《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》 課件 關(guān)雷 第1-3章-走進物聯(lián)網(wǎng)、智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)、智慧物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

第一章走進物聯(lián)網(wǎng)《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》本章要點1物聯(lián)網(wǎng)的基本概念2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程3物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程4物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程5物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程1.1.1什么是物聯(lián)網(wǎng)1.1.1什么是物聯(lián)網(wǎng)

定義1.把所有物品通過射頻識別（RadioFrequencyIdentification,RFID）和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。定義2.由具有標識、虛擬個性的物體或?qū)ο笏M成的網(wǎng)絡(luò)，這些標識和個性信息在智能空間使用智能的接口與用戶、社會和環(huán)境進行通信。定義3.物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。其突出特征是通過各種感知方式來獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等進行信息的傳遞與交互，再采用智能計算技術(shù)對信息進行分析處理，從而提升人們對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。定義4.物聯(lián)網(wǎng)是一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它具有基于標準和互操作通信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網(wǎng)絡(luò)無縫整合。

傳感網(wǎng)又稱無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks,WSN），它是由一組傳感器以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。

互聯(lián)網(wǎng)是由多個網(wǎng)絡(luò)遵循一定的通信協(xié)議（Protocol）互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在特指由美國國防部高級研究計劃署資助的ARPANET分組交換網(wǎng)演變而來的、采用TCP/IP協(xié)議的一種互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

泛在網(wǎng)是指基于個人和社會的需求，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)具有超強的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及智能性，為個人和社會提供泛在的、無所不包的信息服務(wù)和應(yīng)用。1.1.2物聯(lián)網(wǎng)概念關(guān)系

從20世紀40年代開始，科學(xué)界就開始普遍認同這個觀點，即世界是由物質(zhì)、能量、信息三大要素組成的，而不僅僅是由物質(zhì)組成的、或者是由物質(zhì)與能量兩種要素組成的。今天，人們已把信息看做一種重要的資源，甚至把當(dāng)今時代視為信息革命的時代。因為如果沒有信息和信息傳遞，就不會形成有組織的系統(tǒng)，也不會具備有序的能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)交換。物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命，它體現(xiàn)了信息通信技術(shù)在人類生活領(lǐng)域不斷拓展和深化的需求。與前兩次信息革命停留在信息世界不同，物聯(lián)網(wǎng)強調(diào)建立依托物質(zhì)的信息生命形態(tài)的信息虛擬世界，把虛擬世界和物理世界結(jié)合起來，并采用智能計算的技術(shù)對信息進行分析和處理，通過對虛擬世界的管理來實現(xiàn)對物理世界的管理、協(xié)調(diào)和控制，從而實現(xiàn)人類社會與物理世界的有機結(jié)合。

1.1.3物聯(lián)網(wǎng)與信息化革命

感知是物聯(lián)網(wǎng)的核心特征之一，傳感器是感知物理世界的重要手段，人類社會使用傳感器的歷史可以追溯到很久以前。漢時期，張衡就發(fā)明了地動儀，這是世界上可考證的最早利用慣性原理發(fā)明的地震傳感器；而王充在《論衡》中所載的“司南勺”可能是最早的磁性方向指示器（方向傳感器）。隨著通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活實踐過程中開始通過網(wǎng)絡(luò)將傳感器互聯(lián)起來，甚至實現(xiàn)了對物體進行控制。2009年1月，在美國總統(tǒng)與工商業(yè)領(lǐng)袖舉行的圓桌會議上，IBM總裁提出了“智慧地球”的構(gòu)想。指出“物聯(lián)網(wǎng)”與“互聯(lián)網(wǎng)”的全面融合，將把商業(yè)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)與物理系統(tǒng)融合起來，形成一個新的智慧基礎(chǔ)設(shè)施。2009年8月，溫家寶總理在考察中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時提出，要盡快建立中國的“感知中國”中心。中美兩國領(lǐng)導(dǎo)人相繼對物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略定位，使得物聯(lián)網(wǎng)概念一舉成為炙手可熱的高科技明星。

1.2.1溯源物聯(lián)網(wǎng)2004年：

韓國提出為期10年的U-Korea戰(zhàn)略，目標是在全球最優(yōu)的泛在基礎(chǔ)設(shè)施上，將韓國建設(shè)成全球第一個泛在社會；

日本政府提出了以發(fā)展泛在網(wǎng)絡(luò)社會為目標的U-Japan計劃，將傳感網(wǎng)列為4項重點戰(zhàn)略之一。2006年：

韓國推出U-IT839計劃，提出將泛在的傳感器網(wǎng)（UniversalSensorNetworks,USN）列入發(fā)展重點，并在此后推出一系列相關(guān)實施計劃。2009年：

歐盟委員會發(fā)布《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》。

韓國頒布了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》。1.2.1溯源物聯(lián)網(wǎng)

2009年是中國的“物聯(lián)網(wǎng)元年”溫家寶總理首次提出要建立中國的傳感信息中心。

2010年3月的政府工作報告中，明確提出將加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用納入重點產(chǎn)業(yè)振興計劃，將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展真正提升到了國家戰(zhàn)略高度。

2010年9月11日成立了傳感器網(wǎng)絡(luò)標準化工作組，加快制定符合我國發(fā)展需求的傳感網(wǎng)技術(shù)標準，并開始統(tǒng)籌部署寬帶普及、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)及下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并將物聯(lián)網(wǎng)列為我國信息產(chǎn)業(yè)三大發(fā)展目標之一。1.2.3物聯(lián)網(wǎng)在中國——感知中國

“感知中國”成為國家的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的原因：132國家希望在這一輪新的信息技術(shù)革命中，通過發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)躋身世界信息技術(shù)前列。在這一輪物聯(lián)網(wǎng)革命中，物聯(lián)網(wǎng)連接的是實實在在的物理空間，涉及的是國家公共安全，關(guān)系到國家的經(jīng)濟命脈。物聯(lián)網(wǎng)包括物物連接、人與物連接，與現(xiàn)有人與人的通信業(yè)務(wù)比例，預(yù)計會逐年增大，可能涉及幾萬億的產(chǎn)業(yè)。1.2.3物聯(lián)網(wǎng)在中國——感知中國

1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具備三個特征：（1）全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息。（2）可靠傳遞：通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳速出去。（3）智能處理：利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。1.3.2感知層

感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關(guān)之前的傳感器網(wǎng)絡(luò)。它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，RFID技術(shù)、傳感和控制技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)是感知層涉及的主要技術(shù)。感知層又包括芯片研發(fā)、通信協(xié)議研究、RFID材料、智能節(jié)點供電等細分技術(shù)。

對于目前關(guān)注和應(yīng)用較多的RFID網(wǎng)絡(luò)來說，張貼安裝在設(shè)備上的RFID標簽和用來識別RFID信息的掃描儀、感應(yīng)器屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層。

無線射頻識別系統(tǒng)由電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成。具體的工作原理如圖1-4所示：上位機發(fā)送指令使讀寫器工作，天線發(fā)送射頻信號，電子標簽接收到射頻信號后，轉(zhuǎn)化為電流，供芯片工作，讀出內(nèi)部所儲存的數(shù)據(jù)，經(jīng)調(diào)制后發(fā)送出去；天線接收標簽反饋的信息后送至讀寫器，經(jīng)解調(diào)后還原出標簽數(shù)據(jù)，發(fā)送給上位機進行處理。1.3.2感知層

射頻識別系統(tǒng)最重要的優(yōu)點是非接觸識別，它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環(huán)境閱讀標簽，并且閱讀速度極快，大多數(shù)情況下不到100ms。有源式射頻識別系統(tǒng)的速寫能力也是重要的優(yōu)點，可用于流程跟蹤和維修跟蹤等交互式業(yè)務(wù)。1.3.2感知層

用于戰(zhàn)場環(huán)境信息收集的智能微塵（SmartDust）網(wǎng)絡(luò)，感知層由智能傳感節(jié)點和接入網(wǎng)關(guān)組成，智能傳感節(jié)點感知信息（溫度、濕度、圖像等），并自行組網(wǎng)傳遞到上層網(wǎng)關(guān)接入點，由網(wǎng)關(guān)將收集到的感應(yīng)信息通過網(wǎng)絡(luò)層提交到后臺處理，如圖1-6所示。環(huán)境監(jiān)控、污染監(jiān)控等應(yīng)用是基于這一類結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)。1.3.2感知層網(wǎng)絡(luò)層中應(yīng)有的功能包括信息存儲查詢、網(wǎng)絡(luò)管理等。但是，數(shù)據(jù)感知與處理技術(shù)是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。數(shù)據(jù)感知與處理技術(shù)包括本網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)的存儲、查詢、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)的決策和行為的理論和技術(shù)。1.3.4網(wǎng)絡(luò)層

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控）、查詢型（智能檢索、遠程抄表）、控制型（智慧交通、智能家居、路燈控制）、掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)將會為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)將會推動物聯(lián)網(wǎng)的普及，也給整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利潤。1.3.2應(yīng)用層

從系統(tǒng)角度看，物聯(lián)網(wǎng)可劃分為一個由感知互動層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層組成的三層體系，即上節(jié)提及的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。1.4物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)1.4.1感知與識別技術(shù)

1.感知技術(shù)：

感知技術(shù)主要是指傳感器，它是攝取物理信息的關(guān)鍵器件，是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)單元。傳感器技術(shù)是半導(dǎo)體技術(shù)、測量技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、精密機械、仿生學(xué)和材料科學(xué)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性和高新技術(shù)密集型的前沿研究課題之一，是現(xiàn)代新技術(shù)革命和信息社會的重要基礎(chǔ)，它與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。

2.識別技術(shù)：

識別技術(shù)涵蓋物體識別、位置識別和地理識別。

物體識別技術(shù)以RFID技術(shù)為代表；

位置識別技術(shù)比較成熟，它以全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)為代表；

地理識別技術(shù)以地理信息系統(tǒng)（GIS）為代表，以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，運用系統(tǒng)工程信息科學(xué)的理論，對空間數(shù)據(jù)進行科學(xué)管理和綜合分析。1.4.1感知與識別技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中的處理結(jié)點主要包括兩類，一類是感知結(jié)點，一類是網(wǎng)關(guān)結(jié)點。感知結(jié)點是感知層設(shè)備，負責(zé)采集物理信息并傳輸?shù)綉?yīng)用層，不僅具有感知和識別能力，而且還具有一定的通信和計算能力。網(wǎng)關(guān)結(jié)點是連接感知層和網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵設(shè)備，負責(zé)實現(xiàn)異種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。1.4.2節(jié)點軟硬件設(shè)計技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)包括有線（雙絞線、光纖、同軸電纜等）接入和無線（2G、3G、4G、衛(wèi)星通信以及WiMAX、Wi-Fi、Zigbee、藍牙等）接入兩大類型。而接入網(wǎng)及其后的核心網(wǎng)與現(xiàn)有的末梢網(wǎng)絡(luò)完全不同，它并不是為承載物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計的。為了實現(xiàn)異構(gòu)信息之間的互聯(lián)、互通與互操作，未來的物聯(lián)網(wǎng)需要以一個開放的、分層的、可擴展的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為框架，來實現(xiàn)異種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠與骨干網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫連接，并提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證。1.4.3組網(wǎng)與泛在接入技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是一個智能的網(wǎng)絡(luò)，傳感器僅僅提供了對物理變量、狀態(tài)及其變化的探測和測量所必需的手段，而對物理世界由“感”而“知”的過程則由智能分析和信息處理技術(shù)來實現(xiàn)。信息處理技術(shù)貫穿由“感”而“知”的全過程，它基于多個物聯(lián)網(wǎng)感知層節(jié)點或設(shè)備所采集的傳感數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對物理世界及其變化的全面、透徹感知，以及智能反饋、決策的過程，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)物物互聯(lián)、物人互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)之一。1.4.4大規(guī)模的感知信息處理技術(shù)

1.智能電網(wǎng)：將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)，是信息通信技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，它將有效整合通信基礎(chǔ)設(shè)施資源和電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源，為電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)提供重要技術(shù)支撐，使信息通信基礎(chǔ)設(shè)施資源服務(wù)于電力系統(tǒng)運行，提高電力系統(tǒng)信息化水平，改善現(xiàn)有電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率。電網(wǎng)智能化將成為拉動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，甚至整個信息通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大驅(qū)動力，并有力影響和推動其他行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和部署進度，進而提高我國工業(yè)生產(chǎn)、行業(yè)運作和公眾生活等各個方面的信息化水平。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.智能交通：智能交通是交通管理理念與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它將先進的傳感、通信和數(shù)據(jù)處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用于交通運輸領(lǐng)域，以構(gòu)建一個安全、暢通和環(huán)保的交通運輸系統(tǒng)。其中包括智能化交通管理、交通誘導(dǎo)和出行信息服務(wù)、智能道路收費、公共交通管理和智能汽車等多個方面的應(yīng)用。我國政府已將智能交通系統(tǒng)作為中國未來交通發(fā)展的重要方向，加大了對智能交通系統(tǒng)的投資力度。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

3.現(xiàn)代物流：由于物流管理的基礎(chǔ)是物流信息，是用信息流來控制實物流的，這就使得物流信息化成為現(xiàn)代物流業(yè)的靈魂。物流企業(yè)紛紛將物流信息化作為提高物流效率的重要途徑。物流領(lǐng)域越來越成為現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用比較普遍和成熟的領(lǐng)域，物流企業(yè)正在轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒚芗推髽I(yè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物流信息化最重要的技術(shù)手段，借助物聯(lián)網(wǎng)的智能采集、傳輸與處理等技術(shù)手段，物流企業(yè)的信息化水平得以顯著提升，實現(xiàn)了目達耳通的智慧物流管理，降低了物流成本，提升了物流效率。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

4.智能農(nóng)業(yè)：智能農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通等領(lǐng)域有大量的應(yīng)用空間，如快速氣象監(jiān)測、智能大田溫室種植、工業(yè)化養(yǎng)殖、生鮮農(nóng)產(chǎn)品運輸?shù)?。借助“綠色農(nóng)業(yè)”的提倡與政府對農(nóng)業(yè)科技有力地扶持投入，大力推廣智能農(nóng)業(yè)有著良好的經(jīng)濟效益和社會效益，市場前景廣闊。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

5.公共安全：公共安全防護泛指對人們?nèi)粘Ｉ钪械氖称钒踩?、生產(chǎn)安全、重大災(zāi)害及疫情、社會安方面進行的全方位防護。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最為常見的一類安防系統(tǒng)，用于區(qū)域監(jiān)視并將監(jiān)視畫面呈現(xiàn)給安防監(jiān)護人員。智能安防系統(tǒng)則嘗試使現(xiàn)有安防系統(tǒng)具備更多更復(fù)雜的功能。智能安防將多種功能互異的安防檢測設(shè)備連接在一起，使它們各自獨立地捕獲危險信號與異常信號，并基于物聯(lián)網(wǎng)平臺進行交互，從而實現(xiàn)局部智能決策，判斷與定位危險源，并實施初級救援工作。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

6.智慧醫(yī)療：智慧醫(yī)療利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時感知各種醫(yī)療信息，實現(xiàn)全面互聯(lián)互通的信息化醫(yī)療系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以方便醫(yī)生準確地掌握病人病情，提高診斷的準確性；可以方便醫(yī)生對病人的情況進行有效跟蹤，提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量；可以有效提高醫(yī)院包括藥品和醫(yī)療器械在內(nèi)的醫(yī)療資源管理，通過傳感器終端的延伸，加強醫(yī)院服務(wù)的效能，從而達到有效整合資源的目的。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

7.環(huán)境監(jiān)測：環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護和預(yù)防控制災(zāi)害的基礎(chǔ)性工作之一。傳統(tǒng)的監(jiān)測手段只能解決局部監(jiān)測問題，而及時準確全面的監(jiān)測結(jié)果必須依賴現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)憑借其低成本、低能耗、適合快速靈活大規(guī)模部署及自動智能化處理方面的優(yōu)勢，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測將大大提升環(huán)境保護和災(zāi)害預(yù)防的監(jiān)控能力。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

8.智能家居：智能家居將物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于家居環(huán)境之中，為住戶提供以住宅為平臺，融消防報警、智能家電和綜合布線等系統(tǒng)為一體的，高效、舒適、安全、環(huán)保的居住環(huán)境。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是支撐“網(wǎng)絡(luò)強國”和“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)，在推動國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和優(yōu)化過程中發(fā)揮重要作用。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運用，對新一輪產(chǎn)業(yè)變革和經(jīng)濟社會綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。全球各國尤其是美國、歐盟、日韓等發(fā)達國家高度重視物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，積極進行戰(zhàn)略布局，以期把握未來國際經(jīng)濟科技競爭主動權(quán)。1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，中國已形成包括芯片、元器件、設(shè)備、軟件、系統(tǒng)集成、運營、應(yīng)用服務(wù)在內(nèi)的較為完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的發(fā)展也取得重大進展。M2M服務(wù)、中高頻RFID、二維碼等環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)已成熟，國內(nèi)市場份額不斷擴大，具備一定領(lǐng)先優(yōu)勢；基礎(chǔ)芯片設(shè)計、高端傳感器制造、智能信息處理等相對薄弱環(huán)節(jié)與國外差距不斷縮小，尤其光纖傳感器在高溫傳感器和光纖光柵傳感器方面取得重大突破；物聯(lián)網(wǎng)第三方運營平臺不斷整合各種要素形成有序發(fā)展局面，平臺化、服務(wù)化的發(fā)展模式逐漸明朗，成為中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點。1.5.2物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模1.5.1物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 本章完結(jié)第一章

走進物聯(lián)網(wǎng)《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》 第二章智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》本章要點《智慧城市：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》1背景概述2生物識別技術(shù)3傳感器技術(shù)本章要點《智慧城市：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》4WiFi技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)5ZigBee技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)6智能家居中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例2.1

背景概述2.1.1當(dāng)前家居環(huán)境亟待改善

不斷改善居住條件、創(chuàng)建宜居生活環(huán)境是人們對美好生活的堅韌追求。早在石器時代人類祖先便開始使用石頭和泥土堆砌房屋遮風(fēng)避雨，并用泥土燒制陶器制作各類生活用品；進入農(nóng)業(yè)文明后，人們又發(fā)明了磚瓦結(jié)構(gòu)的房屋，并學(xué)會制作青銅制品作為家用器皿；工業(yè)文明的發(fā)展和電氣技術(shù)的出現(xiàn)帶來了諸如微波爐冰箱、空調(diào)等各類家用電器和自動化生活設(shè)施。家居設(shè)施的更新一直追隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，永遠跟隨人類文明的進步。

然而，隨著環(huán)保意識的增強和可持續(xù)發(fā)展理念的深入，發(fā)展“低碳經(jīng)濟”正在成為世界各國邁向生態(tài)文明的必由之路。另一方面，人們對家居環(huán)境的追求，也從早期的環(huán)境、位置、戶型等方面上升到了對整個家居安全、智能、健康、舒適等更高層面的要求。這使得當(dāng)前的家居環(huán)境存在的一些問題逐漸凸顯出來。

當(dāng)前家居環(huán)境中存在的一些問題：1家居能耗過高2家庭安防手段落后3家用電器使用不便2.1.1

當(dāng)前家具環(huán)境亟待改善

智能家居的發(fā)展目前還處于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的雛形階段，目前已經(jīng)出現(xiàn)了部分“智能”的家居設(shè)備，如遠程抄表系統(tǒng)、自動窗簾等，實現(xiàn)了初步的“家庭自動化”，但離真正的智能家居還有不少的距離。建造全球首棟智能家居的比爾蓋茨說，獨立的智能家居設(shè)備和軟件早晚會被取代，未來的智能家居最大的特色是“整合”：將各種家居設(shè)施包括燈光、安防、多媒體、采暖等通過網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)整合在一起，這正是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在智能家居中需要解決的問題。2.1.2

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能家具

使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接與管理家居設(shè)施，在易用性與智能化等方面，對于現(xiàn)有的家居系統(tǒng)有著革命性的意義。具體來說，它包括如下優(yōu)勢：

（1）高效節(jié)能:各種家用電器、照明燈具等能源消耗設(shè)施可以在不需要時自動關(guān)閉，或以最低能耗運行。（2）使用方便:智能家居將所有家居設(shè)施通過公眾通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，用戶可以通過遠程和更加靈活的交互方式控制家居設(shè)施的運行，既可以通過廣泛普及的移動手機，也可以直接在互聯(lián)網(wǎng)上操作。（3）安全性高:智能家居中的安防系統(tǒng)可以有效防范非法入侵，或在意外事故等緊急情況下報警，而且用戶可以隨時隨地監(jiān)控家庭安全狀況。2.1.2

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能家具生物識別技術(shù)是通過計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性（如指紋、臉象、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來進行個人身份鑒定的技術(shù)。生物識別技術(shù)是目前最為方便與安全的識別技術(shù)。

2.2.1概述2.2

生物識別技術(shù)

人臉與人體的其它生物特征（指紋、虹膜等）一樣與生俱來，它的唯一性和不易被復(fù)制的良好特性為身份鑒別提供了必要的前提，與其它類型的生物識別比較人臉識別具有如下特點：

（1）非強制性：用戶不需要專門配合人臉采集設(shè)備，幾乎可以在無意識的狀態(tài)下就可獲取人臉圖像，這樣的取樣方式?jīng)]有“強制性”。

（2）非接觸性：用戶不需要和設(shè)備直接接觸就能獲取人臉圖像。

（3）并發(fā)性：在實際應(yīng)用場景下可以進行多個人臉的分揀、判斷及識別；

（4）符合視覺特性：“以貌識人”的特性，以及操作簡單、結(jié)果直觀、隱蔽性好等特點。2.2.2

人臉識別

指紋是指人的手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋線。紋線有規(guī)律地排列成不同的形狀。由于每個人的指紋不盡相同，就算同一個人的十個指頭，指紋也存在明顯的區(qū)別，因此可以將指紋作為識別生物的技術(shù)之一。

雖然每個人的指紋識別都是獨一無二的，但并不適用于每一個行業(yè)、每一個人。例如，雙手長期徒手工作業(yè)的人們便會為指紋識別而煩惱，他們的手指若有絲毫破損或干濕環(huán)境里、沾有異物則指紋識別功能要失效了。另外對于在嚴寒區(qū)域或者嚴寒氣候下，亦或者人們需要長時間帶手套的環(huán)境當(dāng)中，這也將使得指紋識別變得不那么便利。2.2.3

指紋識別

虹膜是位于眼睛的白色鞏膜和黑色瞳孔之間的圓環(huán)狀部分，總體上呈現(xiàn)一種由內(nèi)向外的放射狀結(jié)構(gòu)，由相當(dāng)復(fù)雜的纖維組織構(gòu)成。虹膜包含了最豐富的紋理信息，包括很多類似于冠狀、水晶體、細絲、斑點、凹點、射線、皺紋和條紋等細節(jié)特征結(jié)構(gòu)，這些特征由遺傳基因決定，在出生之前就確定下來，并且終生不變。虹膜的高度獨特性和穩(wěn)定性是其用于身份鑒別的基礎(chǔ)。在所有生物識別技術(shù)中，虹膜識別是當(dāng)前應(yīng)用最為方便和精確的一種。2.2.4

虹膜識別

靜脈識別具有高度防偽、簡便易用、快速識別及高度準確四大特點。最為重要的一點是，指靜脈識別的特征已被國際公認具有唯一性，且和視網(wǎng)膜相當(dāng)，在其拒真率（相同結(jié)構(gòu)圖，而被算法識別為不同）低于萬分之一的情況下，其識假率（不同結(jié)構(gòu)圖，而被算法識別為相同）可低于10萬分之一。2.2.5

靜脈識別靜脈識別同樣有著難以規(guī)避的缺點：（1）手背靜脈仍可能隨著年齡和生理的變化而發(fā)生變化，永久性尚未得到證實。（2）仍然存在無法成功注冊登記的可能。（3）由于采集方式受自身特點的限制，產(chǎn)品難以小型化。（4）采集設(shè)備有特殊要求，設(shè)計相對復(fù)雜，制造成本高。2.2.5

靜脈識別優(yōu)勢：（1）聲紋提取方便，可在不知不覺中完成，因此使用者的接受程度也高。（2）獲取語音的識別成本低廉，使用簡單，一個麥克風(fēng)即可，在使用通訊設(shè)備時更無需額外的錄音設(shè)備。（3）適合遠程身份確認，只需要一個麥克風(fēng)或電話、手機就可以通過網(wǎng)路（通訊網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）實現(xiàn)遠程登錄；（4）聲紋辨認和確認的算法復(fù)雜度低；（5）配合一些其他措施，如通過語音識別進行內(nèi)容鑒別等，可以提高準確率。2.2.6

聲紋識別劣勢：（1）同一個人的聲音具有易變性，易受身體狀況、年齡、情緒等的影響；（2）不同的麥克風(fēng)和信道對識別性能有影響；（3）環(huán)境噪音對識別有干擾；（4）混合說話人的情形下人的聲紋特征不易提取。2.2.6

聲紋識別

步態(tài)識別是一種非接觸的生物特征識別技術(shù)。因為它不需要人的行為配合；特別適合于遠距離的身份識別。這是任何生物特征識別所無法比擬的；不容易偽裝。是讓犯罪分子防不勝防的追捕手段，它不僅可以分析閉路電視捕捉到的嫌犯的行動情況，還能把它們同嫌犯走路的姿態(tài)進行比較。在一些兇殺案中，往往兇犯不讓你看到他們的臉，但卻能看到兇手走路的樣子。采集裝置簡單、經(jīng)濟。2.2.7

步態(tài)識別

2.3.1概述

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的輸出信號多為易于處理的電量，如電壓、電流和頻率等。2.3

傳感器技術(shù)

傳感器的定義包含了以下幾方面的意思：①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；②它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量或生物量等；③它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；④輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。2.3.2

傳感器的定義

敏感元件是在傳感器中直接感受被測量的元件，即被測量通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成一個與之有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。這一非電量通過轉(zhuǎn)換元件被轉(zhuǎn)換成電參量。轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。應(yīng)該指出，有些傳感器將敏感元件與轉(zhuǎn)換元件合二為一了。2.3.2

傳感器的定義

氣體壓力傳感器：這里的膜盒就是敏感元件，其外部與大氣相通，當(dāng)內(nèi)部感受被測壓力變化時，引起膜盒上半部移動，即輸出相應(yīng)的位移量。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。在圖2-3中轉(zhuǎn)換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。2.3.2

傳感器的定義

實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件（兼轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶就是這樣：2.3.2

傳感器的定義

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而在研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)活，單靠人們自身的感覺器官的功能就遠遠不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為“電五官”。傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。2.3.3

傳感器的作用

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程甚至文物保護等極其廣泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。圖所示就是遙感衛(wèi)星CCD視覺傳感器的外觀。2.3.3

傳感器的定義

（1）按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、濕度、流量和氣體成分等傳感器。（2）按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵和熱電偶等傳感器。（3）按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為輸出為開關(guān)量（“1”和“0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器，模擬型傳感器，輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。

（4）根據(jù)傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。2.3.4

傳感器的分類

靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是指在靜態(tài)信號作用下，傳感器輸出與輸入量之間的一種函數(shù)關(guān)系。表示為：

y=a0+a1x+a2x2+…+anxn式中，x為輸入量；y為輸出量；a0為零輸入時的輸出，也稱零位誤差；a1為傳感的線性靈敏度，用K表示；a2、…、an為非線性項系數(shù)。根據(jù)傳感器的數(shù)學(xué)模型一般把傳感器分為三種：（1）理想傳感器，靜態(tài)數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)為y=a1x。（2）線性傳感器，靜態(tài)數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)為y=a0+a1x。（3）非線性傳感器，靜態(tài)數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)為y=a0+a1x+a2x2+…+anxn（a2、…、an中至少有一個不為零）。2.3.5

傳感器的數(shù)學(xué)模型與靜態(tài)特性

傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間的關(guān)系。因為輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標、把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等，傳感器的參數(shù)指標決定了傳感器的性能以及選用傳感器的原則。2.3.5

傳感器的數(shù)學(xué)模型與靜態(tài)特性

（1）傳感器的靈敏度：靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化Δy對輸入量變化Δx的比值。它是輸出-輸入特性曲線的斜率：K=dy/dx如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度K是一個常數(shù)，即特性曲線的斜率。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出量、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出量、輸人量的量綱相同時，靈敏度可理解為方大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度越高，測量范圍越窄，穩(wěn)定性也往往越差。2.3.5

傳感器的數(shù)學(xué)模型與靜態(tài)特性

（2）傳感器的線性度：通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線，線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法，如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線，或?qū)⑴c特性曲線上各點偏差的平方和為是小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。傳感器校準曲線與擬合直線間的最大偏差（△max）與滿量程輸出（Ym）的百分比，稱為線性度（又稱為“非線性誤差”），該值越小，表明線性特性越好。表示公式如下：E=△max/Ym×100%式中，△max是實際曲線和擬合直線之間的最大差值；Ym為量程。2.3.5

傳感器的數(shù)學(xué)模型與靜態(tài)特性

（3）傳感器的分辨力：

分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化，當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過最小變化時，其輸出才會發(fā)生變化。

通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標，上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨力。（4）重復(fù)性:

傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測試時，所得特性曲線不一致的程度。2.3.5

傳感器的數(shù)學(xué)模型與靜態(tài)特性

（5）遲滯現(xiàn)象:

傳感器正向行程（輸人量增大）和區(qū)向行程（輸入量減?。┢陂g，特性曲線不一致程度。（6）穩(wěn)定性與漂移:

傳感器的穩(wěn)定性有長期和短期之分。一般指一段時間以后，傳感器的輸出和初始航定時的輸出之間的差值。通常用不穩(wěn)定度來表征其輸出穩(wěn)定的程度。

傳感器的漂移是在外界干擾下，輸出量出現(xiàn)與輸人量無關(guān)的變化。漂移有很多種，如時間漂移和溫度漂移等。時間漂移指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間發(fā)生變化；溫度漂移指環(huán)境溫度變化而引起的零點或靈數(shù)度的變化。2.3.5

傳感器的數(shù)學(xué)模型與靜態(tài)特性

溫度傳感器的分類方法很多。按照用途可分為基準溫度計和工業(yè)溫度計；按照測量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等；按輸出方式分有自發(fā)電型、非電測型等。2.3.6

溫度傳感器

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的，按其溫度特性分成三類，適用于不同的使用場合。（1）電阻值隨溫度升高而升高的，稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）；（2）電阻值隨溫度升高而降低的，稱為負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）；（3）具有正或負溫度系數(shù)特性，但在某一溫度范圍電阻值發(fā)生巨大變化的，稱為突變型溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）。2.3.6

溫度傳感器

濕度傳感器的主要特性有以下幾點：（1）感濕特性：濕度傳感器的特征量（如電阻、電容、頻率等）隨濕度變化的關(guān)系常用感濕特征量和相對濕度的關(guān)系曲線來表示。（2）濕度量程：它表示濕度傳感器技術(shù)規(guī)范規(guī)定的感濕范圍。全量程相對濕度為0-100%。（3）靈敏度：它表示濕度傳感器的感濕特征量（如電阻、電容等）隨環(huán)境濕度變化的程度，也是該傳感器感濕特性曲線的斜率。由于大多數(shù)濕度傳感器的感濕特性曲線是非線性的，因此常用不同環(huán)境下的感濕特征量之比來表示其靈敏度的大小。（5）響應(yīng)時間：在一定環(huán)境溫度下，當(dāng)相對濕度發(fā)生躍變時，濕度傳感器的感濕特征量達到穩(wěn)定變化量的規(guī)定比例所需的時間，一般以相應(yīng)的起始濕度和終止?jié)穸冗@一變化區(qū)間的90%的相對濕度變化所需的時間來計算。2.3.7

濕度傳感器

濕度傳感器的主要特性有以下幾點：（6）感濕溫度系數(shù)：當(dāng)環(huán)境濕度恒定時，溫度每變化1℃所引起的濕度傳感器感濕特征量的變化量。（7）老化特性：濕度傳感器在一定溫度、濕度氣氛下存放一定時間后，其感濕特性將發(fā)生變化的特性。2.3.7

濕度傳感器

濕度傳感器種類繁多。按輸出的電學(xué)量可分為電阻型電容型、頻率型等；按探測功能可分為絕對濕度型、相對濕度型、結(jié)露型等；按材料可分為陶瓷型、有機高分子型、半導(dǎo)體型、電解質(zhì)型等。這里主要介紹應(yīng)用最廣泛的陶瓷型濕度傳感器。陶瓷型濕度傳感器是利用其表面多孔性吸濕進行導(dǎo)電，從而改變元件的阻值。這種濕敏元件隨外界濕度變化而使電阻值變化的特性便是用來制造濕度傳感器的依據(jù)。陶瓷型濕度傳感器較成熟的產(chǎn)品有MgCr2O4-TiO2系、ZnO-Cr2O3系、ZrO2系厚膜型、Al2O3薄膜型、TiO2-V2O5薄膜型等品種。2.3.7

濕度傳感器

MgCr2O4-TiO2系濕度傳感器MgCr2O4-TiO2系濕度傳感器是一種典型的多孔陶瓷濕度測量器件。由于它具有靈敏度高、響應(yīng)特性好測濕范圍寬和高溫清洗后性能穩(wěn)定等優(yōu)點，目前已商品化，并得到廣泛應(yīng)用。以MgCr2O4為基礎(chǔ)材料，加入一定比例的TiO2（20~35mo/L）制成的。感濕材料被壓制成4mm×4mm×0.5mm的薄片，在1300℃左右燒成，在感濕片兩面涂布氧化釕（RuO2）多孔電極，并于800℃下燒結(jié)。在感濕片外附設(shè)有加熱清洗線圈，此清洗線圈主要是通過加熱排除附著在感濕片上的有害氣氛及油霧、灰塵，恢復(fù)對水汽的吸附能力。2.3.7

濕度傳感器

ZrO2系厚膜型濕度傳感器由于燒結(jié)法制成的體型陶瓷濕度傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝上一致性差，特性分散，近來，國外開發(fā)了厚膜陶瓷型濕度傳感器，這不僅降低了成本，也提高了傳感器的一致性。ZrO2系厚膜型濕度傳感器的感濕層是用一種多孔ZrO2系厚膜材料制成的，它可用堿金屬調(diào)節(jié)阻值的大小并提高其長期穩(wěn)定性。2.3.7

濕度傳感器

氣體傳感器是一種把氣體（多數(shù)為空氣）中的特定成分檢測出來，并將它轉(zhuǎn)換為電信號的器件，以便提供有關(guān)待測氣體的存在及濃度大小的信息。2.3.8

氣體傳感器

氣體傳感器的主要檢測對象及應(yīng)用場所2.3.8

氣體傳感器

氣體傳感器的性能必須滿足下列條件：（1）能夠檢測易爆氣體的允許濃度、有害氣體的允許濃度和其他基準設(shè)定濃度，并能及起時給出報警、顯示與控制信號；（2）對被測氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感；（3）性能長期穩(wěn)定性、重復(fù)性好；（4）動態(tài)特性好、響應(yīng)迅速；（5）使用、維護方便，價格便宜等。2.3.8

氣體傳感器

氣體傳感器種類（1）半導(dǎo)體型氣體傳感器：2.3.8

氣體傳感器

（2）固體電解質(zhì)式氣體傳感器：這類傳感器內(nèi)部不是依賴電子傳導(dǎo)，而是靠陰離子或陽離子進行傳導(dǎo)，因此，把利用這種傳導(dǎo)性能好的材料制成的傳感器稱為固體電解質(zhì)傳感器。（3）接觸燃燒式氣體傳感器：2.3.8

氣體傳感器

（4）電化學(xué)式氣體傳感器：

電化學(xué)式氣體傳感器包括離子電極型氣體傳感器、定位電解法氣體傳感器、加伐尼電池型氣體傳感器等種類。離子電極型氣體傳感器：CO2+H2O=H++HCO3-加伐尼電池型氣體傳感器。定位電解法氣體傳感器。2.3.8

氣體傳感器

（5）集成型氣體傳感器這種傳感器：一類是把敏感部分、加熱部分和控制部分集成在同一基底上，以提高器件的性能。另一類是把多個具有選擇性的元件，用厚膜或薄膜的方法制在一個襯底上，用微機處理和信號識別的方法對被測氣體進行選擇性的測定，既可對氣體進行識別又可提高檢測靈敏度。2.3.8

氣體傳感器

光敏元器件是指能將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕脑骷?，有時候又會被稱為“光電傳感器”。光敏元器件與發(fā)光管配合，可以實現(xiàn)電→光、光→電的相互轉(zhuǎn)換。常見的光敏元器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管等。2.3.9

光電傳感器

光敏電阻：由陶瓷基片上沉積一層光敏半導(dǎo)體，再接上兩根引線做電極制成。光敏電阻的主要參數(shù)有：（1）暗電阻（RD）：光敏電阻在無光照射時的電阻值稱為暗光敏電阻電阻。（2）亮電阻（RL）：光敏電阻在受到光照射時所具有的阻值稱為亮電阻。（3）峰值波長：光敏特性響應(yīng)最佳時所對應(yīng)的波長。2.3.9

光電傳感器

光敏二極管：它是由一PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件。光敏二極管的兩管腳有正、負極之分：靠近管鍵和色點的是正極，另一管腳為負極；較長的一腳為正極，較短的一腳為負極。光敏二極管的檢測方法：1）用萬用表R×100或R×1k檔，與測普通二極管一樣，其正向電阻應(yīng)為10k左右。2)對調(diào)兩表筆，使光敏二極管工作在反向狀態(tài)。用一物體遮住光敏二極管的透明窗口，測得的電阻值應(yīng)接近無窮大。3)去掉遮光物，表筆指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)至幾千歐處，光線越強，電阻值越小。若測得的正反向電阻都是無窮大或零，說明管子已損壞。2.3.9

光電傳感器

光敏晶體管：光敏二極管能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，但靈敏度低，使用光敏晶體管就大大提高了光電轉(zhuǎn)換的靈敏度。光敏晶體管為NPN型結(jié)構(gòu)，基極即為光射窗口，因此大多數(shù)光敏晶體管只有集電極和發(fā)射極兩個管腳，也有基極有引出腳的，作為溫度補償用，不用時剪去。2.3.9

光電傳感器

光敏晶體管的檢測如圖所示：用遮光物遮住光敏晶體管的窗口，沒有光照，光敏晶體管沒有電流，測得的阻值應(yīng)為無窮大。

去掉遮光物，使光敏晶體管的窗口朝向光源，晶體管導(dǎo)通，萬用表的指針向右偏轉(zhuǎn)至1k左右，指針偏轉(zhuǎn)角的大小反映了管子的靈敏度。2.3.9

光電傳感器

通過光敏晶體管做成的光電開關(guān)目前應(yīng)用非常普遍，以紅外線光電開關(guān)為例，其所發(fā)射的紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或X射線。人眼可見的光波是380

~780nm，發(fā)射波長為780nm

~

1mm的長射線稱為紅外線，一般紅外線光電開關(guān)優(yōu)先使用的是接近可見光波長的近紅外線。2.3.9

光電傳感器

光電開關(guān)內(nèi)部振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖先經(jīng)反射電路后，由發(fā)射管輻射出光脈沖；當(dāng)被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏晶體管，并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號。2.3.9

光電傳感器

常用光電開關(guān)的分類是按檢測方式來劃分的，其可分為反射式、對射式和面反射式等幾種類型。對射式檢測距離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體。2.3.9

光電傳感器

直接反射光電開關(guān)，它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，直接反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。2.3.9

光電傳感器2.4WiFi技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)2.4.1概述

WiFi是一種可以將個人計算機、手持設(shè)備（如PAD、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。無線保真是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由WiFi聯(lián)盟所持有。目的是改善基于IEE802.11標準的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性。有人把使用IEEE802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為無線保真，甚至把無線保真等同于無線網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)（WiFi是WLAN的重要組成部分）。2.4.1概述2.4.1概述

無線網(wǎng)絡(luò)在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認證”，實質(zhì)上是一種商業(yè)認證，同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以前通過網(wǎng)線連接計算機，而無線保真則是通過無線電波來聯(lián)網(wǎng)。常見的就是一個無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用無線保真連接方式進行聯(lián)網(wǎng)，如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網(wǎng)線路，則又被稱為熱點。

WiFi第一個版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層（MAC層）和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞剑倲?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計為2Mbit/s兩個設(shè)備之間的通信可以自由直接的方式進行，也可以在基站（BaseStation，B）或者訪問點（AccessPoint，AP）的協(xié)調(diào)下進行。2.4.2WiFi協(xié)議的基本內(nèi)容協(xié)議棧WiFi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.4.2WiFi協(xié)議的基本內(nèi)容2.4.3WiFi網(wǎng)絡(luò)的組成元件（1）站點STA（Station）：所謂的站點，是指具有WiFi通信功能的，并且連接到無線網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備，如手機、平板電腦、筆記本計算機等；（2）接入點AP（AccessPoint）：AP也可稱為基站，就是我們平常所說的WiFi熱點，更通俗一點，就是我們家里的無線路由器。當(dāng)我們需要從互聯(lián)網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)到手機上顯示時，那么接入點就相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)發(fā)器，將互聯(lián)網(wǎng)上其他服務(wù)器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給我們的手機上。同時，接入點也屬于站點的一種。（3）基本服務(wù)集BSS（BasicServiceSet）：①由一個接入點和若干個站點組成；②由若干個站點組成，最少兩個。有接入點的，稱為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集（InfrastructureBSS）；無接入點的，稱為獨立型基本服務(wù)（IndependentBSS，IBSS），BS也有其他的叫法，稱為AdHocNetwork。2.4.3WiFi網(wǎng)絡(luò)的組成元件（4）服務(wù)集識別碼SSID（ServiceSetIdentifier）：WiFi賬號就是SSID。SSID通過接入點廣播出來。同時，我們在設(shè)置無線路由器時，可修改SSID的名稱。（5）分布式系統(tǒng)DS（DistributionSystem）：稱為傳輸系統(tǒng)，通過基站將多個基本服務(wù)集連接起來。分布式系統(tǒng)是基站間傳送幀的骨干網(wǎng)絡(luò)，通常被骨干網(wǎng)絡(luò)（BackboneNetwork）。（6）擴展服務(wù)集ESS（ExtendedServiceSet）：由一個或者多個基本服務(wù)集通過分布式統(tǒng)串聯(lián)在一起就構(gòu)成了ESS。通過ESS，我們可以擴展無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。（7）門橋（Portal）:用于將無線局域網(wǎng)有線局域網(wǎng)或者其他網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。門橋可以使這兩種類型的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)邏輯上的綜合。2.4.3WiFi網(wǎng)絡(luò)的組成元件網(wǎng)絡(luò)類型主要是在BSS中進行分類，有獨立型基本服務(wù)集（IndependentBSS）和基礎(chǔ)構(gòu)型基本服務(wù)集（InfrastructureBSS）兩種。（1）獨立型基本服務(wù)集：通常，IBSS是由少數(shù)幾部工作站針對特定目的而組成的臨時性網(wǎng)絡(luò)最低限度的IBSS是由兩個站點組成的。IBSS有時被稱為特設(shè)網(wǎng)絡(luò)（Ad

Hoc

Network）。2.4.4WiFi網(wǎng)絡(luò)類型（2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集：判斷是否為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，只要檢查是否有基站參與其中。基站負責(zé)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所有的傳輸，包括同一服務(wù)區(qū)域中所有行動節(jié)點之間的通信。網(wǎng)絡(luò)類型主要是在BSS中進行分類，有獨立型基本服務(wù)集（IndependentBSS）和基礎(chǔ)構(gòu)型基本服務(wù)集（InfrastructureBSS）兩種。2.4.4WiFi網(wǎng)絡(luò)類型

位于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集的移動式站點，如有必要跟其他移動式站點通信，必須經(jīng)過兩個步驟：（

首先，由開始對話的站點將幀傳遞給基站。

其次，由基站將此幀傳送至目的站點。既然所有通信都必須通過基站，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的基本服務(wù)區(qū)域就相當(dāng)于基站的傳送范圍。）2.4.4WiFi網(wǎng)絡(luò)類型雖然這種做法比直接傳送耗費較多的資源，不過它有兩個主要的優(yōu)點：（1）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集被界定在基站的傳輸范圍。（2）基站在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)里的作用是協(xié)助站點節(jié)省電力。2.4.4WiFi網(wǎng)絡(luò)類型

WiFi網(wǎng)絡(luò)具有移動性，同時WiFi以無線電波作為傳輸媒介，這種媒介本質(zhì)上是開放的，且容易被攔截，任何人都可以通過抓包工具截取無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包。因此，在設(shè)計WiFi協(xié)議時，需要提供一些傳輸數(shù)據(jù)和管理的服務(wù)：（1）分布式（2）整合（3）關(guān)聯(lián)（4）重新關(guān)聯(lián)（5）解除關(guān)聯(lián)（6）身份認證（7）解除認證（8）機密性（9）MSDU傳遞（10）傳輸功率控制（11）動態(tài)頻率選擇2.4.5WiFi網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與管理2.5ZigBee技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)2.5.1概述

ZigBee技術(shù)是一種便宜、低功耗、高可靠性的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)是一個由可多達65000個無線數(shù)傳模塊組成的網(wǎng)絡(luò)平臺。ZigBee是一種開放式的基于EEE802.15.4協(xié)議的無線個人局域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetworks）標準。ZigBee是一種新興的短距離、低數(shù)據(jù)速率、低成本低復(fù)雜度的雙向無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。ZigBee可使用的無線頻段有3個，分別是2.4GHz的ISM頻段、歐洲的868MHz頻段以及美國的915MHz頻段。

ZigBee和E802.15.4標準都適合于低速率數(shù)據(jù)傳輸，最大速率為250kbit/s，與其他無線技術(shù)比較，適合傳輸距離相對較近。

ZigBee采取了IEEE802.15.4強有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點：省電、簡單、成本低。ZigBee增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。2.5.1概述ZigBee作為一種無線通信技術(shù)，具有如下特點：（1）低功耗：ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式。（2）成本低：ZigBee模塊的初始成本較低，并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。（3）時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)到激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè)備時延為30ms，眠激活的時延為15ms，活動設(shè)備信道接入的時延為15ms。（4）網(wǎng)絡(luò)容量大：一個星形結(jié)構(gòu)的ZigBee絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且組網(wǎng)靈活。（5）可靠性高：采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。（6）安全：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認證，采用了AES-128的加密算法，各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

目前市面上設(shè)計ZigBee的應(yīng)用方案，主要有兩種方式：（1）使用現(xiàn)成的無線ZigBee模塊（2）直接用廠家的ZigBee芯片來完成自己所需的ZigBee應(yīng)用設(shè)計采用ZigBee的無線傳輸系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：1）家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)2）工業(yè)控制3）商業(yè)4）公共場所5）農(nóng)業(yè)控制6）醫(yī)療

通過以上分析可知，未來的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是把RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、GPS技術(shù)、3G/4G寬帶技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用融合起來的一個集成產(chǎn)品。于以上應(yīng)用范圍廣且大都涉及個人家庭，因此低成本、低功耗和高可靠性是市場對物聯(lián)網(wǎng)中無線通信技術(shù)最強烈的需求，而ZigBee產(chǎn)品的優(yōu)勢正好非常符合這種市場需求。2.5.1概述ZigBee技術(shù)組建的是一種低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線個域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的基本成員稱為“設(shè)備”（Device）。另外網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備按照具備功能的不同分為兩類，具備完整功能的全功能設(shè)備（FullFunctionDevice,FFD）和只具備部分功能的精簡功能設(shè)備（ReducedFunctionDevice,RFD）。RFD功能非常簡單，可以用較低端的微控制器實現(xiàn)，F(xiàn)FD可以作為全域網(wǎng)的協(xié)調(diào)器、路由器，功能較全，當(dāng)然也可以作為終端設(shè)備使用。一般在一個網(wǎng)絡(luò)里至少需要一個主協(xié)調(diào)器。2.5.2ZigBee技術(shù)原理按照OSI模型，ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為4層，從下向上分別為物理層（PHILayer）、媒體訪問層（MACLayer）、網(wǎng)絡(luò)層或安全層（NWKLayer）、應(yīng)用層（APLLayer）。2.5.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系

ZigBee支持包含有主從設(shè)備的星形、樹形和對等拓撲結(jié)構(gòu)。雖然每一個ZigBee設(shè)備都有一個唯一的64位IEEE地址，并可以用這個地址在PAN（個域網(wǎng)）中進行通信，但在從設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立連接后會為它分配一個16位的短地址，此后可以用這個短地址在PAN內(nèi)進行通信。2.5.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲

由于ZigBee廣闊的應(yīng)用前景，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商紛紛推出了支持EEE802.15.4標準的無線收發(fā)芯片。這些芯片集成了ZigBee物理層功能，并且所需外圍元件少，使用起來非常方便，大大降低了射頻電路設(shè)計、制作的難度，即使沒有昂貴的射頻儀器也能完成射頻電路的設(shè)計制作。2.5.5幾種常用的ZigBee射頻芯片介紹1.MC13192射頻芯片：MC13192是飛思卡爾公司推出的一種短距離、低功耗，工作于2.4GHz的ISM波段，包含ZigBee物理層（802.15.4）協(xié)議的收發(fā)芯片。它支持點對點、星形和網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。2.CC2430/CC2431片上系統(tǒng)：CC2430是挪威Chipcon威公司（2006年被德州儀器（TI）公司收購）推出的用來實現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)。2.5.5幾種常用的ZigBee射頻芯片介紹（1）廈門四信通信科技有限公司ZigBee模塊：F8913ZigBee模塊、F8914ZigBee終端其產(chǎn)品共同特點是：●支持ZigBee無線短距離數(shù)據(jù)傳輸功能。●具備中繼路由和終端設(shè)備功能。●支持點對點、點對多點、對等和MESH網(wǎng)絡(luò)?！窬W(wǎng)絡(luò)容量大●節(jié)點類型靈活●發(fā)送模式靈活●通信距離大●提供5路●使用方便、靈活，可多種工作模式選擇●具有方便的系統(tǒng)配置和維護接口●支持串口軟件升級●為智能型數(shù)據(jù)終端2.5.6ZigBee模塊生產(chǎn)廠家介紹（2）深圳市中鼎泰克電子有限公司ZigBee模塊：該公司DRF系列ZigBee模塊目前包括DRF1605、DRF605、DRF2617A、DRF2618-ZUSB、DRF2619A及相關(guān)配套底板。產(chǎn)品主要特點：●DRF系列ZigBee模塊可以形象地理解為“無線的串口連接”●簡單易用●自動組網(wǎng)●實現(xiàn)簡單數(shù)據(jù)傳輸●有唯一IEEE地址●用戶可更改節(jié)點類型●用戶可更改無線電頻道●用戶可自定義Router地址2.5.6ZigBee模塊生產(chǎn)廠家介紹（3）上海順舟智能科技股份有限公司ZigBee模塊：公司致力于ZigBee、PRS/GM、WiFi、1GHz以下頻段（433MHz/470MHz）的研發(fā)和應(yīng)用。性能特點：通信距離遠抗干擾能力強串口應(yīng)用靈活發(fā)送模式靈活節(jié)點類型靈活組網(wǎng)能力強網(wǎng)絡(luò)容量大最大數(shù)據(jù)包工業(yè)級應(yīng)用設(shè)備2.5.6ZigBee模塊生產(chǎn)廠家介紹若采用ZigBee模塊組網(wǎng)，問題就簡單多了，只要學(xué)習(xí)一下模塊的使用方法，掌握模塊參數(shù)的設(shè)置方法，就像配置PC網(wǎng)卡那樣簡單就把無線網(wǎng)絡(luò)組建完成了。2.5.6ZigBee無線組網(wǎng)策略分析2.6智能家居中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例2.6.1智能家電2.6智能家居中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，中國已形成包括芯片、元器件、設(shè)備、軟件、系統(tǒng)集成、運營、應(yīng)用服務(wù)在內(nèi)的較為完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的發(fā)展也取得重大進展。M2M服務(wù)、中高頻RFID、二維碼等環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)已成熟，國內(nèi)市場份額不斷擴大，具備一定領(lǐng)先優(yōu)勢；基礎(chǔ)芯片設(shè)計、高端傳感器制造、智能信息處理等相對薄弱環(huán)節(jié)與國外差距不斷縮小，尤其光纖傳感器在高溫傳感器和光纖光柵傳感器方面取得重大突破；物聯(lián)網(wǎng)第三方運營平臺不斷整合各種要素形成有序發(fā)展局面，平臺化、服務(wù)化的發(fā)展模式逐漸明朗，成為中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點。2.6.1智能家電

1.家庭智能溫控系統(tǒng):基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭溫控系統(tǒng)能將調(diào)溫、調(diào)濕、通風(fēng)等多項功能集成在同一系統(tǒng)上，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境調(diào)節(jié)各項系統(tǒng)參數(shù)，以使家居環(huán)境舒適宜人。2.6.1智能家電

2.智能冰箱:基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能冰箱引入了RFD技術(shù)，能夠準確識別當(dāng)前庫存、顯示庫存、為主人提醒食品過期信息，還能根據(jù)各類食材的庫存量從互聯(lián)網(wǎng)上下載健康食譜供用戶參考。2.6.1智能家電

3.物聯(lián)之家:海爾“物聯(lián)之家”是一套完整的智能家電解決方案，具備了上述家庭智能溫控系統(tǒng)和智能冰箱的多項基本功能，并在家庭照明、家居娛樂等方面加以擴展，包括智能家電智能窗簾、智能燈光、故障反饋、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等多個應(yīng)用子系統(tǒng)。2.6.1智能家電近年來，人們對家居便利性和舒適度的要求越來越高，家庭能耗顯著增加。在我國開展建筑節(jié)能尤其是住宅節(jié)能，對我國實現(xiàn)節(jié)能減排的具體目標具有重要的意義。建筑所必需的電梯動力、照明、空調(diào)、消防、通風(fēng)、高低壓配電等用能信息的傳遞是建筑節(jié)能和工業(yè)節(jié)能的基礎(chǔ)，高效實現(xiàn)建筑節(jié)能信息化的關(guān)鍵問題之一是解決這些信息的傳輸問題。在基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中一般利用無線傳感網(wǎng)技術(shù)來進行信息的采集和傳輸。適用于各種既有建筑和新建建筑，組網(wǎng)方便，不占空間，無需綜合布線施工，項目實施快速簡捷。2.6.2節(jié)能環(huán)保

（1）智能抄表:指在數(shù)字表（水、點、煤氣表）中嵌入具有無線通信能力的抄表器。將數(shù)字表的讀數(shù)變化情況發(fā)送給控制中心服務(wù)器。控制中心存儲和分析數(shù)字表數(shù)據(jù)，供用戶查詢。用戶可以通過控制中心網(wǎng)站及時了解家中能源消耗具體情況并進行對比分析。2.6.2節(jié)能環(huán)保

在北美地區(qū)，谷歌的PowerMeter軟件能夠讓用戶了解家庭的用電情況。其工作需要特殊的電表配合完成，如TED5000。安裝有TED5000的家庭可通過互聯(lián)網(wǎng)查看自己家中設(shè)備耗電情況。用戶還可以配備一個無線終端，通過ZigBee協(xié)議與能耗監(jiān)測模塊通信，了解到更加及時的家庭能耗情況。2.6.2節(jié)能環(huán)保

與美國的獨戶式居住格局不同，我國的城市居住格局通常是“單元樓+小區(qū)”的模式，因此在智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計上，更多的是采用小區(qū)總線與通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的模式，這樣可以降低系統(tǒng)布設(shè)成本，節(jié)省無線通信帶寬資源，也更加便于管理。2.6.2節(jié)能環(huán)保

（2）智能供暖:在家庭能量消耗中，除去各類家用電器的電能消耗用于家庭供暖的熱能消耗也是家庭能耗的重要組成部分。智能供暖系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前家居環(huán)境自動調(diào)節(jié)供暖系統(tǒng)的供熱強度。2.6.2節(jié)能環(huán)保

（1）家庭智能照明系統(tǒng):控制家庭光照強度是改善家居環(huán)境的重要手段之一?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能照明系統(tǒng)能夠通過感知室內(nèi)光強與光照色度來自動調(diào)節(jié)家中照明設(shè)備的工作狀態(tài)，并且控制窗簾閉合，達到舒適、節(jié)能、個性化的效果。2.6.3智能照明

（2）辦公樓智能照明系統(tǒng):辦公樓智能照明特指高層建筑等工作場所的照明因為高層建筑照明比家庭照明功能更加復(fù)雜，系統(tǒng)更加龐大，節(jié)能是其最重要的設(shè)計目，同時還需要系統(tǒng)有良好的擴展性。該系統(tǒng)能將大樓內(nèi)部所有照明回路和電動設(shè)備集中監(jiān)控，智能調(diào)節(jié)。2.6.3智能照明

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于家庭安防，能夠使小區(qū)安防和家居安防結(jié)為一體，具有快速響應(yīng)、判斷精確的優(yōu)勢，是未來家庭安防的重要發(fā)展方向。按照前端探測對象的不同，智能家居系統(tǒng)還包括意外事故預(yù)防系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)3個子系統(tǒng)。2.6.4家庭安防

（1）意外事故預(yù)防系統(tǒng):家庭意外事故預(yù)防主要是防火與防煤氣泄漏。如有煤氣泄漏，家庭服務(wù)器會發(fā)報警信號并通知相關(guān)人員。同時，家庭服務(wù)器還會自動關(guān)閉燃氣管道電磁閥。2.6.4家庭安防

（2）家庭防盜系統(tǒng):在家庭防盜系統(tǒng)中，首先需要通過門禁手段控制進入大樓的人員身份，其次還需要使用入侵檢測技術(shù)確保房間安全。智能家庭門禁系統(tǒng)由前端的身份認證模塊、自動門鎖、家庭網(wǎng)絡(luò)和家庭控制中心4個部分組成。入侵檢測系統(tǒng)使用多種安防類傳感器監(jiān)視防護區(qū)域，實現(xiàn)對非法入侵者的檢測、識別與報警。2.6.4家庭安防

（3）遠程監(jiān)控系統(tǒng):通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)實時查看家中狀況。家庭的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由攝像頭、家庭監(jiān)控服務(wù)器和小區(qū)監(jiān)控中心服務(wù)器組成。家庭監(jiān)控服務(wù)器連接一個或多個攝像頭，分別對準特定場景，如門鎖、窗口、家庭內(nèi)的某個房間，采集現(xiàn)場視頻信號，同時對視頻進行數(shù)字化處理，并能夠通過網(wǎng)絡(luò)將實時監(jiān)控視頻發(fā)送給用戶；利用運動檢測技術(shù)，可以準確地判斷是否有異常事件發(fā)生。2.6.4家庭安防 本章完結(jié)第一章

智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》第三章智慧物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)》本章要點1背景概述2二維碼識別技術(shù)3RFID技術(shù)本章要點4移動通信網(wǎng)絡(luò)5智慧物流的應(yīng)用案例3.1背景概述

物流是以滿足客戶需求為目的，以高效和經(jīng)濟的手段來組織原料、在制品、制成品以及相關(guān)信息從供應(yīng)到消費的運動和儲存的計劃、執(zhí)行和控制的過程。

物流過程一般是指貨物從原材料到形成消費者購買的產(chǎn)品的整個流程，其中可分為至少5個部分，分別是：采購物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、退貨物流和廢棄物流。

進入21世紀以來，隨著經(jīng)濟規(guī)模的飛速增長，我國的物流產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模日新月異，服務(wù)水平也在顯著提高，物流產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境和軟硬條件也在不斷得到改善。但我國當(dāng)前物流產(chǎn)業(yè)的總體水平仍然偏低，還存在些制約其進步發(fā)展的因素，如物流運行效率偏低、社會化物流需求不足和專業(yè)化物流供給能力不足、物流基礎(chǔ)設(shè)施能力以及物流服務(wù)的組織化和集約化程度低等，可以說，我國的物流產(chǎn)業(yè)還是較低端的服務(wù)業(yè)。

總體上看，我國物流業(yè)還比較粗放，科技水平還較為落后，還沒有形成完整的物流信息網(wǎng)絡(luò)和綜合的物流服務(wù)理念，與發(fā)達國家有很大差距。物流業(yè)信息化水平還是很低，缺少統(tǒng)一的管理和規(guī)劃效應(yīng)，信息流通不暢。3.1.1我國物流系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)（1）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠提升物流行業(yè)的整體效率：

物流業(yè)具有很強的時效性，而其效率在很大程度上決定著物流行業(yè)的水平。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融人到具體物流運作中，以實現(xiàn)高度的物流信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化，大大提升物流業(yè)的整體效率。（2）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以推進物流行業(yè)專業(yè)化規(guī)?；l(fā)展：

企業(yè)通過接入物流信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠即時建立企業(yè)內(nèi)部、供應(yīng)商、消費者、政府部門等相關(guān)單位的聯(lián)系、協(xié)調(diào)和合作，實現(xiàn)整體聯(lián)動的社會化物流。3.1.2

智慧物流與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（3）物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)可以推動物流行業(yè)集成化精細化發(fā)展：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展，企業(yè)之間物流信息的交換關(guān)系和依賴程度也愈來愈錯綜復(fù)雜。在當(dāng)今市場瞬息萬變和競爭環(huán)境日益激烈的情況下，企業(yè)在物流方面要求是：響應(yīng)快速、協(xié)同配合、個性化需要。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠使物流過程充分滿足企業(yè)的上述要求，甚至能夠通過物流環(huán)節(jié)及時的信息反饋，改變企業(yè)生產(chǎn)滯后市場需求的被動局面，打造企業(yè)利用物流信息主動推動市場形成的新局面。3.1.2

智慧物流與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)展智慧物流的進程中，僅從技術(shù)層面就存在許多困難，這在采集信息、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能應(yīng)用三個環(huán)節(jié)中都有所體現(xiàn)。（1）在采集信息的環(huán)節(jié)中，一般認為技術(shù)標準和投資成本是主要矛盾，要想將識別系統(tǒng)深入到物流貨物單件上，其成本對于大部分產(chǎn)品來說是難以承受的，這是目前討論最多的部分。（2）物流信息在骨干網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通環(huán)節(jié)中也具有很多挑戰(zhàn)性。在信息的整合中既要滿足開放性要求，實現(xiàn)各種信息很方便、成本很低地互聯(lián)互通，又要滿足安全性要求，這樣才能用于商務(wù)、管理、控制，也就是要解決好物流專網(wǎng)與公網(wǎng)的關(guān)系。3.1.2

智慧物流與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（3）智能應(yīng)用環(huán)節(jié)的情況最為復(fù)雜，用戶的需求跨度大，應(yīng)用及服務(wù)復(fù)雜多樣而且各種物流信息集中交匯，需要基于海量物流信息的物流服務(wù)，并提供可按照用戶需求進行定制的物流服務(wù)產(chǎn)品，應(yīng)用服務(wù)環(huán)節(jié)在所有環(huán)節(jié)中均處在核心的位置。物聯(lián)網(wǎng)時代的“智能”物流應(yīng)該是基于強大的骨干網(wǎng)絡(luò)，智慧物流應(yīng)該依托整個物流信息網(wǎng)絡(luò)的海量數(shù)據(jù)處理和服務(wù)中心。3.1.2

智慧物流與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（1）加快信息標準建設(shè)，實現(xiàn)信息互融互通：

將供應(yīng)鏈上所有成員的各個物流環(huán)節(jié)都緊密聯(lián)系在一起，以此實現(xiàn)供應(yīng)鏈一體化運作，這就需要建立統(tǒng)一的信息標準，才能消除跨部門、跨行業(yè)、跨企業(yè)之間的信息溝通障礙，為智慧物流的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。（2）建立智慧物流云平臺，提高信息集約化水平：

使生產(chǎn)、流通和消費實現(xiàn)無縫對接，從整體上有效降低物流成本，最大限度的進行了物流資源整合和優(yōu)化，達到供應(yīng)鏈一體化高效運作的目標，提高了物流專業(yè)服務(wù)能力。3.1.3我國智慧物流發(fā)展路徑分析（3）構(gòu)建智能末端體系，提升末端智能服務(wù)能力：借助智慧物流信息化平臺，通過共同配送、無人機配送等智慧物流模式，達到末端物流配送集約化目的，解決最后一公里難題。（4）注重信息技術(shù)開發(fā)，提高企業(yè)競爭力：要充分利用GPS、GIS等先進物流技術(shù)準確快速及時的采集路況信息，并與道路交通系統(tǒng)有效對接，根據(jù)交通路況的實時變化，搭建合理的配送路線模型，為供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)的企業(yè)和用戶，提供配送路徑優(yōu)化的高水平物流服務(wù)，進一步提高企業(yè)競爭力。3.1.3我國智慧物流發(fā)展路徑分析（5）打造共享合作模式，優(yōu)化社會物流資源：

與資源共享形式聯(lián)系在一起的供應(yīng)鏈上所有企業(yè)，不僅盤活了整個供應(yīng)鏈條的物流資源，也增強了企業(yè)供應(yīng)鏈的整體競爭能力。（6）多方協(xié)同培養(yǎng)人才，共筑智慧物流力量：

為了更好的培養(yǎng)智慧物流專業(yè)人才，國內(nèi)各大專院校要積極與政府、企業(yè)、物流協(xié)會、社會培訓(xùn)機構(gòu)共同協(xié)作，研究制定出適合我國現(xiàn)代物流發(fā)展的智慧物流人才培養(yǎng)模式，使高校能盡快培養(yǎng)出社會所需的真正物流人才，讓物流教育與行業(yè)發(fā)展在人才建設(shè)上無縫對接。3.1.3我國智慧物流發(fā)展路徑分析3.2二維碼識別技術(shù)與RFID技術(shù)3.2.1概述

二維碼是指在一維條碼的基礎(chǔ)上擴展出另一維具有可讀性的條碼，使用黑白矩形圖案表示二進制數(shù)據(jù)，被設(shè)備掃描后可獲取其中所包含的信息。一維條碼的寬度記載著數(shù)據(jù)，而