物聯(lián)網(wǎng)概論ppt課件(完整版)

1、116355051第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)基本內(nèi)容和結(jié)構(gòu)52第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)概述基本概念:自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)，它是信息數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)讀、自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)的重要方法和手段，歸根到底，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是一種高度自動(dòng)化的信息或者數(shù)據(jù)采集技術(shù)。技術(shù)分類:條碼技術(shù)、磁條磁卡技術(shù)、IC 卡技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別、射頻技術(shù)、聲音識(shí)別及視覺(jué)識(shí)別等集計(jì)算機(jī)、光、磁、物理、機(jī)電、通信技術(shù)為一體的高新技術(shù)學(xué)科。53第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)概述應(yīng)用原理:完整的自動(dòng)識(shí)別計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)包括自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Auto Identification System

2、，AIDS）、應(yīng)用程序接口(Application Interface，API ) 或者中間件（Middleware） 和應(yīng)用系統(tǒng)軟件（Application Software）。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)中間件或者接口（包括軟件的和硬件的）將數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)處理計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者加工，最終形成對(duì)人們有用的信息。54第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.2 射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)4.2.1 RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)1RFID 標(biāo)簽的分類 依據(jù)頻率的不同，可以分為低頻電子標(biāo)簽，高頻電子標(biāo)簽、超高頻電子標(biāo)簽和微波電子標(biāo)簽。 依據(jù)封裝形式的不同，可以分為信用卡標(biāo)簽、線性標(biāo)簽、紙狀標(biāo)簽、玻璃管標(biāo)簽、圓

3、形標(biāo)簽以及特殊用途的異性標(biāo)簽等。 根據(jù)供電形式的不同可以分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)。RFID 電子標(biāo)簽可以分為有源和無(wú)源兩種。 根據(jù)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)調(diào)制方式不同，可以分為主動(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式。一般來(lái)講，無(wú)源系統(tǒng)為被動(dòng)式，有源系統(tǒng)為主動(dòng)式或半主動(dòng)式。 根據(jù)標(biāo)簽的可讀性又可具體分為5 種子類型：只讀標(biāo)簽、一次寫入只讀標(biāo)簽、讀寫標(biāo)簽、利用片上傳感器實(shí)現(xiàn)的可讀寫標(biāo)簽、利用收發(fā)信機(jī)實(shí)現(xiàn)的可讀寫標(biāo)簽。55第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.2 射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)4.2.1 RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)2RFID 標(biāo)簽所面臨的挑戰(zhàn)（1）標(biāo)簽所應(yīng)用物體材料的影響（2）標(biāo)簽的放置影響其讀?。?）標(biāo)簽滯后問(wèn)題（4）RFID 標(biāo)簽安

4、全和隱私保護(hù)方法（5）低功耗問(wèn)題56第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.2 射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)4.2.2 RFID 讀寫器技術(shù)1讀寫器的基本功能 電子標(biāo)簽與讀寫器之間的通信功能：主要包括對(duì)標(biāo)簽初始化、讀取標(biāo)簽內(nèi)存的信息、使標(biāo)簽功能失效等基本操作。 讀寫器與后端應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信功能：讀寫器將讀取到的標(biāo)簽信息傳遞給后端應(yīng)用系統(tǒng)，而后端應(yīng)用系統(tǒng)則對(duì)讀寫器進(jìn)行控制與信息交互，完成特定的應(yīng)用任務(wù)。 在讀寫器識(shí)別范圍內(nèi)，完成多標(biāo)簽的存取，具備一定的防碰撞能力，能夠在滿足一定技術(shù)指標(biāo)的情況下對(duì)移動(dòng)標(biāo)簽進(jìn)行讀取。 對(duì)于有源標(biāo)簽，能夠標(biāo)識(shí)電池相關(guān)信息，如電量等。57第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.2 射頻識(shí)別（RFID）技

5、術(shù)4.2.2 RFID 讀寫器技術(shù)2讀寫器的工作原理圖4-2 讀寫器工作基本模式58第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.2 射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)4.2.2 RFID 讀寫器技術(shù)3讀寫器的基本組成讀寫器的基本構(gòu)成又可分為硬件和軟件兩部分，另外還需要讀寫器天線。圖4-2 讀寫器工作基本模式59第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.3 磁卡技術(shù)磁卡是利用磁性載體記錄英文與數(shù)字信息，用來(lái)標(biāo)識(shí)身份或其他用途的卡片。一種卡片狀的磁性記錄介質(zhì)，與各種讀卡器配合作用。磁卡是利用磁性載體記錄一些信息，用來(lái)標(biāo)識(shí)身份或其他用途的卡片。60第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.3 磁卡技術(shù)4.3.1 磁卡簡(jiǎn)介磁卡是一種磁記錄介質(zhì)卡片。它由高強(qiáng)度、耐高溫

6、的塑料或紙質(zhì)涂覆塑料制成, 能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便、使用較為穩(wěn)定可靠。通常，磁卡的一面印刷有說(shuō)明提示性信息，如插卡方向；另一面則有磁層或磁條，具有2 3 個(gè)磁道以記錄有關(guān)信息數(shù)據(jù)。61第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.3 磁卡技術(shù)4.3.2 磁卡分類常用的磁卡可分為以下幾類： 磁條型：一般抗磁力卡（300 oe）；高抗磁力卡(3 500 oe)。oe（奧斯特），磁場(chǎng)強(qiáng)度單位。 直接涂印型：低抗磁力卡（300 oe）（如：公園門票）、高抗磁力卡（2700oe）( 如：地鐵卡、電話卡)。 銀行、社保、證券：銀行卡、社會(huì)保險(xiǎn)卡、社會(huì)保障卡、證券交易卡等。 零售服務(wù)：購(gòu)物卡、現(xiàn)金卡、會(huì)員卡、積分

7、卡等。 社會(huì)安全：人壽和意外保險(xiǎn)卡、健康卡等。 交通旅游：汽車保險(xiǎn)卡、旅游卡、房間卡鎖、護(hù)照卡、停車卡等。 醫(yī)療：門診卡、健康檢查卡、捐血卡、病歷卡、保險(xiǎn)卡、藥方卡等。 特種證件：身份識(shí)別證卡、暫住證卡、印鑒登記卡等。 教育：學(xué)生證、報(bào)告卡、輔導(dǎo)卡等。 娛樂(lè)：電玩卡、卡拉OK 卡、娛樂(lè)卡等。其他：品質(zhì)控制卡、進(jìn)出管制卡、工作卡等。62第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.4 IC 卡技術(shù)IC 卡（Integrated Circuit Card，集成電路卡），也稱智能卡（Smart Card）、智慧卡（Intelligent Card）、微電路卡（Microcircuit Card）或微芯片卡等。它是將一個(gè)微

8、電子芯片嵌入符合ISO 7816 標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式。工作原理：IC 卡工作的基本原理：射頻讀寫器向IC 卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵(lì)下，LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2 V 時(shí)，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。63第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.4 IC 卡技術(shù)4.4.3 關(guān)鍵技術(shù)1EEPROM 技術(shù)2RFID 技術(shù)3加密技術(shù)4.4.4 產(chǎn)品分類1按結(jié)構(gòu)分：存

9、儲(chǔ)器卡、邏輯加密卡、CPU 卡、超級(jí)智能卡2. 按界面分：接觸式IC 卡、非接觸式IC 卡、64第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.4 IC 卡技術(shù)4.4.5 應(yīng)用領(lǐng)域IC 卡的開發(fā)、研制與應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、 軟件、卡的讀寫設(shè)備、應(yīng)用機(jī)具等多種產(chǎn)品領(lǐng)域的多種技術(shù)學(xué)科, 全球IC 卡產(chǎn)業(yè)在技術(shù)、市場(chǎng)及應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)中迅速發(fā)展起來(lái)。4.4.6 產(chǎn)品前景數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)顯示，隨著城市化進(jìn)程加快、“金卡工程”等項(xiàng)目的大力實(shí)施，再加上IC 卡的下游產(chǎn)業(yè)如銀行、通信、交通等行業(yè)均保持較快發(fā)展，IC 卡的需求也將持續(xù)增長(zhǎng)，并有加快之勢(shì)。該中心預(yù)測(cè)，到2016 年IC 卡行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到185 億

10、元。65第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.4 IC 卡技術(shù)4.4.7 產(chǎn)品優(yōu)劣卡片優(yōu)點(diǎn)： 存儲(chǔ)容量大。磁卡的存儲(chǔ)容量大約在200 個(gè)字符； IC 卡的存儲(chǔ)容量根據(jù)型號(hào)不同，小的幾百個(gè)字符，大的上百萬(wàn)個(gè)字符。 安全保密性好，不容易被復(fù)制，IC 卡上的信息能夠隨意讀取、修改、擦除，但都需要密碼。 CPU 卡具有數(shù)據(jù)處理能力。在與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、解密，以確保交換數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠；而磁卡則無(wú)此功能。 使用壽命長(zhǎng)，可以重復(fù)充值。 IC 卡具有防磁、防靜電、防機(jī)械損壞和防化學(xué)破壞等能力，信息保存年限長(zhǎng)，讀寫次數(shù)在數(shù)萬(wàn)次以上。 IC 卡能廣泛應(yīng)用于金融、電信、交通、商貿(mào)、社保、稅收、醫(yī)療、保險(xiǎn)等

11、方面，幾乎涵蓋所有的公共事業(yè)領(lǐng)域。66第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.4 IC 卡技術(shù)4.4.7 產(chǎn)品優(yōu)劣2卡片缺點(diǎn)IC 卡制造成本高。IC 卡數(shù)據(jù)在卡本身，因此丟失后易被盜用、復(fù)制。比如，一個(gè)人丟失了第二代身份證，即使這個(gè)人及時(shí)做了掛失處理，也可能被他人撿拾后非法使用。67第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)一維條形碼技術(shù)：1基本概念條形碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及對(duì)應(yīng)的字符組成的標(biāo)記，“條”指對(duì)光線反射率較低的部分,“空”指對(duì)光線反射率較高的部分，這些條和空組成的數(shù)據(jù)表達(dá)一定的信息，并能夠用特定的設(shè)備識(shí)讀，轉(zhuǎn)換成與計(jì)算機(jī)兼容的二進(jìn)制和十進(jìn)制信息。下圖所示為一維條碼及其相關(guān)說(shuō)明。68第4章 自動(dòng)

12、識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)2碼制碼制即指條碼條和空的排列規(guī)則，常用的一維碼的碼制包括：EAN 碼、39 碼、25 碼、UPC 碼、128 碼、93 碼，ISBN 碼及Codabar（庫(kù)德巴碼）等。3符號(hào)一個(gè)完整的條碼的組成次序依次為： 靜區(qū)（前）、起始符、數(shù)據(jù)符、（中間分割符，主要用于EAN 碼）、( 校驗(yàn)符）、終止符、靜區(qū)（后）69第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)4工作原理由于不同顏色的物體，其反射的可見光的波長(zhǎng)不同，白色物體能反射各種波長(zhǎng)的可見光，黑色物體則吸收各種波長(zhǎng)的可見光，所以當(dāng)條碼掃描器光源發(fā)出的光經(jīng)光闌及凸透鏡1 后，照射到黑白相間的條碼上時(shí)，反射光經(jīng)凸透鏡2 聚焦后，照射

13、到光電轉(zhuǎn)換器上，于是光電轉(zhuǎn)換器接收到與白條和黑條相應(yīng)的強(qiáng)弱不同的反射光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出到放大整形電路。白條、黑條的寬度不同，相應(yīng)的電信號(hào)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短也不同。70第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)4.5.2 二維條形碼技術(shù)二維碼（2-Dimensional Bar Code），又稱二維條碼，最早起源于日本，它是用特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向）上分布的黑白相間的圖形，是所有信息數(shù)據(jù)的一把鑰匙。二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的。二維碼是DOI（Digital Object Unique Identifier，

14、數(shù)字對(duì)象唯一識(shí)別符）的一種，全球最大的二維碼資源中心是“渡云” ，為全球用戶統(tǒng)一提供了“唯一數(shù)據(jù)樣本”的物品、人員、組織二維碼識(shí)別信息。71第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)4.5.2 二維條形碼技術(shù)二維碼原理：（1）矩陣式原理：矩陣式二維碼（又稱棋盤式二維碼）是在一個(gè)矩形空間通過(guò)黑、白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼，如圖所示。72第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)（2）行排式原理行排式二維碼( 又稱：堆積式二維碼或?qū)优攀蕉S碼)，其編碼原理是建立在一維碼基礎(chǔ)之上，按需要堆積成兩行或多行。它在編碼設(shè)計(jì)、校驗(yàn)原理、識(shí)讀方式等方面繼承了一維碼的一些特點(diǎn)，識(shí)讀設(shè)備與條碼印刷與一維碼技術(shù)兼容。

15、73第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)分類：二維碼可以分為堆疊式/ 行排式二維條碼和矩陣式二維條碼，如圖所示。常見二維碼二維碼結(jié)構(gòu)示例74第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)業(yè)務(wù)分類：二維碼應(yīng)用根據(jù)業(yè)務(wù)形態(tài)不同可分為被讀類和主讀類兩大類。（1）被讀類業(yè)務(wù)平臺(tái)將二維碼通過(guò)彩信發(fā)到用戶手機(jī)上，用戶持手機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)二維碼機(jī)具掃描手機(jī)進(jìn)行內(nèi)容識(shí)別。應(yīng)用方將業(yè)務(wù)信息加密、編制成二維碼圖像后，通過(guò)短信或彩信的方式將二維碼發(fā)送至用戶的移動(dòng)終端上，用戶使用時(shí)通過(guò)設(shè)在服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的專用識(shí)讀設(shè)備對(duì)移動(dòng)終端上的二維碼圖像進(jìn)行識(shí)讀認(rèn)證，作為交易或身份識(shí)別的憑證來(lái)支撐各種應(yīng)用。75第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼

16、技術(shù)（2）主讀類業(yè)務(wù)用戶在手機(jī)上安裝二維碼客戶端，使用手機(jī)拍攝并識(shí)別媒體、報(bào)紙等上面印刷的二維碼圖片，獲取二維碼所存儲(chǔ)內(nèi)容并觸發(fā)相關(guān)應(yīng)用。用戶利用手機(jī)拍攝包含特定信息的二維碼圖像，通過(guò)手機(jī)客戶端軟件進(jìn)行解碼后觸發(fā)手機(jī)上網(wǎng)、名片識(shí)讀、撥打電話等多種關(guān)聯(lián)操作，以此為用戶提供各類信息服務(wù)。76第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)區(qū)別：一維條形碼只是在一個(gè)方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向則不表達(dá)任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對(duì)準(zhǔn)。一維條形碼的應(yīng)用可以提高信息錄入的速度，減少差錯(cuò)率，其技術(shù)成熟，使用廣泛，設(shè)備成本低廉、需與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合。一維條形碼也存在一些不足之處：數(shù)據(jù)容

17、量較?。?30 個(gè)字符左右）、只能包含字母和數(shù)字、條形碼尺寸相對(duì)較大（空間利用率較低）、條形碼遭到損壞后便不能閱讀；可以識(shí)別商品的基本信息，例如商品名稱、價(jià)格等，但并不能提供商品更詳細(xì)的信息，要調(diào)用更多的信息，需要計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的進(jìn)一步配合。二維條形碼，在水平和垂直方向的二維空間存儲(chǔ)信息，點(diǎn)陣圖形、信息密度高、數(shù)據(jù)量大，具備糾錯(cuò)能力和編碼專利權(quán)，需支付費(fèi)用。二維碼生成后不可更改、安全性高，支持多種文字、包括英文、中文、數(shù)字等。不但具有識(shí)別功能，而且可顯示更詳細(xì)的商品內(nèi)容。77第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)特點(diǎn) 高密度編碼，信息容量大：可容納多達(dá)1 850 個(gè)大寫字母或2 710 個(gè)數(shù)字或

18、1 108 個(gè)字節(jié)，或500 多個(gè)漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。 編碼范圍廣：該條碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼，用條碼表示出來(lái)；可以表示多種語(yǔ)言文字；可表示圖像數(shù)據(jù)。 容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能：這使得二維條碼因穿孔、污損等引起局部損壞時(shí)，照樣可以正確得到識(shí)讀，損毀面積達(dá)50% 仍可恢復(fù)信息。 譯碼可靠性高：它比普通條碼譯碼錯(cuò)誤率百萬(wàn)分之二要低得多，誤碼率不超過(guò)千萬(wàn)分之一。 可引入加密措施：保密性、防偽性好。 成本低，易制作，持久耐用。 條碼符號(hào)形狀、尺寸大小比例可變。 二維條碼可以使用激光或CCD 閱讀器識(shí)讀。78第4章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4.5 條形碼技術(shù)閱

19、讀設(shè)備：（1）線性CCD 和線性圖像式閱讀器（2）帶光柵的激光閱讀器（3）圖像式閱讀器82112113物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)物物連接必須交互大量的數(shù)據(jù)，在短距離網(wǎng)絡(luò)中可以考慮建設(shè)專用線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但在大型網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)距離連接中建設(shè)專用傳輸網(wǎng)絡(luò)成本將很高。因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中經(jīng)常采用公網(wǎng)或者專網(wǎng)以無(wú)線或者有線的通信方式將信息、數(shù)據(jù)與指令在感知控制層與平臺(tái)及應(yīng)用層之間傳遞，如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、光纖通信網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性高、組網(wǎng)靈活、服務(wù)質(zhì)量高，但需要支付給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商一筆不菲的費(fèi)用；與之相比，互聯(lián)網(wǎng)成本低廉但可靠性低；如果需要高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，也可以選用光纖通信網(wǎng)絡(luò)，但它的缺點(diǎn)是敷設(shè)光纖線路比較麻煩，光設(shè)備成本較高。本章主要介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)湫途W(wǎng)絡(luò)，闡述了其基本技術(shù)原理，分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能。通過(guò)本章節(jié)