第四章-物联网传感器技术
物联网传感器技术
物联网传感器技术随着科技的快速发展，物联网（Internet of Things，IoT）正越来越多地渗透进我们的生活中。
物联网传感器技术作为物联网的核心组成部分，扮演着收集、传输和处理数据的重要角色。
本文将探讨物联网传感器技术的原理、应用和发展前景。
一、物联网传感器技术原理物联网传感器技术通过感知环境中的物理量或化学计量，将这些信息转化为可读的数字信号，并将数据传输到物联网中心系统进行分析和处理。
其原理基于以下几个关键要素：1.1 感知技术物联网传感器技术包括多种感知技术，如光学传感器、温度传感器、压力传感器等。
这些传感器能够感知环境中的各种物理量，并将其转化为传感器可读取的信号。
1.2 数据传输技术物联网传感器技术使用多种数据传输方式，如无线通信、蓝牙、红外线等，将传感器收集到的数据发送到物联网中心系统。
这些数据传输技术可以确保数据的实时性和准确性。
1.3 数据处理技术物联网传感器技术使用数据处理技术对传感器收集到的数据进行分析和处理。
这些技术包括数据挖掘、机器学习、人工智能等，通过对数据的分析和建模，提取有用信息并作出相应响应。
二、物联网传感器技术应用物联网传感器技术在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个主要领域的案例：2.1 智能家居物联网传感器技术在智能家居中起到了至关重要的作用。
通过感应家居环境中的温度、湿度、照明等物理量，智能家居系统可以自动调节室内温度、湿度和照明等，提高家居舒适度，并实现能源的高效利用。
2.2 工业制造物联网传感器技术在工业制造中具有重要意义。
通过感知机器设备中的温度、压力、电流等物理量，物联网传感器技术可以实现设备的远程监控和故障预警，提高生产效率和设备可靠性。
2.3 城市管理物联网传感器技术在城市管理中有着广泛的应用前景。
通过在城市中部署大量的传感器，可以实现对交通流量、空气质量、垃圾处理等方面的实时监测和数据分析，从而为城市管理者提供决策支持和资源优化。
三、物联网传感器技术发展前景物联网传感器技术在未来具有巨大的发展潜力。
物联网传感技术
大规模、分布式的协同感知，拓展传感器的应用范围。
绿色环保和可持续发展趋势
环保材料应用
物联网传感器需要使用 环保材料制造，减少对 环境的污染和破坏，同 时提高传感器的可回收 性和再利用性。
低功耗设计
物联网传感器需要采用 低功耗设计，延长传感 器的使用寿命，减少对 能源的消耗和浪费。
可持续发展理念
物联网传感器的设计、 制造和使用需要遵循可 持续发展理念，注重经 济、社会和环境的协调 发展。
集成度不断提高
物联网传感器正朝着高度集成的方向发展，将多个传感器、 处理器和通信模块集成在一个芯片上，实现更高的性能和 更低的功耗。
MEMS技术广泛应用
微机电系统（MEMS）技术是实现传感器微型化和集成化 的重要手段，通过MEMS技术可以制造出体积更小、功耗 更低、性能更稳定的传感器。
智能化和自适应能力发展趋势
和数据分析，为企业节能减排提供决策支持。
农业现代化领域应用
农业环境监测
通过土壤湿度传感器、温度传感器等，实时监测农田环境参数， 为精准农业提供数据支持。
农业设施控制
运用光照传感器、CO2传感器等，实现农业大棚内环境的自动 调节和远程控制，提高农作物产量和品质。
畜禽养殖管理
利用体重传感器、体温传感器等，对畜禽生长状况进行实时监测 和数据分析，提高养殖效益和动物福利。
利用可燃性气体在催化剂作用下燃烧产生的热量 测量气体浓度，具有响应速度快、稳定性好等优 点。
光学传感器
光电式传感器
利用光电效应将光信号转换为电 信号进行测量，具有精度高、响
应速度快等优点。
光纤式传感器
利用光纤传输光信号进行测量，具 有抗干扰能力强、适用于恶劣环境 等优点。
物联网传感器word版
浅谈物联网的传感器技术物联网(Internet of Things)是指通过装置在物体上的各种信息传感设备，如RFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等等，赋予物体智能，并通过接口与互联网相连而形成一个物品与物品相连的巨大的分布式协同网络。
物联网技术涵盖范围极广，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、智能电网、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”的，如贴上RFID、条形码标签的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通、应用大集成、以及基于云计算的SaaS 营运等模式，在内（Intranet）、专网（Extranet）、和互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。
物联网相关技术已经广泛应用于交通、物流、工业、农业、医疗、卫生、安防、家居、旅游、军事等二十多个领域。
物联网的RFID、无线传感网、视频探测三者均属于应用于物联网的末端感知环节，且具有很强的协作性和互补性，而且这种协作性和互补性将不仅实现更为透彻的感知，而且将极大地提高信息感知的准确性。
其中传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。
人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断和处理，再指挥人作出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的本能。
但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人总不能利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧，而且也不可能辨别温度的微小变化，这就需要电子设备的帮助。
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。
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。
物联网技术与应用--第四章习题答案
物联网技术与应用--第四章习题答案第四章1、信息获取与感知技术的主要功能是利用射频识别、传感器、条形码、摄像头和全球定位系统等识别物体，采集信息，从而实现物理世界与信息世界的融合。
2、迄今为止最经济实用的一种自动识别技术是条形码识别技术。
3、语音识别主要包含以下四方面的功能：声纹识别、内容识别、语种识别、语音标准识别。
4、生物识别系统对生物的特征进行取样，提取其唯一的特征并将之转化为数字代码，然后将这些代码组成特征模板。
5、以下哪个特征不是在人一出生就已确定下来并且终身不变的？（）A.指纹B.视网膜C.虹膜D.手掌纹线6、以下哪项不是和射频识别技术共同构成了物联网的核心技术的？（）A.传感器技术B.摄像头技术C.无线通信技术D.中间件技术7、下图空白框应为计算机系统8、以下哪一项用于存储被识别物体的标识信息？（）A.天线B.电子标签C.读写器D.计算机9、华南理工大学颜波教授曾在2007年主持的基于射频识别技术的精细养殖技术实验中，为了记录的整个成长过程在身上携带了（）A.读卡器B.电子标签C.记录笔D.天线10、按应用模式来分，读写器可分为固定式读写器、便携式读写器、一体式读写器和模块式读写器。
11、以下不是射频识别技术面临的问题与挑战的是（）A.标准化问题B.技术与应用模式问题C.质量问题D.信息安全问题12、湿度传感是能够感受气体、土壤等介质中水分的含量，并将之转换为可用输出信号的传感器。
13、以下不是智能信息设备的发展趋势是（）A.感知数据更多样化B.处理能力更强大C.具有可编程和可定制能力D.存储能力更强大14、读写模块的主要任务和功能包括以下几个方面除了（）A.与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令B.控制阅读器与电子标签的通信过程C.接收并调制来自电子标签的射频信号D.对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密15、射频识别系统中真正的数据载体是读写器。
16、译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器的是（）A.电压调节器B.调制器C.逻辑控制单元D.存储单元17、以下不是中间件的主要任务和功能的是（）A.阅读器协调控制B.数据过滤与处理C.数据路由与存储D.进程管理。
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广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
27
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。
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
19
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
21
基本介绍：
1
绝对湿度：是大气中水汽的密度，即单位大气中
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。
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
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
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。
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。
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。
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
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
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。 。
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。
25
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。
传感器与我们的生活密不可分
❖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会开幕式上
吴仪副总理参观北华航天新能源汽车
所含水汽的质量。
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 。
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。