第3章 物联网感知技术

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第3章 物联网感知技术
主编:刘丽军
3.1.4 RFID的组成和工作原理
3)天线 天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率 接收或辐射出去的设备，是电路与空间的界面器 件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。 在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器 天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作 用。
输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
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3.2.2 传感器的定义和组成
二、传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件、
转换电路三部分组成：
被测量
敏感元件
转化元件
转换电路
电路
注：有的书上不包括 虚线后部分
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3.2.2 传感器的定义和组成
有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换 元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。如热 电偶。
有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换 电路。
有些传感器，转换元件不止一个，要经过若干次转 换。
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3.2.1 传感器的作用和重要性
传感器所检测的信号进来显著地增加，因而其品种 也极其繁多。为了对各种各样的信号进行检测、控 制，就必须获得尽量简单易于处理的信号，这样的 要求只有电信号能够满足。电信号能较容易地进行 放大、反馈、滤波、微分、存贮、远距离操作等。
机械量
位移（线位移、角位移），尺寸、形状；力、力 矩、应力；重量、质量；转速、线速度；振动幅 度、频率、加速度、噪声
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3.2.3 传感器的分类及要求
续：
被测量类别 物性和成分量 被 测 量
气体化学成分、液体化学成分；酸碱度（PH 值）、盐度、浓度、粘度；密度、比重
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3.2.2 传感器的定义和组成
一、传感器的定义
定义：
能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可
用输出信号的器件或装置。
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3.2.2 传感器的定义和组成
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定 对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
3.1.1 常见自动识别技术
1. 条码技术(Barcode) 条形码是日常生活中经常会看到的一种自动识别 技术，也是迄今为止最经济、实用的一种自动识别 技术。
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3.1.1 常见自动识别技术
条码可分为一维条码和二维条码。一维条码按照 应用可分为商品条码和物流条码。商品条码包括EAN 码和UPC码，物流条码包括128码、ITF码、39码、库 德巴码等。
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3.1.2 RFID技术概述
天线
标签
阅读器
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3.1.2 RFID技术概述
2000
1990
RFID发展历程
1970
1980
1960
1950 1940 发 展 提 速 商 用 广 泛
丰 富
出 现
探 索
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3.2.1 传感器的作用和重要性
因此可将传感器的作用狭义的定义为：“将外界 的输入信号变换为电信号的一类元件。”如下图 所示：
来自外界的信号
传感器
电信号
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3.2.1 传感器的作用和重要性
二、传感器的重要性 作为人脑的一种模拟的电子计算机的发展极为迅速，可是起 五种感觉模拟作用的传感器却发展很慢，因而如果不进行传 感器的开发，现在的电子计算机将不能适应实际需要。现代 社会要求传感器、电子计算机和执行器三者都能相互协调才 行。 这样，传感器就成了现代科学的中枢神经系统，它日益受到 人们的普遍重视，这已成为现代传感器技术的必然趋势。
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3.1 RFID技术
3.1.1 常见自动识别技术
自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被 识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取 被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处 理系统来完成相关后续处理的一种技术。
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3.1.1 常见自动识别技术
4.生物特征识别 生物识别技术(Biometric Identification Technology)是指利用人体生物特征进行身份认证的 一种技术。
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3.1.2 RFID技术概述
RFID是Radio Frequency Identification的缩写， 即无线射频识别，俗称电子标签。是一种非接触式 的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对 象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工 作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体 并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
错误侦测及自我纠正能力
垂直方向的资料 主要用途 资料库与网络依赖性
可不依赖资料库及通讯网络而单 独使用
对于堆叠式可用线型扫描器，或 图像扫描仪识读，对于矩阵式则 只能用图像扫描仪识读
识读设备
可用线型扫描器识读，如光笔、线 型CCD等
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3.1.1 常见自动识别技术
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3.2.3 传感器的分类及要求
一、传感器的分类
传感器种类繁多，目前常用的分类有两种：
以被测量来分
以传感器的原理来分
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3.2.3 传感器的分类及要求
按被测量来分类
被测量类别 被 测 量
热工量
温度、热量、比热；压力、压差、真空度；流量、 流速、风速
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3.1.5 RFID技术的应用
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3.1.5 RFID技术的应用
RFID发展面临的难题 (1) 成本的下降； (2) 国际标准的制定与推行； (3) 可能引起隐私权的问题。
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3.1.2 RFID技术概述
与其他自动识别技术相比，RFID的主要特性包括 以下4个方面。 (1) 数据的读写(Read Write)机能; (2) 小型化和多样化的形状; (3) 耐环境性; (4) 可重复使用
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3.1.3 RFID分类
1. 按供电方式不同的分类 (1) 有源电子标签 (2) 无源电子标签 (3) 半无源电子标签
其包含一下几个方面的意思：
传感器是测量装置，能完成检测任务 它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学 量、生物量等
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3.2.2 传感器的定义和组成
输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、 处理、显示等，这种量可以是气、光、电，但主 要是电量。
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3.1.4 RFID的组成和工作原理
RFID系统可分为硬件和软件两大部分，硬件组件 包括电子标签、读写器、天线。RFID系统的软件 组件可分RFID系统软件、RFID中间件和主机应用程 序。
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3.1.4 RFID的组成和工作原理
3.2 传感器引入
人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受外界的 信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应 的动作。 而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动， 则可以说电子计算机相当于人的大脑（一般俗称 电脑），而传感器则相当于人的五官部分（“电 五官” ）。
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1.RFID的硬件组成 1)电子标签 电子标签也称应答器，是一个微型的无线收发装 置，主要由内置天线和芯片组成。芯片中存储能够 识别目标的信息，当读写器查询时它会发射数据给 读写器。
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3.1.4 RFID的组成和工作原理
2)读写器 读写器是一个捕捉和处理 RFID标签数据的设备，它可以 是单独的个体，也可以嵌入到 其他系统之中。读写器也是构 成RFID系统的重要部件之一， 由于它能够将数据写到RFID标 签中，因此称为读写器。ຫໍສະໝຸດ 3.2.2 传感器的定义和组成
敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测量，并输 出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件（Transduction element）：以敏感元件的输出 为输入，把输入转换成电路参数。 转换电路（Transduction circuit）：将转换电路参数接入 转换电路，便可转换成电量输出。
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3.1.4 RFID的组成和工作原理
2.RFID的软件组成 RFID系统中的软件组件主要完成数据信息的存储、 管理以及对RFID标签的读写控制，是独立于RFID硬 件之上的部分。主要包括： (1)边沿接口系统 (2)RFID中间件 (3)企业应用接口 (4)应用软件
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3.1.3 RFID分类
低频（LF）
高频（HF）
超高频 （UHF）
微波（MW）
低频135KHz以下
高频13.56MHz
超高频 860M~960MHz
微波2.4G
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3.1.4 RFID的组成和工作原理
RFID系统的工作原理
二维条码根据构成原理、结构形状的差异，可分 为行排式二维条码(2D stacked bar code)和矩阵式 二维条码(2D matrix bar code)。
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3.1.1 常见自动识别技术
一维条码和二维条码的比较 一维条形码 资料密度与容量 密度低，容量小 可以进行错误侦测，但没有错误纠 正能力 不储存资料，垂直方向的高度是为 了识读方便，并弥补印刷缺陷或局 部损坏 主要用于对物品的标识 多数场合需依赖资料库及通讯网络 二维条形码 密度高，容量大 有错误检验及错误纠正能力，并 可根据实际应用设置不同的安全 等级 携带资料，可以纠正印刷缺陷或 局部损坏等，并能恢复资料 用于对物品的描述
状态量
颜色、透明度、磨损量、材料内部裂缝或缺陷、 气体泄漏、表面质量
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3.2.3 传感器的分类及要求
按传感器的原理来分类
电阻式，光电式（红外式、光导纤维式）， 电感式，谐振式，电容式，霍尔式（磁式）， 阻抗式（电涡流式），超声式，磁电式，同 位素式，热电式，电化学式，压电式，微波 式
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3.1.3 RFID分类
2. 按使用频率不同的分类 (1)低频(Low Frequency，LF) (2)高频(High Frequency，HF) (3)超高频(Ultra High Frequency，UHF) (4)微波(Microwave，uW)
2. 光学字符识别(OCR) 光学字符识别(Optical Character Recognition， OCR)是指对文本资料进行扫描，然后对图像文件进 行分析处理，获取文字及版面信息的过程。
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3.1.1 常见自动识别技术
3. 卡识别技术 (1)磁条(卡)技术 (2)IC卡识别技术
物联网技术与应用
——配套电子课件
第3章 物联网感知技术
主编:刘丽军
2014-7-24
第3章 物联网感知技术
主编:刘丽军
【本章知识要点】
学习完本章后，应当掌握如下知识：
（1）掌握RFID技术的原理、分类和组成。 （2）掌握传感器技术的作用和组成。 （3）掌握嵌入式系统的组成和应用领域。 （4）了解RFID、传感器、嵌入式系统的发展趋势。
刘丽军一维条形码二维条形码资料密度与容量密度低容量小密度高容量大错误侦测及自我纠正能力可以进行错误侦测但没有错误纠正能力有错误检验及错误纠正能力并可根据实际应用设置不同的安全等级垂直方向的资料不储存资料垂直方向的高度是为了识读方便并弥补印刷缺陷或局部损坏携带资料可以纠正印刷缺陷或局部损坏等并能恢复资料主要用途主要用于对物品的标识用于对物品的描述资料库与网络依赖性多数场合需依赖资料库及通讯网络可不依赖资料库及通讯网络而单独使用识读设备可用线型扫描器识读如光笔线型ccd等对于堆叠式可用线型扫描器或图像扫描仪识读对于矩阵式则只能用图像扫描仪识读一维条码和二维条码的比较311常见自动识别技术774物联网感知技术主编
身体与机器人的对应关系
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3.2 传感器引入
传感器是获取自然领域中信息 的主要途径与手段。
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3.2.1 传感器的作用和重要性
一、传感器的作用
传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外 界的各种信号转换成电信号。