電子技術(shù)基礎(chǔ)課件 第一章導(dǎo)論(電子技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng))

1、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主要內(nèi)容1.物聯(lián)網(wǎng)概念2.電子技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系3.信息的定義、信息與信號(hào)的關(guān)系4.電子系統(tǒng)與信號(hào)的基本概念；5.計(jì)算機(jī)輔助電子技術(shù)基本要求1.了解電子技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系2.了解信號(hào)的分類。物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用射頻等自動(dòng)識(shí)別(RFID)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品(商品)的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)將無處不在末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家

2、庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在使能”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個(gè)人與車輛等等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵?！保ㄟ^各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應(yīng)用大集成、以及基于云計(jì)算的SaaS營運(yùn)等模式，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)、和/或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化。從互聯(lián)網(wǎng)的定義中不難發(fā)現(xiàn)與互聯(lián)

3、網(wǎng)技術(shù)關(guān)系最為緊密的相關(guān)技術(shù)有下述三個(gè)方面1. 互聯(lián)網(wǎng)（INTERNET通訊）2. 傳感技術(shù)3. 計(jì)算機(jī)INTERNET通訊傳感技術(shù)計(jì)算機(jī)（信息生成、通訊傳輸、展示）（感知物理世界的信息生成、變送）（信息編碼、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)化、處理、存儲(chǔ)）溫差電偶熱敏電阻電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例1 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.1.1 溫度傳感器 常見的溫度傳感器包括熱敏電阻，半導(dǎo)體溫度傳感器，以及溫差電偶。 熱敏電阻主要是利用各種材料電阻率的溫度敏感性，根據(jù)材料的不同，熱敏電阻可以用于設(shè)備的過熱保護(hù)，以及溫控報(bào)警等等。 半導(dǎo)體溫度傳感器利用半導(dǎo)體器件的溫度敏感性來測量溫度，具有成本低廉，線性度好等優(yōu)點(diǎn)。 溫

4、差電偶則是利用溫差電現(xiàn)象，把被測端的溫度轉(zhuǎn)化為電壓和電流的變化；由不同金屬材料構(gòu)成的溫差電偶，能夠在比較大的范圍內(nèi)測量溫度，例如-200 2000。2.1.2 壓力傳感器常見的壓力傳感器在受到外部壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形或位移，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電特性的改變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。一種車用電容式壓力傳感器Honeywell 24PC 壓力傳感器及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例2 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.1.3 濕度傳感器濕度傳感器主要包括電阻式和電容式兩個(gè)類別。電阻式濕度傳感器也成為濕敏電阻，利用氯化鋰，碳，陶瓷等材料的電阻率的濕度敏感性來探測濕度。電容式濕度傳感器也稱為濕敏電容，利用

5、材料的介電系數(shù)的濕度敏感性來探測濕度。一種電容式濕敏傳感器結(jié)構(gòu)圖一種電阻式陶瓷濕敏傳感器結(jié)構(gòu)圖幾種濕度傳感器電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例3 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.1.4 光傳感器 光傳感器可以分為光敏電阻以及光電傳感器兩個(gè)大類。 光敏電阻主要利用各種材料的電阻率的光敏感性來進(jìn)行光探測。 光電傳感器主要包括光敏二極管和光敏三極管，這兩種器件都是利用半導(dǎo)體器件對(duì)光照的敏感性。光敏二極管的反向飽和電流在光照的作用下會(huì)顯著變大，而光敏三極管在光照時(shí)其集電極、發(fā)射極導(dǎo)通，類似于受光照控制的開關(guān)。此外，為方便使用，市場上出現(xiàn)了把光敏二極管和光敏三極管與后續(xù)信號(hào)處理電路制作成一個(gè)芯片的集成光傳感器。

6、光傳感器的不同種類可以覆蓋可見光，紅外線（熱輻射），以及紫外線等波長范圍的傳感應(yīng)用。光敏電阻結(jié)構(gòu)圖與實(shí)物光敏三極管集成光傳感器電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例4 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)霍爾傳感器結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)，能夠間接測量電流，振動(dòng)，位移，速度，加速度，轉(zhuǎn)速等等，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值?；诨魻柶骷木茈娏鱾鞲衅骰魻栟D(zhuǎn)速傳感器霍爾液位傳感器霍爾流速傳感器電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例5 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.2 微機(jī)電（MEMS）傳感器 微機(jī)電系統(tǒng)的英文名稱是Micro-Electro-Mechanical Systems，簡稱MEMS，是一種由微電子、微機(jī)械部件構(gòu)成的微型器件，多采用半導(dǎo)體工

7、藝加工。目前已經(jīng)出現(xiàn)的微機(jī)電器件包括壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等等。微機(jī)電系統(tǒng)的出現(xiàn)體現(xiàn)了當(dāng)前的器件微型化發(fā)展趨勢(shì)。2.2.1 微機(jī)電壓力傳感器 某輪胎壓力傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外觀如下圖所示。該壓力傳感器利用了傳感器中的硅應(yīng)變電阻在壓力作用下發(fā)生形變而改變了電阻來測量壓力；測試時(shí)使用了傳感器內(nèi)部集成的測量電橋。傳感器外形MEMS壓力傳感器結(jié)構(gòu)傳感器中集成的測量電橋電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.3.2 智能溫濕度傳感器 下面顯示的是 Sensirion公司推出的SHT11/15溫濕度智能傳感器的外形，引腳，以及內(nèi)部框圖。電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子

8、技術(shù)應(yīng)用實(shí)例7 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)下面是一種車用智能壓力傳感器的芯片布局圖。該芯片中把微機(jī)電壓力傳感器，模擬接口、8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器（摩托羅拉69HC08）、存儲(chǔ)器、以及串行接口 （SPI）等集成在一個(gè)芯片上，主要用于汽車的各種壓力傳感。CPU電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例8 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.6 RFID RFID 的全稱為 Radio Frequency Identification， 即射頻識(shí)別射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，主要用來為各種物品建立唯一的身份標(biāo)識(shí)，是物聯(lián)網(wǎng)的重要支持技術(shù)。2.6.1 系統(tǒng)組成 RFID 的系統(tǒng)組成包括

9、：電子標(biāo)簽，讀寫器（閱讀器），以及作為服務(wù)器的計(jì)算機(jī)。其中，電子標(biāo)簽中包含RFID芯片和天線，如下圖所示。RFID系統(tǒng)組成電子標(biāo)簽外觀電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)天線RFID芯片電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例9 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)2.6.2 RFID系統(tǒng)原理 每個(gè)RFID芯片中都有一個(gè)全球唯一的編碼；在為物品貼上RFID標(biāo)簽后，需要在系統(tǒng)服務(wù)器中建立該物品的相關(guān)描述信息，與RFID編碼相對(duì)應(yīng)。 當(dāng)用戶使用RFID閱讀器對(duì)物品上的標(biāo)簽進(jìn)行操作時(shí)，閱讀器天線向標(biāo)簽發(fā)出電磁信號(hào)，與標(biāo)簽進(jìn)行通信對(duì)話，標(biāo)簽中的RFID編碼被傳輸回閱讀器，閱讀器再與系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行對(duì)話，根據(jù)編碼查詢?cè)撐锲返拿枋鲂畔ⅰ?RFID標(biāo)簽分

10、為有源和無源標(biāo)簽，有源標(biāo)簽采用電池供電，工作時(shí)與閱讀器的距離可以達(dá)到10m以上，但成本較高，應(yīng)用教少；目前實(shí)際應(yīng)用中多采用無源標(biāo)簽，依靠從閱讀器發(fā)射的電磁場中提取能量來供電，工作時(shí)與閱讀器的距離大約在1m左右。電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例10互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)在當(dāng)今無線通訊與射頻與射頻(RF)技術(shù)中有幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)和幅移鍵控(ASK)或調(diào)幅等調(diào)制技術(shù)。其中幅移鍵控(ASK)是一種常用的調(diào)制技術(shù)，在眾多低頻RF數(shù)字通訊系統(tǒng)中非常普及。當(dāng)需要發(fā)射“1”時(shí)，發(fā)射源發(fā)送較高的載波幅度；發(fā)射“0”時(shí)，采用最簡單的方式發(fā)送出較低的載波幅度。電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

11、（電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（ INTERNET通訊）通訊） 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)FSK/ASK/FM接收電路電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（ 計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)） 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)D7D6D5D4D3D2D1D0272625242322212019181716DB11DB8DB4DB01RDCR/譯碼器CSIOM/A7A1A0REF INREF OUTBIP OFF10 VIN20 VINCEUCCUEEDGNDAGNDA0812/ STS10010812100 12 V12 V5 V12 V11716141367412 V3210 k50 kCPU8086LS04746174LS138534接8

12、255A28215741ULOGIC輸入模擬電壓地址9AD574計(jì)算機(jī)硬件主要是由CPU、控制器、存儲(chǔ)器、I/O接口四大部分組成。它們的每一部分又都是由大量集成電路及電子元器件組成的信 息：信息是反應(yīng)客觀世界中各種事物特征和變化消息或知識(shí)（如文字、語言、溫度、圖像等信息）信 號(hào)：信號(hào)是信息的載體、是信息的一種表示形式。信號(hào)有多種形式（如：雞毛信、旗語、狼煙、電信號(hào)）。在諸多信號(hào)中最容易傳輸、存儲(chǔ)、加工處理的是電信號(hào)，而完成這些工作的正是各類電子信息系統(tǒng)（在當(dāng)今當(dāng)然少不了計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)）。無線話筒用音頻信號(hào)去控制高頻信號(hào)的幅值音頻信號(hào)高頻信號(hào)載波信號(hào)Otuu1tOu2Ot音頻放大器話筒高頻振蕩器調(diào) 制 器發(fā) 射 器u2u1u話語信息信號(hào)的分類：根據(jù)時(shí)間和幅值的連續(xù)性和離散性分類模擬信號(hào)：在時(shí)間上和幅值上均是連續(xù)的，在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可能取任意值。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)只存在高低兩種電平的相互轉(zhuǎn)化。模擬信號(hào)0f(t)t模擬信號(hào)：0f(t)tt1t3t5t2t4. 1.時(shí)間離散，幅度連續(xù):0f(t)tt1t3t5t2t4.0f(t)tt1t3t5t2t4.0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1