传感器在物联网中的使用概述

信息技术可分为系统层次和基础层次。系统层次包括：3、计算机技术2、通信技术1、传感技术Collection——获取信息（信息识别、信息提取、信息检测）Communication——传递信息Compution——处理信息（实现信息的快速、可靠、安全的转移）（对信息进行编码、压缩、加密、存储）4、控制技术Control——利用信息（信息显示和对外控制）5、对抗技术Countermeasure——保护信息两者结合，形成计算机网络技术（信息安全与信息对抗）1、传感技术Collection——获取信息（信息识别、信息提取、信息检测）触摸屏是怎么感知的？使用者翻动手机选择“响铃”或“震铃”；摇晃手机变换不同的铃声和游戏；音乐和壁纸随着人们的动作而变化。摇晃你的手机传感器身边的传感器CCD热敏电阻传声器温控器实验室的传感器什么是传感器狭义地定义：能够将外界的非电信号，按一定规律转换成电信号输出的器件或装置。温度变化电阻值变化热敏电阻这些是传感器吗？记忆合金热敏油墨热敏灯罩温度变化狭义地定义：能够将外界的非电信号，按一定规律转换成电信号输出的器件或装置。（对温度敏感的材料）传感器的微型化人类社会的全面信息化，使得信息系统正朝着微型化、多功能化和智能化的方向迅速发展。随着微电子技术的进步，微处理器、存储器等电子器件日益微型化，而传感器、执行器的微型化程度却远远落后，成了信息系统微型化的“瓶颈”。于是，“MEMS技术”应运而生。将传感器、微处理器、执行器合为一体，构成微电子机械系统，是人们很久的愿望。MicroElectroMechanicalSystem集成电路内部结构MEMS是“微机械电子系统”的英文缩写。微机电系统是采用微机械加工技术，将微型传感器、微型执行器、微型机构和相应的处理电路集成在一起的微型器件或微型系统。机械部分能够微型化吗？MEMS“微米级”加工技术100μm显微照片1988年美国科学家研制。转子直径120微米，厚1微米。在380V电压驱动下，最大转速每分钟500转。第一台静电电动机传统的陀螺仪陀螺仪环形陀螺仪MEMS陀螺仪的作用MEMS独轮车上的陀螺仪MEMSMEMS微型传感器压强传感器压力传感器微传感器的尺寸大多为毫米级，甚至更小。例如：压力微传感器可以放在注射针头内，送入血管测量血液流动情况。加速度传感器三轴陀螺仪MEMS微型执行器自海湾战争以来，美军越来越多地使用精确制导武器，实行战场上的精确打击。为了提高命中精度，将惯性导航系统（陀螺仪）和GPS复合后作为制导技术。GPS提供时间和定位数据，并校准陀螺仪；而陀螺仪提供飞行参数，在GPS信号中断期间进行导航。二者取长补短，提高导航精度。MEMS微型陀螺仪MEMS与“精确打击”制导炸弹JDAM导弹导弹采用GPS定位和微型陀螺仪制导，导弹发射后无需人工干预，可以自主飞行，具有多目标攻击能力。这是第四代制导炸弹优于激光制导炸弹的显著特点。GPS卫星导航因建筑物和植被等原因，GPS信号会出现中断。此时，由微型陀螺仪提供移动角度，結合车辆移动的时间及速度，可计算出方向和距离，以此检查移动车辆的行进路线，作为GPS的辅助导航，直到GPS信号恢复正常。MEMSMEMS陀螺仪随着微机电系统、传感器、无线通信，以及集成电路等技术的发展和成熟，低成本、低功耗的微型传感器的大量生产成为可能。同时，传感器的信息获取技术，已经从过去的单一化逐渐向集成化、微型化和网络化的方向发展。传感器的微型化、网络化方法一：100元的多功能智能传感器×1件监测室内环境（温度、湿度、光照度、悬浮物、有害气体）方法二：10元的单一功能简单传感器×10件由众多低成本、低功耗的微型传感器组成传感器网络，全方位地进行监测。传感技术MEMS通信技术无线传感器网络“无线传感器网络”由此孕育而生汶川地震东南亚海啸澳大利亚森林大火土耳其水灾泥石流山体滑坡冰冻研究人员的方案：将大量的传感器布置在需要预警的区域内，随时监测目标的细微变化，经过分析和判断，及时传递有关信息，从而为人类提供足够的防御时间。这就是:对于这些灾难，能否预先得到警示呢？WirelessSensorNetwork（WSN）无线传感器网络将成千上万个微型传感器密集地分布在森林中，各传感器通过无线网络相互协作，共同执行分布式感知任务，并将准确的火源信息传送给信息中心。例如：森林火警系统微型传感器什么是无线传感器网络无线传感器网络是利用大量的微型传感器（结点），通过无线通信形成网络，用来感知现场的信息。结点中的微处理器对原始数据进行初步处理后，经网络层层转发，最终发送给基站，再由基站传送给用户，从而实现对现场的监控。这些结点采用MEMS技术，在一个微小的芯片上集成了信息采集、数据处理和无线电通信等多种功能。传感器微型处理器无线通信最小的芯片只有150×150×7.5微米无线传感器网络由成千上万个微型传感器组成，每个微型传感器称为网络的一个“结点”。结点的构成传感器应用程序无线通信内存CPU电源网络中的网关（基站）（较强的处理、通信能力）网络中的结点（简单处理、短距离通信）通过飞机、火箭、人工等形式，将大量传感器结点分布在需要监测的区域内。结点处于睡眠状态结点间的通信1、传感器结点激活；2、通过无线通信，确定自身的位置；3、自动组织成网络；唤醒、联络、确定自身位置网关结点各传感器分别探测外部信息温度湿度土壤成分图象压强压力光照声音加速度？因环境影响、能量耗尽等原因，结点容易发生故障。磁场位移核辐射各结点将信息汇聚到基站结点出故障，其它结点会自动寻找别的“同伴”完成任务。网关（路由器）既要输出本身的信息，还要传递其它结点的信息。结点能量不足时，只能输出本身的信息，而无法传递其它结点的信息。卫星、互联网信息经卫星、互联网到达用户网关网关对各路信息进行过滤，把重要的信息发送给用户。例如：为防范敌军坦克，飞机在某区域撒落数千个传感器结点，形成无线传感器监测网络。每个结点都配备磁传感器和振动传感器。以无线传感器监测网，替代地雷布阵卫星、互联网网关大量结点随机分布联络、自身定位、自动组织成网络传感器探测磁场和震动信息1、是不是坦克？2、根据多点信息，进行目标定位报告时间、方位、速度、方向无线传感器网络起源于军事研究。现代战争被喻为“感知者的胜利”。只有拥有全天候、抗干扰、高灵敏度的传感器，才会有“透明的战场”。自阿富汗和伊拉克战争以来，各军事强国都非常重视网络和传感器的重要作用，以提高“战场感知”能力。无线传感器网络的应用例如：美军研制的“战场感知与数据分发”系统，利用地面传感器对目标进行探测、识别和跟踪，并将目标信息通过网络系统直接传送给武器装备。传感器网络系统“传感器到射手”作战模式：这一技术的雏形，始于60年代越南战争。越南胡志明小道上世纪60年代越战期间，越南北方通过老挝和柬埔寨境内的秘密通道——胡志明小道向南方输送军用物资和人员。胡志明小道处于密林中，美军很难发现。为了切断这条运输通道，美军对其狂轰滥炸，但效果不大。胡志明小道越战时期的无线传感器后来，美军在胡志明小道投下2万多枚，被称为“热带树”的战场传感器系统，为轰炸机提供准确的信息。“热带树”由震动和音响传感器组成。传感器落地后插入泥土中，仅露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。当人员和车辆在其附近活动时，“热带树”便探测到目标产生的震动和声音信息，并通过无线电通信传送到指挥中心。“热带树”的成功应用，促使许多国家纷纷研制各种地面传感器系统。这是无线传感器最早的应用。无线传感器网络的概念，起源于美国提出的“智能尘埃”的设计思想。将无线传感器制作成灰尘般大小。在战场上抛撒成千上万、或许上百万个“智能尘埃”，用于监控敌人的活动。这些传感器自行组织成无线传感器网络，并对探测到的原始数据进行过滤，把重要的信息发送给使用者。“智能尘埃”的特征：成本低、体积小、功耗低、分布式、自组织、无线通信。“智能尘埃”美国“9·11”事件海湾战争，尤其是9·11以后，美国军方希望研究人员提供低功耗的无线、多跳、自组网技术，这进一步引发了无线传感器网络的研究热潮。人们很快发现：除了军事领域，无线传感器网络所具有的自组织、微型化和对外部世界的感知能力，以及部署简单、布置密集、低成本和无需现场维护等优点，在其它行业具有巨大的应用价值。精准农业是在现代信息技术、生物技术、工程技术基础上发展起来的现代农业生产形式。其核心技术是农田地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。精准农业精量播种变量喷药精准灌溉无线传感器结点工业监测与控制产品检测天然气压力监测桥梁结构监测监测风速、风向、温度、湿度、能见度、降雨强度等。东海大桥上海浦东机场的周界防入侵系统在机场四周设立无线传感器警戒网，形成低空、地面、地下三维立体报警体系。每个结点由震动、声响、磁场和微波传感器等组成。通过网络，可以随时监测周边实况。太湖水自动监测工程在太湖大范围水域布放传感器，通过无线传输方式24小时监测太湖水质的各项变化，并将数据及时传回数据中心。水质自动监测浮标我国科学家在海拔4093米的南极冰穹A地区，布设监测冰雪变化的“智能尘埃”网络，将南极冰雪表面数据与空中的遥感卫星监测数据相结合，对南极冰穹开展天地一体的监测研究。环境监测无线传感器网络冰雪监测系统楼宇环境监测监测每层楼的温度、湿度、光照度监护器内整合了电极、生物传感器、微型计算机芯片和无线发射电路。将监护器安置在患者身上或植入体内，24小时监测心律不齐症状。医生通过无线网络可以及时了解每位病人的病情。这种便捷诊断可以大范围实施，并可降低急救成本。便携式心脏监护器无线传感器网络的意义无线传感器网络引起了全世界的关注，被认为是继互联网之后的第二大网络。在无线传感器网络研究及其应用方面，我国与发达国家几乎同步启动，它已经成为我国信息领域，位居世界前列的少数项目之一。无线传感器网络被称为21世纪最具影响的技术之一；是改变世界的十大新兴技术之首；是全球未来的四大高新技术产业之一。大型机PC机互联网东方明珠金茂大厦环球金融中心上海中心1998年420米2008年580米1994年350米492米无线传感器网络2014年制高点信息产业中，无线传感器网络已成为继计算机和互联网之后，国际竞争新的制高点。1965年1980年1995年2010年如果说：互联网、移动通信连接的是人和人；那么：传感器网络连接的，则是物和物。无线传感器网络——将信息世界与物理世界融合在一起，改变人类与自然界之间的交互方式。互联网——构成逻辑上的信息世界，改变了人与人之间的沟通方式。未来——人们将通过遍布四周的传感器网络，直接感知客观世界。传感器网络物联网“物联网”（InternetofThings）奥巴马就职后，IBM提出的“智慧的地球”概念得到重视。“物联网”概念很多年前已提出。智慧的地球＝物联网＋互联网美国认为物联网是振兴经济、确立竞争优势的关键战略，政府给予积极回应。《2010年政府工作报告》温家宝总理明确提出:加快物联网的研发应用。2009年8月温家宝总理视察无锡时指出：尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。物联网中的“电子标签”什么是物联网？物联网电子标签＋无线通信＋互联网传感器＋无线通信＋互联网电子标签＋传感器＋无线通信＋互联网传感网电子标签＋红外感应器＋激光扫描器＋GPS＋互联网……现在：超市排队付款用扫描仪照射每一件商品的条形码，以识别每一类商品的价格。当你推着满满的购物车从收银台通过时，不必排队等候结账。商品上的电子标签已将商品信息自动登陆到商场的计价系统，货款也自动从你的信用卡里扣除。今后：超市智能支付什么是电子标签？电子标签如何标识商品？自动识别技术是一项自动采集和处理数据的技术，能够自动获取被识别物体的相关信息，并由计算机完成后续处理。作用：是对物体进行识别和跟踪。与人工识别相比，自动识别更快、更准，提供的信息更多。自动识别技术广泛应用于物流供应链、小额支付、人员识别、物品防盗与防伪、动物识别、运动计时、疾病追溯以及车辆识别与管理等领域。自动识别技术包括：条形码识别——商品标签磁条卡识别—