物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和標(biāo)識(shí)

第3章物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與標(biāo)識(shí)

嵌入式系統(tǒng)3.1傳感器3.2RFID

3.3第1頁(yè)3.1嵌入式系統(tǒng)3.1.1嵌入式系統(tǒng)概念3.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用3.1.3嵌入式系統(tǒng)組成第2頁(yè)嵌入式系統(tǒng)被描述為：以應(yīng)用為中心，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功效、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格綜合性需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。嵌入式操作系統(tǒng)位于硬件和應(yīng)用軟件之間，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)服務(wù)，是嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵和靈魂。第3頁(yè)3.1.1嵌入式系統(tǒng)概念

依據(jù)IEEE定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行裝置”。這主要是從應(yīng)用上加以定義，從中能夠看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件綜合體。第4頁(yè)不過(guò)上述定義并不能充分表達(dá)出嵌入式系統(tǒng)精華，當(dāng)前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功效、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第5頁(yè)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于PC中BIOS工作方式，含有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，尤其適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨(dú)立工作“器件”。我們可從以下幾方面來(lái)了解上述嵌入式系統(tǒng)定義。第6頁(yè)（1）嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合，它含有很強(qiáng)專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理裁剪利用。嵌入式系統(tǒng)和詳細(xì)應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它升級(jí)換代也是和詳細(xì)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行，所以嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，含有較長(zhǎng)生命周期。第7頁(yè)（2）嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)詳細(xì)應(yīng)用相結(jié)合后產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必定是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不停創(chuàng)新知識(shí)集成系統(tǒng)。第8頁(yè)（3）嵌入式系統(tǒng)必須依據(jù)應(yīng)用需求對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)功效、可靠性、成本、體積等要求。為了提升執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中軟件普通都固化在存放器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存放于磁盤等載體中。第9頁(yè)

（4）嵌入式系統(tǒng)本身不具備自主開(kāi)發(fā)能力，設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對(duì)其中程序功效進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。實(shí)際上，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起含有嵌入式特點(diǎn)控制系統(tǒng)都能夠叫嵌入式系統(tǒng)?，F(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時(shí)，某種程度上指近些年比較熱門含有操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)。

第10頁(yè)3.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年歷史了，嵌入式技術(shù)也歷經(jīng)了幾個(gè)發(fā)展階段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，以計(jì)算機(jī)和軟件為關(guān)鍵數(shù)字化技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，不但廣泛滲透到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且深入到家電、娛樂(lè)、藝術(shù)、社會(huì)文化等各個(gè)領(lǐng)域，掀起了一場(chǎng)數(shù)字化技術(shù)革命。縱觀嵌入式技術(shù)發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下4個(gè)階段。第11頁(yè)

（1）第一階段是以單芯片為關(guān)鍵可編程控制器形式系統(tǒng)，同時(shí)含有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合功效。這種系統(tǒng)普通沒(méi)有操作系統(tǒng)支持，經(jīng)過(guò)匯編語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。這一階段系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功效都相對(duì)單一；處理效率較低；存放容量較??；幾乎沒(méi)有用戶接口。第12頁(yè)（2）第二階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為關(guān)鍵嵌入式系統(tǒng)。這一階段系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開(kāi)銷小，效率高；操作系統(tǒng)含有一定兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序運(yùn)行。第13頁(yè)

（3）第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志嵌入式系統(tǒng)。這一階段系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不一樣類型微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，而且含有高度模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功效；含有大量應(yīng)用程序接口（API），開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。第14頁(yè)

（4）第四階段是以基于Internet為標(biāo)志嵌入式系統(tǒng)，這是一個(gè)正在快速發(fā)展階段。當(dāng)前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，但伴隨Internet發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益親密，嵌入式設(shè)備與Internet結(jié)合代表著嵌入式技術(shù)真正未來(lái)，也為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第15頁(yè)

早期嵌入式系統(tǒng)只是為了實(shí)現(xiàn)一些特定功效，使用一個(gè)循環(huán)控制程序?qū)ν饨缯?qǐng)求進(jìn)行處理。不可否定，這對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)而言是足夠，不過(guò)當(dāng)我們系統(tǒng)變得日漸復(fù)雜龐大時(shí)候，假如要增添一項(xiàng)功效時(shí)候，很可能不得不重新進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這無(wú)疑會(huì)增加開(kāi)發(fā)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。使用這種方式開(kāi)發(fā)規(guī)模較大、功效復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)是不可想象。

第16頁(yè)20世紀(jì)80年代早期嵌入式操作系統(tǒng)出現(xiàn)使得快速便捷地開(kāi)發(fā)規(guī)模較大嵌入式系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，自這一時(shí)期開(kāi)始就出現(xiàn)了各種各樣商用嵌入式操作系統(tǒng)，從而形成了當(dāng)前各種形式商用嵌入式操作系統(tǒng)百家爭(zhēng)鳴局面。基于嵌入式操作系統(tǒng)之上系統(tǒng)才能夠真正符合嵌入式系統(tǒng)定義中軟件可裁剪、功效可擴(kuò)展、高可靠性等特征。第17頁(yè)后PC時(shí)代是一個(gè)真實(shí)階段，而且是一個(gè)能夠預(yù)測(cè)時(shí)代。嵌入式系統(tǒng)就是與這一時(shí)代緊密相關(guān)產(chǎn)物，它將拉近人與計(jì)算機(jī)距離，形成一個(gè)人機(jī)友好工作與生活環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了各種通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第18頁(yè)嵌入式系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)詳細(xì)應(yīng)用相結(jié)合后產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必定是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不停創(chuàng)新知識(shí)集成系統(tǒng)。第19頁(yè)

縱觀嵌入式系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程，能夠看出嵌入式系統(tǒng)由簡(jiǎn)單無(wú)操作系統(tǒng)循環(huán)控制程序向含有強(qiáng)大功效基于操作系統(tǒng)方向發(fā)展，從獨(dú)立系統(tǒng)向基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展。在近期物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，智能傳感器芯片技術(shù)和嵌入式軟件技術(shù)是兩個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，這與嵌入式系統(tǒng)發(fā)展更是息息相關(guān)，面向應(yīng)用SoC芯片和嵌入式軟件是未來(lái)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展重點(diǎn)。第20頁(yè)

簡(jiǎn)單講，物聯(lián)網(wǎng)是物與物、人與物之間信息傳遞與控制，能夠了解為以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)智能終端網(wǎng)絡(luò)化。有些人認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)就是基于互聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)。從另一個(gè)角度也能夠說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生是嵌入式系統(tǒng)高速發(fā)展必定產(chǎn)物，更多嵌入式智能終端產(chǎn)品有了聯(lián)網(wǎng)需求，催生了物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念。第21頁(yè)當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)中開(kāi)始應(yīng)用，比如MSP430單片機(jī)上開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)無(wú)線抄表模塊、基于ARM/Linux開(kāi)發(fā)平臺(tái)和各種家庭傳感單元實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層次愈加豐富和復(fù)雜，物聯(lián)網(wǎng)將成為嵌入式系統(tǒng)新應(yīng)用領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)將成為基礎(chǔ)性物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。第22頁(yè)3.1.3嵌入式系統(tǒng)組成

嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件和硬件綜合體，可涵蓋機(jī)械或從屬裝置，所以嵌入式系統(tǒng)能夠籠統(tǒng)地分為硬件和軟件兩部分。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分，嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架能夠分成4個(gè)部分：處理器、存放器、輸入輸出（I/O）和軟件，如圖3-1所表示。第23頁(yè)圖3-1嵌入式系統(tǒng)組成第24頁(yè)

嵌入式系統(tǒng)硬件部分包含處理器/微處理器、存放器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于普通計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量存放介質(zhì)，而大多使用EPROM、EEPROM或閃存（FlashMemory）作為存放介質(zhì)。第25頁(yè)

嵌入式系統(tǒng)軟件部分包含操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件決定了系統(tǒng)運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用軟件與系統(tǒng)硬件交互。多數(shù)嵌入式設(shè)備應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合，這也是嵌入式系統(tǒng)和通用PC系統(tǒng)主要區(qū)分之一。下面分別介紹嵌入式處理器與嵌入式操作系統(tǒng)。第26頁(yè)1．嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)由軟件和硬件兩個(gè)部分組成，從硬件角度來(lái)說(shuō)，嵌入式處理器是嵌入式硬件中最關(guān)鍵部分。第27頁(yè)嵌入式處理器與通用型處理器最大不一樣是嵌入式處理器大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，它通常都含有功耗低、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用處理器中許多由板卡完成任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于扁平化，增強(qiáng)了設(shè)備可移動(dòng)性能，和網(wǎng)絡(luò)耦合也越來(lái)越緊密。第28頁(yè)區(qū)分嵌入式處理器一個(gè)主要指標(biāo)就是“位數(shù)”，即處理器處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)寬度。全世界嵌入式處理器品種總量已經(jīng)超出1000種，除了按位數(shù)來(lái)劃分外，當(dāng)前業(yè)界相關(guān)嵌入式處理器分類主要有：嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）、嵌入式微處理器（MPU）、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）幾類。第29頁(yè)

嵌入式微控制器經(jīng)典代表是單片機(jī)，單片機(jī)將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器普通以某一個(gè)微處理器內(nèi)核為關(guān)鍵，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM/EEPROM、RAM、總線、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM等各種必要功效和外設(shè)。（1）嵌入式微控制器第30頁(yè)微控制器是當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)主流之一。嵌入式微控制器當(dāng)前品種和數(shù)量最多，比較有代表性包含8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外還有如支持USB接口MCU8XC930/931、C540、C541，支持CAN-Bus等眾多專用MCU和兼容系列。第31頁(yè)嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中CPU演變而來(lái)。它特征是含有32位或以上位寬，含有較高性能，當(dāng)然其價(jià)格也對(duì)應(yīng)較高。但與計(jì)算機(jī)處理器不一樣是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)功效硬件，去除其它冗余功效部分，這么就以最低功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用特殊要求。和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器含有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。（2）嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）

第32頁(yè)當(dāng)前主要嵌入式微處理器類型有以下幾個(gè)。①ARM/StrongARM②MIPS③68K/ColdFire④PowerPC第33頁(yè)

DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面處理器，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理（DigitalSignalProcessing，DSP）算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面數(shù)字信號(hào)處理算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)過(guò)渡到采取嵌入式DSP處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）

第34頁(yè)片上系統(tǒng)（SoC）最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)軟硬件無(wú)縫結(jié)合，操作系統(tǒng)代碼模塊能夠直接嵌入處處理器芯片上。各種通用處理器內(nèi)核將作為SoC設(shè)計(jì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計(jì)中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器件，用標(biāo)準(zhǔn)VHDL等語(yǔ)言描述，存放在器件庫(kù)中。

（4）嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）第35頁(yè)2．嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)中軟件部分關(guān)鍵內(nèi)容。其本質(zhì)上也是一個(gè)操作系統(tǒng)，但又與普通操作系統(tǒng)有著一定差異。嵌入式操作系統(tǒng)普通都是依據(jù)客戶需求來(lái)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)專業(yè)特定功效，普通來(lái)說(shuō)，嵌入式操作系統(tǒng)功效是控制系統(tǒng)負(fù)載和監(jiān)控應(yīng)用程序。到當(dāng)前為止，各種各樣嵌入式操作系統(tǒng)可能有幾百種，以下就簡(jiǎn)單列舉最慣用幾個(gè)。第36頁(yè)（1）VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)（2）

CLinux（3）紅旗嵌入式Linux（4）RT-Linux（5）Symbian（6）WindowsCE（7）Palm第37頁(yè)3.2傳感器3.2.1傳感器概述3.2.2傳感器分類3.2.3傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用第38頁(yè)3.2.1傳感器概述

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》中定義傳感器為：“能感受（或響應(yīng)）要求被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出器件或裝置”。作為一個(gè)檢測(cè)裝置，傳感器能感受到各種物理量、化學(xué)量、生物量或狀態(tài)量等被測(cè)量信息，并能將檢測(cè)到信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其它所需形式信息輸出，以滿足信息傳輸、處理、存放、顯示、統(tǒng)計(jì)和控制等要求。第39頁(yè)傳感器組成主要組成部分敏感元件：直接感受被測(cè)量對(duì)象（普通為非電量），并輸出與被測(cè)量對(duì)象成確定關(guān)系其它量（普通為電量）元件

轉(zhuǎn)換元件：又稱傳感元件，普通情況下，它不直接感受被測(cè)量，而是將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為電量輸出信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路：把傳感元件輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、統(tǒng)計(jì)、處理和控制有用電信號(hào)電路第40頁(yè)傳感器組成圖以下：圖3-2傳感器組成傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域與國(guó)防領(lǐng)域。當(dāng)前傳感器正在向高精度、小型化、集成化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，并伴隨物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用將受到深入重視。第41頁(yè)（1）按工作原理分類，如表3-1所表示3.2.2傳感器分類

變

換

原

理傳感器舉例變電阻電位器式、應(yīng)變式、壓阻式、光敏式、熱敏式變磁阻電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式變電容電容式、濕敏式變諧振頻率振動(dòng)膜式變電荷壓電式變電勢(shì)霍爾式、感應(yīng)式、熱電偶式表3-1傳感器按工作原理分類表第42頁(yè)（2）按被測(cè)量對(duì)象分類，如表3-2所表示基本被測(cè)量派生被測(cè)量基本被測(cè)量派生被測(cè)量熱工量溫度，熱量，比熱，壓力，壓差，真空度，流量，流速，風(fēng)速物理量粘度，溫度，密度化學(xué)量

氣體（液體）化學(xué)成份，濃度，鹽度機(jī)械量位移，尺寸，形狀，力，應(yīng)力，力矩，振動(dòng)，加速度，噪聲，角度，表面粗糙度生物量心音，血壓，體溫，氣流量，心電流，眼壓，腦電波光學(xué)量光強(qiáng)、光通量傳感器按被測(cè)量對(duì)象分類表

表3-2

第43頁(yè)（3）其它分類方法按工作效應(yīng)分類

按輸出量分類

按能量關(guān)系分類

物理傳感器

化學(xué)傳感器

生物傳感器

模擬式傳感器數(shù)字式傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器

能量控制型傳感器第44頁(yè)1．電阻應(yīng)變式傳感器

電阻式傳感器基本原理是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電阻值改變，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件特定表面上，當(dāng)力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時(shí)，會(huì)造成元件應(yīng)力和應(yīng)變改變，進(jìn)而引發(fā)電阻應(yīng)變片電阻改變。經(jīng)典傳感器工作原理介紹：第45頁(yè)電阻應(yīng)變片工作原理以下

：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲電阻相對(duì)改變與軸向應(yīng)變成正比關(guān)系，而且滿足下式：是金屬絲應(yīng)變靈敏系數(shù)，理論上在1.8～3.6；

為金屬絲軸向應(yīng)變，式左邊是電阻值相對(duì)改變。（2）應(yīng)變片結(jié)構(gòu)（1）應(yīng)變效應(yīng)第46頁(yè)（2）應(yīng)變片結(jié)構(gòu)

1——敏感柵，它是應(yīng)變片轉(zhuǎn)換原件2——基底，是將傳感器彈性體應(yīng)變傳遞到敏感柵1中間介質(zhì)3——蓋片，用于保護(hù)敏感柵、引線形狀和相對(duì)位置4——引線，由用來(lái)連接測(cè)量導(dǎo)線和粘結(jié)劑等組成。圖3-3應(yīng)變片結(jié)構(gòu)

第47頁(yè)2．熱電式傳感器

熱電式傳感器是一個(gè)將溫度改變轉(zhuǎn)換為電量改變裝置。它利用敏感元件電參數(shù)隨溫度改變特征，對(duì)溫度和與溫度相關(guān)參量進(jìn)行測(cè)量，是眾多傳感器中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快傳感器之一。第48頁(yè)

依據(jù)熱電式傳感器所基于熱電效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、熱輻射、導(dǎo)磁率隨溫度改變特征等主要物理原理，按照工作原理將熱電式傳感器劃分為熱電偶、熱敏電阻、PN結(jié)型測(cè)溫傳感器、輻射高溫計(jì)等幾個(gè)類型。熱電式傳感器分類第49頁(yè)（1）熱電偶圖3-4熱電偶工作原理圖

第50頁(yè)上述兩種不一樣導(dǎo)體組成回路稱為熱電偶，其中導(dǎo)體A、B為熱電極，一個(gè)為工作端或熱端（T）；另一個(gè)叫自由端或冷端（T0）。將導(dǎo)體兩端分別置于不一樣溫度場(chǎng)中，在導(dǎo)體內(nèi)部，因?yàn)闊岫俗杂呻娮雍休^大動(dòng)能，所以導(dǎo)體內(nèi)部自由電子運(yùn)動(dòng)在總體上是由熱端向冷端移動(dòng)，這么在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端靜電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止電子從熱端向冷端繼續(xù)移動(dòng)，直到抵達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，形成恒定電位差，稱此電位差為溫差電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不等（假設(shè)T>T0）時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而形成熱電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。

第51頁(yè)

熱電偶是工業(yè)上最慣用溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高，因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)影響；測(cè)量范圍廣，慣用熱電偶從?50℃至+1600℃均可測(cè)量，一些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金、鐵、鎳、鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢、錸）；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不一樣金屬絲組成，而且不受大小限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。第52頁(yè)（1）熱敏電阻

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體電阻值隨溫度改變這一特征制成一個(gè)熱敏元件。熱敏電阻導(dǎo)電性能主要是由內(nèi)部載流子（電子和空穴）密度和遷移率所決定，當(dāng)溫度升高時(shí)外層電子在熱激發(fā)下，大量成為載流子，使載流子密度大大增加，活動(dòng)能力加強(qiáng)，從而造成其阻值急劇下降

熱敏電阻主要用作檢測(cè)元件和電路元件。第53頁(yè)3．光電式傳感器光電式傳感器是利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)裝置。光電式傳感器工作時(shí)，先將被測(cè)量改變轉(zhuǎn)換成為光量改變，然后經(jīng)過(guò)光電器件再把光量改變轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電量改變，從而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。光電式傳感器關(guān)鍵（敏感元件）是光電器件。第54頁(yè)外光電效應(yīng):內(nèi)光電效應(yīng):當(dāng)光照射在物體上，物體電阻率發(fā)生改變，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)（光導(dǎo)效應(yīng)），它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)在光線作用下能使電子逸出物體表面現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)。著名愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程就描述了這一物理現(xiàn)象第55頁(yè)光電效應(yīng)器件——光敏電阻

光敏電阻是一個(gè)利用光敏感材料內(nèi)光電效應(yīng)制成光電元件。它含有精度高、體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化技術(shù)中作為開(kāi)關(guān)式光電信號(hào)傳感器。

光敏電阻對(duì)光線十分敏感，它在無(wú)光照時(shí)，電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍光照時(shí)，它阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流快速增大。第56頁(yè)光敏電阻原理結(jié)構(gòu)圖如，圖3-5圖3-5光敏電阻原理結(jié)構(gòu)圖第57頁(yè)光電式傳感器應(yīng)用

光電式傳感器一個(gè)應(yīng)用是煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀。煙道里煙塵濁度是經(jīng)過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中改變大小來(lái)檢測(cè)，假如煙道濁度增加，光源發(fā)出光被煙塵顆粒吸收和折射增加，抵達(dá)光檢測(cè)器光降低，因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)強(qiáng)弱便可反應(yīng)煙道濁度改變。另外光電式傳感器也應(yīng)用于無(wú)觸點(diǎn)式路燈控制電路、光電式轉(zhuǎn)速傳感器、光電式液位傳感器等。第58頁(yè)4．磁敏傳感器磁敏傳感器是對(duì)磁場(chǎng)參量敏感元器件或裝置，含有把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)功效。在磁敏傳感器中，主要利用是霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。第59頁(yè)磁敏傳感器主要分為三類：

霍爾元件(生產(chǎn)量最大)

磁敏電阻(應(yīng)用范圍很廣泛)

磁敏二極管和三極管(快速發(fā)展起來(lái)新型半導(dǎo)體磁敏元件)第60頁(yè)（1）霍爾元件

所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差物理現(xiàn)象。

霍爾效應(yīng)本質(zhì)是：固體材料中載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚ψ饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向電場(chǎng)，最終使載流子受到洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定電勢(shì)差即霍爾電壓。第61頁(yè)沿Z方向加以磁場(chǎng)B沿X方向通以工作電流I則在Y方向產(chǎn)生出電動(dòng)勢(shì)VH這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。VH稱為霍爾電壓。第62頁(yè)將一載流導(dǎo)體置于外磁場(chǎng)中，其電阻會(huì)隨磁場(chǎng)改變而改變，這種現(xiàn)象稱磁電阻效應(yīng)，簡(jiǎn)稱磁阻效應(yīng)。磁敏電阻是基于磁阻效應(yīng)磁敏元件。（2）磁敏電阻第63頁(yè)磁場(chǎng)探測(cè)儀位移和角速度檢測(cè)器安培計(jì)以及磁敏交流放大器磁敏電阻應(yīng)用：第64頁(yè)P(yáng)N結(jié)型磁電轉(zhuǎn)換元件在磁場(chǎng)強(qiáng)度改變下電流也發(fā)生改變輸出信號(hào)大靈敏度高工作電流小體積?。?）磁敏二極管第65頁(yè)P(yáng)N結(jié)型磁電轉(zhuǎn)換元件在正、反向磁場(chǎng)作用下，其集電極電流出現(xiàn)顯著改變。能夠用來(lái)測(cè)量弱磁場(chǎng)、電流、轉(zhuǎn)速、位移等物理量（4）磁敏三極管第66頁(yè)5．壓電式傳感器利用一些物質(zhì)壓電效應(yīng)制作當(dāng)被測(cè)量物因?yàn)槭芰Χa(chǎn)生改變時(shí)，傳感器能夠產(chǎn)生靜電電荷或電壓改變。第67頁(yè)

一些介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向施加力，使之變形，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在表面上產(chǎn)生符號(hào)相反電荷；外力去掉，恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

大多數(shù)晶體都含有壓電效應(yīng)，其中石英晶體是性能比很好材料（1）工作原理——壓電效應(yīng)第68頁(yè)

壓電式加速度傳感器：它是利用一些物質(zhì)如石英晶體壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振動(dòng)力作用時(shí)，加在壓電元件上力也隨之改變。當(dāng)被測(cè)物振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)固有頻率時(shí)，則力改變與被測(cè)加速度成正比

（2）壓電式傳感器應(yīng)用第69頁(yè)

壓電式力傳感器：它是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換傳感器，在拉、壓場(chǎng)所，通常較多采取雙片或多片石英晶片作壓電元件第70頁(yè)6．光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，光纖傳感器有著一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)它能夠在強(qiáng)電磁干擾、高溫高壓、原子輻射、易爆化學(xué)腐蝕等惡劣條件下使用高靈敏度及低損耗第71頁(yè)（1）工作原理第72頁(yè)光源發(fā)出光經(jīng)光導(dǎo)纖維進(jìn)入光傳感元件在光傳感元件中受到周圍環(huán)境場(chǎng)影響而發(fā)生改變光再進(jìn)入光調(diào)制機(jī)構(gòu)，由其將傳感元件測(cè)量檢測(cè)參數(shù)調(diào)制成幅度、相位、偏振等信息，這一過(guò)程也稱為光電轉(zhuǎn)換過(guò)程最終利用微處理器如頻譜儀等進(jìn)行信號(hào)處理。第73頁(yè)（2）光纖傳感器應(yīng)用光纖傳感器含有強(qiáng)抗干擾性，所以它應(yīng)用范圍很廣，尤其適合用于惡劣環(huán)境?在石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等需要檢測(cè)氧氣、碳?xì)浠衔?、一氧化碳等氣體場(chǎng)所?在環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)、食品安全檢測(cè)等方面。第74頁(yè)3.2.3傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)首先是檢測(cè)和連接全部事物，其次才是確保全部這些事物都有智能。傳感器正是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)事物感知和檢測(cè)功效設(shè)備。第75頁(yè)

在物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)典應(yīng)用中，有很多基于傳感器技術(shù)例子?利用傳感器、計(jì)算機(jī)以及當(dāng)代無(wú)線通信等技術(shù)，對(duì)交通動(dòng)態(tài)信息采集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通實(shí)時(shí)控制與指揮管理?經(jīng)過(guò)布署傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行檢測(cè)和管理第76頁(yè)第3章物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與標(biāo)識(shí)RFID技術(shù)原理與分類3.3.1RFID電子標(biāo)簽

3.3.2RFID讀寫器

3.3.3第77頁(yè)3.3.1RFID技術(shù)原理與分類1.RFID系統(tǒng)組成2.

RFID系統(tǒng)基本工作原理3.RFID系統(tǒng)特點(diǎn)4.RFID系統(tǒng)分類第78頁(yè)1.RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)是指利用RFID技術(shù)并集識(shí)別、傳輸、共享信息等功效于一體智能系統(tǒng)。

RFID讀寫器RFID系統(tǒng)RFID電子標(biāo)簽中央系統(tǒng)第79頁(yè)RFID系統(tǒng)組成

圖3-8RFID系統(tǒng)組成框圖第80頁(yè)RFID電子標(biāo)簽

RFID電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中必備一部分，標(biāo)簽中存放著被識(shí)別物體相關(guān)信息，通常被安置在被識(shí)別物體表面上。當(dāng)RFID電子標(biāo)簽被RFID讀寫器識(shí)別到或者電子標(biāo)簽主動(dòng)向讀寫器發(fā)送消息時(shí)，標(biāo)簽內(nèi)物體信息將被讀取或改寫。第81頁(yè)RFID電子標(biāo)簽RFID電子標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽兩類，經(jīng)過(guò)標(biāo)簽中是否有電池來(lái)區(qū)分。RFID電子標(biāo)簽包含射頻模塊和控制模塊兩部分:

第82頁(yè)RFID電子標(biāo)簽

(1)射頻模塊經(jīng)過(guò)內(nèi)置天線來(lái)完成與RFID讀寫器之間射頻通信。(2)控制模塊內(nèi)有一個(gè)存放器，它存放著標(biāo)簽內(nèi)全部信息，而且部分信息能夠經(jīng)過(guò)與RFID讀寫器間數(shù)據(jù)交換來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)修改。第83頁(yè)RFID讀寫器

RFID讀寫器是RFID系統(tǒng)中間部分，它能夠利用射頻技術(shù)讀取或者改寫RFID電子標(biāo)簽中數(shù)據(jù)信息，而且能夠把這些讀出數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)有線或者無(wú)線方式傳輸?shù)街醒胄畔⑾到y(tǒng)進(jìn)行管理和分析。

第84頁(yè)RFID讀寫器

RFID讀寫器主要功效是讀寫RFID電子標(biāo)簽中物體信息，它主要包含射頻模塊和讀寫模塊以及其它一些基本功效單元。RFID讀寫器經(jīng)過(guò)射頻模塊發(fā)送射頻信號(hào)，讀寫模塊連接射頻模塊，把射頻模塊中得到數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取或改寫。

第85頁(yè)RFID讀寫器RFID讀寫器還有其它硬件設(shè)備，包含電源和時(shí)鐘等。電源用來(lái)給RFID讀寫器供電，而且經(jīng)過(guò)電磁感應(yīng)能夠給無(wú)源RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行供電；時(shí)鐘在進(jìn)行射頻通信時(shí)用于確定同時(shí)信息。第86頁(yè)中央信息系統(tǒng)中央信息系統(tǒng)是對(duì)識(shí)別到信息進(jìn)行管理、分析及傳輸計(jì)算機(jī)平臺(tái)。它普通包含一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，存放著全部RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，用戶能夠經(jīng)過(guò)中央信息系統(tǒng)查詢相關(guān)RFID電子標(biāo)簽信息。

第87頁(yè)中央信息系統(tǒng)

中央信息系統(tǒng)與RFID讀寫器相連，經(jīng)過(guò)讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽中數(shù)據(jù)信息讀取或改寫，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)信息也進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。中央信息系統(tǒng)普通和互聯(lián)網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)相連接，RFID電子標(biāo)簽中數(shù)據(jù)信息能夠得到大范圍共享，用戶也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操作功效。第88頁(yè)2.

RFID系統(tǒng)基本工作原理1．RFID系統(tǒng)工作流程即RFID系統(tǒng)內(nèi)三個(gè)部分依次連接起來(lái)，完成一次信息傳輸、交換及管理。

第89頁(yè)1．RFID系統(tǒng)工作流程首先RFID讀寫器經(jīng)過(guò)射頻模塊中天線將無(wú)線電載波信號(hào)發(fā)射出去，形成讀寫器一個(gè)有效識(shí)別范圍，當(dāng)RFID電子標(biāo)簽（無(wú)源標(biāo)簽）進(jìn)入到這個(gè)識(shí)別范圍時(shí)，第90頁(yè)1．RFID系統(tǒng)工作流程

電子標(biāo)簽被激活，經(jīng)過(guò)讀寫器天線發(fā)出電磁場(chǎng)提取工作能量，并經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽內(nèi)射頻模塊將標(biāo)簽中存放數(shù)據(jù)信息發(fā)射出去；第91頁(yè)1．RFID系統(tǒng)工作流程

然后讀寫器天線接收到射頻信號(hào)，射頻模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，經(jīng)過(guò)中央信息系統(tǒng)或讀寫器本身判斷其正當(dāng)性后，針對(duì)不一樣設(shè)定發(fā)出不一樣指令，如讀取信息或者改寫信息；

第92頁(yè)1．RFID系統(tǒng)工作流程

最終RFID讀寫器將經(jīng)過(guò)讀寫模塊處理后數(shù)據(jù)信息傳輸至中央信息系統(tǒng)，中央信息系統(tǒng)對(duì)這些信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，然后將這些信息共享給用戶

第93頁(yè)2．RFID系統(tǒng)中三種事件類型在RFID系統(tǒng)中，一直以能量作為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)序方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。在RFID系統(tǒng)工作信道中存在3種事件模型：以能量提供為基礎(chǔ)事件模型、以時(shí)序方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換事件模型、以數(shù)據(jù)交換為目標(biāo)事件模型。

第94頁(yè)（1）能量提供對(duì)于無(wú)源標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，RFID讀寫器向其提供工作能量。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作范圍之內(nèi)以后，讀寫器發(fā)出能量激活電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽經(jīng)過(guò)整流方法將接收到能量轉(zhuǎn)換并存放在電子標(biāo)簽中電容里，從而為電子標(biāo)簽提供工作能量；當(dāng)電子標(biāo)簽離開(kāi)讀寫器工作范圍以后，電子標(biāo)簽因?yàn)闆](méi)有取得讀寫器能量激活而處于休眠狀態(tài)。

第95頁(yè)（1）能量提供對(duì)于有源標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，有源標(biāo)簽普通不利用讀寫器發(fā)出射頻能量，它在進(jìn)入讀寫器工作范圍后處于激活狀態(tài)，和讀寫器發(fā)出電磁波相互作用，因而讀寫器能夠以較小發(fā)射能量取得較遠(yuǎn)通信距離。第96頁(yè)（2）時(shí)序時(shí)序指是RFID讀寫器和RFID電子標(biāo)簽工作次序。RFID系統(tǒng)是一個(gè)雙向系統(tǒng)，讀寫器能夠向電子標(biāo)簽發(fā)送命令與數(shù)據(jù)，電子標(biāo)簽也能夠向讀寫器發(fā)送存放數(shù)據(jù)。對(duì)于這么雙向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就需要確定一個(gè)工作次序，用來(lái)預(yù)防通信時(shí)產(chǎn)生沖突。

第97頁(yè)（2）時(shí)序在RFID系統(tǒng)中，RFID讀寫器普通處于主動(dòng)狀態(tài)，即讀寫器發(fā)出問(wèn)詢后，電子標(biāo)簽給予回答，稱這種方式為讀寫器先講（RTF，ReaderTalksFirst）方式；第98頁(yè)（2）時(shí)序另一個(gè)情況是RFID電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作范圍以后，首先發(fā)送信息，讀寫器依據(jù)電子標(biāo)簽發(fā)送來(lái)信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)或者深入發(fā)出問(wèn)詢信息，這么與電子標(biāo)簽組成一次完整通信，來(lái)到達(dá)讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別目標(biāo)，這種情況叫作RFID電子標(biāo)簽先講（TTF，TagTalksFirst）方式。第99頁(yè)（2）時(shí)序當(dāng)RFID讀寫器工作范圍內(nèi)存在多個(gè)RFID電子標(biāo)簽時(shí)，讀寫器能夠?qū)@些電子標(biāo)簽分別來(lái)進(jìn)行識(shí)別，在這種工作方式下時(shí)序顯得更為主要。普通情況下，RFID讀寫器處于主動(dòng)狀態(tài)，即采取RTF。

第100頁(yè)（2）時(shí)序讀寫器首先發(fā)出一系列隔離指令，使得在讀寫器識(shí)讀范圍內(nèi)多個(gè)電子標(biāo)簽逐一或逐批被隔離出去，最終只剩下一個(gè)處于活動(dòng)狀態(tài)電子標(biāo)簽與讀寫器建立通信。通信結(jié)束后，讀寫器將當(dāng)前活動(dòng)狀態(tài)電子標(biāo)簽置為休眠狀態(tài)。第101頁(yè)（2）時(shí)序然后對(duì)剛才被隔離電子標(biāo)簽進(jìn)行喚醒命令，激活全部被隔離標(biāo)簽，使得它們進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)，再深入逐次隔離，只選出一個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)碰撞通信。如此重復(fù)，RFID讀寫器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)工作范圍內(nèi)多個(gè)RFID電子標(biāo)簽識(shí)別功效。第102頁(yè)（2）時(shí)序RFID系統(tǒng)兩種時(shí)序工作方式RTF和TTF各有優(yōu)缺點(diǎn)，TTF方式因?yàn)椴恍枰群騌FID讀寫器而主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以含有識(shí)別速度快等特點(diǎn)，適合用于需要高速識(shí)別場(chǎng)所；而RTF方式是RFID讀寫器處于主動(dòng)狀態(tài)，能夠無(wú)碰撞地識(shí)讀多個(gè)RFID電子標(biāo)簽，可靠性能很好，適合用于一些主要數(shù)據(jù)識(shí)別場(chǎng)所。第103頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換RFID系統(tǒng)最終要完成功效是對(duì)數(shù)據(jù)獲取，這種在系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換有兩個(gè)方面內(nèi)容：RFID讀寫器向RFID電子標(biāo)簽方向數(shù)據(jù)傳輸和RFID電子標(biāo)簽向RFID讀寫器方向數(shù)據(jù)傳輸。

第104頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換第一個(gè)方面是從讀寫器向電子標(biāo)簽方向數(shù)據(jù)傳輸。在RFID系統(tǒng)工作流程中，首先RFID讀寫器經(jīng)過(guò)天線向外發(fā)射射頻信號(hào)，形成一個(gè)讀寫器有效識(shí)別區(qū)域，然后讀寫器能夠?qū)υ谧R(shí)別區(qū)域內(nèi)RFID電子標(biāo)簽發(fā)送命令信息或者寫入數(shù)據(jù)。這就是從讀寫器向電子標(biāo)簽方向數(shù)據(jù)傳輸包含內(nèi)容。第105頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換首先，考慮RFID讀寫器是否向RFID電子標(biāo)簽發(fā)送命令信息方面，能夠分為兩種情況：電子標(biāo)簽只接收能量激勵(lì)和既接收能量激勵(lì)又接收讀寫器命令信息。第106頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換1.一些簡(jiǎn)單RFID系統(tǒng)中，RFID電子標(biāo)簽在其工作頻帶內(nèi)射頻能量激勵(lì)下，成為激活狀態(tài)，同時(shí)將標(biāo)簽中存放信息反射回去。這種RFID系統(tǒng)中電子標(biāo)簽只接收能量激勵(lì)而不接收讀寫器命令信息，它普通不含有多標(biāo)簽識(shí)別能力，當(dāng)前主要應(yīng)用于鐵路車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)中。

第107頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換2.在一些復(fù)雜RFID系統(tǒng)中，RFID讀寫器不但能夠激活其工作范圍內(nèi)RFID電子標(biāo)簽，還能夠?qū)⒚钚畔l(fā)送到RFID電子標(biāo)簽中去，然后電子標(biāo)簽依據(jù)命令信息做出對(duì)應(yīng)動(dòng)作。電子標(biāo)簽接收讀寫器命令信息有兩個(gè)目標(biāo)，即進(jìn)行改寫操作和實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽讀取。第108頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換其次，考慮RFID讀寫器是否對(duì)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行改寫方面，也能夠分為兩種情況：1.只讀而不改寫RFID系統(tǒng)2.另一些RFID系統(tǒng)第109頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換

1.在只讀而不改寫RFID系統(tǒng)中RFID讀寫器在得到了RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息后，就直接將此信息上傳給中央信息系統(tǒng)，而不再對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行任何操作。

第110頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換

2.對(duì)于另一些RFID系統(tǒng)，RFID讀寫器在讀取完RFID電子標(biāo)簽中數(shù)據(jù)信息后，讀寫器再把改寫命令信息發(fā)送給電子標(biāo)簽，將電子標(biāo)簽中存放信息進(jìn)行改寫。第111頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換

第二個(gè)方面是從電子標(biāo)簽向讀寫器方向數(shù)據(jù)傳輸。RFID電子標(biāo)簽工作目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽向RFID讀寫器方向數(shù)據(jù)傳輸。第112頁(yè)（3）數(shù)據(jù)交換從電子標(biāo)簽向讀寫器方向數(shù)據(jù)傳輸工作方式包含以下兩種：①電子標(biāo)簽激活以后，直接向讀寫器發(fā)送電子標(biāo)簽中存放數(shù)據(jù)信息；②電子標(biāo)簽激活以后，依據(jù)讀寫器命令信息，進(jìn)入數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)或者休眠狀態(tài)。第113頁(yè)3.

RFID系統(tǒng)特點(diǎn)RFID技術(shù)含有很多突出優(yōu)點(diǎn)：（1）非接觸操作，長(zhǎng)距離識(shí)別（幾厘米至幾十米），所以完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，應(yīng)用便利。（2）無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境。第114頁(yè)3.

RFID系統(tǒng)特點(diǎn)（3）形狀和大小多樣化。RFID電子標(biāo)簽基本不受尺寸大小與形狀之限制，另外，RFID電子標(biāo)簽愈加小型化。所以RFID應(yīng)用范圍愈加廣泛。（4）可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽。第115頁(yè)3.

RFID系統(tǒng)特點(diǎn)（5）數(shù)據(jù)記憶容量大。數(shù)據(jù)容量會(huì)伴隨存放器容量發(fā)展而擴(kuò)大，未來(lái)物品所需攜帶信息量越來(lái)越大，對(duì)擴(kuò)充容量需求也增加，對(duì)此RFID不會(huì)受到限制。（6）讀寫器含有不直接對(duì)最終用戶開(kāi)放物理接口，確保其本身安全性。第116頁(yè)3.

RFID系統(tǒng)特點(diǎn)（7）數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分能夠用一些加寬算法實(shí)現(xiàn)安全性管理。（8）在部分安全性要求較高時(shí)場(chǎng)所，讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證過(guò)程，實(shí)現(xiàn)安全通信和存放。第117頁(yè)表3-2所表示為慣用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)比較

系

統(tǒng)

參

數(shù)

條

形

碼語(yǔ)

音

識(shí)

別光

學(xué)

識(shí)

別生

物

測(cè)

量接觸型IC卡射頻識(shí)別RFID存放容量1～100Byte/1～100Byte/16～64KB16～64KB數(shù)據(jù)密度小高小高很高很高機(jī)器可讀性好費(fèi)時(shí)好費(fèi)時(shí)好好個(gè)人可讀性受限輕易輕易困難不可能不可能受污染影響嚴(yán)重/嚴(yán)重/可能無(wú)影響光遮影響失效/失效可能/無(wú)影響方向位置影響很小/很小/一個(gè)方向無(wú)影響磨損有條件/有條件/接觸無(wú)影響購(gòu)置費(fèi)極少很高普通很高極少普通非允許篡改輕易可能輕易不可能不可能不可能閱讀速度4s>5s3s>5s4s0.5s使用距離0～50cm0～50cm<1cm接觸接觸0～5m智能化無(wú)/無(wú)/有有讀寫性能可讀可讀可讀可讀可讀寫可讀寫多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別不能不能不能不能不能能第118頁(yè)4.

RFID系統(tǒng)分類1.按信號(hào)頻段

決定RFID系統(tǒng)主要性能和應(yīng)用可行性主要原因，首先是所用無(wú)線電頻率不一樣

第119頁(yè)

低頻（9~135kHz)：缺點(diǎn)，識(shí)別距離只有幾厘米，該頻段信號(hào)能穿透動(dòng)物體內(nèi)高濕環(huán)境，所以被用于動(dòng)用識(shí)別。

第120頁(yè)

中頻（13.56MHz)：開(kāi)放頻段，識(shí)讀距離最遠(yuǎn)至1~1.5m，寫入距離最遠(yuǎn)也可達(dá)1m。標(biāo)簽大部分是無(wú)源，依靠讀寫器供給能源頻段RFID系統(tǒng)得到許多RFID制造商支持。

第121頁(yè)

高頻（300MHz~1.2GHz)：標(biāo)簽和讀寫器在空氣中有效通信距離最遠(yuǎn)，信號(hào)不能穿透金屬和濕氣，不過(guò)數(shù)據(jù)傳輸速率更加快，可同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽。但此頻段在各國(guó)均被分配為移動(dòng)通信專用頻段，很輕易引發(fā)國(guó)家之間頻段碰撞。第122頁(yè)2.按電子標(biāo)簽分類1.按標(biāo)簽取得能量方式可經(jīng)過(guò)讀寫器發(fā)射無(wú)線電信號(hào)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)而取得能量，也能夠由內(nèi)置電池驅(qū)動(dòng)。前者稱為被動(dòng)標(biāo)簽，后者為主動(dòng)標(biāo)簽。第123頁(yè)2.按電子標(biāo)簽分類被動(dòng)標(biāo)簽范圍為幾厘米到10m,而主動(dòng)標(biāo)簽識(shí)讀距離可達(dá)1~200m。但主動(dòng)標(biāo)簽成本高，使用期限也受到電池制約。另外，還存在半主動(dòng)標(biāo)簽，只需要讀寫器射頻能量喚醒標(biāo)簽工作。第124頁(yè)2.按電子標(biāo)簽分類2.按應(yīng)用方式可分為粘貼式、可拆卸式、內(nèi)置式和流動(dòng)式（1）粘貼式一旦貼上就不能粘上（2）可拆卸式標(biāo)簽則能夠重復(fù)使用（3）內(nèi)置式被設(shè)計(jì)成物體永久部分，用于長(zhǎng)久監(jiān)控（4）流動(dòng)式能夠隨身攜帶,如RFID卡、ATM卡第125頁(yè)3.3.2RFID電子標(biāo)簽

1.RFID電子標(biāo)簽功效與特征2.

RFID電子標(biāo)簽基本組成3.RFID電子標(biāo)簽分類第126頁(yè)1.

RFID電子標(biāo)簽功效和特征1.功效

1.含有一定存放容量，能夠存放被識(shí)別物品相關(guān)信息；2.在一定工作環(huán)境及技術(shù)條件下，電子標(biāo)簽存放數(shù)據(jù)能夠被讀出或?qū)懭耄?.維持對(duì)識(shí)別物品識(shí)別及相關(guān)信息完整；數(shù)據(jù)信息編碼后，及時(shí)傳輸給讀寫器；第127頁(yè)1.

RFID電子標(biāo)簽功效和特征1.功效4.可寫入，而且在寫入以后，永久性數(shù)據(jù)不能修改；5.含有確定使用期限，使用期限內(nèi)不需維修；6.對(duì)于有源標(biāo)簽，經(jīng)過(guò)讀寫器能夠顯示電池工作情況。第128頁(yè)1.

RFID電子標(biāo)簽功效和特征2.特征

1.存放物體數(shù)據(jù)信息

2.對(duì)物體進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)

3.被讀寫器識(shí)別和讀寫

4.含有較長(zhǎng)使用壽命第129頁(yè)2.

RFID電子標(biāo)簽基本組成

從功效上，RFID電子標(biāo)簽普通由天線、射頻模塊、控制模塊、存放器、電池（可選）等組成，如圖3-9所表示。圖3-9RFID電子標(biāo)簽組成圖

第130頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類1.按供電方式可分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽。第131頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類2.按載波頻率分為低頻標(biāo)簽、中頻標(biāo)簽和高頻標(biāo)簽第132頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類3.按標(biāo)簽內(nèi)是否含有電池可分為主動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽。第133頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類4.按作用距離可分為密耦合標(biāo)簽、遙耦合標(biāo)簽和遠(yuǎn)距離標(biāo)簽第134頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類5.依據(jù)標(biāo)簽讀寫功效來(lái)劃分可將RFID標(biāo)簽分為三類：只讀標(biāo)簽、一次寫屢次讀標(biāo)簽和可讀寫標(biāo)簽。第135頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類第136頁(yè)3.

RFID電子標(biāo)簽分類6.根依據(jù)封裝形式不一樣標(biāo)簽又能夠分為信用卡標(biāo)簽、線形標(biāo)簽、紙狀標(biāo)簽、玻璃管標(biāo)簽、圓形標(biāo)簽以及特殊用途異形標(biāo)簽等。第137頁(yè)3.3.3RFID讀寫器1.RFID讀寫器基本組成2.RFID讀寫器功效特征與工作方式3.RFID讀寫器分類第138頁(yè)1.

RFID讀寫器基本組成RFID讀寫器基本組成包含射頻模塊、天線、讀寫模塊以及其它一些基本功效單元。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3-10和圖3-11所表示。圖3-10RFID讀寫器組成圖第139頁(yè)RFID讀寫器詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖圖3-11RFID讀寫器詳細(xì)結(jié)構(gòu)第140頁(yè)2.

RFID讀寫器功效特征和工作方式

1.RFID讀寫器功效特征讀寫器基本任務(wù)是觸發(fā)作為數(shù)據(jù)載體RFID電子標(biāo)簽，與這個(gè)電子標(biāo)簽建立通信聯(lián)絡(luò)，而且在中央信息系統(tǒng)和一個(gè)非接觸數(shù)據(jù)載體之間傳輸數(shù)據(jù)。第141頁(yè)1.RFID讀寫器功效特征

這種非接觸通信過(guò)程中包括一系列任務(wù)，如通信建立、預(yù)防碰撞和身份驗(yàn)證等都是在由RFID讀寫器來(lái)進(jìn)行處理。第142頁(yè)2.RFID讀寫器工作方式1.讀寫器先講話（ReaderTalksFirst，RTF）在普通狀態(tài)下，RFID電子標(biāo)簽處于“等候”或稱為“休眠”工作狀態(tài)。當(dāng)RFID讀寫器發(fā)出射頻信號(hào)，而RFID電子標(biāo)簽進(jìn)入到讀寫器工作范圍時(shí)，第143頁(yè)電子標(biāo)簽?zāi)軌驒z測(cè)到一定射頻信號(hào)，便從“休眠”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“接收”狀態(tài)，接收讀寫器發(fā)送命令后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理，并將結(jié)果返回讀寫器。這種只有接收到讀寫器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)電子標(biāo)簽被稱為RTF方式。第144頁(yè)2.RFID讀寫器工作方式2.標(biāo)簽先講話（TagTalksFirst，TTF），為了預(yù)防通信沖突而設(shè)計(jì)工作方式。進(jìn)入讀寫器能量場(chǎng)獲取工作能量后就主動(dòng)發(fā)送本身電子編碼和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息RFID電子標(biāo)簽被稱為TTF方式。

第145頁(yè)TTF和RTF相比，TTF射頻標(biāo)簽含有識(shí)別速度快特點(diǎn)，適合用于需要高速應(yīng)用場(chǎng)所；另外，它在處理標(biāo)簽數(shù)量動(dòng)態(tài)改變場(chǎng)所更為實(shí)用，在噪聲環(huán)境中也更穩(wěn)健。所以，TTF方式更適于工業(yè)環(huán)境追蹤應(yīng)用。第146頁(yè)3.

RFID讀寫器分類1.按雙工方式分類，RFID讀寫器能夠分為全雙工和半雙工。2.按通信方式來(lái)分類，RFID讀寫器能夠分為讀寫器先講話RTF和標(biāo)簽先講話TTF兩類。第147頁(yè)3.

RFID讀寫器分類3.依據(jù)不一樣應(yīng)用，RFID系統(tǒng)采取不一樣通信方式。4.按應(yīng)用模式來(lái)分類，可分為固定式讀寫器、便攜式讀寫器、一體式讀寫器和模塊式讀寫器。第148頁(yè)3.

RFID讀寫器分類

依據(jù)應(yīng)用環(huán)境不一樣，必須考慮RFID讀寫器工作頻率、輸出功率、輸出端口、讀寫器結(jié)構(gòu)形式、匹配天線等技術(shù)參數(shù)選擇適當(dāng)RFID讀寫器。

第149頁(yè)3.

RFID讀寫器分類未來(lái)RFID讀寫器將會(huì)有以下特點(diǎn)：多功效、小型化、便攜式、嵌入式、模塊化、成本更低、智能多天線端口、含有各種數(shù)據(jù)接口、多制式、多頻段兼容等。第150頁(yè)3.3.4RFID應(yīng)用

第151頁(yè) RFID技術(shù)在國(guó)外發(fā)展非?？焖伲漕l識(shí)別產(chǎn)品種類繁多。在北美、歐洲、亞太地域及非洲南部，RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。第152頁(yè)

在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成RFID大規(guī)模應(yīng)用，只有少數(shù)單位在試點(diǎn)應(yīng)用RFID，伴隨物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，我國(guó)將逐步推進(jìn)RFID大規(guī)模應(yīng)用。第153頁(yè)第154頁(yè)第155頁(yè)1．RFID技術(shù)在交通領(lǐng)域應(yīng)用

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ElectronicTollCollection，ETC）是當(dāng)前世界上較為先進(jìn)收費(fèi)系統(tǒng)，是RFID技術(shù)在智能交通領(lǐng)域應(yīng)用之一。第156頁(yè)圖3-12圖電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)ETC示意圖第157頁(yè)RFID在國(guó)內(nèi)交通領(lǐng)域其它應(yīng)用包含: 1.全國(guó)各地?cái)?shù)千個(gè)停車場(chǎng)RFID收費(fèi)系統(tǒng) 2.國(guó)內(nèi)最大鐵路機(jī)車車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)（遍布全國(guó)18個(gè)鐵路局、7萬(wàn)多公里鐵路線） 3.北京市城市汽車環(huán)境保護(hù)檢測(cè)RFID環(huán)境保護(hù)信息卡系統(tǒng)（包括車輛總?cè)萘窟_(dá)300萬(wàn)輛） ...第158頁(yè)第159頁(yè)2．RFID技術(shù)在物流領(lǐng)域應(yīng)用

物流是RFID應(yīng)用領(lǐng)域之一,假如將RFID技術(shù)與物流緊密聯(lián)絡(luò),有望在幾年之內(nèi)取代條形碼掃描技術(shù),并將給物流管理帶來(lái)革命性改變。 RFID技術(shù)是有效處理物流管理上各項(xiàng)業(yè)務(wù)動(dòng)作數(shù)據(jù)輸入、輸出、業(yè)務(wù)過(guò)程控制與跟蹤等難題以及降低犯錯(cuò)率一個(gè)新技術(shù)。第160頁(yè) 在零售步驟方面RFID能夠改進(jìn)零售商庫(kù)存管理，實(shí)現(xiàn)適時(shí)補(bǔ)貨，有效跟蹤運(yùn)輸與庫(kù)存，提升效率，降低犯錯(cuò)。 RFID電子標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)σ恍┖袝r(shí)效性商品使用期限進(jìn)行監(jiān)控。 商店還能利用RFID系統(tǒng)在付款臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描和計(jì)費(fèi)，取代人工收款方式。第161頁(yè)3．RFID技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用

經(jīng)過(guò)使用射頻識(shí)別技術(shù)監(jiān)控醫(yī)療器械，管理主要醫(yī)藥，加緊醫(yī)療處理速度，降低醫(yī)療事故率等。第162頁(yè)第163頁(yè)第164頁(yè)4．RFID在其它領(lǐng)域應(yīng)用

（1）電子票：使用射頻識(shí)別標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)金結(jié)算，處理現(xiàn)金交易既不方便也不安全問(wèn)題。（2）生產(chǎn)、制造業(yè)生產(chǎn)制造流程管理：使用射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、制造企業(yè)生產(chǎn)流程控制、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、工人生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控。第165頁(yè)（3）軍事：在軍事物流、后勤保障等領(lǐng)域有了大量應(yīng)用。（4）動(dòng)物跟蹤和管理：射頻識(shí)別技術(shù)可用于動(dòng)物跟蹤與管理。（5）人員管理：人員管理與門禁管理相結(jié)合。第166頁(yè)（6）資產(chǎn)追蹤管理：將射頻識(shí)別系統(tǒng)用于固定資產(chǎn)管理，能夠有效地處理資產(chǎn)盤點(diǎn)、維修以及資產(chǎn)流向等相關(guān)信息管理。（7）防偽認(rèn)證識(shí)別：主要應(yīng)用于煙酒、證書、證件防偽認(rèn)證識(shí)別。第167頁(yè)第168頁(yè)3.3.5RFI