模塊三無線傳感器網(wǎng)絡

《物聯(lián)網(wǎng)技術在物流中應用》模塊三無線傳感器網(wǎng)絡技術第一節(jié)傳感技術及其應用傳感技術概念傳感技術在物聯(lián)網(wǎng)中的作用與地位傳感技術在物流管理中的應用以倉儲管理中對濕度的要求

介紹濕度傳感器在物聯(lián)網(wǎng)介紹中應用一、簡介濕度測量技術：濕度測量技術發(fā)展已有200多年歷史；人們對濕敏元件的認識是從1938年美國F.W.Dummore研制成功浸涂式LiCl濕敏元件才開始的，從此以后，已有幾十種濕敏元件及傳感器應運而生。（可參《濕度測量》一書）毛發(fā)濕度計干濕球濕度計

濕度檢測的重要性濕度與科研、生產(chǎn)、人們生活、植物生長有密切關系，環(huán)境的濕度具有與環(huán)境溫度同等重要意義。目前人們對濕度的重視程度遠不及對溫度的重視。因此濕度測量技術的研究及其測量儀器遠不如溫度測量技術與儀器那樣精確與完善。由于對濕度監(jiān)測不夠精確，致使大批精密儀器與機械裝置銹蝕、谷物發(fā)霉等，每年因此造成巨大損失。電容式濕度傳感器二、濕度及濕度傳感器1、濕度及其表示方法2、濕度傳感器及其特性參數(shù)3、濕度傳感器的分類

1、濕度及其表示方法在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周圍的大氣里總是含有或多或少的水汽。大氣中含有水汽的多少，表示大氣的干、濕程度，用濕度來表示，也就是說，濕度是表示大氣干濕程度的物理量。大氣濕度有兩種表示方法：絕對濕度與相對濕度。1)絕對濕度絕對濕度表示單位體積空氣里所含水汽的質量，其表達式為:式中：ρ—被測空氣的絕對濕度MV一被測空氣中水汽的質量V—被測空氣的體積相對濕度是氣體的絕對濕度(ρV)與在同一溫度下，水蒸汽已達到飽和的氣體的絕對濕度(ρW)之比，常表示為％RH．其表達式為相對濕度=(ρV/ρW)×100%RH根據(jù)道爾頓分壓定律，空氣中壓強P＝Pa十PV(Pa為干空氣分壓，PV為濕空氣氣壓)和理想狀態(tài)方程，又可將相對濕度用分壓表示：相對濕度＝(PV/PW)×100%RH式中：PV一待測氣體的水汽分壓；Pw一同一溫度下水蒸汽的飽和水汽壓。2)相對濕度2、濕度傳感器及其特性參數(shù)濕度傳感器是指能將濕度轉換為與其成一定比例關系的電量輸出的器件式裝置。主要特性參數(shù)有：①濕度量程②感濕特征量③靈敏度④濕度溫度系數(shù)⑤響應時間⑥濕滯回線和濕滯回差保證一個濕敏器件能夠正常工作所允許環(huán)境相對濕度可以變化的最大范圍，稱為這個濕敏元件的濕度量程。濕度量程越大，其實際使用價值越大。理想的濕敏元件的使用范圍應當是0－100％RH的全量程。1)濕度量程2）感濕特征量—相對濕度特性曲線每一種濕敏元件都有其感濕特征量，如電阻、電容、電壓、頻率等。

感濕特性曲線濕敏元件的感濕特征量隨環(huán)境相對濕度變化的關系曲線，稱為該元件的感濕特征量—相對濕度特性曲線，簡稱感濕特性曲線。人們希望特性曲線應當在全量程上是連續(xù)的，曲線各處斜率相等，即特性曲線呈直線。二氧化鈦-五氧化二釩濕敏器件的感濕特性曲線靈敏度斜率應適當，因為斜率過小，靈敏度降低；斜率過大，穩(wěn)定性降低，這些都會給測量帶來困難。

PI電容式濕度傳感器濕度特性圖

PI電容式濕度變送器輸出特性曲線3）靈敏度定義：濕敏元件的靈敏度，就其物理含義而言，應當反映相對于環(huán)境濕度的變化，元件感濕特征量的變化程度。表示法：直線的斜率。因此，它應當是濕致元件的感濕特性曲線斜率。在感濕特性曲線是直線的情況下，用直線的斜率來表示濕敏元件的靈敏度是恰當而可行的。然而，大多數(shù)濕敏元件的感濕特性曲線是非線性的．在不同的相對濕度范圍內曲線具有不同的斜率。因此，這就造成用濕敏元件感濕特性曲線的斜率來表示靈敏度的困難。普遍采用的靈敏度的方法目前，雖然關于濕敏元件靈敏度的表示方法尚未得到統(tǒng)一，但較為普遍采用的方法是用元件在不同環(huán)境濕度下的感濕特征量之比來表示靈敏度。如日本生產(chǎn)的MgCr2O4—TiO2濕敏元件的靈敏度，用一組電阻比R1%／R20%，R1%／R40%，R1%／R60%，R1%／R80%及R1%／R100%表示，分別為相對濕度在1％，20％，40％，60％，80％及100％時濕敏元件的電阻值之比。4）濕度溫度系數(shù)濕敏元件的濕度溫度系數(shù)是表示感濕特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性參數(shù)。在不同的環(huán)境溫度下，濕敏元件的感濕特性曲線是不相同的，它直接給測量帶來誤差。濕敏元件的濕度溫度系數(shù)定義為；在濕敏元件感濕特征量恒定的條件下，該感濕特征量值所表示的環(huán)境相對濕度隨環(huán)境溫度的變化率。由濕敏元件的濕度溫度系數(shù)值，即可得知濕敏元件由于境環(huán)溫度的變化所引起的測濕誤差。MgCr2O4—TiO2濕敏元件的溫度特性205）響應時間響應時間反映濕敏元件在相對濕度變化時輸出特征量隨相對濕度變化的快慢程度。一般規(guī)定：響應相對濕度變化量的63.2％時所需要的時間為響應時間。在標記時，應寫明濕度變化區(qū)的起始與終止狀態(tài)。人們希望響應時間快一些為好。

K2O一Fe2O3濕度敏感器件的響應特性曲線6）濕滯回線和濕滯回差各種濕敏元件吸濕和脫濕的響應時間各不相同，而且吸濕和脫濕的特性曲線也不相同。一般總是脫濕比吸濕遲后，我們稱這一特性為濕滯現(xiàn)象。23Mn3O4-TiO2濕敏器件

在80℃時的濕滯回線濕滯回線定義：濕滯現(xiàn)象可以用吸濕和脫濕特征曲線所構成的回線來表示，我們稱這一回線為濕滯回線。濕滯回差定義：在濕滯回線上所表示的最大量差值為濕滯回差。人們希望濕敏元件的濕滯回差越小越好。理想化的濕敏器件所應具備的性能參數(shù)：使用壽命長，長期穩(wěn)定性好靈敏度高，感濕特性曲線的線性度好使用范圍寬，濕度溫度系數(shù)小響應時間短濕滯回差小能在有害氣氛的惡劣環(huán)境中使用器件的一致性和互換性好，易于批量生產(chǎn)器件感濕特征量應在易測范圍以內三、電解質系濕度傳感器無機電解質濕度傳感器氯化鋰濕敏元件（典型）光硬化樹脂電解質濕敏元件高分子電解質濕度傳感器四、半導體及陶瓷濕度傳感器按其制作工藝分類：涂覆膜型燒結體型薄膜型MOS型五、有機物及高分子聚合物濕度傳感器1、脹縮性有機物濕敏元件2、高分子聚合物薄膜濕敏元件第二節(jié)通信技術通信技術概念通信技術在物聯(lián)網(wǎng)中的作用與地位通信技術在物流管理中的應用通信與我們生活息息相關生活中的通信經(jīng)歷了從有線到無線的發(fā)展這個變化對人們生活也有著重要的影響…在講無線通信之前我們就先從下面幾個有趣的例子里去看看生活中的通信的變化吧…無線通信技術很多很多年前……我們只能用飛鴿、馬、船等交通工具傳信件跟物品我們要更好的通信方式1.古時候聽媽媽說…打電話很方便我們需要無線電話…2.有線電話時代手機進入了我們的生活發(fā)短信也很方便無線通信太好了?。?！3.無線電話時代“無線通信（Wirelesscommunication）是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領域中，發(fā)展速度最快、應用最廣的就是無線通信技術了。在移動中實現(xiàn)的無線通信又稱為移動通信，人們把二者合成為無線移動通信?！蹦蔷烤故裁词菬o線通信呢？現(xiàn)在生活中我們常接觸無線通信無線通信在經(jīng)歷150年發(fā)展已經(jīng)融入了我們的生活的每個角落無線通信技術的應用已經(jīng)深入到人們生活和工作的各個方面。在當代社會，無線通信也不僅僅簡單地應用于普通移動通訊了，本世紀最熱門的無線通信科研方向是——3G、WLAN、UWB、藍牙、寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)。無線通信能夠走進千家萬戶這一切…還得從很多年前的那個夜晚那個實驗室里那個城市里那個人說起…1864年麥克斯韋經(jīng)過多年的努力終于從理論上證明電磁波的存在…從此掀開了無線通信技術研究的序幕1888年赫茲證明電磁波的存在1895年馬可尼成功試驗數(shù)百米的無線通信1901年馬可尼又成功試驗了跨越大西洋的無線通信1938年里斯本首次采用了PCM無線通信方式七八十年代開啟了無線局域網(wǎng)的新時代手機等無線通訊工具也逐漸普及到人們的生活無線通信系統(tǒng)的基本工作原理發(fā)射設備的基本原理和組成接收設備的基本原理和組成無線電波的基本特點簡單介紹:1、無線通信系統(tǒng)的基本工作原理無線通信系統(tǒng)組成框圖各部分作用信息源：提供需要傳送的信息變換器：待傳送的信息（圖像、聲音等）與電信號之間的互相轉換發(fā)射機：把電信號轉換成高頻振蕩信號并由天線發(fā)射出去傳輸媒質：信息的傳送通道（自由空間）接收機：把高頻振蕩信號轉換成原始電信號受信人：信息的最終接受者1、無線通信系統(tǒng)的基本工作原理2、發(fā)送設備的基本原理和組成信號在空間直接發(fā)送存在的問題天線尺寸天線尺寸與被輻射信號的波長相比擬時（波長λ的1/10~1），信號才能被天線有效的輻射出去。對于音頻范圍20Hz~20kHz來說，這樣的天線不可能實現(xiàn)。信號選擇如果直接發(fā)射，多家電臺的發(fā)射信號頻率范圍大致相同，接收機無法區(qū)分。問題的解決——調制什么是調制？把待傳送信號“裝載”到高頻振蕩信號上的過程。三種信號調制信號、載波信號和已調信號三種方式調幅（AM）、調頻（FM）和調相（PM）2、發(fā)送設備的基本原理和組成典型發(fā)送設備的組成框圖2、發(fā)送設備的基本原理和組成3、接收設備的基本原理和組成信號的“卸載”——解調什么是解調？從高頻已調波信號中“取出”調制信號的過程。解調的三種方式①對調幅波的解調——檢波②對調頻波的解調——鑒頻③對調相波的解調——鑒相典型接收設備的組成框圖3、接收設備的基本原理和組成4、無線電波的基本特點無線電波是一種電磁波，其傳播速度與光速相同，且有λ=c/f。無線電波具有直射、繞射、反射與折射等現(xiàn)象。無線電波的三種傳播途徑（如圖）：無線電波的波段劃分表：4、無線電波的基本特點波段名稱波長范圍頻段名稱頻率范圍主要用途長波LW103~104m低頻(LF)30~300kHz長距離點與點通信中波MW102~103m中頻(MF)300~3000kHz廣播、船舶、飛行通信短波SW10~102m高頻(HF)3~30kHz短波廣播、軍事通信米波1~10m甚高頻(VHF)30~300MHz電視、調頻廣播、雷達分米波1~10dm特高頻(UHF)300~3000MHz電視、雷達、移動通信厘米波1~10cm超高頻(SHF)3~30GHz雷達、中繼、衛(wèi)星通信毫米波1~10mm極高頻(EHF)30~300GHz射電天文、衛(wèi)星、雷達如何組建共享無線網(wǎng)絡應該來說，組建局域網(wǎng)并不難。要求：1.兩臺裝有支持802.11b/g無線網(wǎng)卡的筆記本電腦2.其中一臺能連接到Internet的筆記本作為發(fā)射端，另外一臺作為接收端3.操作人員需懂得一點點電腦常識Partone：發(fā)射端筆記本設置Parttwo:接收端筆記本設置進入網(wǎng)絡和共享中心----更改適配器設置----右鍵點擊無線網(wǎng)絡連接-----選擇協(xié)議版本4（TCP/IPv4）-----屬性------更改各項設置如下（192-168-1-12和255-255-255-0和192-168-1-1和192-168-1-1）

IPV4設置里面設置好IP、子網(wǎng)、網(wǎng)關和DNS地址IP當然要和筆記本的網(wǎng)段一樣，不要和別的電腦重復了-----然后點擊確定-----點擊確定接下來就只剩下connect的工作了重新打開如下的窗口----找到之前發(fā)射端筆記本設置的網(wǎng)絡名-----連接點擊連接后----電腦彈出如下窗口-----輸入之前設置的安全密鑰-----點擊確定等待發(fā)射端筆記本的網(wǎng)絡識別成功后就可兩臺筆記本同時上網(wǎng)了……至此，筆記本共享無線上網(wǎng)的報告完畢第三節(jié)無線傳感器網(wǎng)絡技術目錄傳感器網(wǎng)絡－概述傳感器網(wǎng)絡－應用傳感器網(wǎng)絡－協(xié)議傳感器網(wǎng)絡－研究進展傳感器網(wǎng)絡－影響力什么是計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡管理軟件及網(wǎng)絡通信協(xié)議的管理和協(xié)調下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。所謂無線網(wǎng)絡，就是利用無線電波作為信息傳輸?shù)拿浇闃嫵傻臒o線局域網(wǎng)（WLAN），與有線網(wǎng)絡的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡互為備份。什么是傳感器網(wǎng)絡WSN-WirelessSensorNetworks基礎微電子技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術解釋1由部署在觀測環(huán)境附近的大量的微型廉價低功耗的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。什么是傳感器網(wǎng)絡解釋2：傳感器網(wǎng)絡是由一組傳感器以特定方式構成的無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素：傳感器，感知對象，觀察者傳感器網(wǎng)絡的基本功能協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息

傳感器接近感知對象

傳感器僅產(chǎn)生數(shù)據(jù)流

傳感器無計算能力

無傳感器間通信能力SensorsObject信號分析傳統(tǒng)的感知方法有線/無線連接現(xiàn)代感知方法SensingAreaObjectUser端

傳感器網(wǎng)絡覆蓋感知對象區(qū)域

每個傳感器完成其臨近感知對象的觀測

多傳感器協(xié)同完成感知區(qū)域的大觀測任務

使用多跳路由算法向用戶報告觀測結果SinkInternet或通信衛(wèi)星SensornetworkUser端傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構sink-匯聚點sensornode-傳感器節(jié)點sensorfield-監(jiān)測區(qū)域傳感器網(wǎng)絡的實體傳感器節(jié)點功能：采集、處理、控制和通信等網(wǎng)絡功能：兼顧節(jié)點和路由器資源受限：存儲、計算、通信、能量Sink節(jié)點功能：連接傳感器網(wǎng)絡與Internet等外部網(wǎng)絡，實現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉換，發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務，轉發(fā)收集到的數(shù)據(jù)。特點：連續(xù)供電、功能強、數(shù)量少等現(xiàn)代微型傳感器感知能力＋計算能力＋通信能力體積小能耗小由六部分組成傳感器節(jié)點傳感器模塊：信息采集、數(shù)據(jù)轉換處理器模塊：控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡協(xié)議無線通訊模塊：無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)能量供應模塊：提供能量傳感器網(wǎng)絡的特點大規(guī)模網(wǎng)絡：地理區(qū)域大；部署密集提高信噪比；提高監(jiān)測精度；增強容錯性；減少盲區(qū)自組織網(wǎng)絡：不確定性；拓撲結構變化資源受限：計算、存儲、通訊、能量動態(tài)拓撲：節(jié)點故障；通訊故障；移動性；節(jié)點加入可靠網(wǎng)絡：適應環(huán)境條件；魯棒性、容錯性應用相關：沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺以數(shù)據(jù)為中心傳感器節(jié)點的限制電源能量有限通信能力有限計算和存儲能力有限傳感器網(wǎng)絡概述－與adhoc的不同WSN結點數(shù)量更為龐大多數(shù)節(jié)點為靜止節(jié)點分布更為密集能量約束結點更容易出錯拓撲結構變化頻繁Adhoc幾十至上百個節(jié)點局域網(wǎng)節(jié)點全移動結構變化（移動）能量可連續(xù)提供點到點通信以數(shù)據(jù)為中心傳感器網(wǎng)絡不是通常的網(wǎng)絡用戶感興趣的是數(shù)據(jù)而不是網(wǎng)絡和傳感器硬件用戶很少詢問“A節(jié)點到B節(jié)點的連接是如何實現(xiàn)的？”用戶經(jīng)常詢問“網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中那些地區(qū)出現(xiàn)毒氣？”傳感器網(wǎng)絡不是以地址為中心的用戶不會詢問“地址為27的傳感器的溫度是多少？”用戶感興趣是“某個地理位置的溫度是多少？”數(shù)據(jù)傳輸以聚集方式進行,而不是地址到地址的路由傳感器網(wǎng)絡是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡把傳感器視為感知數(shù)據(jù)流或感知數(shù)據(jù)源把傳感器網(wǎng)絡視為感知數(shù)據(jù)空間或數(shù)據(jù)庫把數(shù)據(jù)管理和處理作為網(wǎng)絡的應用目標需要多種多樣的感知器物理傳感器生物傳感器化學傳感器……其他問題傳感器的投放或撒播理論與技術傳感器的定位問題時鐘同步問題組網(wǎng)連通可靠性研究和探測覆蓋率研究傳感器網(wǎng)絡安全性問題和抗干擾問題信號的協(xié)作處理傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議棧（1）能源管理平臺：管理傳感器節(jié)點如何使用能量；移動管理平臺：檢測和注冊傳感器節(jié)點的移動，維護