《物联网技术导论与应用》第3章课件.pptx

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1、物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映电电子子教教案案物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映第第3 3章章传感器与无线传感器网络传感器与无线传感器网络及应用及应用物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映 本章主要内容：本章主要内容：传感器概述传感器概述 介绍传感器的工作原理（以介绍传感器的工作原理（以5 5类传感器为例）类传感器为例）及传感器的集成化、智能化和网络化及传感器的集成化、智能化和网络化 介绍无线传

2、感器网络介绍无线传感器网络 介绍传感器与无线传感器网络应用举例介绍传感器与无线传感器网络应用举例物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映传感器传感器 物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映传感器传感器 物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映传感器传感器 传感器概述传感器概述3.1传感器的工作原理传感器的工作原理3.2无线传感器网络无线传感器网络3.3传感器与无线传感器网络应用举例传感器与无线传感器网络应用举例3.4物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论

3、与应用 点点击此此处结束放映束放映传感器概述传感器概述3.1物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用传感器概述传感器概述 3.1.1 传感器的概念传感器的概念 3.1.2 传感器的组成与分类传感器的组成与分类 3.1.3 传感器的一般特性传感器的一般特性 3.1.4 传感器的技术特点传感器的技术特点 3.1.5 传感器的发展趋势传感器的发展趋势点点击此此处结束放映束放映 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而人类自人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而人类自身的感觉器官是远远不够的。为了获取更多外界信息，必须借助于传感身的感觉器官是远远不够的。为了获取更多外界信息，必须借助于传

4、感器。器。物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.1 传感器的概念传感器的概念国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）对传感器的定义为：）对传感器的定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。供测量的信号。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.1 传感器的概念传感器的概念传感器的作用为：传感器的作用为：传感器的作用可以通过与人类感觉器官的比较给出。传感器与传感器的作用可以通过与人类感觉器官的比较给出。传感器与人类人类5大感觉器官的比较见下表。大感觉器官的比较见下表。

5、点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.2 传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感器的组成为：传感器的组成为：点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.2 传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感器的分类为：传感器的分类为：传传感感器器的的品品种种丰丰富富，原原理理各各异异，检检测测对对象象门门类类繁繁杂杂，因因此此分类方法非常多。下面是几种常见的传感器分类方法。分类方法非常多。下面是几种常见的传感器分类方法。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.3 传感器的一般特性传感器的一般特性1.传感

6、器特性的分析方法传感器特性的分析方法 传传感感器器系系统统是是二二端端口口网网络络，传传感感器器的的一一般般特特性性用用二二端端口口网网络络的的输出输出-输入特性来表示。输入特性来表示。2.传感器的静态模型传感器的静态模型点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.3 传感器的一般特性传感器的一般特性3.传感器的静态特性传感器的静态特性 线性度。右图给出了线性度。右图给出了2种直线拟合的方法。种直线拟合的方法。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.3 传感器的一般特性传感器的一般特性4.传感器的动态模型传感器的动态模型 输入信号

7、随时间变化。输入信号随时间变化。5.传感器的动态特性传感器的动态特性点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.3 传感器的一般特性传感器的一般特性6.传感器常用的特性参数传感器常用的特性参数点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.3 传感器的一般特性传感器的一般特性例题例题点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.4 传感器的技术特点传感器的技术特点 传传感感器器技技术术涉涉及及传传感感器器的的机机理理研研究究与与分分析析、设设计计与与研研制制、性能与应用等。性能与应用等。例例如如，压压力力传传感

8、感器器可可以以利利用用压压电电晶晶体体的的正正压压电电效效应应，实实现现对压力的测量。对压力的测量。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.5 传感器的发展趋势传感器的发展趋势 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.1.5 传感器的发展趋势传感器的发展趋势 1传感器新原理、新材料、新工艺的发展趋势传感器新原理、新材料、新工艺的发展趋势 2传感器微型化、多功能、集成化的发展趋势传感器微型化、多功能、集成化的发展趋势 3传感器智能化、多融合、网络化的发展趋势传感器智能化、多融合、网络化的发展趋势点点击此此处结束放映束放映物联网技术导

9、论与应用物联网技术导论与应用 点点击此此处结束放映束放映传感器的工作原理传感器的工作原理3.2物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用传感器的工作原理传感器的工作原理3.2.1 应变式传感器应变式传感器3.2.2 光电式传感器光电式传感器3.2.3 超声波传感器超声波传感器3.2.4 半导体传感器半导体传感器 3.2.5 生物传感器生物传感器 3.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化点点击此此处结束放映束放映 传感器在原理和结构上千差万别。传感器的工作原理不同，传感器在原理和结构上千差万别。传感器的工作原理不同，传感器的功能和应用领域也就不同。传感器的功能和应用领域

10、也就不同。物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.1 应变式传感器应变式传感器 应变式传感器历史悠久，是应用最广泛的传感器之一。应变式传感器历史悠久，是应用最广泛的传感器之一。1.应变式传感器的工作原理应变式传感器的工作原理 金属应变式传感器是一种金属应变式传感器是一种电阻式传感器。电阻式传感器。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.1 应变式传感器应变式传感器2.典型的应变式传感器典型的应变式传感器 应变式传感器有加速度传感器、位移传感器等。应变式传感器有加速度传感器、位移传感器等。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用

11、3.2.2 光电式传感器光电式传感器 1光电式传感器的组成光电式传感器的组成 光电式传感器是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传光电式传感器是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传感器。光电测量方法灵活多样。感器。光电测量方法灵活多样。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.2 光电式传感器光电式传感器 2光电式传感器的分类光电式传感器的分类点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.2 光电式传感器光电式传感器 2光电式传感器的分类光电式传感器的分类点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.

12、2 光电式传感器光电式传感器 3典型的光电式传感器典型的光电式传感器 光敏电阻用于烟尘浊度监测光敏电阻用于烟尘浊度监测 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.2 光电式传感器光电式传感器 3典型的光电式传感器典型的光电式传感器 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.2 光电式传感器光电式传感器 3典型的光电式传感器典型的光电式传感器 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.3 超声波传感器超声波传感器 1超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，超

13、声波传感器是利超声波是一种振动频率高于声波的机械波，超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。用超声波的特性研制而成的传感器。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.3 超声波传感器超声波传感器 2典型的超声波传感器典型的超声波传感器 超声波在医学上的应用超声波在医学上的应用点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.4 半导体传感器半导体传感器 半导体传感器是利用半导体材料的各种特性制成的传感器。半半导体传感器是利用半导体材料的各种特性制成的传感器。半导体传感器利用了近百种效应和材料特性，种类繁多导体传感器利用了近百种效应

14、和材料特性，种类繁多。1半导体传感器的工作原理半导体传感器的工作原理点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.4 半导体传感器半导体传感器 2典型的半导体传感器典型的半导体传感器 （1）半导体压力传感器）半导体压力传感器点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.4 半导体传感器半导体传感器 2典型的半导体传感器典型的半导体传感器 （2）半导体温度传感器）半导体温度传感器 半导体温度传感器是用来测量环境温度的传感器。半导体温度传感器是用来测量环境温度的传感器。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.

15、4 半导体传感器半导体传感器 3半导体传感器的优点半导体传感器的优点 半导体传感器所采用的半导体材料多数是硅以及化合物，优点半导体传感器所采用的半导体材料多数是硅以及化合物，优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻，便于集成化、智能化，是灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻，便于集成化、智能化，能使检测与转换一体化。能使检测与转换一体化。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.5 生物传感器生物传感器 什么是生物传感器什么是生物传感器生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器。生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器。点点击此此处结束放映束

16、放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.5 生物传感器生物传感器 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 传感器技术一个里程碑式是传感器技术一个里程碑式是20世纪世纪60年代出现的硅传感器年代出现的硅传感器技术。硅传感器结合了硅材料优良的机械性能和电学性能，其制造技术。硅传感器结合了硅材料优良的机械性能和电学性能，其制造工艺与微电子集成工艺相容，使传感器技术开始向微型化、集成化、工艺与微电子集成工艺相容，使传感器技术开始向微型化、集成化、智能化和网络化的方向迅速发展。智能化和网络化的方向

17、迅速发展。1传感器集成化传感器集成化点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化 1传感器集成化传感器集成化 举例：举例：点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化2传感器智能化传感器智能化3传感器网络化传感器网络化点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.2.6 传感器集成化、智能化和网络化传感器集成化、智能化和网络化3传感器网络化传感器网络化点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与

18、应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映无线传感器网络无线传感器网络3.3物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用无线传感器网络无线传感器网络3.3.1 无线传感器网络的概念无线传感器网络的概念3.3.2 无线传感器网络的组成无线传感器网络的组成3.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点3.3.4 无线传感器网络核心技术无线传感器网络核心技术3.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议无线传感器网络是由众多传感器相互协作组成的传感器网络系统。无线传感器网络是由众多传感器相互协作组成的传感器网络系统。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3

19、.1 无线传感器网络的概念无线传感器网络的概念无线传感器网络（无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.2 无线传感器网络的组成无线传感器网络的组成 WSN通常包括传感器节点（通常包括传感器节点（Sensor Node）、汇聚节点（）、汇聚节点（Sink Node）和管理节点。多跳传输。）和管理节点。多跳传输。汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强。管理节汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强。管理节点一般为普通的计算机系统，充当无线传感器网络服务器的角色。点一般为普通的计算

20、机系统，充当无线传感器网络服务器的角色。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点1.Ad hoc网络的特点网络的特点WSN是一种特殊的是一种特殊的Ad hoc网络。网络。Ad hoc的特点如下。的特点如下。（1）自组织无中心网络）自组织无中心网络 （2）多跳网络）多跳网络 （3）无线传输带宽有限）无线传输带宽有限点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.3 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点2.WSN网络的特点网络的特点点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论

21、与应用3.3.4 无线传感器网络核心技术无线传感器网络核心技术 WSN是多学科交叉的研究领域，因而包含了众多的研究方向。是多学科交叉的研究领域，因而包含了众多的研究方向。1组网模式组网模式 在在确确定定采采用用WSN技技术术进进行行应应用用系系统统的的设设计计后后，首首先先面面临临的的问问题题是是采采用用哪哪种种组组网网模模式式。是是否否有有基基础础设设施施的的支支持持，汇汇报报频频度度与与延延迟迟等等应用需求如何，都决定了组网模式。应用需求如何，都决定了组网模式。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.4 无线传感器网络核心技术无线传感器网络核心技术2拓扑控

22、制拓扑控制 3媒体访问控制和链路控制媒体访问控制和链路控制 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.4 无线传感器网络核心技术无线传感器网络核心技术4路由、数据转发及跨层设计路由、数据转发及跨层设计 WSN中中的的数数据据流流向向与与Internet相相反反。在在WSN中中，终终端端设设备备是是向向网络提供信息。因此，网络提供信息。因此，WSN网络层协议的设计有独特要求。网络层协议的设计有独特要求。5QoS保障和可靠性设计保障和可靠性设计 服服务务质质量量（Quality of Service，QoS）是是传传感感器器网网络络走走向向可可用用的的关键技术之一。

23、关键技术之一。QoS保障技术包括通信层控制和服务层控制。保障技术包括通信层控制和服务层控制。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议 WSN的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。1MAC协议协议媒体访问控制（媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）（1）MAC协议的设计原则协议的设计原则 节省能量节省能量 可扩展性可扩展性 （2）MAC协议的分类协议的分类 基于竞争的基于竞争的MAC协议协议 基于调度算法的基于调度算法的MAC协议协议 免碰撞的免

24、碰撞的MAC协议协议点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.3.5 无线传感器网络协议无线传感器网络协议 WSN的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。的数据链路层和网络层都有反映自身特点的协议。2路由协议路由协议 在在WSN中，路由协议主要负责路由的选择和数据包的转发。中，路由协议主要负责路由的选择和数据包的转发。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映传感器与无线传感器网络应用举例传感器与无线传感器网络应用举例3.4物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用传感器与无线传感器网络应用举例传感器与无线传感器网

25、络应用举例3.4.1 从传统传感器到智能传感器的应用从传统传感器到智能传感器的应用3.4.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用3.4.3 无线传感器网络的应用无线传感器网络的应用点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.1 从传统传感器到智能传感器的应用从传统传感器到智能传感器的应用1.传统传感器的应用传统传感器的应用 应变式传感器历史悠久，是传统的传感器。应变式传感器历史悠久，是传统的传感器。梁式称重传感器是一种应变式传感器。梁式称重传感器是一种应变式传感器。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.1 从传统传感器到智

26、能传感器的应用从传统传感器到智能传感器的应用1.传统传感器的应用传统传感器的应用 测量电路可以采用直流电桥，如图测量电路可以采用直流电桥，如图所示，电桥中的电阻采用应变片。所示，电桥中的电阻采用应变片。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.1 从传统传感器到智能传感器的应用从传统传感器到智能传感器的应用 2.智能传感器的应用智能传感器的应用 智能传感器在硬件的基础上，靠软件大幅度提高性能。智能传感器在硬件的基础上，靠软件大幅度提高性能。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.1 从传统传感器到智能传感器的应用从传统传感器到智

27、能传感器的应用 2.智能传感器的应用智能传感器的应用 智能传感器在硬件智能传感器在硬件的基础上，靠软件大幅的基础上，靠软件大幅度提高性能。度提高性能。点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用一辆汽车上面的传感器高达上百个。一辆汽车上面的传感器高达上百个。1.汽车上的传感器汽车上的传感器 点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.2 传感器在汽车中传感器在汽车中的应用的应用 一辆汽车上面的传感器高达一辆汽车上面的传感器高达上百个。上百个。2.汽车传感器的作用汽车传感器的作用点点击此此处结

28、束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用 一辆汽车上面的传感器高达上百个。一辆汽车上面的传感器高达上百个。2.汽车传感器的作用汽车传感器的作用点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用 汽车自动驾驶汽车自动驾驶点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.3 无线传感器网络的应用无线传感器网络的应用 1.WSN的应用领域的应用领域2.智能微尘智能微尘点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.3 无线传感器网络的应用无线传感器网络的应用 2.智能微尘智能微尘（1）智能微尘的产生）智能微尘的产生点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用3.4.3 无线传感器网络的应用无线传感器网络的应用 2.智能微尘智能微尘（2）智能微尘的构成）智能微尘的构成 每一粒智能微尘都是由电池、传感器、微处理器、双向无线每一粒智能微尘都是由电池、传感器、微处理器、双向无线电接收装置和软件组成。电接收装置和软件组成。（3）智能微尘的应用）智能微尘的应用点点击此此处结束放映束放映物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点点击此此处结束放映束放映休息一下休息一下