物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理與在煤礦有效應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理與在煤礦有效應(yīng)用感知層關(guān)鍵技術(shù)二維碼技術(shù)

二維碼使用某種特定的幾何形體按一定規(guī)律在平面上分布（黑白相間）的圖形來記錄信息的應(yīng)用技術(shù)。與RFID相比，二維碼最大的優(yōu)勢(shì)在于成本較低。ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)使一種短距離、低功耗的無線傳輸技術(shù)。ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee技術(shù)只適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。比如：無線鼠標(biāo)、游戲操控桿、電視機(jī)、DVD等設(shè)備上的遙控裝置等。ZigBee一樣，也是一種短距離的無線傳輸技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)感知層，主要用于數(shù)話音/數(shù)據(jù)接入。藍(lán)牙技術(shù)有效簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。21RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識(shí)別。常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼，等等。

一套完整

RFID系統(tǒng)由

Reader與

Transponder兩部份組成，其動(dòng)作原理為由

Reader發(fā)射一特定頻率之無線電波能量給Transponder，用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部之IDCode送出，此時(shí)Reader便接收此IDCode。Transponder的特殊在于免用電池、免接觸、免刷卡故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一無法復(fù)制，安全性高、長(zhǎng)壽命。RFID基礎(chǔ)22最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：標(biāo)簽(Tag)：由耦合組件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；閱讀器(Reader)：讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。RFID系統(tǒng)的基本組成部分電子標(biāo)簽

閱讀器

信息處理系統(tǒng)

寫入器23RFID頻率基本上劃歸三個(gè)范圍：（1）低頻（30kHz~300kHz）；（2）中高頻（3MHz~30MHz）；（3）超高頻（300MHz~3GHz）或微波（>3GHz）。根據(jù)作用距離，射頻識(shí)別系統(tǒng)的附加分類是：密耦合（0~1cm）、遙耦合（0~1m）和遠(yuǎn)距離系統(tǒng)（>1m）。RFID頻率24工作頻率范圍30kHz~300kHz。典型工作頻率有：125KHz，133KHz。一般為無源標(biāo)簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。閱讀距離一般情況下小于1米。典型應(yīng)用動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙）等。與低頻標(biāo)簽相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO11784/11785（用于動(dòng)物識(shí)別）、ISO18000-2（125-135kHz）。

低頻段射頻標(biāo)簽25主要優(yōu)勢(shì)標(biāo)簽芯片一般采用普通的CMOS工藝，省電、廉價(jià)；工作頻率不受無線電頻率管制約束；可以穿透水、有機(jī)組織、木材等；非常適合近距離的、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識(shí)別應(yīng)用（例如：動(dòng)物識(shí)別）等。

劣勢(shì)標(biāo)簽存貯數(shù)據(jù)量較少；只能適合低速、近距離識(shí)別應(yīng)用；與高頻標(biāo)簽相比：標(biāo)簽天線匝數(shù)更多，成本更高一些。

低頻段射頻標(biāo)簽26工作頻率3MHz~30MHz，典型工作頻率為：13.56MHz。閱讀距離一般情況下也小于1米。工作原理與低頻標(biāo)簽完全相同。實(shí)際應(yīng)用最多。

典型應(yīng)用電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHz）等。

特點(diǎn)中頻標(biāo)準(zhǔn)的基本特點(diǎn)與低頻標(biāo)準(zhǔn)相似，由于其工作頻率的提高，可以選用較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。射頻標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，標(biāo)簽一般制成標(biāo)準(zhǔn)卡片形狀。中高頻段射頻標(biāo)簽27超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽（微波射頻標(biāo)簽）典型工作頻率為：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。閱讀距離一般大于1m，典型情況為4~6m，最大可達(dá)10m以上。典型應(yīng)用移動(dòng)車輛識(shí)別、電子身份證、倉(cāng)儲(chǔ)物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930MHz）、-7（433.92MHz），ANSINCITS256-1999等。超高頻射頻標(biāo)簽28三大RFID標(biāo)準(zhǔn)EPC(EPCC1G2被接受為ISO18000-6C)ISO（ISO18000-6B）UID讀寫速度信息位數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域頻段技術(shù)差異采用的組織和企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化組織組織結(jié)構(gòu)地區(qū)美國(guó)歐洲歐洲為主日本EPCGlobalISOUbiquitousIDCenter芯片：美國(guó)國(guó)防部，德州儀器，Intel；識(shí)別器：Symbol；軟件：IBM，微軟。目前歐洲也開始參與研發(fā)。芯片：STMicroelectronics，Philips；識(shí)別器：Nokia，Checkpoint；軟件：SAP日立ULSI牽頭，NEC、東芝、富士通等國(guó)內(nèi)企業(yè)。也有少數(shù)外國(guó)廠商，如微軟，三星等參與。美國(guó)軍方，F(xiàn)DA和SSA等政府機(jī)構(gòu)，沃爾瑪，保潔，吉列，強(qiáng)生，100多家歐美流通企業(yè)均為EPC成員。大型零售商，如德國(guó)METRO，英國(guó)Tesco。NEC(RFID手機(jī))，Sankei，Shogakukan(產(chǎn)品跟蹤)。T-EngineForum的475家企業(yè)將會(huì)采用(大部分為日本企業(yè))902MHz-928MHz(UHF頻段)13.56MHz(智能卡)860MHz-950MHz2.45GHz(ISO標(biāo)準(zhǔn))13.56MHz(智能卡)40kbps～640kbps最多同時(shí)讀寫1000個(gè)標(biāo)簽40kbps同時(shí)讀寫數(shù)十個(gè)標(biāo)簽250kbpsEPCC1G1:64～96位EPCC1G2:96～256位64位128位，可擴(kuò)展至512位車輛管理、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、物資跟蹤、出入境人員管理。關(guān)卡、碼頭作業(yè)和RFID標(biāo)簽數(shù)量不大的區(qū)域。電子支付、物流、服裝、印刷等，在物流等非制造領(lǐng)域使用較為廣泛。29感知層由傳感器（Sensor）和部分與傳感器連成一體的傳感網(wǎng)（無源傳感器）組成，是物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的連接和管理對(duì)象。傳感器（Sensor）——解決“上行”感知和監(jiān)測(cè)執(zhí)行器（Actuator）——實(shí)現(xiàn)“下行”控制傳感器和執(zhí)行器合在一起（Transducer），實(shí)現(xiàn)“管控一體化”。感知層設(shè)備30按工作原理分類傳感器分類變換原理舉例變電阻溫度、熱量、比熱、壓力、壓差變磁阻電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式變電容電容式、濕敏式變諧振頻率振動(dòng)膜式變電荷壓電式變電勢(shì)霍爾式、感應(yīng)式、熱電偶式31按被測(cè)量對(duì)象分類傳感器分類基本被測(cè)量派生的被測(cè)量熱工作量溫度，熱量，比率，壓力，壓差，真空度流量，流速，風(fēng)速機(jī)械量位移，尺寸，形狀，力，應(yīng)力，力矩，振動(dòng)加速度，噪聲，角度，表面粗糙度物理量粘度，溫度，密度化學(xué)量氣體（液體）化學(xué)成分，濃度，鹽度生物量心音，血壓，體溫，氣流量，心電流，眼壓，腦電波光學(xué)量光強(qiáng)，光通量32按應(yīng)用方式分類生物、汽車、液位、速度、加速度、核輻射、振動(dòng)、濕度、磁敏、氣敏、力敏、位置、光敏、光纖、納米、壓力、位移、激光、MEMS、半導(dǎo)體、氣壓、紅外線、超聲波、遙感、高度、地磅、圖像、厚度、微波、視覺、空氣流量、化學(xué)…傳感器分類33總體落后國(guó)際水平2009年不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有1688家企事業(yè)單位從事傳感器研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事MEMS研制生產(chǎn)的企業(yè)有50多家。我國(guó)傳感器技術(shù)通國(guó)外水平相比，新品研制落后5~10年，規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)落后10~15年。國(guó)內(nèi)傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的作用傳感器在物聯(lián)網(wǎng)是“點(diǎn)”的問題，不是“面”的問題，對(duì)于我國(guó)以應(yīng)用為主的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，傳感器技術(shù)不會(huì)起決定的制約作用。國(guó)內(nèi)傳感器狀況34物聯(lián)網(wǎng)之Connect——網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層功能網(wǎng)絡(luò)層需要將感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送。解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，特別是遠(yuǎn)距離的傳輸問題。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是建立在因特網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，除具有目前已經(jīng)比較成熟的如遠(yuǎn)距離有線、無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，為實(shí)現(xiàn)“物物相連”的需求，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將綜合使用IPv6、3G、Wi-Fi等通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。35網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)Internet

因特網(wǎng)也叫互聯(lián)網(wǎng)，是以相互交換信息資源為目的，基于一些共同的協(xié)議（TCP/IP），并通過許多路由器和公共互聯(lián)網(wǎng)連接而成，是一個(gè)信息資源和資源共享的集合。移動(dòng)通信網(wǎng)

移動(dòng)通信就是移動(dòng)物體之間的通信，或者移動(dòng)體與固體之間的通信。通過有線或者無線介質(zhì)將這些物體連接起來進(jìn)行話音等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)就是移動(dòng)通信網(wǎng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。36現(xiàn)場(chǎng)總線名稱特點(diǎn)應(yīng)用發(fā)起者AS-i直接連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器，簡(jiǎn)單、成本低各種工業(yè)領(lǐng)域AS-i社團(tuán)組織Bacnet完全開放、高效的樓宇自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議樓宇自控網(wǎng)絡(luò)、供暖空調(diào)系統(tǒng)ASHARECAN高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性工業(yè)自動(dòng)化、控制設(shè)備、交通、醫(yī)療、環(huán)保等BOSCHControlNet支持總線、樹型和星型等結(jié)構(gòu)及其組合航空國(guó)防RockwellDeviceNet基于CAN技術(shù)的開放型通信網(wǎng)絡(luò)加工制造業(yè)DeviceNetAssociationDupline傳輸距離達(dá)10Km，無需中繼，操作簡(jiǎn)便、高度抗躁、自由拓?fù)?、靈活、成本低、效率高建筑自動(dòng)化、配水、能源管理、鐵路系統(tǒng)CarloGarazzi公司FFFoundationField基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)冶金、石油、化工、醫(yī)療現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)HART提供相對(duì)窄的帶寬、適度的響應(yīng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備美國(guó)Rosement公司Interbus開放、基于現(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng)，提供自動(dòng)化的整體解決方案制造業(yè)和機(jī)器加工業(yè)德國(guó)PhoenixContact公司Lonworks支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等樓宇自動(dòng)化EchelonModBus公開協(xié)議、免收許可費(fèi)用，用于RS232等SCADA、HMI等Modicon公司（Schneider）P-NET安裝簡(jiǎn)單、低成本、開發(fā)方