智能傳感與檢測技術 教案 第13章 智慧未來與物聯網

《智能傳感與檢測技術》課程教案授課章節(jié)第13章智慧未來與物聯網13.1物聯網的概念13.2物聯網的體系架構13.3無線射頻識別(RFID)技術13.4無線傳感器網絡13.5網絡傳感器建議課時2授課方式理論知識講授+提問討論+多媒體演示所屬專業(yè)教學目標1.理解物聯網的概念和體系架構2.掌握無線射頻識別(RFID)技術工作方式3.理解無線傳感器網絡4.了解網絡傳感器及其基本結構教學重點1.物聯網的概念和體系架構2.無線射頻識別(RFID)技術工作方式3.無線傳感器網絡教學難點1.物聯網的概念和體系架構2.無線射頻識別(RFID)技術工作方式3.無線傳感器網絡參考教材《智能傳感與檢測技術》徐小華主編機械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學內容『新課導入』物聯網是一個未來發(fā)展的遠景，等同于“未來的互聯網”或“泛在網絡”。物聯網智能化已經進入到了完整的智能工業(yè)化領域，智能物聯網在大數據、云計算、虛擬現實上已經步入成熟。『授課內容』13.1物聯網的概念物聯網（TheInternetofThings，簡稱IOT）的概念于1999年提出。物聯網是指通過各種信息傳感器、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"射頻識別技術、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"紅外感應器、激光掃描器、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"全球定位系統(tǒng)等信息傳感設備，采集物品的聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等信息，按約定的協議，把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現對物品和過程的智能化感知、識別、定位和管理。物聯網是一個基于\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"互聯網、傳統(tǒng)電信網等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯互通的網絡。物聯網的應用范圍包括：智慧工廠、智慧校園、智慧醫(yī)療、智慧商場、智慧倉庫、智能家居、個人健康、物流運輸、環(huán)境保護等領域。物聯網概念及應用范圍如圖13-2所示。13.2物聯網的體系架構物聯網分為三層：感知層、網絡層和應用層，如圖13-3所示。13.3無線射頻識別(RFID)技術射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。圖13-4是無線射頻識別（RFID）裝置的工作原理圖。13.4無線傳感器網絡無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork,WSN)是由大量移動或靜止的傳感器節(jié)點，通過無線通信方式組成的網絡。無線傳感器網絡是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術于一體的網絡信息系統(tǒng)，以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網方式、鋪設方式以及適合移動目標等特點受到廣泛重視。無線傳感器網絡由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、移動通信或衛(wèi)星通信網、數據管理中心、終端用戶組成，如圖13-5所示。13.5網絡傳感器13.5.1網絡傳感器及其基本結構網絡傳感器是指在現場級實現了TCP/IP協議（這里的TCP/IP協議是一個相對廣泛的概念，還包括UDP、HTTP、SMTP、POP3等協議）的傳感器，這種傳感器讓現場測控數據能就近登錄網絡，在網絡所能及的范圍內實時發(fā)布和共享。具體地說，網絡傳感器是采用標準的網絡協議，同時采用模塊化結構將傳感器和網絡技術有機地結合在一起的智能傳感器。它是測控網中的一個獨立節(jié)點，其敏感元件輸出的模擬信號經A/D轉換及數據處理后，可由網絡處理裝置根據程序的設定和網絡協議封裝成數據幀，并加上目的地址，通過網絡接口傳輸到網絡上。同時，網絡處理器也能接收網絡上其他節(jié)點傳給自己的數據和命令，實現對本節(jié)點的操作。網絡傳感器的基本結構如圖13-9所示。13.5.2網絡傳感器通用接口標準13.5.3網絡傳感器的發(fā)展趨勢1.從有線形式到無線形式2.從現場總線形式到互聯網形式【多媒體演示】多媒體課件見教材配套教學PPT『課堂小結』智慧城市是物聯網集中應用的平臺，也是物聯網技術綜合應用的典范，是由多個物聯網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網、云計算等相關技術，是“感知中國”的構成要素與基礎單元。『作業(yè)布置』P145頁一、填空題1、2、3二、綜合題1、2、3『教學后記』授課章節(jié)第13章智慧未來與物聯網13.6智慧未來建議課時2授課方式理論知識講授+提問討論+多媒體演示所屬專業(yè)教學目標1.認識智慧農業(yè)2.認識智慧醫(yī)療3.認識智慧校園4.認識智能工廠教學重點1.智慧農業(yè)2.智慧醫(yī)療3.智慧校園4.智能工廠教學難點1.智慧農業(yè)2.智慧醫(yī)療3.智慧校園4.智能工廠參考教材《智能傳感與檢測技術》徐小華主編機械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學內容『新課導入』國家“十三五”規(guī)劃發(fā)布后，智慧未來及物聯網的建設計劃再次將傳感器推上了風口浪尖。綜合當下局勢，不論是中國，還是全世界，智慧生產和智慧生活的建設已然成為不可逆轉的趨勢。在這種大環(huán)境之下，傳感器也必然會迎來產業(yè)大爆發(fā)。在技術層面，智慧生產和智慧生活與大數據技術關系密切，與大數據相比，智慧未來生活的最大不同之處便在于“傳感器”與“控制系統(tǒng)”。在未來，發(fā)揮云計算的集約化、虛擬化、服務化、綠色化的優(yōu)勢，可以建立“智慧”云計算中心?！菏谡n內容』13.6.1智慧農業(yè)智慧農業(yè)就是將\t"/item/%E6%99%BA%E6%85%A7%E5%86%9C%E4%B8%9A/_blank"物聯網技術運用到傳統(tǒng)農業(yè)中去，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業(yè)生產進行控制，使傳統(tǒng)農業(yè)更具有“智慧”。除了精準感知、控制與決策管理外，從廣泛意義上講，智慧農業(yè)還包括農業(yè)電子商務、食品溯源防偽、農業(yè)休閑旅游、農業(yè)信息服務等方面的內容。圖13-14所示為溫室大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，根據溫室大棚環(huán)境監(jiān)測的需求不同，溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中需要配備的傳感器數量和種類也是不相同的。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)療英文簡稱WIT120，是新興的專有醫(yī)療名詞。智慧醫(yī)療通過打造健康和醫(yī)療信息平臺，利用最先進的物聯網技術，實現患者與醫(yī)務人員、醫(yī)療機構、醫(yī)療設備之間的互動和信息化。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)院運營管理系統(tǒng)（HRP）、移動物聯平臺（HMP）和醫(yī)聯體信息平臺等組成部分，如圖13-15所示。醫(yī)生工作站的核心工作是采集、存儲、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、會診、轉科、手術、出院、病案生成等全部醫(yī)療過程的工作平臺。1.遠程探視避免探訪者與病患的直接接觸，杜絕疾病蔓延，縮短恢復進程。2.臨床決策系統(tǒng)協助醫(yī)生分析詳盡的病歷，為制定準確有效的治療方案提供基礎。3.智慧處方分析患者過敏和用藥史，反映藥品產地批次等信息，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.遠程會診智慧醫(yī)療通過聯網也可開展遠程會診、自動查閱相關資料和借鑒先進治療經驗，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.智慧校園的內涵2.智慧校園的核心的特征一是為廣大師生提供一個全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務平臺，提供基于角色的個性化定制服務；二是將基于計算機網絡的信息服務融入學校的各個應用與服務領域，實現互聯和協作；三是通過智能感知環(huán)境和綜合信息服務平臺，為學校與外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口。3.未來教室4.無線校園網絡5.移動智能卡——校園的通行證6.高新區(qū)教科網——資源共享，互動教學13.6.4智能工廠智能工廠的模型構建是將精益生產、標準化、模塊化、自動化和信息化進行有效配置和整合。避免相互之間的脫節(jié)，資源錯配而造成低效運轉，最終構建全新的生產流程和生產模式，實現績效的跨越式提升。北京大學縱橫精益運營與智能制造研究院曾經花費一年時間為某知名企業(yè)成功打造了全新的全球標桿智能