1、2022-3-24物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用 配套電子課件配套電子課件主編主編: :劉麗軍劉麗軍2/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍【本章知識要點本章知識要點】學(xué)習(xí)完本章后，應(yīng)當掌握如下知識：學(xué)習(xí)完本章后，應(yīng)當掌握如下知識： （1）掌握）掌握RFID技術(shù)的原理、分類和組成。技術(shù)的原理、分類和組成。 （2）掌握傳感器技術(shù)的作用和組成。）掌握傳感器技術(shù)的作用和組成。 （3）掌握嵌入式系統(tǒng)的組成和應(yīng)用領(lǐng)域。）掌握嵌入式系統(tǒng)的組成和應(yīng)用領(lǐng)域。 （4）了解）了解RFID、傳感器、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。、傳感器、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 3/74第第3 3章章

2、 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1 RFID技術(shù)技術(shù) 3.1.1 常見自動識別技術(shù) 自動識別技術(shù)就是應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計算機處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。4/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.1 常見自動識別技術(shù)常見自動識別技術(shù) 1. 條碼技術(shù)(Barcode) 條形碼是日常生活中經(jīng)常會看到的一種自動識別技術(shù)，也是迄今為止最經(jīng)濟、實用的一種自動識別技術(shù)。 5/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗

3、軍劉麗軍 條碼可分為一維條碼和二維條碼。一維條碼按照應(yīng)用可分為商品條碼和物流條碼。商品條碼包括EAN碼和UPC碼，物流條碼包括128碼、ITF碼、39碼、庫德巴碼等。 二維條碼根據(jù)構(gòu)成原理、結(jié)構(gòu)形狀的差異，可分為行排式二維條碼(2D stacked bar code)和矩陣式二維條碼(2D matrix bar code)。3.1.1 常見自動識別技術(shù)常見自動識別技術(shù)6/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍一維條形碼二維條形碼資料密度與容量密度低，容量小密度高，容量大錯誤偵測及自我糾正能力可以進行錯誤偵測，但沒有錯誤糾正能力有錯誤檢驗及錯誤糾正能力，并可根

4、據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置不同的安全等級垂直方向的資料不儲存資料，垂直方向的高度是為了識讀方便，并彌補印刷缺陷或局部損壞攜帶資料，可以糾正印刷缺陷或局部損壞等，并能恢復(fù)資料主要用途主要用于對物品的標識用于對物品的描述資料庫與網(wǎng)絡(luò)依賴性多數(shù)場合需依賴資料庫及通訊網(wǎng)絡(luò)可不依賴資料庫及通訊網(wǎng)絡(luò)而單獨使用識讀設(shè)備可用線型掃描器識讀，如光筆、線型CCD等對于堆疊式可用線型掃描器，或圖像掃描儀識讀，對于矩陣式則只能用圖像掃描儀識讀一維條碼和二維條碼的比較3.1.1 常見自動識別技術(shù)常見自動識別技術(shù)7/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍 2. 光學(xué)字符識別(OCR) 光學(xué)字符識別

5、(Optical Character Recognition，OCR)是指對文本資料進行掃描，然后對圖像文件進行分析處理，獲取文字及版面信息的過程。 3.1.1 常見自動識別技術(shù)常見自動識別技術(shù)8/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3. 卡識別技術(shù)(1)磁條(卡)技術(shù)(2)IC卡識別技術(shù) 3.1.1 常見自動識別技術(shù)常見自動識別技術(shù)9/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍 4.生物特征識別 生物識別技術(shù)(Biometric Identification Technology)是指利用人體生物特征進行身份認證的一種技術(shù)

6、。 3.1.1 常見自動識別技術(shù)常見自動識別技術(shù)10/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.2 RFID技術(shù)概述技術(shù)概述 RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即無線射頻識別，俗稱電子標簽。是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。11/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.2 RFID技術(shù)概述技術(shù)概述12/74第第3 3章章

7、 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.2 RFID技術(shù)概述技術(shù)概述1940195019601970198019902000出現(xiàn)探索豐富發(fā)展商用提速廣泛RFID發(fā)展歷程發(fā)展歷程13/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.2 RFID技術(shù)概述技術(shù)概述 與其他自動識別技術(shù)相比，RFID的主要特性包括以下4個方面。 (1) 數(shù)據(jù)的讀寫(Read Write)機能; (2) 小型化和多樣化的形狀; (3) 耐環(huán)境性; (4) 可重復(fù)使用14/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.3 RFID

8、分類分類1. 按供電方式不同的分類(1) 有源電子標簽(2) 無源電子標簽(3) 半無源電子標簽15/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.3 RFID分類分類2. 按使用頻率不同的分類(1)低頻(Low Frequency，LF)(2)高頻(High Frequency，HF)(3)超高頻(Ultra High Frequency，UHF)(4)微波(Microwave，uW)16/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.3 RFID分類分類低頻低頻135KHz以下以下高頻高頻13.56MHz超高頻超高頻8

9、60M960MHz微波微波2.4G17/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.4 RFID的組成和工作原理的組成和工作原理RFID系統(tǒng)的工作原理18/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.4 RFID的組成和工作原理的組成和工作原理 RFID系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，硬件組件包括電子標簽電子標簽、讀寫器讀寫器、天線天線。RFID系統(tǒng)的軟件組件可分RFID系統(tǒng)軟件、RFID中間件和主機應(yīng)用程序。19/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.4 RFID的組成和工作

10、原理的組成和工作原理1.RFID的硬件組成 1)電子標簽 電子標簽也稱應(yīng)答器，是一個微型的無線收發(fā)裝置，主要由內(nèi)置天線和芯片組成。芯片中存儲能夠識別目標的信息，當讀寫器查詢時它會發(fā)射數(shù)據(jù)給讀寫器。 20/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.4 RFID的組成和工作原理的組成和工作原理2)讀寫器 讀寫器是一個捕捉和處理RFID標簽數(shù)據(jù)的設(shè)備，它可以是單獨的個體，也可以嵌入到其他系統(tǒng)之中。讀寫器也是構(gòu)成RFID系統(tǒng)的重要部件之一，由于它能夠?qū)?shù)據(jù)寫到RFID標簽中，因此稱為讀寫器。 21/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉

11、麗軍劉麗軍3.1.4 RFID的組成和工作原理的組成和工作原理3)天線 天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的設(shè)備，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作用。22/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.4 RFID的組成和工作原理的組成和工作原理2.RFID的軟件組成 RFID系統(tǒng)中的軟件組件主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲、管理以及對RFID標簽的讀寫控制，是獨立于RFID硬件之上的部分。主要包括： (1)邊沿接口系統(tǒng) (2)RF

12、ID中間件 (3)企業(yè)應(yīng)用接口 (4)應(yīng)用軟件23/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.1.5 RFID技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用24/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍RFID發(fā)展面臨的難題(1) 成本的下降；(2) 國際標準的制定與推行；(3) 可能引起隱私權(quán)的問題。3.1.5 RFID技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用25/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的信息，經(jīng)過大腦的思維（信息處理），作出相應(yīng)信息，

13、經(jīng)過大腦的思維（信息處理），作出相應(yīng)的動作。的動作。而用計算機控制的自動化裝置來代替人的勞動，而用計算機控制的自動化裝置來代替人的勞動，則可以說電子計算機相當于人的大腦（一般俗稱則可以說電子計算機相當于人的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當于人的五官部分（電腦），而傳感器則相當于人的五官部分（“電電五官五官” ）。）。3.2 傳感器引入傳感器引入26/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍身體與機器人的對應(yīng)關(guān)系身體與機器人的對應(yīng)關(guān)系27/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍傳感器是獲取自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。3

14、.2 傳感器引入傳感器引入28/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍一、傳感器的作用一、傳感器的作用傳感器實際上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號。3.2.1 傳感器的作用和重要性傳感器的作用和重要性29/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍傳感器所檢測的信號進來顯著地增加，因而其品種也極其繁多。為了對各種各樣的信號進行檢測、控制，就必須獲得盡量簡單易于處理的信號，這樣的要求只有電信號能夠滿足。電信號能較容易地進行放大、反饋、濾波、微分、存貯、遠距離操作等。3.2.1 傳感器的作用和重要性傳感器的作

15、用和重要性30/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍因此可將傳感器的作用狹義的定義為：“將外界的輸入信號變換為電信號的一類元件。”如下圖所示： 傳感器來自外界的信號來自外界的信號電信號電信號3.2.1 傳感器的作用和重要性傳感器的作用和重要性31/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍二、傳感器的重要性二、傳感器的重要性 作為人腦的一種模擬的電子計算機的發(fā)展極為迅速，可是起五種感覺模擬作用的傳感器卻發(fā)展很慢，因而如果不進行傳感器的開發(fā)，現(xiàn)在的電子計算機將不能適應(yīng)實際需要。現(xiàn)代社會要求傳感器、電子計算機和執(zhí)行器三者都能相互

16、協(xié)調(diào)才行。 這樣，傳感器就成了現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它日益受到人們的普遍重視，這已成為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的必然趨勢。3.2.1 傳感器的作用和重要性傳感器的作用和重要性32/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍一、傳感器的定義一、傳感器的定義定義： 能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。 3.2.2 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成33/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍 傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 其包含一下幾個方面的

17、意思： 傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù) 它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等3.2.2 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成34/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電，但主要是電量。輸入輸出有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確度。3.2.2 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成35/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍二、傳感器的組成二、傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路三部

18、分組成： 電路電路被測量被測量 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)化元件轉(zhuǎn)化元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路注：有的書上不包括虛線后部分3.2.2 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成36/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍 敏感元件（敏感元件（Sensitive element）：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件（轉(zhuǎn)換元件（Transduction element）：）：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。 轉(zhuǎn)換電路（轉(zhuǎn)換電路（Transduction circuit）：）：將轉(zhuǎn)換電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。3.2.2

19、 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成37/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍有些傳感器很簡單，僅由一個敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量。如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。3.2.2 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成38/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍一、傳感器的分類一、傳感器的分類傳感器種類繁多，目前常用的分類有兩種：以被測量來分以被測量來分以傳感器的原理來分以傳感器的原理來分3.2.3 傳感器的分類及要求傳

20、感器的分類及要求39/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍被測量類別被 測 量熱工量 溫度、熱量、比熱；壓力、壓差、真空度；流量、流速、風(fēng)速機械量 位移（線位移、角位移），尺寸、形狀；力、力矩、應(yīng)力；重量、質(zhì)量；轉(zhuǎn)速、線速度；振動幅度、頻率、加速度、噪聲 按被測量來分類按被測量來分類3.2.3 傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求40/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍被測量類別被 測 量物性和成分量 氣體化學(xué)成分、液體化學(xué)成分；酸堿度（PH值）、鹽度、濃度、粘度；密度、比重狀態(tài)量 顏色、透明度、磨損量、材料內(nèi)部裂縫

21、或缺陷、氣體泄漏、表面質(zhì)量 續(xù)：3.2.3 傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求41/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍電阻式，光電式（紅外式、光導(dǎo)纖維式），電感式，諧振式，電容式，霍爾式（磁式），阻抗式（電渦流式），超聲式，磁電式，同位素式，熱電式，電化學(xué)式，壓電式，微波式 按傳感器的原理來分類按傳感器的原理來分類3.2.3 傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求42/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍三、傳感器的一般要求三、傳感器的一般要求足夠的容量傳感器的工作范圍或量程足夠大；具有一定的過載能力。靈敏度高，精度

22、適當即要求其輸出信號與被測信號成確定的關(guān)系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動態(tài)響應(yīng)的準確度能滿足要求。3.2.3 傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求43/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。使用性和適應(yīng)性強體積小，重量輕，動作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響??；內(nèi)部噪聲小而又不易受外界干擾的影響；其輸出力求采用通用或標準形式，以便與系統(tǒng)對接。使用經(jīng)濟成本低，壽命長，且便于使用、維修和校準。3.2.3 傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求44/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗

23、軍一、傳感器需求的新動向一、傳感器需求的新動向社會需求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強大動力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是微電子技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及“電腦”的普及，傳感器在新的技術(shù)革命中的地位和作用將更為突出，一股競相開發(fā)和應(yīng)用傳感器的熱潮已在世界范圍內(nèi)掀起。3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢45/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍原因: 電五官”落后于“電腦”的現(xiàn)狀，已成為微型計算機進一步開發(fā)和應(yīng)用的一大障礙 許多有競爭力的新產(chǎn)品開發(fā)和卓有成效的技術(shù)改造，都離不開傳感器 傳感器的應(yīng)用直接帶來了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益 傳感器普及于社會各個領(lǐng)域，將造

24、成良好的銷售前景3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢46/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍第第0章章 緒緒 論論(Preface)三、傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢傳感器的開發(fā)方向，大致分為如下四個方面：集成化，多功能化。智能化。3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢47/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍集成化，多功能化：向敏感功能裝置發(fā)展 傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開發(fā)思想。3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢48/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)

25、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍智能化：傳感器與微處理器相結(jié)合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷以及“思維”等人工智能，被稱為傳感器的智能化。3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢49/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍具有判斷能力、學(xué)習(xí)能力的傳感器 智能傳感器大致分為如下三種：具有判斷力的敏感裝置具有學(xué)習(xí)能力的敏感裝置具有創(chuàng)造能力的敏感裝置3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢50/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍從構(gòu)成上看，智能式傳感器是一個典型的以微處理器為核心的計

26、算機檢測系統(tǒng)。3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢51/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍智能式傳感器特點：同一般傳感器相比，智能式傳感器有以下幾個顯著特點：精度高 穩(wěn)定、可靠性好檢測與處理方便 功能廣 性能價格比高 3.2.4 傳感器發(fā)展新趨勢傳感器發(fā)展新趨勢52/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式技術(shù)無處不在53/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍q根據(jù)根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：

27、義：嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置作機器和設(shè)備的裝置”（原文為（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。）。3.3.1 何謂嵌入式系統(tǒng)何謂嵌入式系統(tǒng)54/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍嵌入性嵌入性：嵌入到對象體系中，有對象環(huán)境要求：嵌入到對象體系中，有對象環(huán)境要求專用性專用性：軟、硬件按對象要求裁減：軟、硬件按對象要求裁減計算機計算機：實現(xiàn)

28、對象的智能化功能：實現(xiàn)對象的智能化功能q簡單講，就是嵌入到對象體中的專用計算機系統(tǒng)簡單講，就是嵌入到對象體中的專用計算機系統(tǒng)q三要素：三要素：嵌入、專用、計算機嵌入、專用、計算機q嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點:由三要素引出由三要素引出3.3.1 何謂嵌入式系統(tǒng)何謂嵌入式系統(tǒng)55/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍q廣義地說，一個嵌入式系統(tǒng)就是一個具有特定功廣義地說，一個嵌入式系統(tǒng)就是一個具有特定功能或用途的計算機軟硬件集合體。能或用途的計算機軟硬件集合體。q即以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬即以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、

29、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng) 。q嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最高形式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最高形式片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SoC） 3.3.1 何謂嵌入式系統(tǒng)何謂嵌入式系統(tǒng)56/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成典型嵌入式系統(tǒng)組成57/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成1. 嵌入式系統(tǒng)硬件(1) 嵌入式處理器從硬件方面來講，嵌入式系

30、統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器。 58/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式微處理器 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上，電路板只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。 59/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式微控制器 嵌入式微控制器又稱單片機，它將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，其功能部件組

31、成如圖所示。 60/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式DSP處理器 DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。 嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。 61/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式片上系統(tǒng) 隨著EDA(電子設(shè)計自動化)的推廣和VLSI(超大規(guī)模集成

32、電路)設(shè)計的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨，這就是System on Chip(SoC)。 62/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 (2) 存儲器 嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼，嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含CacheCache、主存主存和輔助存輔助存儲器儲器。63/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 (2) 通用設(shè)備接口和I/O接口 嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口

33、，如A/D、D/A、I/O等，外設(shè)通過和片外其他設(shè)備或傳感器的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。 64/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 2、嵌入式系統(tǒng)軟件 嵌入式系統(tǒng)軟件主要有兩大類，即實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)，如圖所示。嵌入式系統(tǒng)軟件分類65/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operation System，EOS)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，EOS負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務(wù)

34、調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。過去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。 比較常見的嵌入式操作系統(tǒng)有：uC/OS II、uCLinux、FreeRTOS、Arm-Linux、VxWorks、Nucleus、Windows CE、OSE、ECOS、Symbian、Android等。66/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，如工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域。例如神舟飛船和長征火箭中就有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達幾十

35、個嵌入式系統(tǒng)。 在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實上，幾乎所有帶有一點“智能”的家電(全自動洗衣機、電腦電飯煲等等)都有嵌入式系統(tǒng)。 67/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 1、工業(yè)控制68/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 2、交通管理69/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 3、信息家電70

36、/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 4、軍事國防71/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 5、環(huán)境工程72/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 6、機器人73/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍3.3.4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 (1)嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，因

37、此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包。 (2)網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使以往單一功能的設(shè)備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。 (3)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢。 (4)精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。 (5)提供友好的多媒體人機界面。74/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍110:ADDDBBCDC1120:ACCABBCBDA2128:BDABBCAA課后練習(xí)參考答案課后練習(xí)參考答案75/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技

38、術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍本PPT為可編輯版本，您看到以下內(nèi)容請刪除后使用，謝謝您的理解76/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍【解析】【解答】（1）氯化鈉是由鈉離子和氯離子構(gòu)成的；金剛石是由碳原子構(gòu)成的；干冰是由二氧化碳分子構(gòu)成的；（2）質(zhì)子數(shù)為11的是鈉元素，鈉元素原子的最外層電子數(shù)1，在化學(xué)反應(yīng)中容易失去一個電子形成陽離子；（3）化學(xué)變化是生成新分子的變化，其實質(zhì)是分子分解成原子，原子重新組合形成新的分子，故該反應(yīng)中沒有變的是碳原子和氧原子。故答案為：氯化鈉；失去；D?！痉治觥课镔|(zhì)有微粒構(gòu)成，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有原子、分子、離子是那種，金屬、稀有氣體

39、由原子構(gòu)成；常見氣體由分子構(gòu)成；堿和鹽由離子構(gòu)成。在化學(xué)變化中，原子種類、質(zhì)量、數(shù)目保持不變。26.用微粒的觀點解釋下列現(xiàn)象： （1）今年我國要求“公共場所全面禁煙”非吸煙者往往因別人吸煙而造成被動吸煙。 （2）夏天鋼軌間的縫隙變小。 【答案】（1）分子是在不斷的運動的.（2）夏天溫度高，鐵原子間的間隔變小. 【考點】物質(zhì)的微粒性 【解析】【解答】（1）吸煙生成煙霧，煙霧分子因為運動，擴散到空氣中，使非吸煙者被動吸入煙霧分子，造成被動吸煙；（2）鋼軌由鐵原子構(gòu)成.每兩根鋼軌間都有一定的間隙，夏天由于氣溫高，使得鋼軌中鐵原子的間隔變大，表現(xiàn)為鋼軌的體積膨脹，則鋼軌間的間隙變小.故答案為：（1）分

40、子是在不斷運動的；（2）夏天高溫，鐵原子間的間隔變小.【分析】微粒觀點的主要內(nèi)容：物質(zhì)是由分子（或原子構(gòu)成），分子間有間隔，分子處于永停息的運動狀態(tài)中.（1）煙霧分子屬氣體分子，在空氣中擴散較快，使非吸煙者被動吸煙；（2）鐵原子間有一定的間隔，溫度升高，則鐵原子間間隔變大，反之則變小，夏天高溫狀態(tài)下，鐵原子間間隔變大，使得鋼軌體積膨脹，則鋼軌間的縫隙變小.77/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍【考點】物質(zhì)的微粒性 【解析】【解答】（1）鐵屬于金屬單質(zhì)，是由鐵原子直接構(gòu)成；氯化鈉是由鈉離子和氯離子構(gòu)成的；二氧化碳是由二氧化碳分子構(gòu)成的（2）當質(zhì)子數(shù)=核外

41、電子數(shù)，為原子，a=2+8=10，該粒子是原子原子序數(shù)=質(zhì)子數(shù)=10當a=8時，質(zhì)子數(shù)=8，核外電子數(shù)=10，質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)，為陰離子。故答案為：原子；離子；分子；10；10；陰離子?！痉治觥课镔|(zhì)有微粒構(gòu)成，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有原子、分子、離子是那種，金屬、稀有氣體由原子構(gòu)成；常見氣體由分子構(gòu)成；堿和鹽由離子構(gòu)成。當核電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，表示原子，小于時表示陰離子，大于時表示陽離子。25.初中化學(xué)學(xué)習(xí)中，我們初步認識了物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。（3）升高溫度分子運動速度就加快，只要能說明溫度高了運動速度快了的例子都可以，例如陽光下或者溫度高衣服干得快，溫度高水蒸發(fā)的快，糖在熱水里比在冷水里溶解的快等；（

42、4）由于注射器裝入的藥品少，現(xiàn)象明顯，又是封閉狀態(tài)，所以可以控制體積節(jié)省藥品、可以減少氣體揮發(fā)造成的污染等故答案為：（1）固體；（2）分子的質(zhì)量大小或者相對分子質(zhì)量大?。ê侠砑唇o分）；（3）陽光下或者溫度高衣服干得快，溫度高水蒸發(fā)的快，糖在熱水里比在冷水里溶解的快等；（4）可以控制體積節(jié)省藥品、可以減少氣體揮發(fā)造成的污染等【分析】（1）根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷氯化銨的狀態(tài)；（2）根據(jù)它們的相對分子質(zhì)量的區(qū)別考慮；（3）根據(jù)溫度與運動速度的關(guān)系考慮；（4）根據(jù)注射器的特點考慮78/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍【解析】【解答】A、向一定質(zhì)量的鹽酸和氯化鈣的混合

43、溶液中逐滴加入碳酸鈉溶液至過量的過程中，生成氯化鈉的質(zhì)量不斷增大，當碳酸鈉與鹽酸和氯化鈣完全反應(yīng)時，氯化鈉的質(zhì)量不再增大，A符合題意；B、向稀硫酸中加水，溶液的pH逐漸增大至接近于7，B不符合題意；C、向一定質(zhì)量的稀硫酸中逐滴加入氫氧化鋇溶液至過量的過程中，氫氧化鋇不斷和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀和水，溶質(zhì)的質(zhì)量減小，質(zhì)量分數(shù)也減小，當氫氧化鋇和稀硫酸完全反應(yīng)時，繼續(xù)滴加氫氧化鋇溶液時，質(zhì)量分數(shù)應(yīng)該由小變大，C不符合題意；D、加熱高錳酸鉀時，當溫度達到一定程度時，高錳酸鉀開始分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，隨著反應(yīng)的進行，剩余固體的質(zhì)量不斷減少，當高錳酸鉀完全反應(yīng)時，剩余固體的質(zhì)量不再變化，D符合

44、題意?！窘馕觥俊窘獯稹緼、可燃物的在著火點是一定的，不會降低，故說法錯誤，可選；B、爆炸是物質(zhì)在有限的空間內(nèi)，發(fā)生急劇燃燒，短時間內(nèi)聚集大量的熱，使周圍的氣體的體積膨脹造成的可見爆炸需要氧氣的參與，可使燃燒處于暫時缺氧狀態(tài)，達到滅火的目的故說法正確，不可選；【解析】【解答】燃燒需要同時滿足三個條件：一是要有可燃物，二是可燃物要與氧氣接觸，三是溫度要達到可燃物的著火點；以上三個條件都能滿足時，可燃物才能發(fā)生燃燒。滅火的原理就是破壞燃燒的條件。根據(jù)描述，自動滅火陶瓷磚會噴出氦氣和二氧化碳，故滅火的原理是隔絕氧氣。79/74第第3 3章章 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)主編主編: :劉麗軍劉麗軍【解析

45、】【解答】解：A、從題目中表格知，H2體積分數(shù)為10%70%的H2和空氣混合氣體，點燃時會發(fā)生爆炸，故A正確；B、收集的H2能安靜燃燒，說明H2的純度大于等于80%，故B項錯誤；C、用向下排空氣法收集H2 ， 保持試管倒置移近火焰，如果沒有聽到任何聲音，表示收集的H2純度大于等于80%，故C項錯誤；D、氫氣和空氣的混合氣體點燃不一定發(fā)生爆炸，只有在爆炸極限范圍內(nèi)才會發(fā)生爆炸，故D項錯誤故選A【分析】可燃物質(zhì)（可燃氣體、蒸氣和粉塵）與空氣（或氧氣）在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇著火源可能會發(fā)生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，在低于爆炸下限時不爆炸也不著火，在高于爆炸上限同樣