4[1].10 新型传感器

2009年11月3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发
表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话。 他指出，“未来要着力突破传感网、物联网关键技术，及早
部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业
升级、迈向信息社会的‘发动机’”。 温家宝此次讲话，清晰地点明未来将着力发展物联网的相关 技术与应用。
WSN简介
终端用户
用户通过终端的管理和分析软件来观测网络的运行状况， 并能对网络中的各个节点进行管理和监控。
无线传感器典型的网络拓扑结构及整体构架
WSN应用案例
英特尔研究实验室 加州 大学伯克利分校(2002年)
WSN应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。使用了包括光、湿度、气 压计、红外传感器、摄像头在内的近10种传感器类型数百个节点，系统
物联网通过信息感知设备得到海量的数据，这些数据经过通信
网络送到数据中心，如何将这些数据变成信息，是物联网应用
的一个关键层，必须通过信息处理的相关技术，对所得到的数 据进行高效、智能处理，并由所处理的结果来影响、规范、优
化现实个体行为，实现一个智慧、低碳的世界。
年建立的自动识别中心( Auto- ID Labs)提出的网络无线射 频识别(RFID)系统，把所有物品通过射频识别等信息传感设
备与互联网连接起来， 实现智能化识别和管理.
2005 年 ITU （国际电信联盟）在突尼斯举行的信息社会世 界峰会(WSIS)上正式确定了物联网的概念， 并随后发布了 ITU Internet reports 2005 the Internet of things， 介绍了 物联网的特征相关的技术面临的挑战和未来的市场机遇。
中国政府的重视
2010年3月5日，温家宝总理在政府工作报告中指出，要
“大力培育战略性新兴产业。国际金融危机正在催生新的科 技革命和产业革命。发展战略性新兴产业，抢占经济科技制
高点，决定国家的未来，必须抓住机遇，明确重点，有所作
为。要大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信 息网络和高端制造产业。积极推进新能源汽车、“三网”融
合取得实质性进展，加快物联网的研发应用。加大对战略性
新兴产业的投入和政策支持。”
3、物联网的体系结构
物联网体系架构分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像 头、GPS、传感器、传感器网络等，主要是识别物体，采集 信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。
微机电系统通常具有以下典型的特性：
（1）微型化零件； （2）由于受制造工艺和方法的限制，结构零件大部分为两 维的、扁平零件； （3）系统所用材料基本上为半导体材料，但也越来越多地 使用塑料材料； （4）机械和电子被集成为相应独立的子系统，如传感器、 执行器和处理器等。
与一般传感器比较，微传感器具有以下特点： （1）空间占有率小。
（2）灵敏度高，响应速度快。
（3）便于集成化和多功能化。
（4）可靠性提高。
（5）消耗电力小，节省资源和能量。
（6）价格低廉。
MEMS器件制造中的四种主流技术： 1）超精密加工及特种加工；
2）表面微加工；
3）体微加工；
4）LIGA（光刻、电铸和注塑）技术
传感器相关热门技术 无线传感器网络
第4章 敏感元件与传感器技术
新型传感器与传感器技术
智能式传感器
智能传感器作为一种新型传感器发展起来。它是基 量程自动转换，漂移、非线性和频率响应等自动补 故障诊断等功能的传感器。
于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断，
偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、
智能传感器就是一个最小的微机系统，其中作为控 制核心的微处理器通常采用单片机，其基本结构框 图如图示。
IBM的智慧地球
2008年11月6日，IBM CEO彭明盛(Sam Palmisano)在纽约
市外交关系委员会做了一次重要的演讲，题目是“智慧地球： 下一代的领导议程”(A Smarter Planet: The Next
Leadership Agenda)。
“将智能技术应用到生活的各个方面，如应用到各系统和程 序之中，以便货物能被顺利地研发，制造购买，人们能享受 各种服务，万物（包括人，货币，石油，水电等）可以顺畅 流通，人们可以安居乐业。”
WSN是一种无基础设施的网络，它由一组传感器节点协 同感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并对 这些数据进行处理，获得详尽准确的信息，处理后的信息通 过无线方式发送，并以自动组网、多跳的网络方式传送给观 察者。
无线传感器典型的网络拓扑结构及整体构架
通常包括传感器节点、汇聚节点、外部网络和用户界面。大量 传感器节点随机部署在感知区域内部或附近，能够通过自组织 方式构成网络，传感器节点将采集到的数据沿着其他传感器节 点逐跳进行传输，在传输过程中所采集的数据可能被多个节点 处理，经过多跳路由后到汇聚节点，同时汇聚节点也能也可以 将信息发送给各节点，汇聚节点直接与互联网PC或无线方式相 连，通过互联网或无线方式实现任务管理节点(即用户)与传感 器之间的通信。
WSN简介
传感器节点
微型的嵌入式系统；处理能力、存储能力、通信能力较 弱；电池供电；监测终端、路由器双重功能。
WSN简介
汇聚节点
又称网关节点，处理能力、存储能力和通信能力相对较 强；连接传感器网络与Internet、GPRS等外部网络；将节点 传递过来的数据转发到外部网络，同时能发布用户的监测任 务至各个节点。
1、物联网的概念
物联网是指通过各种传感器、射频识别(RFID)、红外感应器、
全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议， 把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实
现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2、物联网的起源和发展
物联网的概念最初来源于美国麻省理工学院(MIT) 在 1999
通过自组织无线网络，将数据传输到300英尺外的基站计算机内，再由此
经卫星传输至加州的服务器。
WSN应用案例
2005年，澳洲的科学家利用无线传感器网络来探测北澳大利亚 蟾蜍的分布情况。由于蟾蜍的叫声响亮而独特，因此利用声音作为检 测特征非常有效。科研人员将采集到的信号在节点上就地处理，然后 将处理后的少量结果数据发回给控制中心。通过处理，就可以大致了 解蟾蜍的分布、栖息情况。
IBM的智慧地球
美国战略
奥巴马就任美国总统后，对IBM首席执行官彭明盛首次提出
的“智慧地球”概念给予了积极的回应，并上升至美国的国 家战略，并在世界范围内引起轰动。
该战略认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分 运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备 到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、 油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成“物联网”。
中国政府的重视
2009年8月7日，国务院总理温家宝在考察中科院无锡高新 微纳传感网工程技术研发中心时曾表示，至少三件事情可以 尽快去做，一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二 是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快 建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。
中国政府的重视
微型传感器
微型传感器
MEMS技术与微型传感器
MEMS（Micro Electro-Mechanical System）通常称微机 电系统，在欧洲和日本又常称微系统（Micro System）和
微机械（Micro Machine），是当今高科技发展的热点之一。
1994年原联邦德国教研部（BMBF）给出了微系统的定义， 即：若将传感器、信号处理器和执行器以微型化的结构形式 集成一个完整的系统，而该系统具有“敏感”、“决定”和 “反应”的能力。
WSN应用案例
华东师范大学软件学院与上海市计算技术研究所成立“无线传感
器网络联合实验室”—— “基于无线传感器网络技术的水环境灾害预
警系统” 系统采用光照度、空气温湿度、静态图像、水温、PH、溶解氧 等传感器节点监测华东师范大学校内的水环境信息.
最新动态（关于传感器）
物联网成为国家的发展重点之一，其核心ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ然是传 感设备的研发。
IUT提出的物联网体系结构
4、物联网的关键技术
感知设备
安全通信 智能处理
4.1 感知设备
传感器
RFID 全球定位（GPS/北斗/伽利略） 条形码、二维码 视频
4.2 安全通信
互联网是将机器和人连接起来，而物联网将机器、人、设备
等所有东西都连接起。
4.3 智能处理
WSN应用案例
澳大利亚科学家开发一套 创新型无线传感网络，用于环 境监测，希望有助于濒危雨林 的恢复。工作组在 Springbrook 国家公园采用了 10 个基于太阳能充电的传感器 节点，测量各种环境因素，如 温度、湿度、光线、土壤湿度 和风速，并将这些信息传送给 位于昆士兰布里斯班市的一台 中央数据库。