传感器
2
相对湿度：相对湿度，指空气中水汽压与饱 和水汽压的百分比。湿空气的绝对湿度与相 同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。
3
露点：使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低 的温度值。
分类：
电阻 湿度 传感器
敏感元件为湿敏电阻，其主要 材料一般为电介质、半导体、多 孔陶瓷、有机物及高分子聚合物 。
主要参数与特性：
① 灵敏度：气敏元件对气体的敏感程度 ② 响应时间：气敏元件的反应速度 ③ 选择性：气敏元件对不同的气体有不同的灵敏度 ④ 稳定性：气敏元件的输出特性保持不变的能力
应用
半导体气敏元件，由于具有灵敏度高、响应时间长、恢复时间短、 使用寿命长和成本低等待点，所以半导体气敏传感器有很广的应用。
热学量 光学量
温度传感器、热流传感器、热导率传感器
可见光传感器、红外光传感器、紫外光传感器、照度传感器、色度 传感器、图像传感器、亮度传感器
磁学量 电学量
磁场强度传感器、磁通传感器 电流传感器、电压传感器、电场强度传感器
声学量
声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器
射线
x射线传感器、β射线传感器、γ射线传感器、辐射剂量传感器
离子传感器、气体传感器、湿度传感器
生物量 生化量
体压传感器、脉搏传感器、心音传感器、体温传感器、血流传感器、 呼吸传感器、血容量传感器、体电图传感器
酶式传感器、免疫血型传感器、微生物型传感器、血气传感器、血液 电解质
传感器的基本原理
传感器的基本指标
静态特性： 指被测量的值处于稳定状态时的输 出和输入