物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎（第2版） 課件 31.北斗衛(wèi)星-40.WSN結構

北斗衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎2北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，與美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并稱全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)2011年12月27日起提供連續(xù)導航定位與授時服務北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)WEBGIS南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎4什么是webGIS？5webGIS3D手機6/7屬于我的地圖隨時可以訪問/home/webmap/viewer.html?webmap=a03db9e9fe904de7b08385b895c5f63e底圖自己設的標簽傳感器定義南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎9什么是傳感器物聯(lián)網(wǎng)物與物的聯(lián)系如何實現(xiàn)？——傳感器“傳送感覺的機器”

執(zhí)行器(手臂)傳感器(五官)

計算機(大腦)信息源(蘋果)人們?yōu)榱双@取外界信息，借助于感覺器官，而傳感器就類似于人的五官10溫度變化數(shù)值變化定義：能夠將外界的非電信號（力，溫度，光，不易測量），按一定規(guī)律轉換成電信號（電壓電流，易觀察）輸出的器件或裝置。36度利用熱脹冷縮，將溫度的變化轉換為長度的變化，讀取數(shù)值11生活被傳感器包圍12傳感器組成敏感元件轉換元件測量電路電信號非電信號電源敏感元件

直接感受或響應被測量的部分。比如彈簧秤，將壓力轉換為長度。轉換元件

能將敏感元件感受或響應的被測量轉換電信號測量電路

將電信號放大濾波接收轉換輸出傳感器分類南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎14安被測量分按工作機理分物理性質(zhì)變化：熱/光/力化學成分濃度變化按感官特性光敏——視覺氣敏——味覺聲音——聽覺熱敏——觸覺按輸出信號模擬數(shù)字傳感器的分類傳感器特性南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎17傳感器的特性——輸入輸出關系分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性：穩(wěn)態(tài)，傳感器輸出與輸入之間的關系。y=f(x)

其中x為輸入量，y為輸出量。18線性度通常，要求傳感器在靜態(tài)情況下的輸入與輸出保持線性關系，實際上，很難滿足理想的線性關系，一般用多項式表示

出19線性度實際輸入輸出關系曲線和理想直線間的偏離程度最大偏差最大輸出20靈敏度當輸入變化為Δx時，有：

靈敏度k(x)=?y/?x例如，位移傳感器，位移變化1mm時，輸出電壓變化200mv，則靈敏度是2oomv/mm21遲滯在輸入量增加和輸入減少過程測特性曲線不重合如果傳感器存在滯后性，則輸入與輸出就不能保持一一的對應關系。產(chǎn)生原因：零件缺陷，螺絲松動，灰塵22重復性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全量程范圍內(nèi)連續(xù)變動多次所得特性曲線的一致程度。重復重復性越好，誤差越小23零漂傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一段時間進行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值），即為零點飄移應變片式傳感器南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎25懸臂梁應變片固定端構造電子秤金屬架—彈簧鋼制成可彎曲一端固定，另一端不固定26原理:——金屬導體或半導體應變效應當金屬導體或半導體在受外力作用時,會發(fā)生形變,同時阻值也發(fā)生變化..金屬電阻絲在外力的作用下被拉伸或壓縮，它的電阻值發(fā)生變化。R=ρ·

L／S長度L截面S電阻率ρ27壓縮時電阻變小FF金屬絲金屬絲

FF拉伸時電阻變大R=ρ·

L／S28力學量敏感元件（懸臂梁）金屬應變受力端固定端

F

固定端F

在力F

作用下，懸臂梁的上、下表面均產(chǎn)生微小的形變，稱之為“應變”。29力傳感器上的應變片懸臂梁30上面兩只應變片下面兩只應變片固定端受力端電阻絲保護層絕緣基片受力方向核心元件：電阻絲31轉換元件（應變片）電學量金屬應變利用電阻應變片，將金屬的應變轉換成電阻值的變化，從而將力學量轉換成電學量。32金屬絲金屬片

金屬絲

33F壓縮時電阻變小拉伸時電阻變大34應變片（R2、R3）應變片（R1、R4）R1R2R3R4UR1/R2＝R3

/R4

時，U=0測量電路——惠斯通電橋35R1R2R3R4UUAUB小小大大FR2R3R1R4R2R3R1R4當懸臂梁受力時，梁的上表面伸長，R2、R3電阻值增大；梁的下表面壓縮，R1、R4電阻值減小。此時UB＜UA，電橋失去平衡，輸出與壓力成正比的電壓。

形變電阻值變化電壓變化霍爾傳感器南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎37磁鐵

手柄外環(huán)手柄手柄旋轉手柄，調(diào)節(jié)磁鐵和霍爾元件之間的距離，電路輸出相應的電壓，從而控制車速?；魻栐?8霍爾效應霍爾元件通常采用N型半導體材料，材料中導電的載流子是電子。

電子直線運動IIN型半導體電子

Iv39施加磁場B

，電子在洛倫茲力FL的作用下向薄片的一個側面偏轉。

電子發(fā)生偏轉

IBBIFLvBvFLII40在該側面上形成負電荷的積累（－）在另一側面，由于電子濃度下降而出現(xiàn)等量的正電荷（＋）從而形成霍爾電場EH

由于EH的存在，電子除受到洛侖茲力FL的作用，還要受到霍爾效應產(chǎn)生的電場力FH的作用。形成霍爾電場B－－－－－＋＋＋＋＋

I+++++++++

－－－－－－－－

FHFLEHIIBv41在半導體兩個側面形成霍爾電壓UH

。+++++++++

－－－－－－－－

＋－UHFHFLEHIIBv現(xiàn)在的霍爾傳感器大多是集成的主要用于測量能夠轉換為磁場變化的其他物理量超聲波傳感器南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎44超聲波的概念

根據(jù)聲波頻率的范圍，聲波可分為次聲波、聲波和超聲波。45汽車倒車雷達由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成由發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，遇到障礙物后反射至接收探頭，以計算出車體與障礙物之間的距離46各種超聲波探頭

外殼用金屬制作，保護膜用硬度很高的耐磨材料制作。

保護膜接插件47壓電晶片壓電晶片壓電晶片是一種壓電式傳感元件，它既可以將機械能轉換為電能，又可以將電能轉換為機械能。發(fā)射器接收器48可折疊、可卷曲、可印刷的薄膜揚聲器

49超聲波探頭與被測物體接觸時，會存在一層空氣薄層，引起反射波，造成干擾，利用耦合劑，可以擠掉空氣使超聲波順利進入物體常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化學漿糊等。

50當超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側時，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側的屬于反射型，反射型可用于接近開關、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。

51超聲波測厚探頭發(fā)射超聲振動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反射回來，并被探頭再次接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以被測體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以2，就得到厚度

：52木材厚度測量紙卷直徑檢測只要測出從發(fā)射到接收所需的時間t，再乘以被測體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以2，就得到厚度

啥是無線傳感器網(wǎng)絡南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎啥是無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡早先是在軍隊中服役直到近年來才轉業(yè)來到日常生活中54

美軍“沙地直線”項目

2002年美軍在俄亥俄州大規(guī)模試驗了“沙地直線”項目系統(tǒng)，也就是地面戰(zhàn)場無線傳感器網(wǎng)絡，能夠檢測出入侵的高金屬含量目標。例如坦克和車輛圖中示例紅色的連線和箭頭表示無線通信的傳輸路線。5556美軍戰(zhàn)場警戒示意圖傳感器節(jié)點通行車輛布置在道路兩側的傳感器網(wǎng)絡探測出通行的車輛目標信號，傳輸給士兵的手持終端設備，實現(xiàn)戰(zhàn)場警戒功能。5657微型傳感器命中的坦克遠程火炮指揮所還可以用于火力打擊后的目標毀傷效果評估。圖中的黃色圓點就是微型傳感器，在裝甲目標受到飛機轟炸以及近程和遠程火炮打擊之后，傳感器將目標毀傷效果傳送回指揮所。目標毀傷效果評估57WSN-WirelessSensorNetworks傳感器網(wǎng)絡的基本功能-協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息美國提出的“智能塵?！钡脑O計思想。將無線傳感器制作成灰塵般大小。在戰(zhàn)場上拋撒成千上萬、或許上百萬個“智能塵埃”，用于監(jiān)控敵人的活動。這些傳感器自行組織成無線傳感器網(wǎng)絡，并對探測到的原始數(shù)據(jù)進行過濾，把重要的信息發(fā)送給使用者。58WSN結構南京信息職業(yè)技術學院張園物聯(lián)網(wǎng)技術及應用基礎2.25in麥克風加速計測光測溫測聲磁力計1.25in60信息采集、數(shù)據(jù)轉換控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡協(xié)議無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)提供能量傳輸媒體：大氣，射頻傳輸；載波頻率：典型通信頻率為433MHz到2.4GHz之間；6162傳感器節(jié)點無中心所有的節(jié)點都是地位平等加入和離開節(jié)點都是隨意的沒有嚴格的限制條件63節(jié)點封裝示例（一）密封形封裝罩特點：表面光滑可以滾動自動調(diào)整姿態(tài)位置在任何姿態(tài)下都能使光線照射到里面的太陽能電池板萬向節(jié)固定架設計設計這種罩體的關鍵是將傳感器元器件，安裝在一個萬向節(jié)機械裝置的固定架上，并與罩殼相連，萬向節(jié)機