《物联网技术导论》教案分析

物联网技术导论教案2013通信专业授课类型：课堂讲授参考书目：物联网导论魏旻人民邮电物联网技术导论桂小林授课内容，教学方法，及作业其他见每小节第一节绪论课堂讲授：课时4难点：物联网的发展内容如下：思考题：物联网的应用1.1物联网的概念1.1.1物联网的定义定义：物联网是通过使用射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。1.1物联网的概念1.1.2物联网的特征全面感知可靠传递智能处理1.1.3“物”的含义1.1物联网的概念1.1.4物联网概念辨析EPC系统信息物理系统传感器网络M2M技术1.2物联网的起源与发展1.2.1物联网的起源国际发展现状国内发展现状1.2.2物联网的发展物联网发展面临的问题1.3物联网的应用智能交通智能物流环境监测智能电网医疗健康智能家居1.4小结第二节物联网体系结构课堂讲授课时：4难点：物联网的体系结构与计算机网络体系结构的区别内容如下：作业：复习计算机网络相关内容2.1物联网体系结构概述2.1.1意义和功能物联网的最终目的是建立一个满足人们生产、生活以及对资源、信息更高需求的综合平台，管理跨组织、跨管理域的各种资源和异构设备，为上层应用提供全面的资源共享接口，实现分布式资源的有效集成，提供各种数据的智能计算、信息的及时共享以及决策的辅助分析等。图物联网2.1物联网体系结构概述2.1.2设计原则以“用户为中心”时空性互联互通开放性可管理性安全性鲁棒性2.1物联网体系结构2.1.1组成模块图USN结构2.1物联网体系结构2.1.1组成模块图物联网体系结构2.2物联网体系结构2.2.1组成模块感知控制层数据传输层数据的动态组织与管理层应用决策层数据的实时采集信息的有效传递信息的智能化处理2.2物联网体系结构2.2.2感知控制层传感技术传感器是将能感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。标识技术标识技术是通过RFID、条形码等设备所感知到的目标外在特征信息来证实和判断目标本质的技术来。定位技术定位技术是测量目标的位置参数、时间参数、运动参数等时空信息的技术，它利用信息化手段来得知某一用户或者物体的具体位置。2.2物联网体系结构2.2.2感知控制层图定位技术2.2物联网体系结构2.2.3数据传输层图数据传输技术短距离通信技术广域网通信技术2.2物联网体系结构2.2.3数据的动态组织与管理图云计算架构2.2物联网体系结构2.2.4数据的动态组织与管理智能计算技术海量数据的存储服务计算2.2物联网体系结构2.2.5应用决策监控型应用图基于RFID的物流跟踪2.2物联网体系结构2.2.5应用决策控制型应用图智能交通2.2物联网体系结构2.2.5应用决策扫描型应用图手机钱包2.3物联网关键技术图物联网关键技术2.4已有架构2.4.1无线传感网图WSN2.4已有架构2.4.1无线传感网图WSN体系结构2.4已有架构2.4.2EPC/UID图EPC的组成系统构成名称注释EPC编码体系射频识别系统信息网格系统EPC代码EPC标签读写器EPC中间件对象名称解析服务（ObjectNamingService：ONS）EPC信息服务（EPICS）原来标识目标的特定代码贴在物品之上或者内嵌在物品中识别EPC标签EPC系统的软件支持系统2.4已有架构2.4.2EPC/UID图EPC2.4已有架构2.4.3CPS图CPS2.4已有架构2.4.4M2M图M2M2.5物联网的反馈与控制2.5.1自动控制的基本原理与方式自动控制的概念及应用反馈控制原理反馈控制系统的基本组成自动控制系统的基本控制方式物联网系统的控制论解析物联网中的“感、智、控”分别构成了物联网控制系统的测量、比较、执行等三大部件，这三大部件又在“联”这种网络平台上得以相互作用，形成了“控制系统”，最终实现了“控”的目的。联物联网的控制特性鲁棒性保安性可信性时延性控制理论在物联网中的应用前景物联网的控制系统一定是一个计算机参与的离散控制系统，将离散控制理论的分析方法引入物联网系统的分析、研究和设计过程中，能够使这一过程更加科学、合理，对系统的各种性能将有一个更准确的判断，同时也便于进行仿真分析。第三、四章传感器及RFID技术课堂讲授：课时8重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及二维码，RFID等传感技术具体如下：思考题：RFID系统组成，生物识别技术与物联网的联系。3.1传感器概述3.1.1传感器的功能物理世界的“感觉器官”从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换成电信号的变换器从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设备输入部分中起检测信号作用的器件3.1传感器概述3.1.3传感器的发展趋势微型化智能化多样化网络化集成化新型材料高精度、高可靠3.1传感器概述3.1.3传感器的应用领域工业检测和自动化控制系统智能家居环境保护医疗航空航天智能机器人3.2传感器的分类3.2.1根据测试对象温度传感器湿度传感器压力传感器位移传感器加速度传感器3.2传感器的分类3.2.2根据原理电学式传感器磁性式传感器电势型传感器光电式传感器电荷传感器半导体传感器谐振式传感器电化学式传感器3.2传感器的分类3.2.3根据输出信号模拟式传感器数字式式传感器3.2传感器的分类3.2.4根据能量有源传感器无源传感器3.2传感器的分类传感器分类转换原理传感器名称典型应用转换形式中间参量电参数电阻移动电位器角点改变电阻电位器传感器位移改变电阻丝或片尺寸电阻丝应变传感器、半导体应变传感器微应变、力、负荷利用电阻的温度效应热丝传感器气流速度、液体流量电阻温度传感器温度、辐射热热敏电阻传感器温度电容改变电容的几何尺寸电容传感器力、压力、负荷、位移改变电容的介电常数液位、厚度、含水量电感改变磁路几何尺寸、导磁体位置电感传感器位移涡流去磁效应涡流传感器位移、厚度、含水量利用压磁效应压磁传感器力、压力改变互感差动变压器位移自整角机旋转变压器频率改变谐振回路中的固有参数振弦式传感器压力、力振筒式传感器气压石英谐振传感器力、温度等计数利用莫尔条纹光栅大角位移、大直线位移改变互感感应同步器利用拾磁信号磁栅数字利用数字编号角度编码器大角位移电能量电动势温差电动势热电偶温度、电流霍尔效应霍尔传感器磁通、电流电磁感应磁电传感器速度、加速度光电效应光电池光照度电荷辐射电离电离室离子计数、放射性强度压电效应压电传感器动态力、加速度3.3传感器的技术原理3.3.1电阻应变式传感器压力、位移等弹性敏感元件电阻应变片电桥电路RU3.3传感器的技术原理3.3.1电阻应变式传感器应变片电阻值绝缘电阻应变片的灵敏系数机械滞后零漂和蠕变极限横向效应3.4常见传感器3.4.1温度传感器按材料分类图热电偶传感器图热电阻传感器3.4常见传感器3.4.7智能传感器自校准功能自补偿功能自诊断功能数据处理功能双向通信功能信息存储和记忆功能数字信号输出功能4.1条形码技术4.1.1一维条形码技术条形码(barcode，简称条码)技术是集条码理论、光电技术、计算机技术、通信技术、条码印制技术于一体的一种自动识别技术。条形码也叫条码。它是一种以光电扫描识读的信息图形标识符。条码图条码的组成4.1条形码技术4.1.2二维条形码技术图二维码的分类4.1条形码技术4.1.2二维条形码技术信息容量大编码范围广纠错能力强可加密寿命长、易打印、成本低识读方便4.2RFID技术快速扫描体积小、多样化抗污染、耐久性好可重复使用可穿透容量大安全性高4.2RFID技术4.2.1RFID的概念及分类RFID技术是无线电广播技术和雷达技术的结合。无线电广播技术是一种使用无线电波发射、传播和接收语音、图像、数字、符号的技术，而雷达技术是一种应用无线电波的反射理论的技术。图RFID4.2RFID技术4.2.1RFID的概念及分类RFID系统包含射频标签(Tag)、读写器(Reader)和数据管理系统组成图RFID的组成RFID的组成4.2RFID技术4.2.1RFID的概念及分类ISO/IEC、EPCglobal、UbiquitousIDCenter、AIMglobal和IP-XRFID的分类RFID的标准工作频率标签读写方式藕合原理4.2RFID技术4.2.1RFID的概念及分类RFID的关键问题标准成本技术安全4.2RFID技术4.2.2RFID的核心技术RFID标签图低频标签图高频标签4.2RFID技术4.2.2RFID的核心技术RFID标签图标签分类工作频率协议读写距离受方向影响芯片价格数据传输率普及率125kHzISO11784/11785ISO18000-2无一般慢大量使用13.56MHzISO/IEC14443无一般较慢大量使用ISO/IEC15693单向全向无低较快大量使用860~930MHzISO/IEC18000-6一般一般读快写慢大量使用2.45GHzISO/IEC18001-3一般较高较快使用较少5.8GHzISO/IEC18001-5以上一般较高较快使用一般4.2RFID技术4.2.2RFID的核心技术RFID阅读器图RFID阅读器4.2RFID技术4.2.2RFID的核心技术RFID阅读器图RFID模拟部分的发送与接受4.3定位技术4.3.1卫星定位技术GPS定位原理图4-29GPS定位原理示意图d1d3d4d2S1S2S3S4xyz4.3定位技术4.3.1卫星定位技术GPS的应用1定位导航2勘察测绘3应急救援4精确制导第五，六章无线传感网络及通信技术课堂讲授：课时6重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及zigbee技术技术具体如下：思考题：zigbee技术的特点。无线传感网络及通信技术的特征。现代通信技术5.1近距离无线通信技术5.1.1Wi-Fi技术5.1.2蓝牙技术5.1.3ZigBee技术5.1.1Wi-Fi技术Wi-Fi采用的协议标准IEEE802.11b标准IEEE802.11a标准IEEE802.11g标准IEEE802.11n标准5.1.1Wi-Fi技术Wi-Fi特点覆盖范围广传输速度快建网成本低，使用便捷更健康、更安全5.1.1Wi-Fi技术Wi-Fi组网技术Wi-Fi应用前景Ad-hoc模式接入点模式图5-2基于接入点模式的Wi-Fi组网示意图5.1.2蓝牙技术蓝牙协议栈图5-4基于802.15版本的蓝牙协议栈结构示意图5.1.2蓝牙技术蓝牙组网技术图5-5蓝牙组网示意图主节点活动从节点活动从节点活动从节点活动从节点（桥接）静态从节点主节点活动从节点活动从节点活动从节点静态从节点5.1.2蓝牙技术蓝牙应用服务蓝牙技术应用环境应用名说明一般访问（GenericAccess）针对链路管理的应用服务发现（ServiceDiscovery）用于发现所提供的服务串行端口（SerialPort）用于代替串行端口电缆一般的对象交换（GenericObjectExchange）为对象移动过程定义客户—服务器关系LAN访问（LANAccess）移动计算机和固定LAN之间的协议拨号联网（Dial-upNetworking）计算机通过移动电话呼叫传真（Fax）传真机与移动电话建立连接无绳电话（CordlessTelephony）无绳电话与基站间建立连接内部通信联络系统（Intercom）数字步话机头戴电话（Headset）允许免提的语音通信对象推送（ObjectPush）提供交换简单对象的方法文件传