測控系統(tǒng)概念

1.1測控系統(tǒng)的概念

第一章測為根底，以傳輸途徑，以處理為手段，以掌握為目的的閉環(huán)系統(tǒng)。由四個(gè)局部構(gòu)成：〔傳感技術(shù)、檢測技術(shù)〕〔人工智能、模式識(shí)別〕〔有線、無線通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)〕信息掌握局部：掌握信息〔現(xiàn)代掌握技術(shù)〕測控系統(tǒng)的根本特點(diǎn)設(shè)備軟件化：簡化硬件、縮小體積、降低功耗、提高牢靠性。過程智能化：以計(jì)算技術(shù)和人工智能為核心。高度敏捷性：實(shí)現(xiàn)組態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化、分布式。高度實(shí)時(shí)性：采集、傳輸、處理、掌握高速化。高度可視性：圖形編程、三維技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)。測控一體化：測量、掌握、治理。二、測控系統(tǒng)的分類和組成〔ppt圖10頁〕1.檢測系統(tǒng)號的檢測、處理、記錄和顯示為目的的系統(tǒng)。掌握系統(tǒng)以通用計(jì)算機(jī)或嵌入式計(jì)算系統(tǒng)為核心，單純以實(shí)現(xiàn)掌握為目的的系統(tǒng)。測控系統(tǒng)為目的的系統(tǒng)局域分布式測控系統(tǒng)測、傳輸、處理和掌握為目的的系統(tǒng)廣域分布式測控系統(tǒng)測、傳輸、處理和掌握為目的的系統(tǒng)四、測控技術(shù)的進(jìn)展方向微型化：向微機(jī)電系統(tǒng)方向進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)化：向無線網(wǎng)、自組織網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)方向進(jìn)展智能化：向人工智能化方向進(jìn)展測控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化有線測控網(wǎng)絡(luò)工業(yè)總線、局域網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)無線測控網(wǎng)絡(luò)ADhoc自組織網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)混合測控網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)MEMS器件的封裝要求

其次章封裝應(yīng)對傳感器芯片供給一個(gè)或多個(gè)環(huán)境通路(接口)；封裝給傳感器帶來的應(yīng)力要盡可能的?。环庋b與封裝材料不應(yīng)對應(yīng)用環(huán)境造成不良影響；封裝應(yīng)保護(hù)傳感器及其電子器件免遭不利環(huán)境的影響；封裝必需供給與外界的通道。MEMS的爭論領(lǐng)域爭論可以分為理論根底、技術(shù)根底〔有內(nèi)容〕以及應(yīng)用領(lǐng)域3個(gè)主要組成局部。應(yīng)用領(lǐng)域微傳感器、微致動(dòng)器是構(gòu)成微機(jī)電系統(tǒng)的根底。1微傳感器微傳感器是MEMS最重要的組成局部。2.微致動(dòng)器電子式能量轉(zhuǎn)換器之一，其功能是將電能轉(zhuǎn)換成物理量。微致動(dòng)器主要種類有:微機(jī)電、微開關(guān)、微諧振器、微閥門和微泵等。微執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)力主要有靜電、壓力、電磁和熱。MEMS的設(shè)計(jì)技術(shù)是嚴(yán)密結(jié)合在一起的，是一種自上而下的方法。微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)主要是設(shè)計(jì)方法的爭論，其中計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)〔CAD〕是微系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工具。MEMS的測量技術(shù)涉及幾何量、力學(xué)量、電磁量、光學(xué)量和聲學(xué)量的檢測。MEMS用材料性能測試；包括MEMS用構(gòu)造與功能材料性能的測試，應(yīng)爭論的方向包括：評估方法懷標(biāo)準(zhǔn)，功能材料專項(xiàng)性能測試技術(shù)，關(guān)鍵功能材料性能測試儀器與手段。MEMS產(chǎn)品加工過程參數(shù)測試；械特性測試技術(shù)，外表膜構(gòu)造與性能測試技術(shù)。MEMS芯片根本功能測試。學(xué)特性測試技術(shù)、微機(jī)械構(gòu)造分析技術(shù)等專用測試技術(shù)。MEMS的加工〔及后面思考題〕制作MEMS的技術(shù)主要有三種。器，再利用小機(jī)器制造出微機(jī)器的方法；其次種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對硅材料進(jìn)展加工，形成硅基MEMS器件；第三種是以德國為代表的LIGA(LIGA 是德文Lithograpie－光刻、)X射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和鑄塑形成深層微構(gòu)造的方法。MEMSLIGALIGA技術(shù)也是一種比較重MEMS加工技術(shù)。2.1.9MEMS進(jìn)展的趨勢爭論方向多樣化加工工藝多樣化系統(tǒng)單片集成化MEMS器件芯片制造與封裝統(tǒng)一考慮件，比較脆弱，在封裝前不利于運(yùn)輸?！?〕一般商業(yè)應(yīng)用低性能MEMS器件與高性能特別用途如航空、航天、軍事用MEMS器件并存思考題簡述MEMS的含義與特征。MEMS的含義微型機(jī)械〔Micromachine,〕或稱微型機(jī)電系統(tǒng)〔MicroElectro-MechanicalSystems,美國慣用詞〕或微型系統(tǒng)〔Microsystems,歐洲慣用詞。MEMSMicroElectroMechanicalSystems的縮寫。即微機(jī)電系統(tǒng),它是在微電子技術(shù)的根底上進(jìn)展起來的，融合了硅微加工、LIGA技術(shù)和周密機(jī)械加掌握的電路。它是指可以批量制作的集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理1nm～10mm.加在MEMS中:微傳感器是將外部的力、熱、聲、光、化學(xué)等信息轉(zhuǎn)化,并傳給處理電路;,并對微執(zhí)行器發(fā)出指令;微執(zhí)行器依據(jù)指令對外部發(fā)生動(dòng)作。MEMS的特征MEMS的制作主要基于兩大技術(shù)：IC技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)。與傳統(tǒng)的微電子和機(jī)械加工技術(shù)相比，MEMS技術(shù)具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：微型化MEMS技術(shù)已經(jīng)到達(dá)微米乃至亞微米量級，利用MEMS技術(shù)制作的器件具集成化IC一起集成為更簡單的微系統(tǒng)。以硅為根本材料量與鐵相當(dāng)，密度同鋁，僅為鋼的三分之一，熱傳導(dǎo)率接近銅和鎢。生產(chǎn)本錢低在一個(gè)硅片上可同時(shí)制作出成千上萬的微型部件或MEMS，制作本錢大幅度下降，有利于批量生產(chǎn)。MEMS加工技術(shù)MEMS與微電子系統(tǒng)比較，區(qū)分在于其包含有微傳感器、微執(zhí)行器、微作用MEMS的加工技術(shù)微機(jī)械加工技術(shù)和非硅基微機(jī)械加工技術(shù)。1硅基微機(jī)械加工技術(shù)工、復(fù)合微機(jī)械加工。LIGA加工技術(shù)最大優(yōu)勢(2)用材廣泛(3)由于承受微復(fù)制技術(shù)，可降低本錢，進(jìn)展批量生產(chǎn)。激光微機(jī)械加工技術(shù)ME．MS加工技術(shù)進(jìn)展的方向。紫外線厚膠腐蝕技術(shù)；MEMS封裝特點(diǎn)雖然MEMSMEMS不受外部環(huán)境的干擾和腐蝕破壞；而對于MEMS封裝來說，除了要具備以上功能以外，更重要的是MEMS器件要和測試環(huán)境之間形成一個(gè)接觸界面而獵取非電信號，有承受各方面環(huán)境影響的力量MEMS封裝方法〔有圖〕晶片級封裝方法單芯片封裝方法①倒裝片封裝裝在一起②微球柵陳設(shè)(ILBGA)球柵陳設(shè)封裝是利用球狀焊盤作為連接點(diǎn)進(jìn)展外表安裝的芯片封裝技術(shù)。多芯片模塊與微系統(tǒng)封裝方法第三章所謂無線網(wǎng)絡(luò)，就是利用無線電波作為信息傳輸?shù)拿浇闃?gòu)成的無線局域網(wǎng)〔WLA，什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN-WirelessSensorNetworks根底信息處理技術(shù)1成，通過無線通信方式形成一個(gè)多跳的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2：并公布給觀看者。傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)根本要素：傳感器，感知對象，觀看者傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本功能傳統(tǒng)感知方法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(jì)算力量現(xiàn)代感知方法傳感器網(wǎng)絡(luò)掩蓋感知對象區(qū)域每個(gè)傳感器完成其接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(wù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造sink-會(huì)聚點(diǎn)sensornode傳感器節(jié)點(diǎn)sensorfield監(jiān)測區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)功能：采集、處理、掌握和通信等網(wǎng)絡(luò)功能：兼顧節(jié)點(diǎn)和路由器資源受限：存儲(chǔ)、計(jì)算、通信、能量Sink節(jié)點(diǎn)功能：連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議棧之特點(diǎn)：連續(xù)供電、功能強(qiáng)、數(shù)量少等現(xiàn)代微型傳感器感知力量＋計(jì)算力量＋通信力量體積小能耗小傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器模塊：信息采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器模塊：掌握、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無線通訊模塊：無線通信，交換掌握信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)：地理區(qū)域大；部署密集提高信噪比；提高監(jiān)測精度；增加容錯(cuò)性；削減盲區(qū)自組織網(wǎng)絡(luò)：不確定性；拓?fù)錁?gòu)造變化資源受限：計(jì)算、存儲(chǔ)、通訊、能量動(dòng)態(tài)拓?fù)洌汗?jié)點(diǎn)故障；通訊故障；移動(dòng)性；節(jié)點(diǎn)參加牢靠網(wǎng)絡(luò)：適應(yīng)環(huán)境條件；魯棒性、容錯(cuò)性應(yīng)用相關(guān)：沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺(tái)以數(shù)據(jù)為中心電源能量有限通信力量有限計(jì)算和存儲(chǔ)力量有限adhoc的不同〔圖可能選擇〕WSN結(jié)點(diǎn)數(shù)量更為浩大多數(shù)節(jié)點(diǎn)為靜止節(jié)點(diǎn)分布更為密集能量約束結(jié)點(diǎn)更簡潔出錯(cuò)拓?fù)錁?gòu)造變化頻繁Adhoc幾十至上百個(gè)節(jié)點(diǎn)局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)全移動(dòng)構(gòu)造變化〔移動(dòng)〕能量可連續(xù)供給點(diǎn)到點(diǎn)通信通信力量有限〔1到10〕節(jié)點(diǎn)帶寬窄，而且常常變化而且常常變化多源、多跳是主要通信方式多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)向一個(gè)目標(biāo)傳送信息節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、斷接頻繁在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)頻繁節(jié)點(diǎn)間通信的斷接頻繁，導(dǎo)致通信失敗.境的影響,因此傳感器可能會(huì)長時(shí)間脫離網(wǎng)絡(luò),離線工作電源能量有限傳感器的電源能量極其有限由于電源能量的緣由常常失效或廢棄電源能量約束是傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的障礙現(xiàn)有電源部件不能滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的需要傳感器傳輸信息比執(zhí)行計(jì)算更消耗電能13000條計(jì)算指令計(jì)算力量有限力量傳感器數(shù)量大、分布范圍廣甚至更多傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很大區(qū)域，也可以分布在險(xiǎn)惡環(huán)境下護(hù)大規(guī)模分布式觸發(fā)器很多傳感器網(wǎng)絡(luò)需要對感知對象進(jìn)展掌握〔如溫度掌握〕傳感器需要配備回控裝置和掌握軟件感知數(shù)據(jù)流無限傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)傳感器都產(chǎn)生無限的流式數(shù)據(jù)，并具有實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)流以數(shù)據(jù)為中心傳感器網(wǎng)絡(luò)不是通常的網(wǎng)絡(luò)用戶感興趣的是數(shù)據(jù)而不是網(wǎng)絡(luò)和傳感器硬件傳感器網(wǎng)絡(luò)不是以地址為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議?！?〕能源治理平臺(tái)：治理傳感器節(jié)點(diǎn)如何使用能量；移動(dòng)治理平臺(tái)：跟蹤它的鄰居；任務(wù)治理平臺(tái)：傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層〔1〕傳輸媒體建議承受ISM〔工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)〕頻段短距離的無線低功率通信最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)紅外不需要許可證，抗干擾要求收發(fā)雙方在視線之內(nèi)光不排解用光作為通信媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層〔2〕頻率選擇，載頻發(fā)生，信號檢測，調(diào)制，數(shù)據(jù)加密信號傳播傳播信號需要的最小發(fā)送功率和傳輸距離d的n次〔 比，2<=n<4.為了減小傳輸距離，傳感器網(wǎng)絡(luò)承受多跳〔multihop〕通信方式傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的功能〔1〕功能無線信道的使用 建立傳感器網(wǎng)絡(luò)的根底構(gòu)造考慮因素節(jié)約能量可擴(kuò)展性目前普遍認(rèn)為這三個(gè)方面的重要性依次遞減WSN路由協(xié)議〔1〕已有網(wǎng)絡(luò)－adhoc、蜂窩主要目標(biāo)－通信效勞質(zhì)量帶寬利用率傳感器網(wǎng)絡(luò)主要目標(biāo)－高效使用能源延長網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生存期特點(diǎn)〔2〕基于局部拓?fù)湫畔?shù)據(jù)為中心〔不知道目的節(jié)點(diǎn)的編號，甚至向哪個(gè)區(qū)域〕要求協(xié)議簡潔|開銷小|節(jié)約能量/均衡消耗〕可擴(kuò)展性〔網(wǎng)絡(luò)范圍/節(jié)點(diǎn)密度〕節(jié)點(diǎn)變化|拓?fù)渥兓晨焖偈諗啃阅芰扛兄酚伞?〕能量路由/能量多路徑路由查詢路由(DD)/謠傳路由地理路由GPRS/GEAR/GEM/邊界定位路由牢靠路由ReInform/SPEED/多路徑路由WSN傳輸層〔1〕能是必要的目前關(guān)于傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層機(jī)制和協(xié)議的建議很少存在的問題硬件的限制〔例如有限的電能和存儲(chǔ)量〕使傳感器節(jié)點(diǎn)不能像Internet中的效勞器那樣存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)TCP的應(yīng)答方式開銷太大UDPInternet和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中使用TCP/UDP協(xié)議一種TCP分段〔TCPsplitting〕的方法可能使傳感器網(wǎng)絡(luò)和其它網(wǎng)絡(luò)〔如WSN應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議還處于探究階段三種可能的應(yīng)用層協(xié)議傳感器治理協(xié)議Sensormanagementprotocol(SMP)任務(wù)安排和數(shù)據(jù)通告協(xié)議taskassignmentanddataadvertisementprotocol(TADAP)傳感器詢問和數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議Sensorqueryanddatadisseminationprotocol(SQDDP)WSN時(shí)間同步〔1〕定位是傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本功能泛在網(wǎng)的概念

第四章〔2〕泛在網(wǎng)UbiquitousNetwork人與物、物與物之間按需進(jìn)展的信息獵取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策、使用等效勞，網(wǎng)絡(luò)具有超強(qiáng)的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及其智能性，為個(gè)人和社會(huì)供給泛在的、無所不含的信息效勞和應(yīng)用。簡言之:人與物之間協(xié)同和泛在信息效勞和應(yīng)用，協(xié)同和泛在是其核心。幾種網(wǎng)的區(qū)分泛在網(wǎng)〔UbiquitousNetwork〕是指基于個(gè)人和社會(huì)的需求，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)展物聯(lián)網(wǎng)〔InternetofThings〕各種信息傳感設(shè)備〔如傳感器、RFID、二維碼、短距離無線通信技術(shù)、移動(dòng)通信模塊等，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理，從而實(shí)現(xiàn)廣域或大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的互聯(lián)。傳感器網(wǎng)〔SensorNetwork〕是指利用各種傳感器〔收集光、電、溫度、濕度、壓力等信息〕加上中低,是由多個(gè)具有有線/無線通信與或小范圍物與物之間的信息交換。無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)的關(guān)系三種網(wǎng)的爭論進(jìn)展普適計(jì)算的概念普適計(jì)算又稱普存計(jì)算、普及計(jì)算〔英文叫pervasivecomputing或者Ubiquitouscomputing〕普適計(jì)算概念強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線裡消逝。