模塊3通過(guò)智慧農(nóng)業(yè)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)人民郵電出版社目錄CONTENTS1智慧農(nóng)業(yè)2傳感器33S技術(shù)4視頻監(jiān)控技術(shù)5嵌入式系統(tǒng)技術(shù)01PARTONE智慧農(nóng)業(yè)思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)了解傳感器的分類(lèi)和工作原理掌握常用傳感器的作用和基本構(gòu)成掌握無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和各組成部分的作用了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)了解3S技術(shù)含義與應(yīng)用掌握嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)組成知識(shí)目標(biāo)能夠依據(jù)不同的工作任務(wù)的特點(diǎn)選取常用傳感器能夠識(shí)讀傳感器電路原理圖和技術(shù)手冊(cè)能根據(jù)嵌入式微處理器的分類(lèi)，結(jié)合需要對(duì)微處理器進(jìn)行選型能根據(jù)視頻監(jiān)控的組成部分，結(jié)合實(shí)際需求對(duì)視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行安裝掌握STM32開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建和開(kāi)發(fā)環(huán)境調(diào)試方法技能目標(biāo)掌握基于嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試和開(kāi)發(fā)能力，洞察物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向具備在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其應(yīng)用方面進(jìn)行綜合研究、規(guī)劃和集成的能力；具備常用傳感器應(yīng)用、管理與維護(hù)的能力，具有安全素質(zhì)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神素質(zhì)目標(biāo)情景導(dǎo)入智能灌溉、環(huán)境監(jiān)測(cè)氣象監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)……“未來(lái)的農(nóng)業(yè)”什么是智慧農(nóng)業(yè)？1.1智慧農(nóng)業(yè)概述智慧農(nóng)業(yè)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去，充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，以信息和知識(shí)為生產(chǎn)要素，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入和工廠化生產(chǎn)的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式與農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)害預(yù)警等智能管理，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級(jí)階段。

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段，是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感節(jié)點(diǎn)和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策；智慧農(nóng)業(yè)能夠有效改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，將農(nóng)田、畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖基地等生產(chǎn)單位和周邊的生態(tài)環(huán)境視為整體，并通過(guò)對(duì)其物質(zhì)交換和能量循環(huán)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)、精密運(yùn)算，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境在可承受范圍內(nèi)；智慧農(nóng)業(yè)能夠顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率；智慧農(nóng)業(yè)能夠徹底轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、消費(fèi)者觀念和組織體系結(jié)構(gòu)。1.1智慧農(nóng)業(yè)概述1.2智慧農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：一種基于信息和知識(shí)管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)采用高新技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)結(jié)合，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)分析，對(duì)農(nóng)資、農(nóng)作實(shí)施精確定時(shí)、定位、定量控制，可最大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑，其包括：括智慧設(shè)施農(nóng)業(yè)、智慧大田種植、智慧畜禽養(yǎng)殖、智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖等應(yīng)用；智能農(nóng)機(jī)裝備：指裝備有中央處理器（CPU）和各種傳感器或無(wú)線通信系統(tǒng)的現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)裝備，其特點(diǎn)是加裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械或農(nóng)業(yè)裝備上的微型計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器傳回的各種信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、傳導(dǎo)、傳遞，進(jìn)而在動(dòng)態(tài)作業(yè)環(huán)境下發(fā)出適宜指令驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械完成正確的動(dòng)作，由此實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的智能化，智能農(nóng)機(jī)裝備又可分為3個(gè)類(lèi)型：智能化動(dòng)力機(jī)械、智能化作業(yè)機(jī)械和農(nóng)機(jī)智能化管理。1.2智慧農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容智能病蟲(chóng)害防治：智能病蟲(chóng)害防治運(yùn)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害發(fā)生情況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害的在線識(shí)別和遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害發(fā)生趨勢(shì)的提前預(yù)測(cè)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害災(zāi)后狀況的智能評(píng)估分析；農(nóng)產(chǎn)品智慧物流：農(nóng)產(chǎn)品因?yàn)樵谶\(yùn)輸過(guò)程中需要保鮮、冷凍、冷藏等方式存儲(chǔ)，因此智能冷鏈物流是解決農(nóng)產(chǎn)品高效流通的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、智能層的關(guān)鍵技術(shù)，與農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的供應(yīng)鏈全過(guò)程結(jié)合，實(shí)現(xiàn)冷鏈全過(guò)程的智能化監(jiān)控、透明化操作，從而保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，避免冷鏈的斷鏈、出現(xiàn)問(wèn)題責(zé)任劃分不清等狀況，實(shí)現(xiàn)全程冷鏈，使得農(nóng)產(chǎn)品冷鏈可以做到智能獲取信息、智能傳遞信息、智能處理信息。智能冷鏈物流按照農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、銷(xiāo)售的過(guò)程又可分為5個(gè)環(huán)節(jié)。1.3智慧農(nóng)業(yè)案例——智慧種植：廣東江門(mén)市新會(huì)陳皮產(chǎn)業(yè)園

新會(huì)陳皮國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園創(chuàng)建于2017年9月，區(qū)域面積達(dá)430km2，其中規(guī)劃種植基地16km2，加工園區(qū)2.7km2。自創(chuàng)建伊始，產(chǎn)業(yè)園深挖新會(huì)陳皮文化、健康價(jià)值，以新會(huì)陳皮產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，科學(xué)規(guī)劃“一軸、兩帶、三基地、四中心、五園區(qū)”的發(fā)展布局，不斷加快陳皮第一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，努力創(chuàng)建“大基地+大加工+大科技+大融合+大服務(wù)”發(fā)展的特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園。1.3智慧農(nóng)業(yè)案例——智慧養(yǎng)殖：廣東清遠(yuǎn)雞養(yǎng)殖基地

雞場(chǎng)在集約化、規(guī)?；?、精細(xì)化、科學(xué)化養(yǎng)殖的同時(shí)，需要建立智慧養(yǎng)殖的技術(shù)體系。清遠(yuǎn)雞智慧養(yǎng)殖（見(jiàn)圖3-2）運(yùn)用無(wú)線射頻識(shí)別、傳感器、4G、Wi-Fi無(wú)線通信、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)雞場(chǎng)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，對(duì)肉雞個(gè)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)與監(jiān)控；應(yīng)用Web技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)飼養(yǎng)、疾病防治、飼料和藥品采購(gòu)檢測(cè)等養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的統(tǒng)一管理，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力物力、減少疾病損失、提升產(chǎn)品質(zhì)量。智慧養(yǎng)殖可以構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)雞場(chǎng)，改進(jìn)集約化養(yǎng)雞生產(chǎn)流程，顯著提升生產(chǎn)管理效率，讓各級(jí)管理人員及時(shí)獲得準(zhǔn)確信息以及智能化管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集約化、養(yǎng)殖過(guò)程規(guī)范化、生產(chǎn)管理數(shù)字化。1.4拓展知識(shí)——未來(lái)農(nóng)業(yè)的八大“黑科技”1、農(nóng)業(yè)機(jī)器人2、垂直農(nóng)業(yè)3、太空農(nóng)業(yè)4、太空育種5、激光除草、除蟲(chóng)技術(shù)6、超智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)7、液氮冷藏技術(shù)8、3D打印農(nóng)業(yè)1.4拓展知識(shí)——未來(lái)農(nóng)業(yè)的八大“黑科技”02PARTTWO傳感器技術(shù)情景導(dǎo)入2020年紅外測(cè)溫機(jī)器人在廣州黃埔首次使用傳感器1.紅外測(cè)溫的工作原理？2.日常生活中有哪些傳感器技術(shù)？智慧農(nóng)業(yè)中各種信息的采集使用各種傳感器。傳感器同時(shí)也應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ罡鱾€(gè)方面，電子爐灶、自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、熱風(fēng)取暖器、風(fēng)干器、報(bào)警器、電風(fēng)扇、游戲機(jī)、電子驅(qū)蚊器、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照像機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、手機(jī)等、醫(yī)用方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如：紅外測(cè)溫儀、壓強(qiáng)傳感器（血壓）和電學(xué)傳感器（心電圖）等。傳感器是將物理量（如溫度、壓力、光）轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)的設(shè)備。它就像人類(lèi)的五官，能感知外界環(huán)境變化。

2.1傳感器概述

汽車(chē)——是傳感器俱樂(lè)部：溫度、空氣流量、壓力、轉(zhuǎn)速、位移、水位、曲軸、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、爆震、里程表等多種傳感器。里程表傳感器機(jī)油壓力傳感器倒車(chē)?yán)走_(dá)傳感器你還能舉出汽車(chē)上的哪些傳感器？

2.1傳感器概述——以汽車(chē)為例

能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律和精度轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。

它是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

輸入量是物理量、化學(xué)量和生物量。

輸出量主要是電量。（電量最便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理及顯示）

輸入輸出的轉(zhuǎn)換規(guī)律（關(guān)系）已知，轉(zhuǎn)換精度要滿(mǎn)足測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。2.2傳感器定義2.3傳感器發(fā)展趨勢(shì)向高精度方向發(fā)展向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展向微型化發(fā)展向模糊識(shí)別方向發(fā)展向智能型傳感器發(fā)展2.4傳感器分類(lèi)2.5傳感器的基本特征傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎?輸出關(guān)系特性，是傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部特性表現(xiàn)。傳感器所測(cè)量的物理量基本上有兩種形式：靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)）和動(dòng)態(tài)（周期變化或瞬態(tài)）。前者的信號(hào)不隨時(shí)間變化（或變化很緩慢）；后者的信號(hào)是隨時(shí)間變化而變化的。傳感器所表現(xiàn)出來(lái)的輸入-輸出特性存在靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)物理量：溫度、壓力、質(zhì)量動(dòng)態(tài)物理量：振動(dòng)、聲音、流速傳感器的靜態(tài)特性：①測(cè)量范圍：傳感器所能測(cè)量到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍稱(chēng)之為傳感器的測(cè)量范圍。②量程：傳感器測(cè)量范圍的上限值與下限值之間的代數(shù)差稱(chēng)為量程。③精度：指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，是測(cè)量中各種誤差的綜合反映。工程技術(shù)中為簡(jiǎn)化傳感器精度表示方法，引入精度等級(jí)概念。④線性度：指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽颗c輸入量的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。⑤靈敏度：傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化與輸入量變化的比值。⑥分辨率（Resolution）：指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量，反映傳感器能夠分辨被測(cè)量微小變化的能力。2.6傳感器的基本特征傳感器的靜態(tài)特性(二)：⑦遲滯（Hysteresis）：也叫回程誤差，是指在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正（輸入量由小增大）、反（輸入量由大減?。┬谐痰妮敵鲂盘?hào)大小不相等的現(xiàn)象。遲滯特性表明傳感器正、反行程期間輸入-輸出特性曲線不重合的程度。⑧重復(fù)性（Repeatability）：表示傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測(cè)試時(shí)所得輸入輸出特性曲線一致的程度。⑨漂移：指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔兊那闆r下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生漂移的原因主要有兩個(gè)：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，如零點(diǎn)漂移（簡(jiǎn)稱(chēng)零漂）；二是在測(cè)試過(guò)程中周?chē)h(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化，最常見(jiàn)的是溫度漂移（簡(jiǎn)稱(chēng)溫漂）。2.6傳感器的基本特征傳感器的動(dòng)態(tài)特性：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。①在采用階躍輸入研究傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用延遲時(shí)間、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量等來(lái)表征傳感器的動(dòng)態(tài)特性。②在采用正弦輸入研究傳感器的頻域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用幅頻特性和相頻特性來(lái)描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。2.6傳感器的基本特征2.7傳感器工作原理（1）應(yīng)變電阻式傳感器：應(yīng)變是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。應(yīng)變電阻式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩等的作用下發(fā)生形變，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的電阻應(yīng)變片，引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路變成電壓輸出。輸出的電壓大小反映了被測(cè)物理量的大小。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。2.8

光電傳感器光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。（1）光電效應(yīng)：光電傳感器進(jìn)行非電量檢測(cè)的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，即物體吸收到光子能量后產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三大類(lèi)。①外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象，又稱(chēng)為光電子發(fā)射效應(yīng)。光電管及光電倍增管均屬這一類(lèi)。②內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，又稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻即屬此類(lèi)。③光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，又稱(chēng)為阻擋層光電效應(yīng)。光電池和光電晶體管均屬于這一類(lèi)。2.8

光電傳感器分類(lèi)光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。根據(jù)傳感器的傳輸過(guò)程一般由3部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。根據(jù)光電傳感器的外形可以分為槽型光電傳感器和對(duì)射型光電傳感器。槽型光電傳感器是把一個(gè)光發(fā)射器（又稱(chēng)發(fā)光器）和一個(gè)光接收器（又稱(chēng)收光器）面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)，如圖3-6所示。光發(fā)射器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能接收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽型開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭軅鞲衅髡w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。2.8光電傳感器工作方式2.9

超聲波傳感器超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透能力很大，尤其是在不透明的固體中。2.10

半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器（SemiconductorTransducer）是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。所采用的半導(dǎo)體材料多數(shù)是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半導(dǎo)體傳感器種類(lèi)繁多，它利用近百種物理效應(yīng)和材料的特性，具有類(lèi)似于人的眼、耳、鼻、舌、皮膚等多種感官功能。半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體易受外界條件影響這一特性制成的傳感器。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象，半導(dǎo)體傳感器可分為物理傳感器（檢測(cè)對(duì)象為光、溫度、磁、壓力、濕度等）、化學(xué)傳感器（檢測(cè)對(duì)象為氣體分子、離子、有機(jī)分子等）、生物傳感器（檢測(cè)對(duì)象為生物活性物質(zhì)）。半導(dǎo)體傳感器是一種新型半導(dǎo)體器件，它能夠?qū)崿F(xiàn)電、光、溫度、聲、位移、壓力等物理量的相互轉(zhuǎn)換，并且易于實(shí)現(xiàn)集成化、多功能化，更滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)的要求，所以被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)中。由于實(shí)際的被測(cè)量大多數(shù)是非電量，因而傳感器的主要工作就是將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。半導(dǎo)體傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、質(zhì)量輕，便于集成化、智能化，能使檢測(cè)、轉(zhuǎn)換一體化。2.10

半導(dǎo)體傳感器工作原理2.10

半導(dǎo)體傳感器的分類(lèi)常用的半導(dǎo)體傳感器有氣敏傳感器、磁敏傳感器、熱敏二極管、熱敏三極管和各種半導(dǎo)體集成傳感器。①氣敏傳感器：用半導(dǎo)體氣敏元件組成的傳感器為氣敏傳感器，主要用于天然氣、煤氣、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和自動(dòng)控制。②磁敏傳感器：它是利用半導(dǎo)體材料中的自由電子或空穴隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向這一特性而制成的傳感器，一般被用來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的存在、變化、方向，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以及可引起的磁場(chǎng)變化的物理量。③溫敏傳感器：它利用某些材料或元件的物理特性與溫度有關(guān)的這一性質(zhì)，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電量的變化。常見(jiàn)的有熱電偶、熱敏電阻、熱敏二極管和熱敏晶體管等，常用來(lái)紅外線測(cè)溫等。④集成傳感器：常見(jiàn)的集成傳感器有開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器、集成溫度傳感器、集成濕度傳感器、集成壓力傳感器和集成加速度傳感器。2.11

生物傳感器生物傳感器（Biosensor）是利用生物活性物質(zhì)與電化學(xué)或其他傳感器結(jié)合而形成的新型探測(cè)器件。生物傳感器中最關(guān)鍵的部件是生物活性物質(zhì)，它可以是生物酸、抗體、生物膜或者活細(xì)胞等。生物傳感器由分子識(shí)別部分（敏感元件）和轉(zhuǎn)換部分（換能器）構(gòu)成：以分子識(shí)別部分去識(shí)別被測(cè)目標(biāo)，是可以引起某種物理變化或化學(xué)變化的主要功能元件。分子識(shí)別部分是生物傳感器選擇性測(cè)定的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換部分是把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理或化學(xué)換能器（傳感器）。生物傳感器原理生物傳感器的結(jié)構(gòu)一般是在基礎(chǔ)傳感器（如電化學(xué)裝置）上再耦合一個(gè)生物敏感膜（稱(chēng)為感受器或敏感元件）。生物敏感膜緊貼在探頭表面上，再用一種半滲透膜與被測(cè)溶液隔開(kāi)。當(dāng)被測(cè)溶液中的成分透過(guò)半透膜有選擇地附著于敏感物質(zhì)上時(shí)，形成復(fù)合體，隨之進(jìn)行生化和電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生普通電化學(xué)裝置能感知的O2、H2、+4NH、CO2等或光、聲等信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。2.11

生物傳感器特點(diǎn)①操作簡(jiǎn)單，需用樣品少，能短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)定。一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理，它利用本身具備的優(yōu)異選擇性把樣品中被測(cè)組分的分離和檢測(cè)統(tǒng)一為一體，測(cè)定時(shí)常不需另加其他試劑，使測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)便迅速，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。②可進(jìn)入生物體內(nèi)，進(jìn)行活體分析。③對(duì)被檢測(cè)物質(zhì)具有極好的選擇性，噪聲低。④經(jīng)固定化處理后，可保持長(zhǎng)期生物活性，傳感器可反復(fù)使用。⑤傳感器連同測(cè)定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀，因而便于推廣普及。2.12.1

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)——連接傳感器與世界的橋梁無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，WSN）是一種由大量低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成自組織的多跳網(wǎng)絡(luò)，用于感知、采集和處理環(huán)境中的物理或環(huán)境信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)或用戶(hù)。2.12.2

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的起源與發(fā)展1早期概念(1970s-1980s)起源于軍事應(yīng)用，主要用于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控和分布式傳感。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)是關(guān)鍵推動(dòng)者。2技術(shù)成熟(1990s)微機(jī)電系統(tǒng)、無(wú)線通信技術(shù)和嵌入式處理器取得突破。學(xué)術(shù)界開(kāi)始深入研究。3應(yīng)用擴(kuò)展(2000s)拓展至環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居和工業(yè)控制。IEEE802.15.4成為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。4物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代(2010s至今)成為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，融合云計(jì)算、邊緣計(jì)算和人工智能。廣泛應(yīng)用于智慧城市和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)從軍事需求起源，逐步發(fā)展成為現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的支柱技術(shù)。2.12.3

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)（SensorNode）、匯聚節(jié)點(diǎn)（SinkNode）和管理節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3-12所示。傳感器節(jié)點(diǎn)：采集環(huán)境信息（溫度、濕度等）。匯聚節(jié)點(diǎn)：收集并處理節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。管理節(jié)點(diǎn)（用戶(hù)終端）：展示和分析數(shù)據(jù)的設(shè)備。2.12.4

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與工作流程特點(diǎn)大規(guī)模分布：覆蓋范圍廣泛，節(jié)點(diǎn)密集布置低功耗設(shè)計(jì)：有效延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命自組織能力：自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需人工干預(yù)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：節(jié)點(diǎn)變化不影響整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行工作流程感知階段傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)傳輸階段通過(guò)無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)處理與分析階段匯聚節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)并上傳至用戶(hù)終端2.12.5

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)：土壤濕度監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害預(yù)警。環(huán)境監(jiān)測(cè)：空氣質(zhì)量、氣象監(jiān)測(cè)。智能城市：交通流量監(jiān)控、垃圾處理管理。醫(yī)療健康：可穿戴設(shè)備、病房環(huán)境監(jiān)控。2.13拓展知識(shí)——元宇宙需要什么傳感器？元宇宙（Metaverse）是利用科技手段進(jìn)行鏈接與創(chuàng)造的，與現(xiàn)實(shí)世界映射、交互的虛擬世界，具備新型社會(huì)體系的數(shù)字生活空間。元宇宙本質(zhì)上是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的虛擬化、數(shù)字化過(guò)程，需要對(duì)內(nèi)容生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、用戶(hù)體驗(yàn)以及實(shí)體世界內(nèi)容等進(jìn)行大量改造。柔性傳感器是實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)、制造“電子皮膚”的基石。柔性傳感器是指采用柔性材料制成的傳感器，具有良好的柔韌性、延展性，甚至可自由彎曲、折疊，而且結(jié)構(gòu)形式靈活多樣，可根據(jù)測(cè)量條件的要求任意布置，能夠非常方便地對(duì)復(fù)雜被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)。按照用途分類(lèi)，柔性傳感器包括柔性壓力傳感器、柔性氣體傳感器、柔性濕度傳感器、柔性溫度傳感器、柔性應(yīng)變傳感器、柔性磁阻抗傳感器和柔性熱流量傳感器等。課堂實(shí)訓(xùn)1.通過(guò)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)（）體驗(yàn)以下實(shí)驗(yàn)：物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖管控系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)/details/page?id=6783&isView=true

2.通過(guò)開(kāi)放類(lèi)數(shù)據(jù)平臺(tái)，體驗(yàn)環(huán)境數(shù)據(jù)訪問(wèn)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站(/)，了解實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)訪問(wèn)國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（/），了解實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)

課堂實(shí)訓(xùn)——物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖管控系統(tǒng)03PARTTHREE3S技術(shù)3.13S技術(shù)及其應(yīng)用

“3S”技術(shù)是遙感（RemoteSensing，RS）、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）、地理信息系統(tǒng)（GeographicalInformationSystem，GIS）這3種技術(shù)名詞中最后一個(gè)單詞字母的統(tǒng)稱(chēng)。3S以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要技術(shù)支撐，用于采集、量測(cè)、分析、存儲(chǔ)、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地理空間分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的一門(mén)綜合的、集成的信息科學(xué)的重要組成部分，構(gòu)成數(shù)字地球的基礎(chǔ)。3S技術(shù)的集成GPS獲取的位置信息遙感影像GIS系統(tǒng)完整的衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)：遙感（RS）：獲取大范圍、多時(shí)相的地球表面信息。地理信息系統(tǒng)（GIS）：分析和管理地理空間數(shù)據(jù)。全球定位系統(tǒng)（GPS）：精確定位目標(biāo)的地理坐標(biāo)。相互關(guān)系：GPS提供位置信息，RS獲取地表信息，GIS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析與可視化。3S技術(shù)集成形成強(qiáng)大的地理信息處理體系。應(yīng)用場(chǎng)景：災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源管理等。

利用現(xiàn)代儀器設(shè)備由遠(yuǎn)處感知、獲取被測(cè)物體的信息，從而對(duì)物體進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。廣義遙感：利用儀器設(shè)備從遠(yuǎn)處獲得被測(cè)物體的電磁波輻射特征（光，熱），力場(chǎng)特征（重力、磁力）和機(jī)械波特征（聲，地震），據(jù)此識(shí)別物體。狹義遙感：主要指從遠(yuǎn)距離、高空以至外層空間的平臺(tái)上，利用可見(jiàn)光、紅外、微波等探測(cè)器，通過(guò)攝影或掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理，從而識(shí)別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)。3.2遙感（RemoteSensing）技術(shù)01遙感的特點(diǎn)（1）探測(cè)范圍廣、采集數(shù)據(jù)快（2）能動(dòng)態(tài)反映地面事物的變化（3）獲取的數(shù)據(jù)具有綜合性航天遙感軌道衛(wèi)星載人飛船（<500km)航天飛機(jī)

（<300km)探空火箭（100-650km)地球同步衛(wèi)星太陽(yáng)同步衛(wèi)星長(zhǎng)壽命(500-1000km)（3600km）短壽命(150-500km)3.2.1遙感的分類(lèi)按高度分類(lèi)地面遙感高塔（<300m)車(chē)船（<30m)觀測(cè)架（幾米）航空遙感飛機(jī)氣球飄浮氣球（<50km）系留氣球（<5km）高空飛機(jī)（>15km）中空飛機(jī)（9-15km）低空飛機(jī)（<9km）按高度分類(lèi)3.2.1遙感的分類(lèi)被動(dòng)方式掃描(圖像方式)非掃描非圖像方式微波輻射計(jì)地磁測(cè)量?jī)x重力測(cè)量?jī)x傅立葉光譜儀其他圖像方式(照相機(jī))黑白天然彩色紅外彩色紅外其他像面掃描電視攝像機(jī)固體掃描儀(CCD)物面掃描光機(jī)掃描儀固體掃描儀按傳感器分類(lèi)

3.2.1遙感的分類(lèi)主動(dòng)方式

掃描(圖像方式)非掃描(非圖像方式)微波散射計(jì)微波高度計(jì)激光光譜儀激光高度計(jì)像面掃描（被動(dòng)型相控陣?yán)走_(dá)）物面掃描激光水深計(jì)激光測(cè)距儀微波輻射計(jì)真實(shí)孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)按傳感器分類(lèi)

3.2.1遙感的分類(lèi)遙感

按應(yīng)用空間尺度按研究對(duì)象資源遙感全球遙感環(huán)境遙感區(qū)域遙感城市遙感其它分類(lèi)

3.2.1遙感的分類(lèi)GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)：1973年12月起，美國(guó)歷經(jīng)20余年，投資300億美元，建立起來(lái)的服務(wù)于全球的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其從根本上解決了人類(lèi)在地球及其周?chē)臻g的導(dǎo)航及定位問(wèn)題。3.3

全球定位系統(tǒng)GPS空間部分地面控制部分用戶(hù)設(shè)備部分3.3.1

全球定位系統(tǒng)GPS組成組成3.地面接收機(jī)2.地面部分：一個(gè)主控站，三個(gè)注入站，五個(gè)監(jiān)測(cè)站空間部分：衛(wèi)星①全天候；②全球覆蓋；③三維定速、定時(shí)、高精度；④快速、省時(shí)、高效率；⑤應(yīng)用廣泛、多功能。3.3.2

全球定位系統(tǒng)GPS主要特點(diǎn)3.3.3

GPS技術(shù)應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用主要是為船舶、汽車(chē)、飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航，如：（1）衛(wèi)星定位系統(tǒng)在道路工程中的應(yīng)用（2）汽車(chē)導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用3.4地理信息系統(tǒng)GIS

地理信息系統(tǒng)（GIS）是對(duì)地理空間實(shí)體和地理現(xiàn)象的特征要素進(jìn)行獲取、處理、表達(dá)、管理、分析、顯示和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)空間或時(shí)空信息系統(tǒng)。

GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)支持空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。完整的地理信息系統(tǒng)主要由5個(gè)部分組成，即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、空間分析和人員等。3.4.1地理信息系統(tǒng)GIS的組成（1）GIS主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域（2）城市規(guī)劃和管理是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域（3）應(yīng)急響應(yīng)（4）地學(xué)研究與應(yīng)用分析（5）商業(yè)與市場(chǎng)（6）房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售過(guò)程中也可以利用GIS功能進(jìn)行決策和分析（7）網(wǎng)絡(luò)分析（8）可視化應(yīng)用3.4.2地理信息系統(tǒng)應(yīng)用集成模式：RS提供地表影像數(shù)據(jù)。GPS采集精準(zhǔn)位置信息。GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、分析和展示。集成優(yōu)勢(shì)：數(shù)據(jù)更加全面。分析結(jié)果更精準(zhǔn)。提高工作效率和決策水平。3.5

3S技術(shù)的集成應(yīng)用典型應(yīng)用場(chǎng)景：災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警：RS檢測(cè)災(zāi)害區(qū)域，GIS分析受災(zāi)范圍，GPS定位災(zāi)害點(diǎn)。環(huán)境保護(hù)：RS監(jiān)測(cè)污染范圍，GIS繪制污染圖，GPS記錄樣本采集位置。資源開(kāi)發(fā)：RS探測(cè)礦產(chǎn)分布，GIS規(guī)劃開(kāi)采方案，GPS標(biāo)定礦區(qū)坐標(biāo)。大國(guó)重器——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定義：中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球用戶(hù)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。?意義：是國(guó)家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施，提升國(guó)家綜合實(shí)力，保障國(guó)家安全，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。發(fā)展歷程?北斗一號(hào)（試驗(yàn)系統(tǒng)）?時(shí)間：2000年建成?特點(diǎn)：區(qū)域性有源導(dǎo)航系統(tǒng)，主要為中國(guó)用戶(hù)提供服務(wù)。?北斗二號(hào)（區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)）?時(shí)間：2012年建成?特點(diǎn)：覆蓋亞太地區(qū)，無(wú)源導(dǎo)航，服務(wù)性能提升。?北斗三號(hào)（全球?qū)Ш较到y(tǒng)）?時(shí)間：2020年全面建成?特點(diǎn)：全球覆蓋，高精度、高可靠、多功能，性能指標(biāo)世界一流。?課堂實(shí)訓(xùn)大國(guó)重器——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)高精度?定位精度：水平精度優(yōu)于2.5米，高程精度優(yōu)于5米（全球范圍）；在亞太地區(qū)，定位精度更高。?授時(shí)精度：優(yōu)于20納秒。?短報(bào)文通信?獨(dú)特功能：可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與用戶(hù)、用戶(hù)與地面控制中心之間的雙向報(bào)文通信。?應(yīng)用場(chǎng)景：在海洋漁業(yè)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。?兼容性好?與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS、GLONASS、Galileo）兼容互操作。?提高定位可靠性和精度，方便用戶(hù)使用。?課堂實(shí)訓(xùn)大國(guó)重器——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航1.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位虛擬仿真實(shí)驗(yàn)/details/page?id=7015&isView=true2.北斗與多傳感器融合導(dǎo)航虛擬仿真實(shí)驗(yàn)/details/page?id=12064&isView=true3.訪問(wèn)開(kāi)放GIS平臺(tái)，如地圖慧（）,體驗(yàn)GIS功能。如：創(chuàng)建新地圖，選擇“基礎(chǔ)地圖”為“高德衛(wèi)星地圖”。添加“標(biāo)記圖層”，標(biāo)注學(xué)校周邊的3個(gè)場(chǎng)所（如公園、廣場(chǎng)），填寫(xiě)名稱(chēng)等信息。導(dǎo)出地圖為圖片或生成分享鏈接（提交成果）地圖慧。課堂實(shí)訓(xùn)04PARTFOUR視頻監(jiān)控技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)也叫閉路電視（ClosedCircuitTelevision，CCTV）監(jiān)控系統(tǒng)，是通過(guò)遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備（光源等）直接查看被監(jiān)視的場(chǎng)地情況，使被監(jiān)控場(chǎng)地的情況一目了然，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、記錄和處理異常情況的一種電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全技術(shù)防范系統(tǒng)的重要組成部分，其利用視頻探測(cè)技術(shù)，監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像。4.1視頻監(jiān)控概述視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成了預(yù)防、監(jiān)視、控制取證和管理等功能從邏輯上可分為前端、傳輸、記錄、顯示、控制與管理5個(gè)部分，如圖所示。654.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成4.3

物聯(lián)網(wǎng)與視頻監(jiān)控1．視頻監(jiān)控在物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用2．視頻監(jiān)控在物聯(lián)網(wǎng)交通監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用674.4.1視頻監(jiān)控的主要設(shè)備——前端部分

前端設(shè)備由攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、安裝支架、云臺(tái)、解碼器等組成，主要用于對(duì)設(shè)防區(qū)域進(jìn)行攝像。攝像機(jī)又分為球機(jī)、槍機(jī)、半球機(jī)、筒機(jī)，配件可包括防護(hù)罩、支架、云臺(tái)等。球機(jī)槍機(jī)半球機(jī)筒機(jī)攝像機(jī)防護(hù)罩?jǐn)z像機(jī)支架攝像機(jī)云臺(tái)68高質(zhì)量的圖像傳輸是視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵，它決定監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域、方式。

目前，在監(jiān)控系統(tǒng)中用來(lái)傳輸圖象信號(hào)的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對(duì)應(yīng)的傳輸設(shè)備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設(shè)備和光端機(jī)。要組建一個(gè)高質(zhì)量的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，就必須搞清楚這三種主要傳輸方式的特點(diǎn)和使用環(huán)境，以便針對(duì)實(shí)際工程需要采取合適的傳輸介質(zhì)和設(shè)備。4.4.2

視頻監(jiān)控傳輸設(shè)備69同軸電纜是使用最廣泛的視頻傳輸介質(zhì)，一般用于中短距離的視頻信號(hào)的傳輸。同軸電纜的電氣特征使得它非常適合傳送攝像機(jī)到監(jiān)視器的全視頻信號(hào)（cctv視頻信號(hào)是由分布很廣的低頻信號(hào)和高頻信號(hào)組成的）。

優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便（2）不需要增加其他設(shè)備直接傳輸（3）連接至設(shè)備端方便4.4.2

視頻監(jiān)控傳輸設(shè)備——同軸電纜

一般來(lái)說(shuō)，傳輸距離越長(zhǎng)則信號(hào)的衰減越大，頻率越高則信號(hào)的衰減也越大。當(dāng)長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，由于視頻信號(hào)的高頻成分被過(guò)多地衰減而使圖像變模糊。而當(dāng)視頻信號(hào)被衰減得不足以被監(jiān)視器等視頻設(shè)備捕捉到時(shí)，圖像便不能穩(wěn)定地顯示了。4.4.3

視頻監(jiān)控中心控制設(shè)備視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)備一般都集中在控制室，一般包括視音頻放大分配器、視頻矩陣切換器、多畫(huà)面分割器、硬盤(pán)錄像機(jī)、控制鍵盤(pán)和顯示器等。視音頻信號(hào)從前端傳輸過(guò)來(lái)一般先經(jīng)視音頻放大分配器，信號(hào)在視音頻放大分配器中獲得補(bǔ)償放大并分成兩路或多路信號(hào)給視頻矩陣切換器、錄像機(jī)及相關(guān)設(shè)備，最后在監(jiān)視器上還原成聲音與圖像信號(hào)。視頻監(jiān)控還可以和報(bào)警聯(lián)動(dòng)，和視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。4.5拓展知識(shí)——人工智能助力視頻監(jiān)控的發(fā)展智能監(jiān)控的特點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析視頻內(nèi)容。（2）檢測(cè)異?；顒?dòng)，輔助人類(lèi)判斷，優(yōu)化監(jiān)控流程。智能監(jiān)控的核心技術(shù)：（1）人臉識(shí)別：目標(biāo)人員定位與核查。（2）車(chē)牌識(shí)別：交通管理與違法追蹤。（3）語(yǔ)音識(shí)別：人機(jī)交互場(chǎng)景廣泛應(yīng)用。（4）表情識(shí)別：情緒分析助力個(gè)性化推薦。（5）年齡識(shí)別：精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)與用戶(hù)畫(huà)像構(gòu)建。潛在優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)：（1）優(yōu)勢(shì)：安全性提升、效率優(yōu)化、商業(yè)化加速。（2）挑戰(zhàn)：隱私問(wèn)題與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的平衡。05PARTFIVE嵌入式系統(tǒng)情景導(dǎo)入智能手環(huán)、智能手表智能眼鏡、VR頭顯

……智能設(shè)備層出不窮（1）嵌入式系統(tǒng)是什么？（2）嵌入式系統(tǒng)由什么組成？5.1

嵌入式系統(tǒng)——常見(jiàn)的Linux開(kāi)發(fā)板

5.1

嵌入式系統(tǒng)——智能手表

5.2

嵌入式系統(tǒng)概述——定義

關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的定義有很多，較通俗的定義是指嵌入對(duì)象體系中的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義是：“嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和工廠運(yùn)行的裝置”。該定義是從應(yīng)用的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)是一種完成特定功能的裝置，該裝置能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。我國(guó)對(duì)嵌入式系統(tǒng)定義為：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶(hù)需求（功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等）靈活裁剪軟硬件模塊的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

專(zhuān)用性強(qiáng)：為特定用戶(hù)群設(shè)計(jì)，面向特定應(yīng)用場(chǎng)景。小型化：高度集成，易于嵌入目標(biāo)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)性好：對(duì)生產(chǎn)控制、通信等實(shí)時(shí)響應(yīng)要求高?？刹眉粜院茫河布蛙浖`活可裁剪，性能優(yōu)化。可靠性高：適應(yīng)惡劣環(huán)境，任務(wù)涉及安全與機(jī)密。功耗低：滿(mǎn)足便攜設(shè)備低功耗需求。依賴(lài)開(kāi)發(fā)平臺(tái)：需借助通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)：優(yōu)化資源利用，提升性能與效率。5.3嵌入式系統(tǒng)——特點(diǎn)工業(yè)控制應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、電力系統(tǒng)、石油化工等領(lǐng)域，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。交通管理GPS導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)等。廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸行業(yè)和車(chē)輛定位。信息家電智能化冰箱、空調(diào)等家電，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，引領(lǐng)智能家居生活。家庭智能管理智能水表、電表、防火防盜系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與更高效的安全管理。公交通信與購(gòu)物系統(tǒng)無(wú)接觸智能卡、電話卡、自動(dòng)售貨機(jī)等智能終端，提升便捷支付體驗(yàn)。環(huán)境與自然監(jiān)測(cè)水文監(jiān)測(cè)、防洪、水土監(jiān)測(cè)、堤壩安全等無(wú)人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。機(jī)器人微型化、高智能化機(jī)器人在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。5.4嵌入式系統(tǒng)——在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成，組成結(jié)構(gòu)如圖所示。5.5嵌入式系統(tǒng)的組成5.5嵌入式系統(tǒng)的組成軟件部分對(duì)于使用操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)一般包含3個(gè)層面：應(yīng)用層、OS層、驅(qū)動(dòng)層。對(duì)于功能簡(jiǎn)單僅包括應(yīng)用程序的嵌入式系統(tǒng)一般不使用操作系統(tǒng)，僅有應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。硬件部分嵌入式系統(tǒng)基本硬件架構(gòu)主要包括處理器、外圍電路及接口和外部設(shè)備三大部分。其中外圍電路一般包括時(shí)鐘、復(fù)位電路、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和電源模塊等部件。外部設(shè)備一般應(yīng)配有USB、顯示器、鍵盤(pán)和其他設(shè)備等及接口電路。硬件架構(gòu)的核心部件是微處理器，在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路（ROM和RAM等），就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。5.6嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)嵌入式普通微處理器功能類(lèi)似普通微處理器，具有小體積、低功耗、低成本、高可靠性。主要型號(hào)：ARM、PowerPC、Motorola68000系列等。嵌入式微控制器集成計(jì)算機(jī)主要硬件于一塊芯片，含ROM、RAM、總線、計(jì)時(shí)器、I/O接口等。嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）專(zhuān)用于信號(hào)處理，支持?jǐn)?shù)據(jù)/程序分離、硬件乘法器、流水線操作及DSP指令。嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）集成多個(gè)功能模塊，適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電路板系統(tǒng)。按字長(zhǎng)分類(lèi)微處理器按字長(zhǎng)分為：4位、8位、16位、32位、64位。5.7嵌入式系統(tǒng)的典型代表——ARM處理器ARM處理器因其低功耗、高性能、廣泛適配性等特點(diǎn)，成為嵌入式系統(tǒng)的典型代表1.低功耗設(shè)計(jì)ARM處理器以低功耗著稱(chēng)，非常適合嵌入式設(shè)備的移動(dòng)和便攜要求，如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等。2.高性能與低成本ARM架構(gòu)在提供高性能的同時(shí)保持較低的成本，滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)對(duì)性?xún)r(jià)比的需求。3.靈活性和擴(kuò)展性ARM采用模塊化設(shè)計(jì)，支持定制化，方便開(kāi)發(fā)者按不同需求選擇功能模塊，從而優(yōu)化性能和功耗。4.廣泛的生態(tài)系統(tǒng)支持ARM架構(gòu)在全球得到了廣泛的支持，擁有豐富的軟件、工具鏈以及第三方支持，開(kāi)發(fā)效率高。5.應(yīng)用廣泛消費(fèi)電子：智能手機(jī)、平板電腦、智能電視。工業(yè)控制：傳感器、工業(yè)