物聯(lián)網(wǎng)概論 課件 模塊3、4 通過(guò)智慧農(nóng)業(yè)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、通過(guò)智能家居認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

模塊3通過(guò)智慧農(nóng)業(yè)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)目錄CONTENTS1智慧農(nóng)業(yè)2傳感器33S技術(shù)4視頻監(jiān)控技術(shù)5嵌入式系統(tǒng)技術(shù)01PARTONE智慧農(nóng)業(yè)思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)了解傳感器的分類和工作原理掌握常用傳感器的作用和基本構(gòu)成掌握無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和各組成部分的作用了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)了解3S技術(shù)含義與應(yīng)用掌握嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)組成知識(shí)目標(biāo)能夠依據(jù)不同的工作任務(wù)的特點(diǎn)選取常用傳感器能夠識(shí)讀傳感器電路原理圖和技術(shù)手冊(cè)能根據(jù)嵌入式微處理器的分類，結(jié)合需要對(duì)微處理器進(jìn)行選型能根據(jù)視頻監(jiān)控的組成部分，結(jié)合實(shí)際需求對(duì)視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行安裝掌握STM32開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建和開(kāi)發(fā)環(huán)境調(diào)試方法技能目標(biāo)掌握基于嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試和開(kāi)發(fā)能力，洞察物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向具備在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其應(yīng)用方面進(jìn)行綜合研究、規(guī)劃和集成的能力；具備常用傳感器應(yīng)用、管理與維護(hù)的能力，具有安全素質(zhì)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神素質(zhì)目標(biāo)情景導(dǎo)入智能灌溉、環(huán)境監(jiān)測(cè)氣象監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)……“未來(lái)的農(nóng)業(yè)”什么是智慧農(nóng)業(yè)？智慧農(nóng)業(yè)概述智慧農(nóng)業(yè)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去，充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，以信息和知識(shí)為生產(chǎn)要素，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入和工廠化生產(chǎn)的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式與農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)害預(yù)警等智能管理，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級(jí)階段。

智慧農(nóng)業(yè)概述智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段，是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感節(jié)點(diǎn)和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策；智慧農(nóng)業(yè)能夠有效改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，將農(nóng)田、畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖基地等生產(chǎn)單位和周邊的生態(tài)環(huán)境視為整體，并通過(guò)對(duì)其物質(zhì)交換和能量循環(huán)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)、精密運(yùn)算，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境在可承受范圍內(nèi)；智慧農(nóng)業(yè)能夠顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率；智慧農(nóng)業(yè)能夠徹底轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、消費(fèi)者觀念和組織體系結(jié)構(gòu)。智慧農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：一種基于信息和知識(shí)管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)采用高新技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)結(jié)合，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)分析，對(duì)農(nóng)資、農(nóng)作實(shí)施精確定時(shí)、定位、定量控制，可最大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑，其包括：括智慧設(shè)施農(nóng)業(yè)、智慧大田種植、智慧畜禽養(yǎng)殖、智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖等應(yīng)用；智能農(nóng)機(jī)裝備：指裝備有中央處理器（CPU）和各種傳感器或無(wú)線通信系統(tǒng)的現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)裝備，其特點(diǎn)是加裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械或農(nóng)業(yè)裝備上的微型計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器傳回的各種信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、傳導(dǎo)、傳遞，進(jìn)而在動(dòng)態(tài)作業(yè)環(huán)境下發(fā)出適宜指令驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械完成正確的動(dòng)作，由此實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的智能化，智能農(nóng)機(jī)裝備又可分為3個(gè)類型：智能化動(dòng)力機(jī)械、智能化作業(yè)機(jī)械和農(nóng)機(jī)智能化管理。智慧農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容智能病蟲(chóng)害防治：智能病蟲(chóng)害防治運(yùn)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害發(fā)生情況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害的在線識(shí)別和遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害發(fā)生趨勢(shì)的提前預(yù)測(cè)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲(chóng)害災(zāi)后狀況的智能評(píng)估分析；農(nóng)產(chǎn)品智慧物流：農(nóng)產(chǎn)品因?yàn)樵谶\(yùn)輸過(guò)程中需要保鮮、冷凍、冷藏等方式存儲(chǔ)，因此智能冷鏈物流是解決農(nóng)產(chǎn)品高效流通的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、智能層的關(guān)鍵技術(shù)，與農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的供應(yīng)鏈全過(guò)程結(jié)合，實(shí)現(xiàn)冷鏈全過(guò)程的智能化監(jiān)控、透明化操作，從而保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，避免冷鏈的斷鏈、出現(xiàn)問(wèn)題責(zé)任劃分不清等狀況，實(shí)現(xiàn)全程冷鏈，使得農(nóng)產(chǎn)品冷鏈可以做到智能獲取信息、智能傳遞信息、智能處理信息。智能冷鏈物流按照農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、銷售的過(guò)程又可分為5個(gè)環(huán)節(jié)。智慧農(nóng)業(yè)案例——智慧種植：廣東江門(mén)市新會(huì)陳皮產(chǎn)業(yè)園

新會(huì)陳皮國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園創(chuàng)建于2017年9月，區(qū)域面積達(dá)430km2，其中規(guī)劃種植基地16km2，加工園區(qū)2.7km2。自創(chuàng)建伊始，產(chǎn)業(yè)園深挖新會(huì)陳皮文化、健康價(jià)值，以新會(huì)陳皮產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，科學(xué)規(guī)劃“一軸、兩帶、三基地、四中心、五園區(qū)”的發(fā)展布局，不斷加快陳皮第一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，努力創(chuàng)建“大基地+大加工+大科技+大融合+大服務(wù)”發(fā)展的特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園。智慧農(nóng)業(yè)案例——智慧養(yǎng)殖：廣東清遠(yuǎn)雞養(yǎng)殖基地

雞場(chǎng)在集約化、規(guī)?；⒕?xì)化、科學(xué)化養(yǎng)殖的同時(shí)，需要建立智慧養(yǎng)殖的技術(shù)體系。清遠(yuǎn)雞智慧養(yǎng)殖（見(jiàn)圖3-2）運(yùn)用無(wú)線射頻識(shí)別、傳感器、4G、Wi-Fi無(wú)線通信、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)雞場(chǎng)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，對(duì)肉雞個(gè)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)與監(jiān)控；應(yīng)用Web技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)飼養(yǎng)、疾病防治、飼料和藥品采購(gòu)檢測(cè)等養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的統(tǒng)一管理，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力物力、減少疾病損失、提升產(chǎn)品質(zhì)量。智慧養(yǎng)殖可以構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)雞場(chǎng)，改進(jìn)集約化養(yǎng)雞生產(chǎn)流程，顯著提升生產(chǎn)管理效率，讓各級(jí)管理人員及時(shí)獲得準(zhǔn)確信息以及智能化管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集約化、養(yǎng)殖過(guò)程規(guī)范化、生產(chǎn)管理數(shù)字化。拓展知識(shí)——未來(lái)農(nóng)業(yè)的八大“黑科技”1、農(nóng)業(yè)機(jī)器人2、垂直農(nóng)業(yè)3、太空農(nóng)業(yè)4、太空育種5、激光除草、除蟲(chóng)技術(shù)6、超智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)7、液氮冷藏技術(shù)8、3D打印農(nóng)業(yè)02PARTTWO傳感器技術(shù)智慧農(nóng)業(yè)中各種信息的采集使用各種傳感器。傳感器同時(shí)也應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ罡鱾€(gè)方面，電子爐灶、自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、熱風(fēng)取暖器、風(fēng)干器、報(bào)警器、電風(fēng)扇、游戲機(jī)、電子驅(qū)蚊器、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照像機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、手機(jī)等、醫(yī)用方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如：紅外測(cè)溫儀、壓強(qiáng)傳感器（血壓）和電學(xué)傳感器（心電圖）等。

2.1傳感器技術(shù)導(dǎo)入

汽車——是傳感器俱樂(lè)部：溫度、空氣流量、壓力、轉(zhuǎn)速、位移、水位、曲軸、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、爆震、里程表等多種傳感器。

汽車中使用傳感器里程表傳感器：

機(jī)油壓力傳感器倒車?yán)走_(dá)傳感器

能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律和精度轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。

它是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

輸入量是物理量、化學(xué)量和生物量。

輸出量主要是電量。（電量最便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理及顯示）

輸入輸出的轉(zhuǎn)換規(guī)律（關(guān)系）已知，轉(zhuǎn)換精度要滿足測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

傳感器定義傳感器應(yīng)用場(chǎng)合（領(lǐng)域）不同，叫法不同。過(guò)程控制：變送器。（標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器）射線檢測(cè)：發(fā)送器、接收器。探頭。

傳感器組成傳感器發(fā)展趨勢(shì)向高精度方向發(fā)展向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展向微型化發(fā)展向模糊識(shí)別方向發(fā)展向智能型傳感器發(fā)展

傳感器分類傳感器的基本特征傳感器的靜態(tài)特性：①測(cè)量范圍：傳感器所能測(cè)量到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍稱之為傳感器的測(cè)量范圍。②量程：傳感器測(cè)量范圍的上限值與下限值之間的代數(shù)差稱為量程。③精度：指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，是測(cè)量中各種誤差的綜合反映。工程技術(shù)中為簡(jiǎn)化傳感器精度表示方法，引入精度等級(jí)概念。④線性度：指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽颗c輸入量的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。⑤靈敏度：傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化與輸入量變化的比值。⑥分辨率（Resolution）：指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量，反映傳感器能夠分辨被測(cè)量微小變化的能力。傳感器的靜態(tài)特性(二)：⑦遲滯（Hysteresis）：也叫回程誤差，是指在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正（輸入量由小增大）、反（輸入量由大減?。┬谐痰妮敵鲂盘?hào)大小不相等的現(xiàn)象。遲滯特性表明傳感器正、反行程期間輸入-輸出特性曲線不重合的程度。⑧重復(fù)性（Repeatability）：表示傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測(cè)試時(shí)所得輸入輸出特性曲線一致的程度。⑨漂移：指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔兊那闆r下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生漂移的原因主要有兩個(gè)：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，如零點(diǎn)漂移（簡(jiǎn)稱零漂）；二是在測(cè)試過(guò)程中周圍環(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化，最常見(jiàn)的是溫度漂移（簡(jiǎn)稱溫漂）。

傳感器的基本特征傳感器的動(dòng)態(tài)特性：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。①在采用階躍輸入研究傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用延遲時(shí)間、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量等來(lái)表征傳感器的動(dòng)態(tài)特性。②在采用正弦輸入研究傳感器的頻域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用幅頻特性和相頻特性來(lái)描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。

傳感器工作原理應(yīng)變電阻式傳感器：應(yīng)變是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。①應(yīng)變電阻式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩等的作用下發(fā)生形變，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的電阻應(yīng)變片，引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路變成電壓輸出。輸出的電壓大小反映了被測(cè)物理量的大小。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。光電傳感器光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。（1）光電效應(yīng)：光電傳感器進(jìn)行非電量檢測(cè)的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，即物體吸收到光子能量后產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三大類。①外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象，又稱為光電子發(fā)射效應(yīng)。光電管及光電倍增管均屬這一類。②內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，又稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻即屬此類。③光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，又稱為阻擋層光電效應(yīng)。光電池和光電晶體管均屬于這一類。光電傳感器分類光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。根據(jù)傳感器的傳輸過(guò)程一般由3部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。根據(jù)光電傳感器的外形可以分為槽型光電傳感器和對(duì)射型光電傳感器。槽型光電傳感器是把一個(gè)光發(fā)射器（又稱發(fā)光器）和一個(gè)光接收器（又稱收光器）面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)，如圖3-6所示。光發(fā)射器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能接收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽型開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭軅鞲衅髡w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。（3）光電傳感器工作方式超聲波傳感器超聲波傳感器（見(jiàn)圖3-9）是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透能力很大，尤其是在不透明的固體中。半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器（SemiconductorTransducer）是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。所采用的半導(dǎo)體材料多數(shù)是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半導(dǎo)體傳感器種類繁多，它利用近百種物理效應(yīng)和材料的特性，具有類似于人的眼、耳、鼻、舌、皮膚等多種感官功能。半導(dǎo)體傳感器的工作原理半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體易受外界條件影響這一特性制成的傳感器。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象，半導(dǎo)體傳感器可分為物理傳感器（檢測(cè)對(duì)象為光、溫度、磁、壓力、濕度等）、化學(xué)傳感器（檢測(cè)對(duì)象為氣體分子、離子、有機(jī)分子等）、生物傳感器（檢測(cè)對(duì)象為生物活性物質(zhì)）。半導(dǎo)體傳感器是一種新型半導(dǎo)體器件，它能夠?qū)崿F(xiàn)電、光、溫度、聲、位移、壓力等物理量的相互轉(zhuǎn)換，并且易于實(shí)現(xiàn)集成化、多功能化，更滿足計(jì)算機(jī)的要求，所以被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)中。由于實(shí)際的被測(cè)量大多數(shù)是非電量，因而傳感器的主要工作就是將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。半導(dǎo)體傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、質(zhì)量輕，便于集成化、智能化，能使檢測(cè)、轉(zhuǎn)換一體化。半導(dǎo)體傳感器的分類常用的半導(dǎo)體傳感器有氣敏傳感器、磁敏傳感器、熱敏二極管、熱敏三極管和各種半導(dǎo)體集成傳感器。①氣敏傳感器：用半導(dǎo)體氣敏元件組成的傳感器為氣敏傳感器，主要用于天然氣、煤氣、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和自動(dòng)控制。②磁敏傳感器：它是利用半導(dǎo)體材料中的自由電子或空穴隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向這一特性而制成的傳感器，一般被用來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的存在、變化、方向，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以及可引起的磁場(chǎng)變化的物理量。③溫敏傳感器：它利用某些材料或元件的物理特性與溫度有關(guān)的這一性質(zhì)，將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電量的變化。常見(jiàn)的有熱電偶、熱敏電阻、熱敏二極管和熱敏晶體管等，常用來(lái)紅外線測(cè)溫等。④集成傳感器：常見(jiàn)的集成傳感器有開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器、集成溫度傳感器、集成濕度傳感器、集成壓力傳感器和集成加速度傳感器。生物傳感器生物傳感器（Biosensor）是利用生物活性物質(zhì)與電化學(xué)或其他傳感器結(jié)合而形成的新型探測(cè)器件。生物傳感器中最關(guān)鍵的部件是生物活性物質(zhì)，它可以是生物酸、抗體、生物膜或者活細(xì)胞等。生物傳感器由分子識(shí)別部分（敏感元件）和轉(zhuǎn)換部分（換能器）構(gòu)成：以分子識(shí)別部分去識(shí)別被測(cè)目標(biāo)，是可以引起某種物理變化或化學(xué)變化的主要功能元件。分子識(shí)別部分是生物傳感器選擇性測(cè)定的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換部分是把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理或化學(xué)換能器（傳感器）。生物傳感器原理生物傳感器的結(jié)構(gòu)一般是在基礎(chǔ)傳感器（如電化學(xué)裝置）上再耦合一個(gè)生物敏感膜（稱為感受器或敏感元件）。生物敏感膜緊貼在探頭表面上，再用一種半滲透膜與被測(cè)溶液隔開(kāi)。當(dāng)被測(cè)溶液中的成分透過(guò)半透膜有選擇地附著于敏感物質(zhì)上時(shí)，形成復(fù)合體，隨之進(jìn)行生化和電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生普通電化學(xué)裝置能感知的O2、H2、+4NH、CO2等或光、聲等信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。生物傳感器特點(diǎn)①操作簡(jiǎn)單，需用樣品少，能短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)定。一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理，它利用本身具備的優(yōu)異選擇性把樣品中被測(cè)組分的分離和檢測(cè)統(tǒng)一為一體，測(cè)定時(shí)常不需另加其他試劑，使測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)便迅速，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。②可進(jìn)入生物體內(nèi)，進(jìn)行活體分析。③對(duì)被檢測(cè)物質(zhì)具有極好的選擇性，噪聲低。④經(jīng)固定化處理后，可保持長(zhǎng)期生物活性，傳感器可反復(fù)使用。⑤傳感器連同測(cè)定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀，因而便于推廣普及。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的、靜止或移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目的是以協(xié)作的方式感知、采集、處理和傳輸在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并把這些信息發(fā)送給用戶。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是利用傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)周圍的環(huán)境，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)無(wú)線收發(fā)裝置采用多跳的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到用戶端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（1）硬件資源有限。（2）電源容量有限。（3）無(wú)中心。（3）無(wú)中心。（5）多跳（Multi-hop）路由。（6）動(dòng)態(tài)拓?fù)?。?）節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。（8）傳輸能力的有限性。（9）安全性的問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)（SensorNode）、匯聚節(jié)點(diǎn)（SinkNode）和管理節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3-12所示。大（2）電源容量有限。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)（1）網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（2）核心支撐技術(shù)（3）自組織管理（4）開(kāi)發(fā)與應(yīng)用03PARTTHREE3S技術(shù)033S技術(shù)及其應(yīng)用

“3S”技術(shù)是遙感（RemoteSensing，RS）、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）、地理信息系統(tǒng)（GeographicalInformationSystem，GIS）這3種技術(shù)名詞中最后一個(gè)單詞字母的統(tǒng)稱。3S以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要技術(shù)支撐，用于采集、量測(cè)、分析、存儲(chǔ)、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地理空間分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的一門(mén)綜合的、集成的信息科學(xué)的重要組成部分，構(gòu)成數(shù)字地球的基礎(chǔ)。3S技術(shù)的集成GPS獲取的位置信息遙感影像GIS系統(tǒng)完整的衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)

利用現(xiàn)代儀器設(shè)備由遠(yuǎn)處感知、獲取被測(cè)物體的信息，從而對(duì)物體進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。廣義遙感：利用儀器設(shè)備從遠(yuǎn)處獲得被測(cè)物體的電磁波輻射特征（光，熱），力場(chǎng)特征（重力、磁力）和機(jī)械波特征（聲，地震），據(jù)此識(shí)別物體。狹義遙感：主要指從遠(yuǎn)距離、高空以至外層空間的平臺(tái)上，利用可見(jiàn)光、紅外、微波等探測(cè)器，通過(guò)攝影或掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理，從而識(shí)別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)。遙感（RemoteSensing）技術(shù)01遙感的特點(diǎn)（1）探測(cè)范圍廣、采集數(shù)據(jù)快（2）能動(dòng)態(tài)反映地面事物的變化（3）獲取的數(shù)據(jù)具有綜合性航天遙感軌道衛(wèi)星載人飛船（<500km)航天飛機(jī)

（<300km)探空火箭（100-650km)地球同步衛(wèi)星太陽(yáng)同步衛(wèi)星長(zhǎng)壽命(500-1000km)（3600km）短壽命(150-500km)02遙感的分類按平臺(tái)高度分類

地面遙感高塔（<300m)車船（<30m)觀測(cè)架（幾米）航空遙感飛機(jī)氣球飄浮氣球（<50km）系留氣球（<5km）高空飛機(jī)（>15km）中空飛機(jī)（9-15km）低空飛機(jī)（<9km）按平臺(tái)高度分類-續(xù)

被動(dòng)方式掃描(圖像方式)非掃描非圖像方式微波輻射計(jì)地磁測(cè)量?jī)x重力測(cè)量?jī)x傅立葉光譜儀其他圖像方式(照相機(jī))黑白天然彩色紅外彩色紅外其他像面掃描電視攝像機(jī)固體掃描儀(CCD)物面掃描光機(jī)掃描儀固體掃描儀按傳感器分類

主動(dòng)方式

掃描(圖像方式)非掃描(非圖像方式)微波散射計(jì)微波高度計(jì)激光光譜儀激光高度計(jì)像面掃描（被動(dòng)型相控陣?yán)走_(dá)）物面掃描激光水深計(jì)激光測(cè)距儀微波輻射計(jì)真實(shí)孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)按傳感器分類--續(xù)

遙感

按應(yīng)用空間尺度按研究對(duì)象資源遙感全球遙感其他分類

環(huán)境遙感區(qū)域遙感城市遙感GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)：1973年12月起，美國(guó)歷經(jīng)20余年，投資300億美元，建立起來(lái)的服務(wù)于全球的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其從根本上解決了人類在地球及其周圍空間的導(dǎo)航及定位問(wèn)題。全球定位系統(tǒng)GPS空間部分地面控制部分用戶設(shè)備部分全球定位系統(tǒng)GPS組成組成3.地面接收機(jī)2.地面部分：一個(gè)主控站，三個(gè)注入站，五個(gè)監(jiān)測(cè)站空間部分：衛(wèi)星①全天候；②全球覆蓋；③三維定速、定時(shí)、高精度；④快速、省時(shí)、高效率；⑤應(yīng)用廣泛、多功能。全球定位系統(tǒng)GPS主要特點(diǎn)03GPS技術(shù)應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用主要是為船舶、汽車、飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航，如：（1）衛(wèi)星定位系統(tǒng)在道路工程中的應(yīng)用（2）汽車導(dǎo)航和交通管理中的應(yīng)用03地理信息系統(tǒng)GIS

地理信息系統(tǒng)（GIS）是對(duì)地理空間實(shí)體和地理現(xiàn)象的特征要素進(jìn)行獲取、處理、表達(dá)、管理、分析、顯示和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)空間或時(shí)空信息系統(tǒng)。

GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)支持空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。完整的地理信息系統(tǒng)主要由5個(gè)部分組成，即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、空間分析和人員等。03地理信息系統(tǒng)GIS的組成（1）GIS主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域（2）城市規(guī)劃和管理是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域（3）應(yīng)急響應(yīng)（4）地學(xué)研究與應(yīng)用分析（5）商業(yè)與市場(chǎng)（6）房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)和銷售過(guò)程中也可以利用GIS功能進(jìn)行決策和分析（7）網(wǎng)絡(luò)分析（8）可視化應(yīng)用03地理信息系統(tǒng)應(yīng)用04PARTFOUR視頻監(jiān)控技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)也叫閉路電視（ClosedCircuitTelevision，CCTV）監(jiān)控系統(tǒng)，是通過(guò)遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備（光源等）直接查看被監(jiān)視的場(chǎng)地情況，使被監(jiān)控場(chǎng)地的情況一目了然，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、記錄和處理異常情況的一種電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全技術(shù)防范系統(tǒng)的重要組成部分，其利用視頻探測(cè)技術(shù)，監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像。04視頻監(jiān)控概述4.1物聯(lián)網(wǎng)與視頻監(jiān)控1．視頻監(jiān)控在物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用2．視頻監(jiān)控在物聯(lián)網(wǎng)交通監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用564.1物聯(lián)網(wǎng)與視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成了預(yù)防、監(jiān)視、控制取證和管理等功能從邏輯上可分為：前端、傳輸、控制、記錄和顯示四部分，如圖所示。通常我們所說(shuō)的終端設(shè)備也就是控制、記錄和顯示2個(gè)部分。574.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成58模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前端部分由攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、安裝支架、云臺(tái)、解碼器等組成，主要用于對(duì)設(shè)防區(qū)域進(jìn)行攝像。

監(jiān)視設(shè)防區(qū)域主要體現(xiàn)在：

公共安全區(qū)域：門(mén)、圍墻、道路、停車場(chǎng)、辦公區(qū)域等

生產(chǎn)裝置區(qū)域：主要易燃易爆區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)備、人員操作易發(fā)生危險(xiǎn)行為區(qū)域以及人員不方便檢測(cè)的區(qū)域（為生產(chǎn)做輔助）。594.3視頻監(jiān)控前端部分

前端設(shè)備由攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、安裝支架、云臺(tái)、解碼器等組成，主要用于對(duì)設(shè)防區(qū)域進(jìn)行攝像。4.3視頻監(jiān)控前端設(shè)備

視頻信號(hào)的傳輸與攝像器件的研究是經(jīng)典電視發(fā)展的兩個(gè)核心，而帶信號(hào)的傳輸一直是主要方式。

高質(zhì)量的圖像傳送是電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵。它決定監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的范圍、領(lǐng)域、方式。

視頻監(jiān)控傳輸設(shè)備62

目前，在監(jiān)控系統(tǒng)中用來(lái)傳輸圖象信號(hào)的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對(duì)應(yīng)的傳輸設(shè)備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設(shè)備和光端機(jī)。要組建一個(gè)高質(zhì)量的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，就必須搞清楚這三種主要傳輸方式的特點(diǎn)和使用環(huán)境，以便針對(duì)實(shí)際工程需要采取合適的傳輸介質(zhì)和設(shè)備。

視頻監(jiān)控傳輸介質(zhì)63

同軸電纜是使用最廣泛的視頻傳輸介質(zhì)，一般用于中短距離的視頻信號(hào)的傳輸。同軸電纜的電氣特征使得它非常適合傳送攝像機(jī)到監(jiān)視器的全視頻信號(hào)（cctv視頻信號(hào)是由分布很廣的低頻信號(hào)和高頻信號(hào)組成的）。

視頻電纜一般是選用75Ω的同軸電纜，通常使用的電纜型號(hào)為SYV—75—3和SYV—75—5。它們對(duì)視頻信號(hào)的無(wú)中繼傳輸距離一般為300-500m，當(dāng)傳輸距離更長(zhǎng)時(shí)，可相應(yīng)選用SYV—75—7、SYV—75—9或SYV—75—12的粗同軸電纜（在實(shí)際工程中，粗纜的無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)1km以上）。

視頻監(jiān)控傳輸介質(zhì)同軸電纜1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便2）不需要增加其他設(shè)備直接傳輸3）連接至設(shè)備端方便64

視頻監(jiān)控傳輸介質(zhì)同軸電纜優(yōu)點(diǎn)

模擬系統(tǒng)的終端設(shè)備一般都集中在控制室，并固定安裝在相應(yīng)的機(jī)架和操作控制臺(tái)上。終端一般包括視音頻分配放大器、視頻切換矩陣、多畫(huà)面分割器、硬盤(pán)錄像機(jī)、控制鍵盤(pán)和顯示器等。

視音頻信號(hào)的流程是從前端傳輸過(guò)來(lái)一般先經(jīng)視頻分配放大器，信號(hào)在視頻放大分配器中獲得補(bǔ)償放大并分成兩路或多路信號(hào)給矩陣切換器、錄像機(jī)及相關(guān)設(shè)備，最后在監(jiān)視器上還原成聲音與圖像信號(hào)。視頻監(jiān)控還可以和報(bào)警聯(lián)動(dòng)，視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

視頻監(jiān)控中心控制設(shè)備66視頻分配放大器由于前端每個(gè)攝像機(jī)只能輸出一路圖像信號(hào)有時(shí)候不夠監(jiān)控中心設(shè)備使用，因此，視頻放大分配器的作用就是將一路視頻輸入信號(hào)分配成兩路或多路相同的視頻輸出信號(hào)，以保證矩陣切換器、錄像機(jī)、監(jiān)視器等設(shè)備的需要。

視頻監(jiān)控中心控制設(shè)備67矩陣控制器

視頻矩陣，最重要的一個(gè)功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入視頻圖像的切換輸出。準(zhǔn)確概括那就是：將視頻圖像從任意一個(gè)輸入通道切換到任意一個(gè)輸出通道顯示。一般來(lái)講,一個(gè)M×N矩陣：表示它可以同時(shí)支持M路圖像輸入和N路圖像輸出。這里需要強(qiáng)調(diào)的是必須要做到任意，即任意的一個(gè)輸入和任意的一個(gè)輸出。69硬盤(pán)錄像機(jī)（DigitalVideoRecorder，簡(jiǎn)稱DVR），即數(shù)字視頻錄像機(jī)，相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬視頻錄像機(jī)，采用硬盤(pán)錄像，故常常被稱為硬盤(pán)錄像機(jī)，也被稱為DVR。它是一套進(jìn)行圖像存儲(chǔ)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有對(duì)圖像/語(yǔ)音進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間錄像、錄音、遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制的功能。磁帶錄像機(jī)PC式錄像機(jī)嵌入式式錄像機(jī)

視頻監(jiān)控顯示/存儲(chǔ)設(shè)備05PARTFIVE嵌入式系統(tǒng)1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義(5)

二、嵌入式系統(tǒng)的其它定義

1、IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義

嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）?？梢钥闯龃硕x是從應(yīng)用上、功能上考慮的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置。 從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)是：

“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。

嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)具有特定功能或用途的、隱藏在某種設(shè)備中的、計(jì)算機(jī)軟硬件集合體，沒(méi)有固定的特征形狀的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)定義

定義：嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）是嵌入式計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)單地說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)就是嵌入到目標(biāo)體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入性、專用性與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的3個(gè)基本要素。

具體地講，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論(第二版)》73嵌入式系統(tǒng)定義特點(diǎn)：1嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的2嵌入式系統(tǒng)須滿足環(huán)境的要求3嵌入式系統(tǒng)必須滿足對(duì)象系統(tǒng)的控制要求4嵌入式系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)與各行業(yè)應(yīng)用與一體的集成系統(tǒng)5嵌入式系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的生命周期6嵌入式系統(tǒng)的軟件固化在非易失性存儲(chǔ)器中7嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求8嵌入式系統(tǒng)需專用開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論(第二版)》74嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)概況（1）專用性強(qiáng)。

（2）體積小型化。（3）實(shí)時(shí)性好。

（4）可裁剪性好。（5）可靠性高。

（6）功耗低。（7）嵌入式系統(tǒng)本身不具備自我開(kāi)發(fā)能力，必須借助通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)。（8）嵌入式系統(tǒng)通常采用“軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)”的方法實(shí)現(xiàn)。

主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)（特征）

1、專用性強(qiáng)

2、系統(tǒng)精簡(jiǎn)（功能單一）

3、操作系統(tǒng)可有可無(wú)，內(nèi)核小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)

4、程序固化在存儲(chǔ)器中

5、可靠性高

6、需要專門(mén)工具開(kāi)發(fā)和環(huán)境

7、與被嵌入設(shè)備有機(jī)結(jié)合，生命周期長(zhǎng)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、提升多領(lǐng)域技術(shù)水平的有力工具。物聯(lián)網(wǎng)的感知層是嵌入式系統(tǒng)的用武之地。如目前國(guó)家安監(jiān)局目前實(shí)施的“緊急避險(xiǎn)”六大系統(tǒng)中的“人員定位系統(tǒng)”和“安全監(jiān)控系統(tǒng)中的有毒有害氣體監(jiān)測(cè)”中，使用到大量的人員定位器和有毒有害氣體傳感器，如：二氧化碳傳感器、二氧化硫傳感器等。人員定位器是一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代物流系統(tǒng)

現(xiàn)代物流系統(tǒng)中嵌入式系統(tǒng)也起到重要的作用。無(wú)數(shù)的貨物都會(huì)被貼上RFID標(biāo)簽，貼有這些標(biāo)簽的貨物每到一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)點(diǎn)中轉(zhuǎn)的時(shí)候，就會(huì)被自動(dòng)識(shí)別，并被登記入庫(kù)，這樣就極大地提高了貨物入庫(kù)和清點(diǎn)的效率。在上述場(chǎng)景中嵌入式系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。而上述應(yīng)用場(chǎng)景中嵌入式系統(tǒng)顯示著它們的身影，可以說(shuō)沒(méi)有嵌入式技術(shù)就沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的美好未來(lái)?！段锫?lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論(第二版)》79嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）輸入輸出接口處理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器DMA電源管理人機(jī)交互接口LCD/觸摸屏、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、HAL、BSP文件系統(tǒng)/圖形用戶應(yīng)用程序接口驅(qū)動(dòng)層OS層應(yīng)用層軟件以太網(wǎng)看門(mén)狗及復(fù)位電路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM內(nèi)存硬件嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式微控制器(MCU，即MicroControllerUnit):又稱單片機(jī)，將CPU、存儲(chǔ)器（少量的RAM、ROM或兩者都有）和其它外設(shè)封裝在同一片集成電路里。常見(jiàn)的有80C51系列單片機(jī)等。嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）:專門(mén)用來(lái)對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、圖像處理的分析等領(lǐng)域，DSP正在大量進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)。

嵌入式微處理器（MPU，即MicroProcessorUnit）:它是專用的CPU,不同于通用計(jì)算機(jī)的CPU。在應(yīng)用中，一般是將微處理器裝配在專門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上，在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。嵌入式處理器分類STM32F系列圖解

μC/OS-II：教學(xué)免費(fèi)的、面向中小型嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。實(shí)時(shí)、?。◣譑B）、多任務(wù)、可靠。

Vxworks：美國(guó)WindRiver（風(fēng)河）公司于1983年開(kāi)發(fā)，具有可靠、實(shí)時(shí)、可裁減特性。主要用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、路由器）、通信等。

WinCE：它是微軟針對(duì)個(gè)人電腦以外的電腦產(chǎn)品所研發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，而CE則為CustomerEmbedded的縮寫(xiě)。

Linux/μCLinux：免費(fèi)、源碼開(kāi)放的操作系統(tǒng)，μclinux面向沒(méi)有MMU的硬件平臺(tái)。

PalmOS：Palm公司產(chǎn)品，在PDA、掌上電腦市場(chǎng)占據(jù)很大份額，具有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口(API)，可讓用戶靈活方便地定制操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)謝謝！模塊4通過(guò)智能家居認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)目錄CONTENTS1智能家居2有線接入網(wǎng)3無(wú)線接入網(wǎng)4移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)5量子通信思維導(dǎo)圖01PARTONE智能家居學(xué)習(xí)目標(biāo)了解無(wú)線接入技術(shù)的特點(diǎn)。了解藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。掌握移動(dòng)通信技術(shù)的基本概念。了解各類物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。知識(shí)目標(biāo)能識(shí)別與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)的設(shè)備。掌握藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)連接方式。能對(duì)常用的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配置與連接。能搭建基于ZigBee技術(shù)的開(kāi)發(fā)環(huán)境、創(chuàng)建工程、編寫(xiě)簡(jiǎn)單代碼并使用仿真器對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、下載。技能目標(biāo)能理解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的分類與各種通信技術(shù)特點(diǎn)，能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。能洞察物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，掌握物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。掌握各類接入技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的應(yīng)用。素質(zhì)目標(biāo)情景導(dǎo)入智能

家居智能家電、網(wǎng)絡(luò)家居家居管理、家居安全……“智能家居”未來(lái)家是什么樣子？“智能家居”智能家居概述智能家居：利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成連接到一起，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境，為用戶提供個(gè)性化生活服務(wù)。

基本內(nèi)涵一方面，智能家居將讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。智能家居系統(tǒng)介紹智能家居主要內(nèi)容智能家電控制智能遮陽(yáng)控制智能背景音樂(lè)智能燈光控制智能情景控制智能安防管理智能安防管理智能傳感管理智能暖通控制智能家電之智能冰箱食品管理功能物聯(lián)云服務(wù)功能冰箱控制系統(tǒng)娛樂(lè)功能全屋智能家居全屋智能家居02PARTTWO有線接入網(wǎng)通信網(wǎng)在水平方向上分為用戶駐地網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。圖8-1水平方向上接入網(wǎng)在電信網(wǎng)的位置02接入網(wǎng)在通信網(wǎng)中的位置根據(jù)距離用戶的遠(yuǎn)近，通信網(wǎng)可以劃分為公用網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)兩部分。公用電信網(wǎng)又可以劃分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。公用網(wǎng)離用戶相對(duì)較遠(yuǎn)，物權(quán)歸通信運(yùn)營(yíng)商或內(nèi)容服務(wù)商所有，包含所有屬于運(yùn)營(yíng)商或服務(wù)商的、用于完成用戶間通信的機(jī)線設(shè)備。核心網(wǎng)顧名思義就是通信網(wǎng)絡(luò)的核心，是數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)發(fā)、接續(xù)和路由的網(wǎng)絡(luò)部分。用戶駐地網(wǎng)靠近用戶，通常是指一棟樓房?jī)?nèi)完成用戶通信和控制功能的用戶駐地布線系統(tǒng)，物權(quán)屬用戶所有。在水平方向上，接入網(wǎng)位于用戶駐地網(wǎng)和核心網(wǎng)之間，是整個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分，是公用網(wǎng)中與用戶距離最近的一部分，負(fù)責(zé)使用有線或無(wú)線連接，將廣大用戶一級(jí)一級(jí)匯接到核心網(wǎng)中，常被形象地稱作通信網(wǎng)的“最后一公里”。

接入網(wǎng)在通信網(wǎng)中的位置數(shù)字用戶線（DSL）技術(shù)在同一電話線上分別傳送數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過(guò)電話交換機(jī)設(shè)備，減輕了電話交換機(jī)的負(fù)載，使用DSL技術(shù)上網(wǎng)并不需要繳付另外的電話費(fèi)，DSL接入網(wǎng)連接示意圖見(jiàn)圖8-6。圖8-6DSL接入網(wǎng)示意圖DSL技術(shù)xDSL技術(shù)是對(duì)多種用戶線高速接入技術(shù)的統(tǒng)稱，其傳輸速率與傳輸距離成反比。xDSL包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、RADSL等等。它們主要的區(qū)別體現(xiàn)在信號(hào)傳輸速率和距離的不同，以及上、下行速率對(duì)稱性的不同這兩個(gè)方面。xDSL技術(shù)對(duì)稱性傳輸速率最大傳輸距離（KM）線對(duì)支持POTSHDSL對(duì)稱最大速率2.3Mbps3.62或3不支持ADSL非對(duì)稱下行最大速率8196Kbps，上行最大速率896Kbps51支持VDSL對(duì)稱/不對(duì)稱下行最大速率52Mbps（非對(duì)稱），上行最大速率12Mbps（對(duì)稱）1.51支持XDSL技術(shù)ADSL是DSL技術(shù)中應(yīng)用最廣的一種，因?yàn)锳DSL技術(shù)可以在一對(duì)雙絞線上同時(shí)傳輸電話信號(hào)和高速數(shù)據(jù)信號(hào)，而且高速數(shù)據(jù)信號(hào)的上、下行速率是非對(duì)稱的，其上行速率比下行速率小，非常適合大多數(shù)住宅用戶上網(wǎng)時(shí)的下載數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于上載數(shù)據(jù)量的特點(diǎn)。圖8-7ADSL接入網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ADSL技術(shù)ADSL是在現(xiàn)有雙絞線上傳送高速非對(duì)稱數(shù)字信號(hào)的一種新技術(shù)，只需在雙絞線兩側(cè)各裝一個(gè)ADSL收發(fā)機(jī)（一種專用的調(diào)制解調(diào)器，用戶端為ATU-R，即用戶端貓，局端為ATU-C，也稱為DSLAM，即局端貓），即可迅速提供高速數(shù)字通道。ADSL接入系統(tǒng)由局端設(shè)備和用戶端設(shè)備組成。用戶端設(shè)備包括用戶ADSLModem即ATU-R用戶端收發(fā)模塊和用戶端分離器，局端設(shè)備包括在中心機(jī)房的ADSLModem，即ATU-C局端收發(fā)模塊DSL接入多路復(fù)用器DSLAM和局端分離器。

ADSL技術(shù)1880年，貝爾發(fā)明光電話。1960年，梅曼發(fā)明第一臺(tái)紅寶石激光器。1966年，高錕博士提出SiO2光纖的可行性，被譽(yù)為“世界光纖之父”1970年，美國(guó)康寧公司研制出衰減為20dB／km的單模光纖。1976～1977年，光纖損耗降低到4dB/km，半導(dǎo)體激光器的壽命達(dá)到106小時(shí)，各種通信系統(tǒng)出現(xiàn)。1976年，美國(guó)在亞特蘭大（Atlanta）進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，信息速率為45Mbit/s，中繼距離為10km。1980年，140Mbit/s光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長(zhǎng)途干線。

光纖通信發(fā)展由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。第一條橫跨太平洋海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。1990年，565Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用化階段，并開(kāi)始進(jìn)行波分復(fù)用（DWM）的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，陸續(xù)制定同步數(shù)字系列（SDH）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1993年，速率為622Mbit/s以下SDH產(chǎn)品開(kāi)始商用化。1995年，速率為2.5Gbit/s的SDH產(chǎn)品開(kāi)始商用化。1996年，10Gbit/s的SDH產(chǎn)品開(kāi)始商用化。1997年，用于波分復(fù)用技術(shù)的20Gbit/s和40Gbit/s的SDH產(chǎn)品試驗(yàn)取得重大突破。近年來(lái)，密集型波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)取得了較大的進(jìn)展，美國(guó)AT&T實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)已成功地研究了速率為T(mén)bit/s數(shù)量級(jí)的傳輸系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展和IP技術(shù)的應(yīng)用，光傳輸逐漸從干線傳輸普及到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)中，并廣泛應(yīng)用。

光纖通信發(fā)展數(shù)字光纖通信系統(tǒng)由光端機(jī)、光纜、中繼器和電端機(jī)組成。光端機(jī)包括光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)兩部分，光發(fā)送機(jī)實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換。電端機(jī)的作用是將低速支路電信號(hào)復(fù)用成高速信號(hào)，然后送往光端機(jī)中繼器用來(lái)對(duì)信號(hào)放大，增加光信號(hào)傳輸距離

光纖系統(tǒng)光接入網(wǎng)（OpticalAccessNetwork，OAN）就是在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)的接入技術(shù)，泛指本地交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。光接入網(wǎng)采用樹(shù)形拓?fù)?、點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、單纖雙向傳輸。光接入網(wǎng)OAN包含與同一光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）相連的多個(gè)光分配網(wǎng)（OpticalDistributionNetwork，ODN）和光網(wǎng)絡(luò)單元（OpticalNetworkUnit，ONU）。PON網(wǎng)絡(luò)的ODN是無(wú)源的，而AON的ODN是有源的。

光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)接入網(wǎng)中ODN是否含有源設(shè)備，OAN又可以劃分為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOpticalNetwork，PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（ActiveOpticalNetwork，AON）。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是指在OLT和ONU之間沒(méi)有任何有源的設(shè)備而只使用光纖等無(wú)源器件。有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）中，用有源設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如SDH環(huán)網(wǎng)）的光分配終端（Opticaldistributionterminal，ODT）代替無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，傳輸距離和容量大大增加

光接入網(wǎng)設(shè)備03PARTTHREE無(wú)線接入網(wǎng)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)豐富多樣，根據(jù)距離不同，可以組成無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)和無(wú)線廣域網(wǎng)。其中近距離的無(wú)線技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)最為活躍的部分，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)被稱作是互聯(lián)網(wǎng)的最后一公里，也稱為末梢網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)應(yīng)用的不同，其通信距離可能是幾厘米到幾百米之間，目前常用的技術(shù)主要有藍(lán)牙、ZigBee、UWB、WI-FI等。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)藍(lán)牙（Bluetooth）是一種短距離（一般10m內(nèi)）的無(wú)線通信技術(shù)。利用藍(lán)牙技術(shù)能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換，以取代原來(lái)所需的有線電纜。圖8-23藍(lán)牙耳機(jī)和藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙技術(shù)1994年，瑞典愛(ài)立信公司移動(dòng)通信部在一項(xiàng)課題研究中，確定使用無(wú)線電射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話與周圍器件之間的低成本、低功耗的無(wú)線互連，并將互連的技術(shù)規(guī)范命名為藍(lán)牙（Bluetooth）。1998年2月，由世界上最有名的5個(gè)IT產(chǎn)業(yè)公司（愛(ài)立信、Intel、IBM、東芝、諾基亞）發(fā)起組建“藍(lán)牙特殊利益小組”（SpecialInterestGroup）SIG，小組的任務(wù)是制訂藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、如何測(cè)試藍(lán)牙產(chǎn)品、協(xié)調(diào)各國(guó)藍(lán)牙技術(shù)的使用頻段。SIG于1998年5月正式成立，1999年12月，又有4家公司（3Com、微軟、摩托羅拉和朗訊）加入SIG。通常把這9個(gè)公司稱為SIG的倡議者，后來(lái)加入的其它成員被稱為SIG的響應(yīng)者。

藍(lán)牙技術(shù)由來(lái)對(duì)藍(lán)牙芯片的基本要求有：（1）在10m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信；（2）藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸速率有效值應(yīng)達(dá)到每條信道721k位/秒；（3）使用頻段2.4～2.4835GHZ；（4）要求成本低廉，價(jià)格與所取代的電纜線基本持平。近期藍(lán)牙的主要目標(biāo)是取代各種電纜連接，通過(guò)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線鏈路網(wǎng)將數(shù)字設(shè)備連成一個(gè)密不可分的整體，方便靈活、低成本、低功耗，像移動(dòng)通信那樣傳輸語(yǔ)音，像因特網(wǎng)那樣傳輸信息。長(zhǎng)遠(yuǎn)藍(lán)牙的主要目標(biāo)是占領(lǐng)家用和商用的近距離數(shù)據(jù)傳輸市場(chǎng)。

藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

藍(lán)牙技術(shù)指標(biāo)

藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)的傳輸，其最高的通信速率為1Mb/s，采用時(shí)分方式的全雙工通信，通信距離為10m左右（如果配置功率放大器可以使通信距離達(dá)到100m），其特點(diǎn)為：

成本低功耗低、體積小近距離通信安全性藍(lán)牙技術(shù)主要特點(diǎn)藍(lán)牙無(wú)線接入技術(shù)具有規(guī)模小、成本低、短距離連接等特點(diǎn)，藍(lán)牙技術(shù)主要針對(duì)三大類的應(yīng)用：話音/數(shù)據(jù)接入、外圍設(shè)備互連和個(gè)人局域網(wǎng)。應(yīng)用的領(lǐng)域包括：血氧計(jì)、血壓計(jì)、體溫計(jì)、體重秤、血糖儀、心血管活動(dòng)監(jiān)控儀、便攜式心電圖儀等等，全球大約80%以上的手機(jī)都使用了藍(lán)牙技術(shù)，車載網(wǎng)的應(yīng)用、電玩、電腦、手表、運(yùn)動(dòng)及健體、保健、汽車工業(yè)、家居電器、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)化工業(yè)等等。藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用ZigBee譯為“紫蜂”，是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。ZigBee技術(shù)研究組織是ZigBee聯(lián)盟（ZigBeeAlliance），協(xié)議是IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的WPAN協(xié)議。

ZigBee技術(shù)ZigBee名稱的由來(lái)

源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式；蜜蜂通過(guò)跳Zig-Zag形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源位置、距離和方向等資訊。2001年

8月ZigBee聯(lián)盟成立2004年12月1.0標(biāo)準(zhǔn)敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0標(biāo)準(zhǔn)并提供下載2006年12月進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修訂(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小組起IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ZigBee形成與發(fā)展20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率。最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模塊的初始成本；協(xié)議簡(jiǎn)單，免專利費(fèi)?；谘h(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms。傳輸速率低速度快、時(shí)延短網(wǎng)絡(luò)容量大安全、可靠低功耗、低成本特點(diǎn)ZigBee技術(shù)特點(diǎn)適用條件BECDA設(shè)備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小

設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊沒(méi)有充足的電源支持，只能使用一次性電池頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無(wú)法做到或者很困難用于監(jiān)測(cè)或控制且通信覆蓋較大范圍的網(wǎng)絡(luò)ZigBee技術(shù)適用條件數(shù)字家庭工業(yè)領(lǐng)域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域智能交通

ZigBee技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)路層應(yīng)用層IEEE802.15.4ZigBee聯(lián)盟

ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)

NB-IoT技術(shù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。覆蓋范圍廣終端節(jié)點(diǎn)功耗低海量連接運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低

BN-IoT技術(shù)特點(diǎn)NB-IoT具備四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力；二是具備支撐連接的能力，NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年；四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過(guò)5美元。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)智能秒表智能停車

共享單車

NB-IoT應(yīng)用智能畜牧業(yè)

LoRa（LongRangeRadio,遠(yuǎn)距離無(wú)線電）是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率廣域網(wǎng)絡(luò)）通信技術(shù)中的一種，是SEMTECH公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。這一方案為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗無(wú)線通信手段。它最大特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無(wú)線射頻通信距離擴(kuò)大3-5倍。目前，LoRa主要在ISM頻段運(yùn)行，主要包括433、868、915MHz等。

LoRa技術(shù)傳輸距離：城鎮(zhèn)可達(dá)2-5Km，郊區(qū)可達(dá)15Km。工作頻率：ISM頻段包括433、868、915MHz等。標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.15.4g。調(diào)制方式：基于擴(kuò)頻技術(shù)，線性調(diào)制擴(kuò)頻（CSS）的一個(gè)變種，具有前向糾錯(cuò)（FEC）能力，SEMTECH公司私有專利技術(shù)。容量：一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬(wàn)個(gè)LoRa節(jié)點(diǎn)。電池壽命：長(zhǎng)達(dá)10年。安全：AES128加密。傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長(zhǎng)。LoRa技術(shù)特征

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)“UWB”（ultrawideband）是超寬帶無(wú)線技術(shù)的縮寫(xiě)。UWB技術(shù)是一種使用1GHz以上帶寬的無(wú)線通信技術(shù)。雖然是無(wú)線通信，但其通信速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bit/秒以上。

UWB超寬帶技術(shù)UWB的主要技術(shù)特點(diǎn)（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單（2）高速的數(shù)據(jù)傳輸（3）功耗低（4）安全性高（5）多徑分辨能力強(qiáng)（6）定位精確。（7）工程簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜UWB技術(shù)應(yīng)用按照通信距離分大體可以分為兩類：一類是短距離高速應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到數(shù)百兆比特每秒，主要是構(gòu)建短距離高速WPAN、家庭無(wú)線多媒體網(wǎng)絡(luò)以及替代高速率短程有線連接，如無(wú)線USB和DVD，其典型的通信距離是10m；另一類是中長(zhǎng)距離（幾十米以上）低速率應(yīng)用，通常數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s，主要應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和低速率連接。同時(shí)，由于UWB技術(shù)可以利用低功耗、低復(fù)雜度的收發(fā)信機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，所以UWB技術(shù)在近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳輸數(shù)據(jù)而不會(huì)對(duì)常規(guī)窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源。基于UWB技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)有看廣泛的用途。

UWB應(yīng)用60GHz短距離無(wú)線通信技術(shù)是指通信載波為60GHz附近頻率的無(wú)線通信技術(shù)

60GHz屬于毫米波通信技術(shù)，面向PC、數(shù)字家電等應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間數(shù)Gbit/s的超高速無(wú)線傳輸。毫米波與較低頻段的微波相比，特點(diǎn)是：①可利用的頻譜范圍寬，信息容量大。②易實(shí)現(xiàn)窄波束和高增益的天線，因而分辨率高，抗干擾性好。③穿透等離子體的能力強(qiáng)。④多普勒頻移大，測(cè)速靈敏度高。60GHz原始數(shù)據(jù)的最高速度達(dá)到25000Mbit/s，而802.11n標(biāo)準(zhǔn)和UWB只能分別實(shí)現(xiàn)600Mbit/s和480Mbit/s的傳輸速度。例如：用802.11n需要近一個(gè)小時(shí)才能傳完的DVD，用60GHz則只需要15s。由于60GHz的無(wú)線頻點(diǎn)處于大氣傳播中的衰減峰值，頻段不適合長(zhǎng)距離通信（大于2km）

60GHz通信無(wú)線局域網(wǎng)WLAN是利用無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速接入以太網(wǎng)的技術(shù)。IEEE802.11制定了無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。WiFi（WirelessFidelity）是IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，是一個(gè)名為“無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA，又稱“WiFi聯(lián)盟”）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語(yǔ)。WiFi聯(lián)盟（WiFiAlliance）旨在全球范圍內(nèi)推行WiFi產(chǎn)品的兼容認(rèn)證。由于WiFi產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，人們往往把WiFi與WLAN及IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)相混淆，將它們不加區(qū)分地等同起來(lái)。

WLAN技術(shù)概述IEEE802.11是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。共同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是確保不同廠商生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互通與兼容的基礎(chǔ)，到目前為止，IEEE正式發(fā)布的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共有IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)比較見(jiàn)表8-4。

標(biāo)準(zhǔn)提出工作頻段最大速率覆蓋范圍IEEE802.111997年2.4GHz2Mbps100米IEEE802.11b1999年2.4GHz11Mbps80至100米IEEE802.11a1999年5GHz54Mbps30米IEEE802.11g2003年2.4GHz108Mbps室內(nèi)150米，室外500米IEEE802.11n2004年2.4GHz和5GHz600Mbps幾公里表8-4IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)比較

WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WLAN網(wǎng)絡(luò)由無(wú)線接入點(diǎn)（AccessPoint，AP）、無(wú)線工作站（STA）和空中端口組成。AP是WLAN的核心設(shè)備，是一種配備有WLAN適配器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備STA是WLAN的用戶設(shè)備，是一種配備有WLAN適配器的終端設(shè)備空中端口是WLAN設(shè)備的信道，可以支持單個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。WLAN網(wǎng)絡(luò)組成WLAN基本組成常見(jiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一般有一個(gè)無(wú)線站點(diǎn)充當(dāng)中心站，所有站點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)均由其控制。WLAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

WLAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?4PARTFOUR移動(dòng)通信技術(shù)1896年，伽利爾摩和波波夫幾乎同時(shí)實(shí)現(xiàn)了人類首次無(wú)線電電報(bào)通信。

1906年，美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授費(fèi)森登通過(guò)馬薩諸塞州一座128米高的無(wú)線電塔成功地進(jìn)行了人類歷史上第一次正式無(wú)線電廣播。

移動(dòng)通信技術(shù)導(dǎo)入

移動(dòng)通信(MobileCommunication)，是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式。

移動(dòng)通信系統(tǒng)包括無(wú)繩電話、無(wú)線尋呼、陸地蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信等。

移動(dòng)通信技術(shù)概述移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)移動(dòng)通信技術(shù)具有代際演進(jìn)的規(guī)律

--全球移動(dòng)通信經(jīng)過(guò)1G、2G、3G、4G和5G五個(gè)發(fā)展階段，正從5G向6G演進(jìn)

--當(dāng)前各國(guó)正在積極推進(jìn)5G技術(shù)應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為5G發(fā)展提供廣闊發(fā)展空間1G2G3G4G1980s1990s2000s2010短信社交應(yīng)用在線、互動(dòng)、游戲語(yǔ)音5G虛擬現(xiàn)實(shí)、“零”時(shí)延感知2020有好強(qiáng)爽悅移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)移動(dòng)臺(tái)(MS)基站(BS)中繼傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)通信系統(tǒng)組成用戶的移動(dòng)性。電波傳播條件復(fù)雜。噪聲和干擾嚴(yán)重。系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要求頻帶利用率高、設(shè)備性能好。移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式包括大區(qū)制和小區(qū)制。移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶多址方式分為：頻分多路訪問(wèn)、時(shí)分多路訪問(wèn)、空分多址、碼分多路訪問(wèn)。

移動(dòng)通信網(wǎng)中的基本技術(shù)模擬制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)1G代表：美國(guó)的AMPS、英國(guó)的TACS等。FirstPortable

CellularPhone

DynaTAC1983第一代移動(dòng)通信主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多路訪問(wèn)（FDMA）技術(shù)。第一代移動(dòng)通信有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和自動(dòng)漫游等。第一代移動(dòng)通信包括語(yǔ)音在內(nèi)的全數(shù)字化系統(tǒng)代表：泛歐的GSM、美國(guó)的DAMPS、IS-95CDMA2G

我國(guó)從1995年開(kāi)始建設(shè)GSM網(wǎng)絡(luò)，到2000年3月全國(guó)GSM用戶數(shù)已突破5000萬(wàn)，并實(shí)現(xiàn)了與近60個(gè)國(guó)家的國(guó)際漫游業(yè)務(wù)。2005年發(fā)展到近2.8億用戶，并超過(guò)固定電話用戶數(shù)，成為世界上最大的移動(dòng)經(jīng)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。第二代移動(dòng)通信與第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信相比，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供了更高的網(wǎng)絡(luò)容量，改善了話音質(zhì)量和保密性，并為用戶提供無(wú)縫的國(guó)際漫游。具有保密性強(qiáng)、頻譜利用率高、能提供豐富的業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)。在2G基礎(chǔ)上提供增強(qiáng)業(yè)務(wù)，如WAP代表：GPRS(GSM向WCDMA過(guò)渡)、EDGE2004V32.5G第二代移動(dòng)通信GPRSGPRS屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kb/s。移動(dòng)多媒體通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：基于GSM的WCDMA基于IS-95CDMA的CDMA2000

TD-SCDMA（我國(guó)提出的標(biāo)準(zhǔn)）提供的業(yè)務(wù)包括語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)、多媒體娛樂(lè)和全球無(wú)縫漫游等2009CLIQ3G第三代移動(dòng)通信3G通信業(yè)務(wù)應(yīng)用主要表現(xiàn)：（1）高級(jí)話音業(yè)務(wù)、（2）移動(dòng)接入互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、（3）定位業(yè)務(wù)、（4）監(jiān)測(cè)和控制業(yè)務(wù)、（5）移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)、（6）金融證券業(yè)務(wù)、（7）電視媒體廣播業(yè)務(wù)、（8）視頻社區(qū)業(yè)務(wù)。真正意義上的高速移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：FDD-LTE，TD-LTE4G第四代移動(dòng)通信4G的優(yōu)勢(shì)極強(qiáng)的信號(hào)傳播能力；極快的傳輸速度；極高的智能化水平；極靈活的通信方式；更好的兼容性、提供增值服務(wù)、高質(zhì)量通信、頻率效率高等。4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)。4G之后的延伸，具有高速率、低延時(shí)和大連接特點(diǎn)5G第五代移動(dòng)通信5G通訊設(shè)施是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是繼2G、3G和4G之后的延伸。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。5G網(wǎng)絡(luò)主要有三大特點(diǎn)：極高的速率，極大的容量，極低的時(shí)延。相對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率提升10～100倍，峰值傳輸速率達(dá)到10Gbit/s，端到端時(shí)延達(dá)到毫秒級(jí)，連接設(shè)備密度增加10～100倍，流量密度提升1000倍，頻譜效率提升5～10倍，能夠在500km/h的速度下保證用戶體驗(yàn)。如果說(shuō)前四代移動(dòng)通信的發(fā)展都是為了解決“人與人之間的連接”那么，5G就是為了解決“人與人、人與物、物與物之間的連接”，這正是萬(wàn)物互聯(lián)的核心要義。

5G的特點(diǎn)5G典型業(yè)務(wù)視頻會(huì)話視頻播放移動(dòng)在線游戲增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)云桌面實(shí)時(shí)視頻分享無(wú)線數(shù)據(jù)下載云存儲(chǔ)高清圖片上傳智能家居控制OTT消息視頻監(jiān)控車聯(lián)網(wǎng)安全駕駛05PARTFIVE量子通信量子通信導(dǎo)