第七章 智能化网络化传感器技术
物联网环境中的智能传感器网络技术综述
物联网环境中的智能传感器网络技术综述智能传感器网络技术是物联网环境中的重要组成部分，它将传统的传感器技术与无线通信技术相结合，可以实现对环境中各类数据的感知、采集和传输。
智能传感器网络技术在物联网应用领域有着广泛的应用，如智能家居、智慧城市、工业自动化等领域。
本文将对物联网环境中的智能传感器网络技术进行综述。
一、智能传感器网络技术的基本原理智能传感器网络技术通过将传感器节点互相连接，构成一个网络，实现数据的采集、处理和传输。
传感器节点通常由传感器、微处理器、无线通信模块等组成。
当传感器探测到环境中的数据变化时，通过微处理器进行数据处理，并通过无线通信模块将数据传输到上层网络中。
整个传感器网络可以由基站或网关进行集中管理和控制。
二、智能传感器网络技术的关键技术1. 传感器节点设计：智能传感器网络中的传感器节点通常需要具备低功耗、小型化、多功能等特点。
传感器节点设计涉及到传感器的选择、功耗管理、通信协议等方面的技术问题。
2. 传感器数据采集与处理：传感器节点采集到的数据通常需要进行处理，以提取有用的信息并减少数据传输量。
传感器数据处理技术包括信号处理、数据压缩、数据融合等方面的技术手段。
3. 传感器网络拓扑结构：传感器网络的拓扑结构对网络的性能有着重要的影响。
常见的拓扑结构包括星型、树型、网状等。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
4. 传感器网络路由算法：传感器网络中的节点通常需要通过多跳传输将数据传输到目的地。
传感器网络路由算法的设计可以提高网络的吞吐量、降低能耗，并保证数据的可靠传输。
5. 传感器网络安全与隐私保护：随着物联网应用的普及，传感器网络中的数据安全和隐私保护问题日益重要。
传感器网络安全技术主要包括数据加密、访问控制、身份认证等方面的技术手段。
三、智能传感器网络技术的应用领域1. 智能家居：智能传感器网络技术可以应用于智能家居系统中，实现对家居环境中温度、湿度、空气质量等参数的监测和控制。
网络智能化传感技术发展浅析
1、引言传感器技术、通信技术与计算机技术构成现代信息的三大基础，它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理，是当代科学技术发展的一个重要标志。
随着科学技术的发展，数字化、智能化和网络化已成为时代发展趋势：计算机技术和通信技术结合进而产生了计算机网络技术；计算机技术和传感器技术结合产生了智能传感器技术；将三者融为一体（计算机网络技术与智能传感技术结合）便产生了网络化智能传感技术。
网络化智能传感技术已成为人们关注的热点[1],本文仅就网络化智能传感技术的发展现状与发展趋势作简要论述。
2、网络化智能传感技术网络化智能传感器是以嵌入式微处理器为核心，集成了传感单元、信号处理单元和网络接口单元，使传感器具备自检、自校、自诊断及网络通信功能，从而实现信息的采集、处理和传输真正统一协调的新型智能传感器，原理框图如图1所示。
网络化智能传感器与其它类型传感器相比，具有如下特点：⑴具有智能传感功能。
随着嵌入式技术、集成电路技术和微控制器的引入，使传感器成为硬件和软件的结合体，一方面传感器的功耗降低、体积减小、抗干扰性和可靠性提高，另一方面传感器具有了自识别和自校正功能，同时利用软件技术实现传感器的非线性补偿、零点漂移和温度补偿等；⑵ 具有网络通信功能。
网络接口技术的应用使传感器方便地接入工业控制网络，为系统的扩充和维护提供了极大的方便。
3、基于现场总线的智能传感技术现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术，按照国际电工委员会IEC61158的标准定义：“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。
一般认为“现场总线是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是用于工业控制的计算机系统工业总线”。
现场总线技术是在仪表智能化和全数字控制系统的需求下产生的。
现场总线是连结智能化现场设备和控制室之间全数字式、开放式和双向的通信网络。
智能传感技术
3.1 基于典型芯片级的总线
㈠ 1-Wire总线硬件结构
Vcc 微处理器 Rx
单总线
序列号 接收 发射
4.7kΩ 1-Wire总线
1-Wire端口 Rx 5µ A Tx 100Ω MOSFET
Tx
电源 地
电源
图14-10 硬件结构
图14-11 内部等效电路
3.1 基于典型芯片级的总线
㈠ 基于1-Wire总线的DS18B20型智能温度传感器
2.3 自诊断
智能传感器自诊断技术俗称“自检”，要求对智能传 感器自身各部件，包括软件和硬件进行检测，如ROM、 RAM、寄存器、插件、A/D及D/A转换电路及其它硬件资 源等的自检验，以及验证传感器能否正常工作，并显示相 关信息。
对传感器进行故障诊断主要以传感器的输出值为基础 的，主要有： (1) 硬件冗余诊断法 (2) 基于数学模型的诊断法 (3) 基于信号处理的诊断法 (4) 基于人工智能的故障诊断法
三、 智能传感器系统的总线标准
智能传感器标志之一是具有数字标准化数据通信接口， 能与计算机直接或接口总线相连，相互交换信息。 结合到智能传感器总线技术的实际状况以及逐步实现 标准化、规范化的趋势，本节按基于典型芯片级的总线、 USB总线和IEEE1451智能传感器接口标准来叙述智能传感器 总线标准。
网络化智能传感器
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IEEE1451.2的实现
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3. IEEE 1451.3标准
定义一个标准的物理接口，以多点设置的方式 连接多个分散的传感器。
在某些情况下，不可能把NCAP嵌入在传感器 中。IEEE 1451.3标准以一种“小总线”方式 实现传感器总线接口模块（TBIM），这种小 总线因足够小且便宜可以轻易地嵌入到传感器 中，从而允许通过一个简单的控制逻辑接口进 行大量的数据转换。
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IEEE1451.2标准规定的数据表格
– 总体TEDS（Meta-TEDS）：包含这个STIM的总体 信息，如TEDS数据结构，最坏情况下的时序参数 和通道数等； – 通道TEDS（Channel TEDS）：包含该通道的具体 信息，如上、下限，物理单位，预热时间，有无自 检测，不确定度，数据模型，标定模型以及触发参 数等。 – 标定TEDS（Calibration TEDS）：包含最新的标 定数据、标定间隔以及支持多段标定模型所需的全 部参数。 – 总体识别TEDS（Meta-Identification TEDS）：提 供了STIM识别信息的人工可读的版本，内容包括 制造商、类型号、序列号、日期和产品描述；
– 扩展TEDS（Generic Extension TEDS Data Block）： 它也是可选的，用于实现对1451.2的扩展。
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1. IEEE 1451.1标准
IEEE 1451.1是应用现有的各种网络技术， 开发出从智能传感器到网络的标准连接 方法，而对使用何种网络协议和网络收 发器没有限制。
串口数据时钟 启动地址或数据传输 触发信号 1.触发应答 2.数据传输应答 由STIM使用,向NCAP请求任务
补充1网络化智能传感器
网络化智能传感器在工业自动化、环境监测、智能家居等领 域中发挥着至关重要的作用，能够提高生产效率、降低能耗 、保障人民生命财产安全，对经济社会的发展具有重要意义 。
02
网络化智能传感器的技 术原理
传感器技术
传感器类型
01
包括温度、湿度、压力、位移、速度、加速度等传感器，以及
生物传感器、化学传感器等。
特点
网络化智能传感器具有高精度、高可靠性、自适应性、远程可操作性等特点， 能够广泛应用于工业自动化、环境监测、智能家居等领域。
发展趋势与重要性
发展趋势
随着物联网、云计算、大数据等技术的不断发展，网络化智 能传感器正朝着低成本、微型化、高集成度、高智能化等方 向发展，为各行业提供更高效、精准的监测和感知解决方案 。
隐私保护
通过匿名化和去标识化技术，隐藏敏感信息，保护用 户隐私。
传感器网络的稳定性与可靠性
1 2
冗余设计
在网络中部署多个传感器节点，确保在某个节点 发生故障时，其他节点仍能正常工作。
容错机制
建立有效的容错机制，检测并处理传感器网络中 的故障和异常，提高整个网络的稳定性。
3
自适应调整
根据环境变化和网络状态，自适应调整传感器节 点的参数和工作模式，确保网络的可靠性。
03
网络化智能传感器的应 用领域
工业自动化
01
02
03
生产监控
通过网络化智能传感器， 实时监测生产线上各种设 备的运行状态，确保生产 过程的稳定性和效率。
质量控制
通过传感器采集生产过程 中的各种数据，进行实时 分析，及时发现并解决潜 在的质量问题。
能源管理
传感器能够监测设备的能 耗情况，为企业提供数据 支持，实现能源的有效利 用和管理。
智能传感器
智能传感器引言：随着科技的不断发展，智能传感器在现代生活中起到了至关重要的作用。
智能传感器是一种能够感知和探测环境中各种信息并将其转化为数字信号的设备。
它们广泛应用于各个领域，包括工业自动化、智能家居、智能城市等。
本文将详细介绍智能传感器的原理、应用以及未来发展方向。
一、智能传感器的原理智能传感器是由多种技术组成的复杂系统，其原理主要基于物理效应和电子器件。
智能传感器通常由传感元件、信号处理器和通信模块组成。
1. 传感元件传感元件是智能传感器的核心部分，用于感知环境中的各种信息。
常见的传感元件包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器等。
这些传感元件利用物理效应，如热敏效应、电敏效应、压敏效应等，将环境信息转化为电信号。
2. 信号处理器传感元件生成的电信号需要经过信号处理器进行处理。
信号处理器对原始信号进行放大、滤波、采样等操作，以提高信号的可靠性和可用性。
同时，信号处理器还将模拟信号转化为数字信号，便于后续的处理和分析。
3. 通信模块智能传感器还需要通过通信模块将获取的信息传输给外部设备。
通信模块可以使用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等，也可以使用有线通信技术，如Ethernet、RS485等。
通过通信模块，智能传感器可以与其他设备或系统进行数据交换和协同工作。
二、智能传感器的应用智能传感器的应用广泛涵盖了各个领域，下面介绍其中几个典型的应用场景：1. 工业自动化在工业领域，智能传感器被广泛应用于生产线监测、设备状态监测、环境安全监测等方面。
通过智能传感器，工业企业可以实现自动化生产、故障预测和远程监控，提高生产效率和安全性。
2. 智能家居智能传感器在智能家居领域的应用也越来越普遍。
智能传感器可以感知家庭环境中的温度、湿度、光照等参数，实现智能温控、智能照明等功能。
通过智能传感器和智能控制系统的配合，人们可以实现远程控制和智能化管理，提高家居生活的便利性和舒适度。
3. 智能城市智能传感器在智能城市建设中扮演着重要角色。
物联网中的智能传感器网络技术
物联网中的智能传感器网络技术1. 简介物联网（Internet of Things, IoT）是指通过互联网将各种物体连接起来，实现智能化、网络化的互通互联。
而智能传感器网络技术作为物联网的重要组成部分，为实现物联网的各种应用提供了基础支撑。
2. 智能传感器网络技术的概述智能传感器网络技术是通过将传感器和通信设备相互连接，实现信息采集、信息传输和信息处理的网络系统。
传感器作为物联网中的重要组成部分，可以感知、采集和传输各种环境数据，从而实现对物联网中的物体进行监测和控制。
3. 智能传感器网络技术在物联网中的应用智能传感器网络技术在物联网中有广泛的应用，下面以几个典型领域为例进行介绍。
3.1 智能家居智能家居是物联网的一个重要领域，智能传感器网络技术在智能家居中起到关键作用。
通过将传感器网络部署在家居环境中，可以实现对室内温度、湿度、照明等各种参数的实时监测和智能控制。
例如，当室内温度过高时，传感器可以自动开启空调进行降温，从而提高居住舒适度。
3.2 智能交通智能传感器网络技术在智能交通领域也有着广泛的应用。
通过在交通路口等关键位置部署传感器网络，可以实时检测车辆的流量、速度和道路状态等信息，从而实现智能的路况监测和交通控制。
例如，当某条道路上车辆拥堵时，系统可以自动调整信号灯的配时，以优化交通流量。
3.3 智能农业智能传感器网络技术在农业领域的应用也越来越重要。
通过在农田中部署传感器网络，可以监测土壤湿度、气温、光照等环境参数，从而实现对作物生长环境的智能化管理。
例如，当土壤湿度过低时，系统可以自动灌溉，保证作物的生长需要。
4. 智能传感器网络技术的挑战与发展方向虽然智能传感器网络技术在物联网中扮演着重要的角色，但在实际应用中仍面临一些挑战。
4.1 能耗问题由于传感器网络需要长时间运行，因此能耗成为制约技术发展的重要因素。
为了延长传感器网络的使用寿命，需要采取一系列低功耗设计策略，例如优化传感器数据传输协议、降低设备工作频率等。
传感器的集成化和智能化技术
传感器旳集成化和智能化技术来源: 开关柜无线测温传感器是人类探知自然界旳触觉, 为人们认识和控制对应旳对象提供条件和根据。
在信息社会中, 人们为了推进社会生产力旳发展, 需要用传感器来检测许多非电量信息, 传感器是流程自动控制系统和信息系统旳关键技术之器件, 其技术水平将直接影响到自动化系统和信息系统旳水平。
目前世界上旳传感器旳种类约有2万多种, 目前传感器旳发展重要体目前如下几种方面:1.传感器旳体积越来越小, 微传感器技术发展迅速。
伴随半导体集成技术和微加工技术旳发展, 微型传感器得到了迅速发展。
微型传感器具有尺寸微小、功耗小、启动快、成本底、测量精度和敏捷度高、易于实现数字化和智能化等长处, 且制作精确、反复性好、易于集成化, 因此将广泛应用于工程、生物和航空等领域。
此外, 微传感器还可以实现把传感器和测量电路集成在一起, 用于恶劣环境下得测量。
例如: 电容式压力传感器就是这样一种新型传感器。
这种微传感器把测量电路、参照电容和测量电容制作在一起, 并且在零压时, 参照电容和测量电容旳值完全同样, 置于同一压力场中, 使参照电容旳电容值不随压力旳变化而变化。
2.运用新旳物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理。
日本夏普企业运用超导技术研制成功高温超导磁性传感器, 是传感器技术旳重大突破, 其敏捷度仅次于超导量子干涉器件。
而它旳制造工艺远比超导量子干涉器件简朴, 可用于磁成像技术: 抗体和抗原在电极表面相遇复合时会引起电极电位旳变化, 运用这一现象可以制成免疫传感器。
用这种抗体制成旳免疫传感器可以对生物体内与否有这种抗原进行检查。
美国加州大学已经研制出这种传感器。
3.运用新材料。
传感器材料是传感器技术旳基础, 某些新型传感器伴随材料科学旳发展而涌现。
高分子聚合物能随周围环境旳相对湿度旳大小而成比例旳吸取或释放水分子。
高分子旳介电常数小, 水分子能提高聚合物旳介电常数。
将高分子电介质做成电容器测定电容量旳变化, 即可得出相对湿度。
智能传感器与传感器网络
多功能化
智能传感器正朝着集成多种传感器的 方向发展，实现更全面的参数检测。
网络化
智能传感器正与物联网技术深度融合， 实现更高效的数据传输和处理。
02
传感器网络技术
传感器网络的定义与特点
定义
传感器网络是由一组能够自组织形成网络的传感器节点组成的网络，这些节点 通过无线通信方式进行数据传输和协作，以实现对特定环境和对象的信息感知、 采集、处理和监测等功能。
智能化
智能传感器将具备更高级的信息处理和学习能力，能够自主完成更 复杂的任务，提高系统的智能化水平。
无线化
无线传感器网络将逐渐普及，传感器节点间的通信将更加便捷，降低 布线成本，提高系统的灵活性。
应用领域拓展
1 2
工业自动化
智能传感器和传感器网络将在工业自动化领域发 挥重要作用，实现生产过程的实时监控、智能控 制和优化管理。
智能传感器与传感器网络
• 智能传感器概述 • 传感器网络技术 • 智能传感器与传感器网络的融合 • 智能传感器与传感器网络的关键技
术 • 智能传感器与传感器网络的未来展
望
01
智能传感器概述
定义与特点
定义
智能传感器是一种集成了微处理 器和各种传感器的器件，能够实 现数据采集、处理和传输等功能 。
传感器网络的通信协议
MAC协议
用于协调节点之间的无线信道访问，避免冲突和 干扰。
路由协议
负责将数据从源节点传输到汇聚节点，选择最优 的传输路径。
数据融合协议
对多个传感器节点的数据进行融合处理，提高数 据的准确性和可靠性。
传感器网络的典型应用
环境监测
智能交通
用于监测空气质量、温 湿度、噪声等环境参数。
网络智能化传感技术发展浅析
网络智能化传感技术发展浅析网络智能化传感技术是指将传感器与网络技术相结合，实现传感器数据的实时监测、采集、处理和远程控制的技术。
近年来，随着物联网技术的发展，网络智能化传感技术在各个领域都有广泛的应用，如智慧城市、工业控制、环境监测等。
本文将从技术发展、应用场景和挑战等方面对网络智能化传感技术进行浅析。
首先，网络智能化传感技术的发展主要得益于传感器技术的进步。
随着微电子技术、通信技术和信息处理技术的不断发展，传感器的体积变得越来越小，功耗越来越低，同时性能也有了质的提升。
现代传感器不仅能够实现对温度、湿度、压力等常见参数的测量，还能够实现对光、声、运动等更加复杂的参数的测量。
传感器的多元化和智能化为网络智能化传感技术的应用提供了基础。
其次，网络智能化传感技术的应用场景越来越广泛。
在智慧城市领域，网络智能化传感技术可以实现对城市交通流量、空气质量、垃圾桶余量等信息的实时监测，从而实现城市资源的合理调度和优化。
在工业控制领域，网络智能化传感技术可以实现对生产过程的实时监测和控制，实现生产效率的提高和成本的降低。
在环境监测领域，网络智能化传感技术可以实现对大气、水源、土壤等环境参数的实时监测，从而为环境保护和灾害预警提供有效的数据支持。
然而，网络智能化传感技术的发展也面临一些挑战。
首先是传感器数据的处理和分析问题。
网络智能化传感技术会产生大量的传感器数据，如何高效地对这些数据进行处理和分析，提取其中有价值的信息，是一个亟待解决的问题。
其次是网络安全问题。
网络智能化传感技术涉及大量的数据传输和共享，如何保证数据的安全性和隐私性，防止黑客攻击和数据泄露，是一个重要的挑战。
此外，还涉及到网络智能化传感技术的标准化和规范化问题，如何实现不同系统和设备之间的互联互通，提高系统的兼容性和可扩展性，也是一个需要解决的问题。
综上所述，网络智能化传感技术在技术发展、应用场景和挑战等方面都取得了一定的进展。
随着物联网技术的不断发展，网络智能化传感技术将更加广泛地应用于各个领域，为社会经济的发展和人们的生活提供更多的便利和安全。
物联网中的智能传感器网络技术使用教程
物联网中的智能传感器网络技术使用教程随着物联网技术的迅速发展，智能传感器网络成为实现物联网连接和数据采集的重要组成部分。
智能传感器网络技术可以为物理世界中的各种设备和系统提供实时监测、数据采集和控制能力，为用户提供高效、智能化的服务。
本文将介绍物联网中的智能传感器网络技术的基本概念、组成结构以及使用教程。
一、智能传感器网络的概念与特点智能传感器网络是一种由传感器节点组成的分布式网络系统，这些传感器节点能够感知周围环境并将数据传输给其他节点或中心服务器。
与传统的传感器网络相比，智能传感器网络具有以下特点：1. 多节点组成：智能传感器网络由多个传感器节点组成，每个节点都能够独立地感知和处理数据。
2. 自组织能力：智能传感器节点可以根据网络拓扑结构进行自组织和自配置，使得网络的部署更加灵活和可靠。
3. 实时通信：智能传感器网络支持实时数据传输和通信，能够将环境监测和控制指令及时传达给其他节点或中心服务器。
4. 分布式智能：智能传感器节点具备一定的智能处理能力，能够在本地对数据进行处理，减少对中心服务器的依赖。
二、智能传感器网络的组成结构智能传感器网络由传感器节点、传感器网络协议和中心服务器组成。
1. 传感器节点：传感器节点是智能传感器网络的基本单元，每个节点都包含传感器、处理器、无线通信模块和电源等组件。
传感器负责感知环境参数，处理器负责数据处理和算法运算，无线通信模块负责与其他节点或中心服务器进行通信。
2. 传感器网络协议：传感器网络协议是智能传感器网络实现通信和数据传输的重要规范。
常见的传感器网络协议包括ZigBee、LoRa、WiFi、Bluetooth等，不同的协议适用于不同的应用场景和要求。
3. 中心服务器：中心服务器是智能传感器网络的数据处理和存储中心，负责接收、处理和存储传感器节点发送的数据。
中心服务器可以将数据进行分析和挖掘，提供用户需要的服务和支持。
三、智能传感器网络的使用教程1. 设计网络拓扑结构：在使用智能传感器网络之前，需要根据具体应用场景和要求设计网络拓扑结构。
传感器的发展方向——网络化智能传感器
传感器的发展方向——网络化智能传感器摘要：随着我国新时代的不断改革与发展，传感器也得到了迅速的发展，从最开始的机械传感器发展到现在的网络化智能传感器，相比于传统的传感器而言，网络智能化传感器更符合企业对于信息传播发展的要求，促进了我国社会与经济的快速发展。
基于此，相关的部门应对网络智能化传感器的发展进行深度探究，以保障能将其高效地运用到社会生活之中，加快我国经济社会的发展步伐。
关键词：网络化智能传感器；发展方向；社会发展网络化智能传感器是随着信息技术与网络发展衍生出的新型传感器，这种传感器是设计人员运用的不同的加工制造方法和设计方法设计的，其扩展性能更好，使用性能更佳，更加安全可靠。
将其运用到各行各业之中，不仅能够实现对原始数据的加工处理，也能有效地提高其经济使用价值，正如当前的温度、家庭安全和环境监测等网络智能传感器，在社会之中都得到了广泛地应用，有效地推动了我国各行各业的经济发展，也有效地满足了信息化时代人们对于信息智能化快速传播的需求。
本文则对网络化智能传感器的特点、设计和应用做了如下研究：一、传感器的发展通俗来说，智能传感器是具有信息处理功能的传感器。
智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。
而且智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能，具有很高的线性度和低的温度漂移，降低了系统的复杂性、简化了系统结构。
与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化，这都意味着网络化智能传感器在社会中有着重要的应用价值，相关部门应加强对网络化智能传感器的设计，以保障其在社会中的应用价值。
在快速发展的时代背景之下，人们对于传感器的使用要求越来越高，这就使得传统的传感器已经不符合企业工作要求，反而会出现延误工期和生产效率的问题，但是通过对新型的网络化智能传感器的应用，可以以其网络化传递信息的快速性能，以及智能化分析信息的性能，实现对各种设备的有效健康分析，加强对工作设备健康运行的保证，可促进企业生产效率和产量的不断提升，加快企业经济发展的步伐。
智能传感器网络技术的研究和应用
智能传感器网络技术的研究和应用随着科技的不断发展，智能传感器网络技术已经成为了现代化社会不可或缺的重要组成部分，为人类带来了无数的便利和创新。
智能传感器网络技术是指基于微型传感器和通信技术，通过将传感器节点组成一个智能化的网络系统，实现对环境、物体、生命等信息的实时采集、处理、传输和控制，以实现人类对于生产、生活、安全等多方面的需求。
在传统的传感器网络技术中，每个传感器节点都是独立的、无标识的，无法精确地定位和识别。
而智能传感器网络技术则将每个传感器节点都作为智能化的单独存在，拥有独立的标识和定位功能，并且每个传感器节点都能够进行自主决策和协作。
这种智能化的传感器网络系统可以实现基于实时数据的实时反馈和自主决策，减少了人类社会的依赖和干预。
智能传感器网络技术的研究智能传感器网络技术的研究，主要包括传感器网络节点、网络拓扑结构、能量管理、信息安全等几个方面的研究。
传感器网络节点是传感器网络系统中的核心部分，其性能直接关系到系统的稳定性和效率。
因此，当前的研究工作主要集中于传感器节点硬件设计、传感器数据处理算法的研究和计算机模拟仿真。
网络拓扑结构是指传感器网络系统中传感器节点之间的连接方式，包括星形、树形、网状等结构形式。
目前的研究工作主要集中在如何选择最优的拓扑结构，并根据不同应用场景和需求制定有效的路由协议和网络规划方案。
能量管理是指传感器节点生存期和性能问题，如何有效地管理和利用传感器节点的能量，是智能传感器网络技术研究的重点问题之一。
目前研究的主要方向包括能量采集、能量传输、能量跨层协同等方面的研究。
信息安全是智能传感器网络技术研究中必须考虑的问题之一。
在保证传感器数据安全和隐私的前提下，如何有效地实现通信安全、数据加密，是信息安全方面的研究重点。
智能传感器网络技术的应用智能传感器网络技术的应用范围广泛，包括环境监测、智能交通、智慧城市、农业和医疗等领域。
在环境监测方面，智能传感器网络技术可以实现对自然环境的监测和预警，例如气象、水文、地质灾害等方面的监测。
工学的智能传感和传感器技术
工学的智能传感和传感器技术传感技术是现代工程技术中不可或缺的一部分，在各个领域都有广泛的应用。
随着科学技术的发展，传感技术也不断地进行升级和再造，成为更加智能化的工具。
其中，智能传感和传感器技术是其中的重要发展方向，本文将对其发展历程及应用前景进行探讨。
一、智能传感和传感器技术发展历程随着信息时代的到来，各行各业对传感技术的要求越来越高，其中智能传感和传感器技术成为了热门领域。
由于过去传感器只能进行简单的测量，不能对所采集的数据进行处理或分析，限制了其在实际应用中的发挥，很多工程师们开始关注如何将传感技术智能化。
在智能传感和传感器技术的发展中，最早出现的是计算机技术和微处理器技术，这使得传感器有能力进行内部操作和控制。
此外，各种信号处理技术的出现也对智能传感和传感器技术的进步起到了重要的推动作用。
基于上述技术的发展，智能传感器在现代工程技术应用中得以广泛运用。
在智能传感器的技术应用中，模型和算法的应用极为重要，它们可以用来描述和预测传感器及其所监测的环境状态，并提供快速准确的响应。
这种“智能”意味着传感器可以自动进行诊断，对数据进行过滤或存储，以其最佳的方式响应目标环境。
近年来，在智能传感和传感器技术的发展中，机器学习和人工智能技术的应用越来越广泛。
这些技术在预测和故障检测方面，提供了更完整和高效的解决方案，为传感器提供了另一种智能的应用方法。
二、智能传感和传感器技术的应用领域智能传感器技术在各个领域的应用非常广泛，从制造业到城市基础设施再到医疗卫生行业等，都可以看到其身影。
下面分别详细介绍。
（一）制造业在制造业领域，智能传感和传感器技术通常用于监测生产过程中的参数和产品特性，例如湿度、温度和物料流量等，以帮助生产商追踪成本、控制质量，还可以分析设备磨损和故障率，这可以帮助管理人员更加及时地进行维修和保养。
（二）城市基础设施在城市基础设施领域，智能传感器技术通常用于交通和能源等领域。
例如，在交通管理方面，智能传感器可以监测路况、车流和人流，实现智能交通控制，提高交通流量，更好的管理交通拥堵问题。
无线传感器网络技术实现智能物联网
无线传感器网络技术实现智能物联网随着信息技术的迅猛发展和智能设备的普及，物联网技术逐渐走入人们的生活，并为各行各业带来了巨大的改变。
而实现物联网的基础便是无线传感器网络技术。
本文将从无线传感器网络技术的概念、特点、应用以及发展趋势等方面进行论述，旨在探讨无线传感器网络技术在实现智能物联网中的重要作用。
一、无线传感器网络技术的概念与特点无线传感器网络技术是通过将大量分布式传感器节点组成的网络相互连接，实现信息采集、处理和传输的一种技术。
其主要特点如下：1. 分布式部署：无线传感器网络中的传感器节点可以灵活地部署在需要监测的环境中，形成一个分布式的网络。
这种分布式部署不仅能够提高监测的精确度，还能够提高网络的扩展性和鲁棒性。
2. 自组织能力：无线传感器节点能够自动组网，节点之间能够自发地协调和通信，形成一个自组织的网络结构。
这种自组织能力使得无线传感器网络具有较强的抗干扰性和自适应性。
3. 节能设计：由于无线传感器节点通常被部署在无人区域或者电力供应不便的地方，因此节能设计成为无线传感器网络的重要特点。
节点通常采用低功耗的硬件设计和自适应休眠机制，以延长网络的寿命。
二、无线传感器网络技术的应用领域无线传感器网络技术在实现智能物联网中应用广泛，以下是几个重要的应用领域：1. 环境监测：无线传感器网络可以用于监测环境中的温度、湿度、光照等参数，实时掌握环境状况，并可以通过数据分析和处理提供环境预警和优化方案。
2. 智能农业：通过在农田中部署无线传感器节点，可以监测土壤湿度、养分含量以及农作物的生长情况，为农业生产提供科学指导，提高农作物生产效率。
3. 智能健康：将无线传感器节点嵌入到健康监测设备中，可以实时监测人体的体温、心率、血压等生理参数，为医疗机构提供远程监护和健康管理服务。
4. 智慧城市：利用无线传感器网络技术，可以实现城市交通、环境、能源等领域的智能监测和管理，提高城市的运行效率和居民的生活质量。
安全智能传感器网络技术综述
安全智能传感器网络技术综述随着科技的不断进步发展，智能化已经成为了各个领域的发展趋势。
在工业领域内，安全智能传感器网络技术的应用也随之而来，其可以实现对物联网设备的监测和管理。
安全智能传感器网络技术正逐渐成为未来工业的趋势，以下就是本文对该技术的综述和分析。
一、安全智能传感器技术的定义安全智能传感器技术是一种集传感器和安全智能化技术于一体的新型技术，可以通过采集和分析产生的数据，提供了安全预警、故障诊断等功能。
整个流程中，设备和传感器可以实现互联互通，与策略、模型等进行交互，从而实现自动化，大大提高了设备的安全性和智能化。
二、安全智能传感器技术的应用领域安全智能传感器技术的应用领域十分广泛。
其中包括了生产线上的设备管理、环境监测、能源管理和交通管理等领域。
其最核心的应用则是在工业生产中，特别是在危险场合下。
比如石油化工和海洋油田等领域，传统的人工管理方式存在许多风险，而安全智能传感器技术则可以为这些领域提供高度精准的监测和预警。
三、安全智能传感器技术的发展趋势目前，安全智能传感器技术已经进入了一个全新的发展阶段。
随着技术的发展，其加入了更多的数据共享、自适应学习和智能控制等新技术，可以实现更加高效的防范措施。
现在我们还可以看到越来越多的安全智能传感器技术广泛地应用于无人机、智能制造，以及智能运输等各个领域。
未来，安全智能传感器技术将逐渐成为工业界的主流技术。
四、结论作为未来工业的一个重要发展趋势，安全智能传感器技术可以大大提高生产效率和安全性。
我们可以看到，随着技术的不断进步，该技术将会被更加广泛地应用于各种复杂的现场，从而进一步提升工业生产的安全性和效率。
网络化智能传感器.
VI和Web结合的基本模ternet
虚拟仪器
虚拟仪器
虚拟仪器
图1
虚拟仪器与WWW结合模型
可以看出，在虚拟仪器的基础上，增加其登陆 因特网及网络浏览的功能，就可以实现基于Web 的 网络化仪器了。从这一角度讲，基于Web的网络化 仪器是虚拟仪器技术的延伸与扩展。
该传感器模型是采用BFOOT-66051（一种带有定制Web 页的嵌入式以太网控制器）来设计的： STIM（Smart Transducer Interface Module，智能变 送器接口模块）用以连接传感器 NCAP（Network Capable Application Processor，网 络适配器）用以连接Ethernet或Internet。 STIM内含一个支持IEEEP1451数字接口的微处理器， NCAP通过相应的P1451.2接口访问STIM，每个NCAP网 页中的内容通过PC机上的浏览器可以在Internet上读取。 STIM和NCAP接口有专用的集成模块问世，如 EDI1520，PLCC-44，可以在片上系统实现具有 Internet/Intranet 功能的网络化智能传感器集成。
DataSocket服务器
DataSocket是National Instrument提供的一种 编程工具，是面向测控领域的网络通信技术。 DabSocket技术基于Microsoft的COM和ActiveX技术， 对TCP/IP协议进行高度封装，面向测量和自动化应用， 用于共享和发布实时数据。依靠DataSocket和网络 技术，人们将能更有效地控制远程仪器设备，在任何 地方进行数据采集、分析、处理和显示，获得正确的 测量、控制和诊断结果。 是一种基于TCP／IP工业标准的网上实时高速动态 数据交换编程新技术 。
传感器的智能化
传感器的智能化传感器的智能化随着计算机技术的迅猛发展及测控系统自动化、智能化的发展，对传感器及检测技术的准确度、可靠性、稳定性以及其他功能（自检、自校、自补偿）提出了更高的要求，智能传感器（Intelligent sensor 或者Smart sensor）应运而生。
它是计算机技术与传感器技术相结合的产物。
智能传感器因其在功能、精度、可靠性上较普通的传感器有很大的提高，已经成为传感研究开发的热点。
近年来，随着传感器技术的发展和微电子技术的发展，智能传感器技术发展也很快，发展高性能的以硅材料为主的各种智能传感器已经成为必然。
1认识智能传感器所谓智能传感器，就是一种带有微处理机的，兼有信息检测、信号处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。
其实质是用微处理器形成的一个智能化的数据采集处理系统，实现人们希望的功能。
其最大的特点是将传感器检测信息的功能与未处理器的信息处理功能有机地融合在一起。
这里讲的“带微处理器”包括两种情况：一种是将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成“单片智能传感器”，另外一种情况是传感器配接单独的微处理器形成智能传感器。
1.1熟悉智能传感器的基本功能智能传感器具有以下6个基本功能：（1）具有自诊断、自校正功能。
智能传感器可以实现开机自检（在接通电源时进行）和运行自检（在工作中实时进行），以确定哪一组件出现故障，从而提高工作的可靠性。
（2）具有自适应、自调整功能。
智能传感器内含的特定算法可以根据待测物理量的数值大小和变化情况等自动选择检测量程和测量方式，提高了检测适用性。
（3）极强的数据处理能力。
智能型温度测量仪可以进行各种复杂的预算，对获取的温度信息进行整理和加工；统计分析干扰信号的特性，采用适当的数字滤波，达到抑制干扰的目的；实现各种控制规律，满足不同控制系哦他那个的需求，能对测量传感器的冷端自动补偿和非线性补偿，以及对热电阻的引线电阻影响的消除等，还可以实现各类测量误差的自动修正。
智能家居系统中的传感器网络技术研究
智能家居系统中的传感器网络技术研究智能家居，是指将各种智能化家居设备和家庭生活物品联网，通过智能化控制系统进行智能化的控制，实现家庭设备自动化、智能化、人性化管理的一种生活方式。
智能家居系统的重要组成部分就是传感器网络技术，它是通过各类传感器和控制器之间进行数据的交流，实现家庭智能化管理的技术。
传感器网络技术，又称为无线传感器网络技术，简称WSN（Wireless Sensor Network）。
它是指由大量具有自动处理和存储能力的微型传感器节点组成的动态分布式网络。
传感器节点通过特定的网络协议进行信息的传递，形成一种分布式的智能化控制体系。
WSN是一种新型的网络架构体系，它已经广泛应用于工业、医疗、交通、环保、能源等领域，并且在智能家居行业中也已经得到了广泛应用。
WSN提供了一个高效、自适应、实时、低成本的数据采集和信息传输的方式，可以用于家庭环境监测、安全报警、舒适控制、能源管理等多个方面。
传感器节点可以感知房间内的温度、湿度、光照强度、气体浓度等信息，并且将这些信息发送给控制器。
控制器可以根据传感器节点的数据，智能化地控制灯光、空调、遮阳帘、窗帘等设备，根据用户的需求和喜好进行自动化的管理和调节。
WSN在智能家居系统中的应用，需要面对一些技术难点，比如节点的节能设计、数据的传输可靠性、网络的安全性等等。
智能家居系统需要保证传感器节点的工作时间，同时也要避免由于节点能量耗尽而导致数据传输错误或丢失。
在传输数据过程中，由于部分节点可能失效、噪音等原因导致数据传输错误，WSN需要有高效的容错机制和自我修复机制来保证数据的传输可靠性。
此外，智能家居系统中涉及到用户的隐私和数据安全，WSN需要采取安全保障措施来确保用户数据的安全性。
为解决这些技术问题，WSN需要采用适当的技术手段。
其中，能量管理技术是WSN中最基本的技术手段。
传感器节点需要最小化其能耗，以便延长其工作时间。
能源管理技术包括传感器节点的冬眠和唤醒，多个传感器节点之间的协作和通信方式等。
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3．接口命令规范
网络应用处理器NCAP可将智能变送器模块STIM看成一个外部 存储单位，每次STIM的访问都需要对应的地址，其地址分为 功能地址和通道地址。 通道地址最多可以达到255个，通道0地址不针对某个通道，而 是针对整个STIM。
功能地址表示对STIM操作的具体功能，其中最高位为读写方 向位。功能地址为1时，表明NCAP要向STIM发送控制命令。
传感器
电源管理、热插拔控制单元
以太网络
12
特点
（1）IEEE1451是一个开放、与网络无关的通信接口，用于将 智能传感器直接连接到计算机、仪器系统和其它网络 （Network-neutral）； （2）可以使得传感器制造厂商和系统集成商没有必要对很多 复杂的现场总线协议进行研究就可以完成各种现场总线测控系 统的集成（Vendor -independent）； （3）加速了智能传感器采用有线或者无线的手段连入测控网 络系统（Wired or Wireless）；建立了智能传感器的“即插即 用”标准（Plug And Play）； （4）使得智能传感器拥有TEDS，包含足够的描述信息，增强 了传感器“智能”； （5）定义了传感器模型，包括传感器接口模块（TIM）和网 络应用处理器（NCAP）。
二、基本型智能传感器的软件算法▲▲
1．数字滤波技术 如尖脉冲之类的随机噪声干扰，数字累加平均；周期性的工频 (50Hz)干扰信号，采用积分时间等于20ms的整数倍的双积分A／ D变换器。 2．数字调零技术 零点漂移、增益偏差和器件参数不稳定等会影响测量数据的准确 性，必须进行自动校准。还可在系统开机时或每隔一定时间，自 动测量基准参数，实现自动校准。 3．非线性补偿 采用插值、查表等数据处理方法。 4．温度补偿 建立表达温度变化的数学模型(如多项式)，用插值或查表的数据 处理方法。 5．标度变换技术 在被测信号变换成数字量后，还要变换成人们所熟悉的测量值， 3 如压力、温度和流量等。
基于IEEE1451.2标准的 温湿度智能变送器模块 总体设计方案如图。
湿度 信号 调理 模数 转换 电路 ADC 微控 制器 TEDS 存储 单元 外扩 RAM 扩展 TII
14
温度
信号 调理
第三节 基于ZigBee技术的无线传感器网络
在军事领域、生态环境检测、交通管理等迫切需要驱动下， 随着无线通信技术、嵌入式计算技术及传感器技术的飞速发展 和日益成熟，具有感知能力、计算能力和无线通信能力的传感 器开始在世界范围内出现，这些集成化的微型传感器协作地实 时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，如军事战场 状况信息、温度、湿度、土壤成分甚至放射或化学元素的存在 等。采用飞行器、直升机或炮弹携带等方式将微型传感器“抛 洒”在监测区域，然后通过自组织无线通信网络以多跳中继方 式将所感知信息传送到用户终端，使人们能够实时准确地获取 监测区域的详细信息。 无线传感器网络被认为是影响人类未来生活的重要技术 之一。
2．独立数字接口（Transducer Independent Interface，TII）规范
TII是NCAP和STIM之间 DIN Network 的硬件接口。它基于SPI DOUT DCLK 模型进行数据通信。TII 网络 NIOE 智能 的信号线和控制线如图。 应用 变送器模 NTRIG 处理器 TII独立接口操作分为触 块 NCAP NACK STIM 发和读写传感器两种事务， NINT 读写事务由NIOE发起， NSDE T +5V 其操作是TII接口的主要 COMM 功能，从NCAP的角度 STIM可被看成一个存 储设备，访问不同的功能地址和通道地址实现不同操作。触发由 NCAP置低NTRIG发起，STIM同样驱动NACK应答，根据触发通 道号对相应通道进行操作。 注意：触发事务和读写事务不能同时进行,并且在上电配置过程中, TII独立接口总线采用最低的默认通信速率进行数据传输,配置成 9 功之后,调整到TEDS中规定的最大值,这样可提高总线通信速率。
现 场 网 络
网络应用处理器 (NCAP) Networked Capable Application Processor
IEEE1451.4 数字 点对点 IEEE1451.2 分布式 多点总线 IEEE1451.3
IEEE 1451.1 通用对 象模型
IEEE 1451.0 通用功 能与 TEDS
11
四、IEEE1451.2网络化智能传感器模型及其特点
传感器节点：以太网络应用处理器模块NCAP和智能变送器接口 模块STIM。 工作模式：主动模式和被动模式。
敏感/执行单元 信号调理 数据转换 TEDS电子表格 其它应用软件 T I I智 能接口 TII智 能独 立接 口 变送器输入/输出特性 校正算法 嵌入式Java Applet静态 /动态网页 嵌入式实时操作系统 （任务管理调度） TII智能接口操作函数 单元 执行器 嵌入式TCP/IP以太网 通信协议 传感器自动识别、配 置程序 数据加密、压缩及网 络安全软件 电子邮件SMTP协议 处理单元
智能压力传感器
智 能 压 力 传 感 器
4
第二节 IEEE1451标准网络化智能传感器
一、网络化智能传感器演变与标准提出
智能传感器能完成自识别、自测试、自适应校准、有噪声数据的 滤波、发送和接收数据、进行逻辑判决等。众多不兼容的工业网 络或现场总线。IEEEl451系列“用于传感器和执行器的智能换能 器接口标准”的目标涵盖了网络化智能传感器的各个方面：从接 口到换能器本身直到高层次需求，反映目标建模的性能、特征以 及数据通信，以确保换能器与网络的互操作能力和互换能力。
5
二、 IEEE1451网络化智能传感器标准概述
1993年开始构造一种通用智能传感器的接口标准，在1993年9月， IEEE第九次技术委员会（传感器测量和仪器仪表技术协会）决 定制定一种网络化智能传感器通信接口的协议。 1995年4月，成立了两个专门的技术委员会：P1451.1工作组和 P1451.2工作组。P1451.1定义智能变送器的公共对象模型和相应的 接口；P1451.2定义TEDS和数字接口标准，包括STIM和NCAP之 间的通信接口协议和引脚分配。 1997年和1999年投票通过了IEEE1451.2和IEEE1451.1两个网络化 智能传感器标准，同时成立IEEE1451.3、IEEE1451.4、 IEEE1451.0和IEEE1451.5新的工作组。 2004年IEEE1451.3和IEEE1451.4通过IEEE组织审议。 IEEE1451.0和IEEE1451.5标准还在审议之中。 到目前为止，IEEE1451标准还没有得到传感器生产厂商的广泛 支持，没有大量的IEEE1451标准传感器推出，IEEE1451标准还 6 没有成为真正的传感器接口标准，原因:标准本身还需要完善。
第七章 智能化网络化传感器技术
智能传感器 IEEE1451标准网络化智能传感器 基于ZigBee技术的无线传感器网络 模糊传感器
1
第一节
智能传感器
一、基本型智能传感器的含义与功能
传统传感器的特征：把被测对象信息变换成电信号。 智能传感器的特征：具有数据处理能力，能自检、自校、自补偿。 两种结合方式（1）传统的传感器和微处理器（含采集单元）独 立的，可组合在一起，应用维护更换相对方便。（2）把微处理 器嵌入到传感器中，半导体类传感器与微处理器集成在同一块 芯片上，如用于地震勘探的加速度传感器。 智能传感器的功能：▲▲ （1）自补偿功能 （2）自诊断功能 （3）信息存储和记忆功能 （4）数字量输出或总线式输出功能 （5）双向通信功能：微处理器和基本传感器之间具有双向通信 的功能，构成一闭环工作模式，是基本型智能传感器的标志之 一。 2
变送器单元
信号调理单元 模拟网络接口 变送器单元 信号调理单元 数字化处理 模拟网络接口 数字化处理 数据处理中心 数据处理中心 变送器单元 信号调理单元 数字化处理 数据处理模块 智能控制模块 独立网络接口
IEEE1451标准网 络化智能传感器
(a) 模拟传感器
(b)数字传感器
(c)现场总线智能传感器 (d)标准网络化智能传感器
13
五、IEEE1451标准网络化智能传感器节点应用
智能变送器模块在IEEE1451.2协议中规定，一个STIM可以拥有 多达255个通道的传感器或者执行器STIM由电子数据表格、ADC、 DAC、敏感元件或者执行单元以及标准的地址逻辑构成。传感器 /执行器（组）为物理传感器或执行器，IEEE1451.2标准仅仅定 义了接口逻辑和标准TEDS数据格式，其它部分由各传感器制造 商自主实现，以保持各自在性能、质量、特性与价格方面的竞争 力。同时IEEE 1451协议还提供了一个连接STIM和NCAP的10线 标准接口TII，使得传感器制造商可以把STIM应用到多种网络和 应用系统中去。
标准中定义的控制命令具有2字节长度。控制命令0和1对所有的 通道有效；控制命令2到4是STIM的可选命令；控制命令5到7对 STIM中的事件连续传感器有效；控制命令9到10对STIM中的连 续传感器或者缓
电子数据表格是IEEE1451标准的精华所在，创新之处在于它支持所 有种类的传感器，是一个通用的电子数据表格。IEEE1451.2标准共 规定了六种不同的电子数据表格： （1）总体TEDS（Meta-TEDS）：包含了这个STIM的总体信息， 如TEDS数据结构、最坏情况下的时序参数、通道数等。 （2）通道TEDS（Channel TEDS）：包含了该通道的具体信息， 如上、下限，物理单位、预热时间、有无自检测、不确定度等。 （3）校正TEDS（Calibration TEDS）：它包含了最新的标定数据、 标定间隔以及支持多段标定模型的所需全部参数。 （4）总体识别TEDS（Meta-Identification TEDS）：提供了人工 可读的描述符信息，包含制造厂商、类型号、日期和产品的描述。 （5）标定识别TEDS（Calibration-Identification TEDS）：它提供 了每个通道标定相关的一些人工可读信息。 （6）终端用户应用TEDS（End Users Application-specific TEDS）： 每个STIM可以有多个这样的电子描述表格，也是可选和人工可读 的。包含一些维护电话等信息。