物聯(lián)網(wǎng)中的 傳感器技術(shù)課件

P1物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)教程馬靜唐四元王濤主編mailto:tangsiyuan@,Mobile:P2第4章

傳感器技術(shù)P3

123本章核心要點(diǎn)傳感器的基本概念、定義，分類常用傳感器的原理、性能、參數(shù)MEMS傳感器組成和典型的MEMS傳感器無線傳感器網(wǎng)組成和工作原理無線傳感器體系結(jié)構(gòu)P52.傳感器分類按照工作機(jī)理可以分為物性傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器兩大類。1、物性傳感器利用外界信息使材料本身的固有性質(zhì)發(fā)生變化，通過檢測(cè)性質(zhì)的變化來檢測(cè)外界信息。

物理傳感器：

化學(xué)傳感器：

生物傳感器：4.1傳感器P62.傳感器分類按照工作機(jī)理可以分為物性傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器兩大類。2、結(jié)構(gòu)型傳感器利用外界信息使一些元件的結(jié)構(gòu)(如彈簧)發(fā)生形變、通過測(cè)量結(jié)構(gòu)的變化來檢測(cè)被測(cè)對(duì)象，如用金屬的伸縮來感知溫度等等4.1傳感器P72.傳感器分類按照信息的傳遞方式可以分為直接型和間接型傳感器。

直接型傳感器間接型傳感器4.1傳感器P93.傳感器的應(yīng)用與發(fā)展

在工農(nóng)業(yè)、國防、航空、航天、醫(yī)療衛(wèi)生和生物工程等各個(gè)領(lǐng)域中

人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，如家電中溫度、濕度的測(cè)控、音響系統(tǒng)、電視機(jī)和電風(fēng)扇的遙控、煤氣和液化氣的泄漏報(bào)警、路燈的聲控等等都離不開傳感器。4.1傳感器P103.傳感器的方向發(fā)展高精度，且數(shù)值化。智能化。微型化，集成化。4.1傳感器P114.常見傳感器原理熱敏元件及溫度傳感器。4.1傳感器P134.常見傳感器原理光傳感器及光敏元件。4.1傳感器P144.常見傳感器原理氣敏傳感器及氣敏元件4.1傳感器半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減??；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。利用SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，通過顆粒超微細(xì)化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當(dāng)燒結(jié)工藝進(jìn)行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，能夠探測(cè)0.005%～0.5%范圍的CO氣體P154.常見傳感器原理氣敏傳感器及氣敏元件4.1傳感器氣敏元件的參數(shù)主要有：加熱電壓、電流，測(cè)量回路電壓，靈敏度，響應(yīng)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間，標(biāo)定氣體（0.1%丁烷氣體）中電壓，負(fù)載電阻值等。P174.常見傳感器原理力敏傳感器和力敏元件4.1傳感器當(dāng)半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其晶格間距就會(huì)發(fā)生變化，使得其電阻率發(fā)生變化現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)被用來制成各種壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度傳感器，把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。P184.常見傳感器原理超聲波傳感器4.1傳感器超聲波傳感器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等。在檢測(cè)技術(shù)中最常用的是壓電式。壓電式換能器是利用電致伸縮現(xiàn)象制成的，在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波。P194.常見傳感器原理超聲波傳感器4.1傳感器P215.光纖傳感器和MEMS傳感器光纖傳感器4.1傳感器P225.光纖傳感器和MEMS傳感器MEMS傳感器4.1傳感器P235.光纖傳感器和MEMS傳感器微傳感器和微執(zhí)行器4.1傳感器P255.光纖傳感器和MEMS傳感器典型的MEMS產(chǎn)品4.1傳感器（1）．微型齒輪。（2）．微型馬達(dá)。（3）．微型渦輪。（4）．微型光學(xué)元件P261.概述4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks，WSN）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者P272.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)P293.傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)由四部分組成：傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊P304.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電源能量有限通信能量有限計(jì)算能力有限網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，分布廣自組織、動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)P315.無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)P326.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三種典的MAC協(xié)議：傳感器協(xié)議(Sensor-MAC,S-MAC)、分布式能量意識(shí)協(xié)議（DistributedEnergy-awareMAC，DE-MAC）協(xié)調(diào)設(shè)備協(xié)議(MediationDevice-MAC，MD-MAC)。P337.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本功能：確定最佳路徑和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩酱嬗诼酚杀?，由路由算法初始化并?fù)責(zé)維護(hù)。P348.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，是管理和操作設(shè)備的系統(tǒng)軟件支持。它不僅具有傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的功能，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中的軟硬件資源，為用戶提供應(yīng)用開發(fā)和運(yùn)行的平臺(tái)，而且其在資源管理、體系結(jié)構(gòu)、功耗管理等方面具有獨(dú)特的特點(diǎn)。。P359.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)GPS是目前應(yīng)用得最廣泛最成熟的定位系統(tǒng)。但是定位適應(yīng)于無遮擋的室外環(huán)境，用戶節(jié)點(diǎn)通常能耗高，體積大，成本也比較高，需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施等，這使得它不適用于低成本自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。。P3610.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還面臨下列關(guān)鍵技術(shù)需要解決：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砭W(wǎng)絡(luò)安全時(shí)間同步技術(shù)數(shù)據(jù)融合。P3711.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：環(huán)境的監(jiān)測(cè)和保護(hù)醫(yī)療護(hù)理軍事領(lǐng)域目標(biāo)跟蹤其它應(yīng)用。P38本章小結(jié)本章介紹了兩個(gè)內(nèi)容，一是傳感器，二是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于傳感器，首先介紹了基本概念、定義、分類，重點(diǎn)介紹常用傳感器的原理和MEMS傳感器原理。對(duì)于無線傳感器網(wǎng)，從網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、操作系統(tǒng)、關(guān)鍵技術(shù)及各類應(yīng)用等進(jìn)行了詳盡的介紹。P39思考題1. 傳感器有哪幾種基本的分類形式？2. 按照人的感覺系統(tǒng)分類，傳感器有哪幾種類型？3. 簡(jiǎn)述新型傳感器的發(fā)展方向。4. 簡(jiǎn)述半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。5. 簡(jiǎn)述半導(dǎo)體氣敏傳感器的