智能傳感與檢測(cè)技術(shù) 課件 第13章智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)

機(jī)械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)第13章智能傳感與檢測(cè)技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13智能傳感與檢測(cè)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的概念13.1物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)13.2無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)13.3無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)13.4網(wǎng)絡(luò)傳感器13.5智慧未來(lái)13.6智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)1313.1物聯(lián)網(wǎng)的概念智能傳感與檢測(cè)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofThings，簡(jiǎn)稱(chēng)IOT）的概念于1999年提出。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，采集物品的聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等信息，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別、定位和管理。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體，它讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍包括：智慧工廠、智慧校園、智慧醫(yī)療、智慧商場(chǎng)、智慧倉(cāng)庫(kù)、智能家居、個(gè)人健康、物流運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13科技前沿：“感知中國(guó)”與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)智能傳感與檢測(cè)技術(shù)

2009年8月7日，時(shí)任國(guó)務(wù)院總理溫家寶在無(wú)錫視察時(shí)，高度肯定了傳感網(wǎng)技術(shù)的研究發(fā)展，并提出把“感知中國(guó)”的中心建在無(wú)錫。同年11月，國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)同意建設(shè)“無(wú)錫國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)”（國(guó)家傳感信息中心），從此開(kāi)啟了物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的發(fā)展大幕。十多年來(lái)，“無(wú)錫國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)”建設(shè)取得了顯著成績(jī)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)、技術(shù)創(chuàng)新成果豐碩、應(yīng)用推廣不斷擴(kuò)大，在世界物聯(lián)網(wǎng)版圖上烙下了鮮明的“太湖印記”。智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)1313.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)智能傳感與檢測(cè)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎(chǔ)，包括二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS、傳感器和M2M終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等。網(wǎng)絡(luò)層主要用于實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，它能夠把感知到的信息無(wú)障礙、高可靠、高安全性地進(jìn)行傳送，但它需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺(tái)子層和應(yīng)用服務(wù)子層，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集，用于提供物物互聯(lián)的豐富應(yīng)用。智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13射頻識(shí)別(RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

目前廣泛使用的RFID系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，即標(biāo)簽物、閱讀器和天線(xiàn)。標(biāo)簽可分為被動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽。被動(dòng)標(biāo)簽（無(wú)源標(biāo)簽）是借助閱讀器發(fā)射射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量來(lái)發(fā)送儲(chǔ)存在芯片中的產(chǎn)品信息，主動(dòng)標(biāo)簽（有源標(biāo)簽）配有電池能夠主動(dòng)發(fā)送送儲(chǔ)存在芯片中的產(chǎn)品信息。標(biāo)簽芯片相當(dāng)于一個(gè)具有無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能和存儲(chǔ)功能的單片系統(tǒng)。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.3無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.4無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)

物聯(lián)網(wǎng)正是通過(guò)遍布在各個(gè)角落和物體上的各種不同的傳感器以及由它們組成的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)感知物質(zhì)世界。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)通信或衛(wèi)星通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理中心、終端用戶(hù)組成。1．傳感器節(jié)點(diǎn)2．匯聚節(jié)點(diǎn)3．?dāng)?shù)據(jù)管理中心4．終端用戶(hù)5．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.5網(wǎng)絡(luò)傳感器13.5.1網(wǎng)絡(luò)傳感器及其基本結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)傳感器是指在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議（這里的TCP/IP協(xié)議是一個(gè)相對(duì)廣泛的概念，還包括UDP、HTTP、SMTP、POP3等協(xié)議）的傳感器，這種傳感器讓現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)能就近登錄網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)實(shí)時(shí)發(fā)布和共享。智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.5.2網(wǎng)絡(luò)傳感器通用接口標(biāo)準(zhǔn)

符合IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的傳感器和變送器能夠真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的即插即用。該標(biāo)準(zhǔn)將智能變送器劃分成兩部分，一部分是智能變換器接口模塊(SmartTransducerInterfaceModule，STIM)；另一部分是網(wǎng)絡(luò)適配器(NetworkCapableApplicationProcessor，NCAP)，亦稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器。兩者之間通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器數(shù)字接口(TransducerIndependenceInterface,TII)相連接。智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.5.3網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1.從有線(xiàn)形式到無(wú)線(xiàn)形式2.從現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)形式到互聯(lián)網(wǎng)形式智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13

智慧農(nóng)業(yè)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去，運(yùn)用傳感器和軟件通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)或者電腦平臺(tái)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更具有“智慧”。除了精準(zhǔn)感知、控制與決策管理外，從廣泛意義上講，智慧農(nóng)業(yè)還包括農(nóng)業(yè)電子商務(wù)、食品溯源防偽、農(nóng)業(yè)休閑旅游、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)等方面的內(nèi)容。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.6智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13.6.1智慧農(nóng)業(yè)在溫室大棚環(huán)境內(nèi)通過(guò)配備無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、信息路由設(shè)備、無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)檢測(cè)。每個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)都可以監(jiān)測(cè)土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、植物養(yǎng)分含量等參數(shù)。智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13

智慧醫(yī)療英文簡(jiǎn)稱(chēng)WIT130，是新興的專(zhuān)有醫(yī)療名詞。智慧醫(yī)療通過(guò)打造健康和醫(yī)療信息平臺(tái)，利用最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備之間的互動(dòng)和信息化。智慧醫(yī)院管理系統(tǒng)包括醫(yī)療管理信息系統(tǒng)（HIS）、臨床信息系統(tǒng)（CIS）、醫(yī)院運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)（HRP）、移動(dòng)物聯(lián)平臺(tái)（HMP）和醫(yī)聯(lián)體信息平臺(tái)等組成部分。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.6智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13.6.2智慧醫(yī)療智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13

智慧校園是指以促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合、提高學(xué)與教的效果為目的，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)為核心技術(shù)，提供一種環(huán)境全面感知、智慧型、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)作型一體化的教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)，并能對(duì)教育教學(xué)、教育管理進(jìn)行洞察和預(yù)測(cè)的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)13.6智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13.6.3智慧校園智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13

一是為廣大師生提供一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供基于角色的個(gè)性化定制服務(wù)；二是將基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)融入學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和協(xié)作；三是通過(guò)智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流和相互感知的接口。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)2.智慧校園的核心的特征3.未來(lái)教室4.無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)5.移動(dòng)智能卡——校園的通行證6.高新區(qū)教科網(wǎng)——資源共享，互動(dòng)教學(xué)智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13

《中國(guó)制造2025》要以智能制造為突破口和主攻方向，未來(lái)，智能制造投資總額將超萬(wàn)億元。智能制造并非只是一個(gè)橫空出世的概念，具體來(lái)看，工業(yè)4.0首先要打造智能工廠