第2章物联网感知技术
物联网行业物联网传感器研发方案
物联网行业物联网传感器研发方案第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的与意义 (2)1.3 研究内容与方法 (3)第二章物联网传感器概述 (3)2.1 物联网传感器定义与分类 (3)2.2 物联网传感器技术发展趋势 (4)2.3 物联网传感器在行业中的应用 (4)第三章传感器研发流程 (5)3.1 需求分析与规划 (5)3.2 设计与仿真 (5)3.3 硬件开发与选型 (6)3.4 软件开发与集成 (6)第四章传感器功能优化 (6)4.1 传感器功能指标分析 (6)4.2 传感器功能优化方法 (7)4.3 传感器功能测试与验证 (7)第五章传感器网络协议 (8)5.1 传感器网络协议概述 (8)5.2 常用传感器网络协议介绍 (8)5.2.1 ZigBee协议 (8)5.2.2 6LoWPAN协议 (8)5.2.3 LoRaWAN协议 (8)5.3 传感器网络协议的选择与优化 (8)第六章数据处理与分析 (9)6.1 传感器数据预处理 (9)6.1.1 数据清洗 (9)6.1.2 数据归一化 (9)6.1.3 数据降维 (9)6.2 数据分析方法 (10)6.2.1 描述性分析 (10)6.2.2 关联性分析 (10)6.2.3 聚类分析 (10)6.3 数据可视化与展示 (10)6.3.1 数据可视化方法 (10)6.3.2 数据展示平台 (11)第七章安全与隐私保护 (11)7.1 物联网传感器安全需求 (11)7.2 传感器安全机制设计 (11)7.3 隐私保护策略 (12)第八章传感器应用案例 (12)8.1 智能家居 (12)8.2 工业监测 (12)8.3 环境监测 (13)第九章传感器产业现状与发展趋势 (13)9.1 传感器产业现状 (13)9.2 传感器产业政策与标准 (14)9.3 传感器产业发展趋势 (14)第十章总结与展望 (14)10.1 研究总结 (14)10.2 存在问题与挑战 (15)10.3 未来研究方向与建议 (15)第一章绪论1.1 研究背景信息技术的飞速发展，物联网（Internet of Things, IoT）作为新一代信息技术的重要分支，已成为全球范围内产业转型升级的关键推动力。
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
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
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）。
物联网技术入门教程
物联网技术入门教程第一章：物联网技术的概述物联网技术（Internet of Things，IoT）是指通过各种智能设备、传感器和网络等技术手段，将物理世界与数字世界连接起来，实现物品之间的互联互通。
它可以将各种信息传输、处理和控制都集中在一个平台上，为人们提供更加智能化和便利化的生活体验。
第二章：物联网的基本原理物联网的基本原理包括感知模块、传输模块和应用模块三个部分。
感知模块主要负责将物品的各种信息转化成数字信号，包括温度、湿度、光照、位置等。
传输模块负责将感知到的信息通过各种方式传输到云端或其他设备，如无线传感器网络、蜂窝网络、互联网等。
应用模块将收集到的信息进行分析、处理和应用，实现对物品的智能控制、管理和优化。
第三章：物联网的关键技术物联网技术的关键技术包括传感技术、通信技术、云计算技术和大数据分析技术。
传感技术是物联网实现的基础，可以通过各种传感器获取物品的各种信息；通信技术负责将感知信息传输到云端或其他设备，提供物品之间的通信能力；云计算技术将收集到的信息进行存储和处理，提供更好的服务和体验；大数据分析技术通过对收集到的大量数据进行分析，提供更准确的决策和指导。
第四章：物联网的应用领域物联网技术已经广泛应用于各个领域，如智能家居、智能交通、智慧医疗、智慧农业等。
在智能家居领域，物联网可以将各种家电设备连接在一起，通过手机或其他终端实现智能控制。
在智慧交通领域，物联网可以实现交通信号灯的智能控制、车辆的自动导航等。
在智慧医疗领域，物联网可以实现远程医疗、智能健康监测等。
在智慧农业领域，物联网可以实现农田的智能灌溉、智能施肥等。
第五章：物联网的发展趋势随着科技的不断进步和应用场景的不断扩大，物联网技术的发展前景非常广阔。
未来，物联网将与人工智能、区块链等技术相结合，形成更加智能化、安全可靠的系统。
同时，物联网的应用将逐渐走向万物互联，包括个人、家庭、城市乃至整个社会的各个层面。
预计到2030年，物联网将成为全球最大的技术市场之一。
物联网的智能感知技术
物联网的智能感知技术物联网（Internet of Things，简称IoT）是一种利用互联网，将各种物理设备与传感器连接在一起，实现智能化交互和数据共享的技术。
而物联网的核心技术之一就是智能感知技术。
本文将介绍物联网的智能感知技术，并探讨其在各个领域的应用。
一、智能感知技术的概念及原理智能感知技术是指通过各种传感器收集、处理和解析环境信息，将所获取的数据转化为可理解的形式，以实现对环境的智能感知和理解。
其主要原理包括传感器技术、数据采集与处理技术、数据通信与传输技术以及数据分析与决策技术。
传感器技术是智能感知技术的基础，通过感测环境中的物理量、化学量等参数，并将其转化为电信号。
常用的传感器包括温湿度传感器、光传感器、气体传感器等。
数据采集与处理技术用于对传感器采集到的数据进行处理和解析，将其转化为可理解和可应用的形式。
这部分技术主要包括信号处理、数据压缩和数据清洗等。
数据通信与传输技术是将采集到的数据传输到云端或其他设备进行进一步处理和应用的关键技术，常用的通信技术包括WiFi、蓝牙、NFC等。
数据分析与决策技术用于对所采集到的数据进行分析、挖掘和决策，以提供智能化的应用服务。
这部分技术主要包括数据建模与预测、机器学习和人工智能等。
二、智能感知技术在智慧城市中的应用智慧城市是物联网应用的典型场景。
智能感知技术在智慧城市中的应用包括交通管理、环境监测、智能照明等。
1. 交通管理方面，利用智能感知技术可以通过传感器监测道路交通流量、车辆速度、交通事故等信息，并进行实时的数据分析与决策。
通过优化交通信号灯控制、智能车辆导航等手段，可以提高交通效率，减少交通拥堵。
2. 环境监测方面，利用智能感知技术可以监测空气质量、噪声污染、水质污染等环境参数，并实时发布相关信息。
这有助于城市管理者及时采取措施，改善环境质量。
3. 智能照明方面，智能感知技术可以通过感知建筑物的人员流量和光线强度等信息，自动调节照明设备的亮度和开关。
物联网技术及应用2.感知与识别技术
被测量
敏感 非电量 元件
转换 电量 变换 标准电量
元件
电路
显示器 记录仪
辅助电源
数据处理仪器
敏感元件：直接感受被测量并输出与被测量性质相同、有确定关系的物理量的元件。 转换元件：传感器的核心元件，它把敏感元件感知的非电量转换为电信号。 变换电路：将转换元件输出的电量，变换成适用于传输或测量的标准电信号。
物联网技术及应用
物联网技术及应用
物联网技术及应用
第2章 感知与识别技术
【主要内容】
2.1 传感器及检测技术 2.2 自动识别技术 2.3 条码识别技术 2.4 射频识别技术 2.5 无线定位技术
物联网技术及应用
2.1 传感器及检测技术
传感器原理及应用
➢ 普通传感器
✓ 组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和变换电路3部分组成。
控制算法 约束条件
控制和调 节命令
IED、RTU 出口开关、 继电器等
执行器
系统输入
控制器
控制变量
传感器
被测量
被控对象
系统输出 外界干扰
信息获取的 关键设备
物联网技术及应用
➢ 几种现代传感器
✓ 微型传感器
• 通过MEMS加工技术产生的新一代传感器件，具有集成化、信噪比高、灵敏 度高、微型化、低成本等特点，可以极大地提高传感器性能。
实际上，有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感 受被测量时直接输出电量，如热电偶。 有些传感器由敏感原件和转换元件组成，没有转换电路。
物联网技术及应用
✓ 应用：传感器一般由敏感元件、转换元件和变换电路3部分组成。
PLC、IPC、单 片机、触摸屏
人机界面(HMI)
了解物联网(练习+答案)
第二章专题六了解物联网一、单选题1．以下不属于物联网应用的是( B )。
A．快递物品的位置查询服务B．用电视遥控器遥控电视C．通过无人超市购买商品D．通过手机远程控制家用电器的运行2．传感器技术是物联网的关键技术之一，传感器主要用于( A )。
A. 采集信息B．传递信息C．控制信息 D. 识别信息3．关于物联网的说法中正确的是( B )。
①能够互动、通信的产品都可以看作是物联网的应用②电子不停车收费系统(ETC) 是物联网技术的典型应用之一③物联网的基础是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络④物联网就是物物互联的无所不在的网络，因此物联网是空中楼阁，是不可实现的技术A．①②B．②③C．①④D．③④4．组成物联网的主要技术不包括（ B ）。
A．传感器技术B．美工技术C．网络技术D．智能数据处理技术5．物联网的体系结构包括( C ) 。
①感知层②网络层③应用层④转换层A．①②④B．①③④C．①②③D．②③④6．在各种自动识别技术中，识别速度最快的是( B )。
A. 条形码B. RFIDC. 生物识别D. 光学字符识别7．现代物流的主要特征是( D )。
A.物流总成本最小化、柔性化B. 物流系统化、信息化、现代化、社会化C. 物流管理专门化、网络化、智能化、标准化D．以上都是8．智慧城市的主要特征包括（A ）。
①全面透彻的感知②智能融合的应用③以人为本的可持续创新④宽带泛在的互联A．①②③④B．①③④C．②③④D．①②③9．关于智慧城市的描述中，不正确的是( B ) 。
A．智慧城市建设的关键是大量、有效地建设城市IT系统B．智慧城市是虚拟的城市，不会给生产、生活带来很大改变C．智慧城市是物联网、大数据与云计算、人工智能、移动通信等技术的综合应用D．通过传感器或信息采集设备全方位地获取城市系统数据是智慧城市的基础10．智慧城市的建设项目应包括( D ) 。
①智慧交通②智慧公共服务③智慧安居④智慧安防A．①②④B．②③④C．①②③D．①②③④。
物联网感知层技术
引言：物联网（InternetofThings，IoT）是指通过互联网将各种物理设备（如传感器、智能设备等）连接起来，实现数据的交互和共享，从而实现智能化的生活和工作。
而在物联网中，感知层技术发挥着至关重要的作用，它能够让物体具备感知、采集和传输数据的能力，为物联网提供基础数据支持。
本文将从引言概述、正文内容、总结几个方面，详细阐述物联网感知层技术的相关内容。
概述：物联网感知层技术是构建物联网的基础，它能够将物理世界和数字世界进行连接，实现物体间的智能交互。
感知层技术主要包括传感器技术、嵌入式系统技术、通信技术等。
在感知层技术中，传感器技术是最核心的一部分，它能够将物理世界的信息转化为数字信号，并通过通信技术将数据传输到云端或其他设备中进行处理和分析。
正文内容：一、传感器技术：1.传感器的基本原理：传感器是物联网感知层的核心设备，它能够将物理量转化为电信号，并输出给其他设备进行处理。
传感器技术的基本原理是根据物理量与电信号之间的相互作用关系来实现的，常见的传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、光敏传感器等。
2.传感器的分类：根据传感器的工作原理和测量对象的不同，传感器可以分为接触式传感器和非接触式传感器。
接触式传感器需要与测量对象直接接触进行测量，非接触式传感器则不需要直接接触。
3.传感器的应用场景：传感器广泛应用于智能家居、智能工厂、智能交通等领域，能够实现环境监测、智能安防、智能物流等功能。
二、嵌入式系统技术：1.嵌入式系统的定义：嵌入式系统是指在其他系统中嵌入的计算机系统，通常包括硬件和软件两个部分。
嵌入式系统通过感知层设备上的嵌入式芯片来实现数据的采集和处理。
2.嵌入式系统的特点：嵌入式系统具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，能够适应物联网中大规模的传感、控制和通信需求。
3.嵌入式系统的应用领域：嵌入式系统广泛应用于智能方式、智能家电、智能汽车等领域，能够实现智能化的数据处理和控制。
三、通信技术：1.通信技术的作用：物联网感知层需要通过通信技术将感知到的数据传输到云端或其他设备中进行处理和分析。
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数据字符
校验字符 终止字符
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第2章 物联网感知技术
2．条码的种类及主要码制介绍
条码可分为一维条码和二维条码。一维条码必须 与计算机的数据库联系起来应用；二维条码比一 维条码包含更多的信息容量，自身可以携带文字 信息，如商品的制造厂家、名称、生产日期、图 书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息， 它不需要与计算机数据库联系就能翻译出条码的
7个模块
7个模块
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图1-2 RFID系统的组成
第2章 物联网感知技术
2）条码的符号结构
码符号通常由左右侧空白区、起始字符、数据字 符、校验字符、终止字符等构成。
空白区 起始字符 数据字符 校验字符 终止字符 空白区
空白区
空白区
a 012 3 a
供人识 读字符
起始字符
准确性——自动数据采集，彻底消除人为错误。 高效性——信息交换实时进行。 兼容性——识别技术以计算机技术为基础，可与信 息管理系统无缝连接。
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第2章 物联网感知技术
2．自动识别技术分类
自动识别技术根据识别对象的特征、识别原理和 方式可以分为两大类，分别是数据采集技术（定 义识别）和特征提取技术（模式识别）。 数据采集技术的基本特征是需要被识别物体具有 特定的识别特征载体（如标签等，仅光学字符识 别例外）；而特征提取技术（特征识别）则根据 被识别物体本身的属性特征和行为特征来完成数 据的自动采集。
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第2章 物联网感知技术
Data Matrix码
Maxi码
Aztec码
QR码
Veri码
PDF417码
Ultra码
49码
典型的二维条码
16K码
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第2章 物联网感知技术
2.1.2射频自动识别技术 1．RFID系统的构成
RFID系统包括：射频（识别）标签、射频识别读 写设备（读写器）、应用软件。
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第2章 物联网感知技术
2）自动识别技术的含义
自动识别( Automatic Identification，Auto-ID)技术是 指通过非人工手段获取被识别对象所包含的标识信 息或特征信息，并且不使用键盘即可实现数据实时 输入计算机或其他微处理器控制设备的技术。
自动识别技术具有如下共同的特点：
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第2章 物联网感知技术
• 宽度调节编码法
宽度调节编码法，即条码符号中的条和空由宽、
窄两种单元组成的条码编码方法。按照这种方式 编码时，是以窄单元（条或空）表示逻辑值“0”， 宽单元（条或空）表示逻辑值 “1”，其中，宽 单元通常是窄单元的2 ～3倍。
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第2章 物联网感知技术
2.1常见自动识别技术
1．自动识别技术的基本概念
1）识别的基本概念
识别是一个集定义、过程与结果为一体的概念。
识别是人类参与社会活动的基本要求。人们认识 和了解事物的特征及信息就是一种识别，为有差 异的事物命名是一种识别，为便于管理而为一个 单位的每一个人或一个包装箱内的每一件物品进 行编号也是一种识别。
矩阵式二维条码（又称棋盘式二维条码）是在一个矩 形空间内，通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编 码的。在矩阵相应元素位置上，用点（方点、圆点或其 他形状）的出现表示二进制的“1”，点的不出现表示 二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维条码 所代表的意义。
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第2章 物联网感知技术
• 模块组配编码法
模块组配编码法，即条码符号的字符由规定的若 干个模块组成的条码编码方法。按照这种方式编 码，条与空是由模块组合而成的，一个模块宽度 的“条”模块，表示二进制的“1”；而一个模块 宽度的“空”模块，表示二进制的“0”。
00 1 100 1000110 1
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EAN/UCC-13码的结构说明
第2章 物联网感知技术
EAN/UCC-13码的结构说明
名称
描述
备注
国家代码 （前缀码）
由2～3位数字（X13X12 或X13X12X11）
EAN已将690～695分配给中国使用
厂商代码
由7～9位数字组成
由中国物品编码中心负责分配和管理，统一分配、注册，因此，编码中心有责 任确保每个厂商的识别代码在全球范围内是惟一的
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第2章 物联网感知技术
3．自动识别技术的一般性原理
自动识别技术信息处理系统的模型框图
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第2章 物联网感知技术
2.1.1条码自动识别技术 1．条码的符号表示及结构 1）条码的编码
条码是利用“条”和“空”构成二进制的“0”和 “1”，并以它们的组合来表示某个数字或字符， 反映某种信息的。但不同码制的条码在编码方式 上有所不同，一般有以下两种不同的编码方式。
产品代码
校正码 （校验位）
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由3～5位数字组成
由厂商负责编制，由3位数字组成的商品项目代码有000～999，共有1000个编 码容量，可标识1000种商品；同理，由4位数字组成的商品项目代码可标识 10000种商品；由5位数字组成的商品项目代码可标识100000种商品
根据编码规则计算得出
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第2章 物联网感知技术
2） 二维条码
二维条码根据其构成原理、结构形状的差异，可分为两 大类型：一类是行排式二维条码( 2D Stacked Bar Code)； 另一类是矩阵式二维条码(2D Matrix Bar Code)。
行排式二维条码（又称堆积式二维条码或层排式二维条 码），其编码原理是建立在一维条码基础上，按其需要 堆积成二行或多行的。
RFID 应用平台
应用程序接口
阅读器
空中接口
标签
RFID应用系统
RFID基本系统
RFID应用系统的结构图
含义。
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第2章 物联网感知技术
1）一维条码
一维条码是通常我们所说的传统条码，按其应用 可分为商品条码和物流条码，商品条码包括EAN 码和UPC码；物流条码包括128码、39码、库德巴 (Coda bar)码等。
EAN13商品条码举例
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