物聯(lián)網(wǎng)概論模塊3

模塊3通過智慧農(nóng)業(yè)認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)人民郵電出版社目錄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讀傳感器電路原理圖和技術(shù)手冊能根據(jù)嵌入式微處理器的分類，結(jié)合需要對微處理器進(jìn)行選型能根據(jù)視頻監(jiān)控的組成部分，結(jié)合實(shí)際需求對視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行安裝掌握STM32開發(fā)環(huán)境的搭建和開發(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)測氣象監(jiān)測、大數(shù)據(jù)平臺……“未來的農(nóng)業(yè)”什么是智慧農(nóng)業(yè)？1.1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，以信息和知識為生產(chǎn)要素，通過互聯(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階段。

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級階段，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)場的各種傳感節(jié)點(diǎn)和無線通信網(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、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，并通過對其物質(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)。1.1智慧農(nóng)業(yè)概述1.2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，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測分析，對農(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)對傳感器傳回的各種信號進(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。1.2智慧農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容智能病蟲害防治：智能病蟲害防治運(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)對病蟲害發(fā)生情況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對病蟲害的在線識別和遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)對病蟲害發(fā)生趨勢的提前預(yù)測報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對病蟲害災(zāi)后狀況的智能評估分析；農(nóng)產(chǎn)品智慧物流：農(nóng)產(chǎn)品因?yàn)樵谶\(yùn)輸過程中需要保鮮、冷凍、冷藏等方式存儲，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)鏈全過程結(jié)合，實(shí)現(xiàn)冷鏈全過程的智能化監(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、銷售的過程又可分為5個(gè)環(huán)節(jié)。1.3智慧農(nóng)業(yè)案例——智慧種植：廣東江門市新會(huì)陳皮產(chǎn)業(yè)園

新會(huì)陳皮國家級現(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。1.3智慧農(nóng)業(yè)案例——智慧養(yǎng)殖：廣東清遠(yuǎn)雞養(yǎng)殖基地

雞場在集約化、規(guī)?；?、精細(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（見圖3-2）運(yùn)用無線射頻識別、傳感器、4G、Wi-Fi無線通信、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對雞場養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測與調(diào)控，對肉雞個(gè)體進(jìn)行標(biāo)識與監(jiān)控；應(yīng)用Web技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對養(yǎng)殖過程進(jìn)行精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)飼養(yǎng)、疾病防治、飼料和藥品采購檢測等養(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，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)殖過程規(guī)范化、生產(chǎn)管理數(shù)字化。1.4拓展知識——未來農(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)1.4拓展知識——未來農(nóng)業(yè)的八大“黑科技”02PARTTWO傳感器技術(shù)情景導(dǎo)入2020年紅外測溫機(jī)器人在廣州黃埔首次使用傳感器1.紅外測溫的工作原理？2.日常生活中有哪些傳感器技術(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：紅外測溫儀、壓強(qiáng)傳感器（血壓）和電學(xué)傳感器（心電圖）等。傳感器是將物理量（如溫度、壓力、光）轉(zhuǎn)化為可測量的電信號的設(shè)備。它就像人類的五官，能感知外界環(huán)境變化。

2.1傳感器概述

汽車——是傳感器俱樂部：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。里程表傳感器機(jī)油壓力傳感器倒車?yán)走_(dá)傳感器你還能舉出汽車上的哪些傳感器？

2.1傳感器概述——以汽車為例

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

它是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置，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)換精度要滿足測控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。2.2傳感器定義2.3傳感器發(fā)展趨勢向高精度方向發(fā)展向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展向微型化發(fā)展向模糊識別方向發(fā)展向智能型傳感器發(fā)展2.4傳感器分類2.5傳感器的基本特征傳感器的基本特性是指傳感器的輸入-輸出關(guān)系特性，是傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部特性表現(xiàn)。傳感器所測量的物理量基本上有兩種形式：靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)）和動(dòng)態(tài)（周期變化或瞬態(tài)）。前者的信號不隨時(shí)間變化（或變化很緩慢）；后者的信號是隨時(shí)間變化而變化的。傳感器所表現(xiàn)出來的輸入-輸出特性存在靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)物理量：溫度、壓力、質(zhì)量動(dòng)態(tài)物理量：振動(dòng)、聲音、流速傳感器的靜態(tài)特性：①測量范圍：傳感器所能測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量范圍。②量程：傳感器測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：指測量結(jié)果的可靠程度，是測量中各種誤差的綜合反映。工程技術(shù)中為簡化傳感器精度表示方法，引入精度等級概念。④線性度：指傳感器的輸出量與輸入量的關(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）：指傳感器能夠感知或檢測到的最小輸入信號增量，反映傳感器能夠分辨被測量微小變化的能力。2.6傳感器的基本特征傳感器的靜態(tài)特性(二)：⑦遲滯（Hysteresis）：也叫回程誤差，是指在相同測量條件下，對應(yīng)于同一大小的輸入信號，傳感器正（輸入量由小增大）、反（輸入量由大減?。┬谐痰妮敵鲂盘柎笮〔幌嗟鹊默F(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試時(shí)所得輸入輸出特性曲線一致的程度。⑨漂移：指傳感器在輸入量不變的情況下，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（簡稱零漂）；二是在測試過程中周圍環(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化，最常見的是溫度漂移（簡稱溫漂）。2.6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)特性是指傳感器對動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對隨時(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描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。2.6傳感器的基本特征2.7傳感器工作原理（1）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。應(yīng)變電阻式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測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，通過測量電路變成電壓輸出。輸出的電壓大小反映了被測物理量的大小。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。2.8

光電傳感器光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。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)：利用光勢壘效應(yīng)，光勢壘效應(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。2.8

光電傳感器分類光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。根據(jù)傳感器的傳輸過程一般由3部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測電路。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)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能接收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽型開關(guān)的檢測距離因?yàn)槭軅鞲衅髡w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。2.8光電傳感器工作方式2.9

超聲波傳感器超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）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)。超聲波對液體、固體的穿透能力很大，尤其是在不透明的固體中。2.10

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)檢測對象，半導(dǎo)體傳感器可分為物理傳感器（檢測對象為光、溫度、磁、壓力、濕度等）、化學(xué)傳感器（檢測對象為氣體分子、離子、有機(jī)分子等）、生物傳感器（檢測對象為生物活性物質(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)化檢測系統(tǒng)中。由于實(shí)際的被測量大多數(shù)是非電量，因而傳感器的主要工作就是將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號。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、轉(zhuǎn)換一體化。2.10

半導(dǎo)體傳感器工作原理2.10

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、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，一般被用來檢測磁場的存在、變化、方向，磁場的強(qiáng)弱以及可引起的磁場變化的物理量。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。常見的有熱電偶、熱敏電阻、熱敏二極管和熱敏晶體管等，常用來紅外線測溫等。④集成傳感器：常見的集成傳感器有開關(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。2.11

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別部分（敏感元件）和轉(zhuǎn)換部分（換能器）構(gòu)成：以分子識別部分去識別被測目標(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。分子識別部分是生物傳感器選擇性測定的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換部分是把生物活性表達(dá)的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕奈锢砘蚧瘜W(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溶液隔開。當(dāng)被測溶液中的成分透過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，并通過信號轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號。2.11

生物傳感器特點(diǎn)①操作簡單，需用樣品少，能短時(shí)間內(nèi)完成測定。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組分的分離和檢測統(tǒng)一為一體，測定時(shí)常不需另加其他試劑，使測定過程簡便迅速，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對被檢測物質(zhì)具有極好的選擇性，噪聲低。④經(jīng)固定化處理后，可保持長期生物活性，傳感器可反復(fù)使用。⑤傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀，因而便于推廣普及。課堂互動(dòng)1.如果請你設(shè)計(jì)一個(gè)“智能水杯”，需要用到哪些傳感器？2.如果請你為學(xué)校設(shè)計(jì)一個(gè)“智能校園”，你會(huì)如何利用傳感器？2.12.1

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)——連接傳感器與世界的橋梁無線傳感器網(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)被感知對象的信息，并把這些信息發(fā)送給用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是利用傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)周圍的環(huán)境，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過無線收發(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)，再通過匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到用戶端，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測。2.12.2

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(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)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3-12所示。傳感器節(jié)點(diǎn)：采集環(huán)境信息（溫度、濕度等）。匯聚節(jié)點(diǎn)：收集并處理節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。管理節(jié)點(diǎn)（用戶終端）：展示和分析數(shù)據(jù)的設(shè)備。2.12.3

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)大規(guī)模分布：覆蓋廣，節(jié)點(diǎn)密集。低功耗：以延長設(shè)備使用壽命。自組織能力：無需人工干預(yù)即可建立網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)拓?fù)洌汗?jié)點(diǎn)的加入或故障不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。感知階段：傳感器節(jié)點(diǎn)感知環(huán)境信息。數(shù)據(jù)傳輸階段：數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)。處理與分析階段：匯聚節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)，上傳至用戶終端。無線傳感器工作流程2.12.4

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)：土壤濕度監(jiān)測、病蟲害預(yù)警。環(huán)境監(jiān)測：空氣質(zhì)量、氣象監(jiān)測。智能城市：交通流量監(jiān)控、垃圾處理管理。醫(yī)療健康：可穿戴設(shè)備、病房環(huán)境監(jiān)控。課堂互動(dòng)小組討論：設(shè)計(jì)一個(gè)WSN應(yīng)用問題：如果設(shè)計(jì)一個(gè)用于森林火災(zāi)預(yù)警的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要考慮哪些因素？提示：傳感器類型（如煙霧、溫度）、節(jié)點(diǎn)布置、供電方案等。2.13拓展知識——元宇宙需要什么傳感器？元宇宙（Metaverse）是利用科技手段進(jìn)行鏈接與創(chuàng)造的，與現(xiàn)實(shí)世界映射、交互的虛擬世界，具備新型社會(huì)體系的數(shù)字生活空間。元宇宙本質(zhì)上是對現(xiàn)實(shí)世界的虛擬化、數(shù)字化過程，需要對內(nèi)容生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、用戶體驗(yàn)以及實(shí)體世界內(nèi)容等進(jìn)行大量改造。柔性傳感器是實(shí)現(xiàn)觸覺、制造“電子皮膚”的基石。柔性傳感器是指采用柔性材料制成的傳感器，具有良好的柔韌性、延展性，甚至可自由彎曲、折疊，而且結(jié)構(gòu)形式靈活多樣，可根據(jù)測量條件的要求任意布置，能夠非常方便地對復(fù)雜被測量進(jìn)行檢測。按照用途分類，柔性傳感器包括柔性壓力傳感器、柔性氣體傳感器、柔性濕度傳感器、柔性溫度傳感器、柔性應(yīng)變傳感器、柔性磁阻抗傳感器和柔性熱流量傳感器等。03PARTTHREE3S技術(shù)3.13S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、分析、存儲、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)星對地觀測系統(tǒng)特點(diǎn)：遙感（RS）：獲取大范圍、多時(shí)相的地球表面信息。地理信息系統(tǒng)（GIS）：分析和管理地理空間數(shù)據(jù)。全球定位系統(tǒng)（GPS）：精確定位目標(biāo)的地理坐標(biāo)。相互關(guān)系：GPS提供位置信息，RS獲取地表信息，GIS對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析與可視化。3S技術(shù)集成形成強(qiáng)大的地理信息處理體系。應(yīng)用場景：災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)、資源管理等。

利用現(xiàn)代儀器設(shè)備由遠(yuǎn)處感知、獲取被測物體的信息，從而對物體進(jìn)行探測和識別。廣義遙感：利用儀器設(shè)備從遠(yuǎn)處獲得被測物體的電磁波輻射特征（光，熱），力場特征（重力、磁力）和機(jī)械波特征（聲，地震），據(jù)此識別物體。狹義遙感：主要指從遠(yuǎn)距離、高空以至外層空間的平臺上，利用可見光、紅外、微波等探測器，通過攝影或掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理，從而識別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)。3.2遙感（RemoteSensing）技術(shù)01遙感的特點(diǎn)（1）探測范圍廣、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)星太陽同步衛(wèi)星長壽命(500-1000km)（3600km）短壽命(150-500km)3.2.1遙感的分類按高度分類地面遙感高塔（<300m)車船（<30m)觀測架（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）按高度分類3.2.1遙感的分類被動(dòng)方式掃描(圖像方式)非掃描非圖像方式微波輻射計(jì)地磁測量儀重力測量儀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

3.2.1遙感的分類主動(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

3.2.1遙感的分類遙感

按應(yīng)用空間尺度按研究對象資源遙感全球遙感環(huán)境遙感區(qū)域遙感城市遙感其它分類

3.2.1遙感的分類GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)：1973年12月起，美國歷經(jīng)20余年，投資300億美元，建立起來的服務(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)航及定位問題。3.3

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3.3.1

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。3.3.2

全球定位系統(tǒng)GPS主要特點(diǎn)3.3.3

GPS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3.4地理信息系統(tǒng)GIS

地理信息系統(tǒng)（GIS）是對地理空間實(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。3.4.1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（6）房地產(chǎn)開發(fā)和銷售過程中也可以利用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3.4.2地理信息系統(tǒng)應(yīng)用集成模式：RS提供地表影像數(shù)據(jù)。GPS采集精準(zhǔn)位置信息。GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、分析和展示。集成優(yōu)勢：數(shù)據(jù)更加全面。分析結(jié)果更精準(zhǔn)。提高工作效率和決策水平。3.5

3S技術(shù)的集成應(yīng)用典型應(yīng)用場景：災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警：RS檢測災(zāi)害區(qū)域，GIS分析受災(zāi)范圍，GPS定位災(zāi)害點(diǎn)。環(huán)境保護(hù)：RS監(jiān)測污染范圍，GIS繪制污染圖，GPS記錄樣本采集位置。資源開發(fā)：RS探測礦產(chǎn)分布，GIS規(guī)劃開采方案，GPS標(biāo)定礦區(qū)坐標(biāo)。用3S技術(shù)應(yīng)對洪澇災(zāi)害題目描述：某地因連續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)洪澇災(zāi)害，急需快速監(jiān)測受災(zāi)范圍、分析災(zāi)情并制定救援方案。請回答以下問題：如何利用3S技術(shù)獲取受災(zāi)區(qū)域的信息？RS、GPS和GIS的具體作用是什么？如何用GIS分析洪澇擴(kuò)散范圍？可以使用哪些GIS分析方法？如何利用3S技術(shù)制定救援計(jì)劃？如何結(jié)合GPS定位和GIS分析進(jìn)行救援路線規(guī)劃？課堂互動(dòng)1.獲取受災(zāi)區(qū)域信息RS（遙感）：利用衛(wèi)星影像監(jiān)測洪澇覆蓋范圍和受災(zāi)程度。GPS：采集關(guān)鍵位置（如避難所、重要設(shè)施）的精確坐標(biāo)。GIS：整合RS和GPS數(shù)據(jù)，建立可視化的災(zāi)害地圖。2.分析洪澇擴(kuò)散范圍地形分析：通過數(shù)字高程模型（DEM）找出低洼易積水區(qū)域。緩沖區(qū)分析：預(yù)測洪水從源頭擴(kuò)散的可能范圍。疊加分析：評估洪水對人口、建筑物和道路的影響。3.制定救援計(jì)劃GPS：實(shí)時(shí)定位救援隊(duì)伍和受災(zāi)人群。GIS：結(jié)合道路和災(zāi)情分布數(shù)據(jù)，規(guī)劃最佳救援路線。參考解答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)視的場地情況，使被監(jiān)控場地的情況一目了然，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，其利用視頻探測技術(shù)，監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場圖像。4.1視頻監(jiān)控概述視頻監(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、記錄、顯示、控制與管理5個(gè)部分，如圖所示。634.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成4.3

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654.4.1視頻監(jiān)控的主要設(shè)備——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、解碼器等組成，主要用于對設(shè)防區(qū)域進(jìn)行攝像。攝像機(jī)又分為球機(jī)、槍機(jī)、半球機(jī)、筒機(jī)，配件可包括防護(hù)罩、支架、云臺等。球機(jī)槍機(jī)半球機(jī)筒機(jī)攝像機(jī)防護(hù)罩?jǐn)z像機(jī)支架攝像機(jī)云臺66高質(zhì)量的圖像傳輸是視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵，它決定監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域、方式。

目前，在監(jiān)控系統(tǒng)中用來傳輸圖象信號的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對應(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，以便針對實(shí)際工程需要采取合適的傳輸介質(zhì)和設(shè)備。4.4.2

視頻監(jiān)控傳輸設(shè)備67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（cctv視頻信號是由分布很廣的低頻信號和高頻信號組成的）。

優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單、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4.4.2

視頻監(jiān)控傳輸設(shè)備——同軸電纜

一般來說，傳輸距離越長則信號的衰減越大，頻率越高則信號的衰減也越大。當(dāng)長距離傳輸時(shí)，由于視頻信號的高頻成分被過多地衰減而使圖像變模糊。而當(dāng)視頻信號被衰減得不足以被監(jiān)視器等視頻設(shè)備捕捉到時(shí)，圖像便不能穩(wěn)定地顯示了。4.4.3

視頻監(jiān)控中心控制設(shè)備視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)備一般都集中在控制室，一般包括視音頻放大分配器、視頻矩陣切換器、多畫面分割器、硬盤錄像機(jī)、控制鍵盤和顯示器等。視音頻信號從前端傳輸過來一般先經(jīng)視音頻放大分配器，信號在視音頻放大分配器中獲得補(bǔ)償放大并分成兩路或多路信號給視頻矩陣切換器、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。視頻監(jiān)控還可以和報(bào)警聯(lián)動(dòng)，和視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。4.5拓展知識——人工智能助力視頻監(jiān)控的發(fā)展智能監(jiān)控的特點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測并分析視頻內(nèi)容。（2）檢測異?；顒?dòng)，輔助人類判斷，優(yōu)化監(jiān)控流程。智能監(jiān)控的核心技術(shù)：（1）人臉識別：目標(biāo)人員定位與核查。（2）車牌識別：交通管理與違法追蹤。（3）語音識別：人機(jī)交互場景廣泛應(yīng)用。（4）表情識別：情緒分析助力個(gè)性化推薦。（5）年齡識別：精準(zhǔn)營銷與用戶畫像構(gòu)建。潛在優(yōu)勢與挑戰(zhàn)：（1）優(yōu)勢：安全性提升、效率優(yōu)化、商業(yè)化加速。（2）挑戰(zhàn)：隱私問題與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的平衡。05PARTFIVE嵌入式系統(tǒng)情景導(dǎo)入智能手環(huán)、智能手表智能眼鏡、VR頭顯

……智能設(shè)備層出不窮（1）嵌入式系統(tǒng)是什么？（2）嵌入式系統(tǒng)由什么組成？5.1

嵌入式系統(tǒng)——常見的Linux開發(fā)板

5.1

嵌入式系統(tǒng)——智能手表

5.2

嵌入式系統(tǒng)概述——定義

關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的定義有很多，較通俗的定義是指嵌入對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）對嵌入式系統(tǒng)的定義是：“嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和工廠運(yùn)行的裝置”。該定義是從應(yīng)用的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)是一種完成特定功能的裝置，該裝置能夠在沒有人工干預(yù)的情況下獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。我國對嵌入式系統(tǒng)定義為：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求（功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等）靈活裁剪軟硬件模塊的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

專用性強(qiáng)：為特定用戶群設(shè)計(jì)，面向特定應(yīng)用場景。小型化：高度集成，易于嵌入目標(biāo)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)性好：對生產(chǎn)控制、通信等實(shí)時(shí)響應(yīng)要求高?？刹眉粜院茫河布蛙浖`活可裁剪，性能優(yōu)化。可靠性高：適應(yīng)惡劣環(huán)境，任務(wù)涉及安全與機(jī)密。功耗低：滿足便攜設(shè)備低功耗需求。依賴開發(fā)平臺：需借助通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行開發(fā)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)：優(yōu)化資源利用，提升性能與效率。5.3嵌入式系統(tǒng)——特點(diǎn)工業(yè)控制應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、電力系統(tǒng)、石油化工等領(lǐng)域，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。交通管理GPS導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測等。廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸行業(yè)和車輛定位。信息家電智能化冰箱、空調(diào)等家電，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，引領(lǐng)智能家居生活。家庭智能管理智能水表、電表、防火防盜系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與更高效的安全管理。公交通信與購物系統(tǒng)無接觸智能卡、電話卡、自動(dòng)售貨機(jī)等智能終端，提升便捷支付體驗(yàn)。環(huán)境與自然監(jiān)測水文監(jiān)測、防洪、水土監(jiān)測、堤壩安全等無人監(jiān)測系統(tǒng)。機(jī)器人微型化、高智能化機(jī)器人在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。5.4嵌入式系統(tǒng)——在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成，組成結(jié)構(gòu)如圖所示。5.5嵌入式系統(tǒng)的組成5.5嵌入式系統(tǒng)的組成軟件部分對于使用操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)來說，嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)一般包含3個(gè)層面：應(yīng)用層、OS層、驅(qū)動(dòng)層。對于功能簡單僅包括應(yīng)用程序的嵌入式系統(tǒng)一般不使用操作系統(tǒng)，僅有應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。硬件部分嵌入式系統(tǒng)基本硬件架構(gòu)主要包括處理器、外圍電路及接口和外部設(shè)備三大部分。其中外圍電路一般包括時(shí)鐘、復(fù)位電路、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和電源模塊等部件。外部設(shè)備一般應(yīng)配有USB、顯示器、鍵盤和其他設(shè)備等及接口電路。硬件架構(gòu)的核心部件是微處理器，在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲器電路（ROM和RAM等），就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊。5.6嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式普通微處理器功能類似普通微處理器，具有小體積、低功耗、低成本、高可靠性。主要型號：ARM、PowerPC、Motorola68000系列等。嵌入式微控制器集成計(jì)算機(jī)主要硬件于一塊芯片，含ROM、RAM、總線、計(jì)時(shí)器、I/O接口等。嵌入式數(shù)字信號處理器（DSP）專用于信號處理，支持?jǐn)?shù)據(jù)/程序分離、硬件乘法器、流水線操作及DSP指令。嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）集成多個(gè)功能模塊，適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電路板系統(tǒng)。按字長分類微處理器按字長分為：4位、8位、16位、32位、64位。5.7嵌入式系統(tǒng)的典型代表——ARM處理器ARM處理器因其低功耗、高性能、廣泛適配性等特點(diǎn)，成為嵌入式系統(tǒng)的典型代表1.低功耗設(shè)計(jì)ARM處理器以低功耗著稱，非常適合嵌入式設(shè)備的移動(dòng)和便攜要求，如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等。2.高性能與低成本ARM架構(gòu)在提供高性能的同時(shí)保持較低的成本，滿足嵌入式系統(tǒng)對性價(jià)比的需求。3.靈活性和擴(kuò)展性ARM采用模塊化設(shè)計(jì)，支持定制化，方便開發(fā)者按不同需求選擇功能模塊，從而優(yōu)化性能和功耗。4.廣泛的生態(tài)系統(tǒng)支持ARM架構(gòu)在全球得到了廣泛的支持，擁有豐富的軟件、工具鏈以及第三方支持，開發(fā)效率高。5.應(yīng)用廣泛消費(fèi)電子：智能手機(jī)、平板電腦、智能電視。工業(yè)控制：傳感器、工業(yè)機(jī)器人。汽車電子：車載信息娛樂系統(tǒng)、ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）：智能家居設(shè)備、可穿