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

《智能傳感與檢測(cè)技術(shù)》課程教案授課章節(jié)第13章智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13.1物聯(lián)網(wǎng)的概念13.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)13.3無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)13.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)13.5網(wǎng)絡(luò)傳感器建議課時(shí)2授課方式理論知識(shí)講授+提問(wèn)討論+多媒體演示所屬專業(yè)教學(xué)目標(biāo)1.理解物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系架構(gòu)2.掌握無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)工作方式3.理解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)4.了解網(wǎng)絡(luò)傳感器及其基本結(jié)構(gòu)教學(xué)重點(diǎn)1.物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系架構(gòu)2.無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)工作方式3.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)難點(diǎn)1.物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系架構(gòu)2.無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)工作方式3.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)參考教材《智能傳感與檢測(cè)技術(shù)》徐小華主編機(jī)械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學(xué)內(nèi)容『新課導(dǎo)入』物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)未來(lái)發(fā)展的遠(yuǎn)景，等同于“未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)”或“泛在網(wǎng)絡(luò)”。物聯(lián)網(wǎng)智能化已經(jīng)進(jìn)入到了完整的智能工業(yè)化領(lǐng)域，智能物聯(lián)網(wǎng)在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)上已經(jīng)步入成熟?！菏谡n內(nèi)容』13.1物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofThings，簡(jiǎn)稱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、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"射頻識(shí)別技術(shù)、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"紅外感應(yīng)器、激光掃描器、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"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\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"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。物聯(lián)網(wǎng)概念及應(yīng)用范圍如圖13-2所示。13.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖13-3所示。13.3無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification，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)。圖13-4是無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）裝置的工作原理圖。13.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)是由大量移動(dòng)或靜止的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線通信方式組成的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式以及適合移動(dòng)目標(biāo)等特點(diǎn)受到廣泛重視。無(wú)線傳感器網(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、終端用戶組成，如圖13-5所示。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。具體地說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)傳感器是采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時(shí)采用模塊化結(jié)構(gòu)將傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起的智能傳感器。它是測(cè)控網(wǎng)中的一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，其敏感元件輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理后，可由網(wǎng)絡(luò)處理裝置根據(jù)程序的設(shè)定和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)幀，并加上目的地址，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)處理器也能接收網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)傳給自己的數(shù)據(jù)和命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)本節(jié)點(diǎn)的操作。網(wǎng)絡(luò)傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖13-9所示。13.5.2網(wǎng)絡(luò)傳感器通用接口標(biāo)準(zhǔn)13.5.3網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1.從有線形式到無(wú)線形式2.從現(xiàn)場(chǎng)總線形式到互聯(lián)網(wǎng)形式【多媒體演示】多媒體課件見(jiàn)教材配套教學(xué)PPT『課堂小結(jié)』智慧城市是物聯(lián)網(wǎng)集中應(yīng)用的平臺(tái)，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用的典范，是由多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)功能單元組合而成的更大的示范工程，承載和包含著幾乎所有的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等相關(guān)技術(shù)，是“感知中國(guó)”的構(gòu)成要素與基礎(chǔ)單元?！鹤鳂I(yè)布置』P145頁(yè)一、填空題1、2、3二、綜合題1、2、3『教學(xué)后記』授課章節(jié)第13章智慧未來(lái)與物聯(lián)網(wǎng)13.6智慧未來(lái)建議課時(shí)2授課方式理論知識(shí)講授+提問(wèn)討論+多媒體演示所屬專業(yè)教學(xué)目標(biāo)1.認(rèn)識(shí)智慧農(nóng)業(yè)2.認(rèn)識(shí)智慧醫(yī)療3.認(rèn)識(shí)智慧校園4.認(rèn)識(shí)智能工廠教學(xué)重點(diǎn)1.智慧農(nóng)業(yè)2.智慧醫(yī)療3.智慧校園4.智能工廠教學(xué)難點(diǎn)1.智慧農(nóng)業(yè)2.智慧醫(yī)療3.智慧校園4.智能工廠參考教材《智能傳感與檢測(cè)技術(shù)》徐小華主編機(jī)械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學(xué)內(nèi)容『新課導(dǎo)入』國(guó)家“十三五”規(guī)劃發(fā)布后，智慧未來(lái)及物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)計(jì)劃再次將傳感器推上了風(fēng)口浪尖。綜合當(dāng)下局勢(shì)，不論是中國(guó)，還是全世界，智慧生產(chǎn)和智慧生活的建設(shè)已然成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。在這種大環(huán)境之下，傳感器也必然會(huì)迎來(lái)產(chǎn)業(yè)大爆發(fā)。在技術(shù)層面，智慧生產(chǎn)和智慧生活與大數(shù)據(jù)技術(shù)關(guān)系密切，與大數(shù)據(jù)相比，智慧未來(lái)生活的最大不同之處便在于“傳感器”與“控制系統(tǒng)”。在未來(lái)，發(fā)揮云計(jì)算的集約化、虛擬化、服務(wù)化、綠色化的優(yōu)勢(shì)，可以建立“智慧”云計(jì)算中心?！菏谡n內(nèi)容』13.6.1智慧農(nóng)業(yè)智慧農(nóng)業(yè)就是將\t"/item/%E6%99%BA%E6%85%A7%E5%86%9C%E4%B8%9A/_blank"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。圖13-14所示為溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求不同，溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中需要配備的傳感器數(shù)量和種類(lèi)也是不相同的。溫濕度傳感器土壤水份傳感器二氧化碳傳感器光照傳感器。13.6.2智慧醫(yī)療智慧醫(yī)療英文簡(jiǎn)稱WIT120，是新興的專有醫(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，如圖13-15所示。醫(yī)生工作站的核心工作是采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理和利用病人健康狀況和醫(yī)療信息。醫(yī)生工作站包括門(mén)診和住院診療的接診，檢查，診斷，治療，處方和醫(yī)療醫(yī)囑、病程記錄、會(huì)診、轉(zhuǎn)科、手術(shù)、出院、病案生成等全部醫(yī)療過(guò)程的工作平臺(tái)。1.遠(yuǎn)程探視避免探訪者與病患的直接接觸，杜絕疾病蔓延，縮短恢復(fù)進(jìn)程。2.臨床決策系統(tǒng)協(xié)助醫(yī)生分析詳盡的病歷，為制定準(zhǔn)確有效的治療方案提供基礎(chǔ)。3.智慧處方分析患者過(guò)敏和用藥史，反映藥品產(chǎn)地批次等信息，有效記錄和分析處方變更等信息，為慢性病治療和保健提供參考。4.遠(yuǎn)程會(huì)診智慧醫(yī)療通過(guò)聯(lián)網(wǎng)也可開(kāi)展遠(yuǎn)程會(huì)診、自動(dòng)查閱相關(guān)資料和借鑒先進(jìn)治療經(jīng)驗(yàn)，輔助醫(yī)生給患者提供安全可靠的治療方案，如圖13-16所示。13.6.3智慧校園1.智慧校園的內(nèi)涵2.智慧校園的核心的特征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。3.未來(lái)教室4.無(wú)線校園網(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)13.6.4智能工廠智能工廠的模型構(gòu)建是將精益生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、自動(dòng)化和信息化進(jìn)行有效配置和整合。避免相互之間的脫節(jié)，資源錯(cuò)配而造成低效運(yùn)轉(zhuǎn)，最終構(gòu)建全新的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)績(jī)效的跨越式提升。北京大學(xué)縱橫精益運(yùn)營(yíng)與智能制造研究院曾經(jīng)花費(fèi)一年時(shí)間為某知名企業(yè)成功打造了全新的全球標(biāo)桿智能