硬件技术-物联网技术基础教程
物联网技术与智能硬件开发培训ppt
01
智能硬件开发基础
智能硬件的定义与分类
要点一
总结词
智能硬件是指通过集成传感器、控制器、执行器等组件， 具备感知、控制、执行等功能的硬件设备。根据应用场景 和功能的不同，智能硬件可以分为多种类型，如智能家居 硬件、智能穿戴设备、智能工业硬件等。
要点二
详细描述
智能硬件是一种具备智能化功能的硬件设备，通过集成传 感器、控制器、执行器等组件，能够实现数据的采集、传 输、处理和控制等功能。与传统硬件相比，智能硬件具有 更高的智能化程度和更广泛的应用场景。根据不同的应用 场景和功能，智能硬件可以分为多种类型，如智能家居硬 件、智能穿戴设备、智能工业硬件等。
常用智能硬件开发工具与平台
总结词
常用的智能硬件开发工具包括电路设计软件、嵌入式 系统开发工具、微控制器编程软件等。同时，市面上 也有一些智能硬件开发平台，如Arduino、Raspberry Pi等，这些平台提供了易于使用的硬件和软件工具，降 低了开发的难度和成本。
详细描述
在智能硬件开发过程中，需要使用各种工具来辅助设计 和开发。电路设计软件是常用的工具之一，用于绘制电 路图和原理图，如Eagle、Altium Designer等。嵌入 式系统开发工具用于编写和调试嵌入式系统的程序，如 Keil、IAR Embedded Workbench等。微控制器编程 软件用于编写和调试微控制器的程序，如Arduino IDE 、Visual Studio等。此外，还有一些智能硬件开发平 台，如Arduino、Raspberry Pi等，这些平台提供了易 于使用的硬件和软件工具，降低了开发的难度和成本。 开发者可以选择适合自己的工具和平台进行智能硬件的 开发。
术，对海量数据进行处理，挖掘出有价值的信息，实现智能化决策和控制。
物联网技术基础--教学大纲
物联网技术基础--教学大纲物联网技术基础--教学大纲1. 课程介绍1.1 引言1.2 目标与目的1.3 学习资源1.4 评估方式2. 物联网概述2.1 物联网定义2.2 物联网架构2.3 物联网应用领域2.4 物联网发展趋势3. 传感器技术3.1 传感器基础3.2 常见传感器类型及原理3.3 传感器网络与协议4. 网络通信技术4.1 网络通信原理 4.2 无线通信技术 4.3 有线通信技术4.4 云计算与物联网5. 数据处理与分析5.1 数据采集与处理 5.2 数据存储与传输 5.3 数据分析与挖掘5.4 数据可视化6. 安全与隐私保护6.1 物联网安全概述 6.2 硬件安全6.3 网络安全6.4 隐私保护7. 应用案例研究7.1 智能家居7.2 智慧城市7.3 工业物联网7.4 农业物联网8. 实践项目8.1 项目选题8.2 系统设计与开发8.3 测试与部署8.4 实验报告与总结9. 法律与伦理问题9.1 物联网相关法律法规9.2 个人隐私保护9.3 数据安全与知识产权9.4 伦理道德问题附件：1. 课程教材《物联网技术与应用》2. 实验指导书3. 相关网站和论文法律名词及注释：1. 物联网：物联网是通过感知技术、嵌入技术和网络技术，将大量物体与互联网连接起来的一种技术体系。
2. 传感器：用于将物理量转换为电信号的装置。
3. 无线通信技术：通过无线电波传输信息的技术。
4. 云计算：通过网络将数据存储、管理和处理的一种方法。
5. 数据分析与挖掘：通过对数据进行分析和挖掘，发现其中的模式和知识。
6. 物联网安全：保护物联网系统的数据不受恶意攻击和未授权访问的一种方法。
7. 隐私保护：保护个人信息不被非法获取和滥用的一种措施。
8. 知识产权：对创造性的思想、技术和作品的法律保护。
9. 伦理道德问题：涉及道德和伦理准则的问题。
第4课《物联网基础课程》教学设计x
2024/1/25
14
网络环境搭建和调试过程分享
1 2
网络拓扑设计
讲解如何设计物联网网络拓扑结构，包括传感器 节点布局、网关配置和网络协议选择等。
IP地址规划
指导学生进行IP地址规划，确保网络设备的互联 互通。
网络调试技巧
3
分享常见的网络调试方法和工具，如ping命令、 traceroute命令和Wireshark抓包分析等，帮助 学生定位和解决网络故障。
10
教学方法：理论与实践相结合
2024/1/25
理论教学
01
通过课堂讲授、案例分析等方式，使学生掌握物联网基础知识
。
实验教学
02
通过实验课程，指导学生进行传感器应用、无线通信、应用开
发等实验，提高学生的实践能力。
课程设计
03
鼓励学生自主选题，进行课程设计，培养学生的创新能力和解
决问题的能力。
11
03
教学资源与环境建设
2024/1/25
12
实验室设备配置及功能介绍
硬件设备
包括传感器节点、网关、服务器等，用于搭建物联网系统。
2024/1/25
软件资源
提供物联网操作系统、开发工具和仿真软件等，支持学生进行实 验和项目开发。
网络环境
配备高速互联网接入和内部局域网，确保实验数据的传输和远程 管理。
13
培训周期
每学期至少开展一次集中培训 ，同时鼓励教师利用业余时间 进行自我学习。
成果展示
通过教学比赛、优秀课件评选 、学术论文发表等方式展示教
师培训成果。
26
鼓励教师参加行业交流活动政策制定
交流活动类型
鼓励教师参加国际、国内的物联网学 术会议、研讨会、展览等活动。
物联网技术基础教程(PPT 48页)
1.2.2 物联网定义及组成
2.物联网的发展与形成 物联网的发展跟互联网是分不开的，主要两
个层面的意思： • 物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联
网基础上的延伸和扩展; • 第二，物联网是比互联网更为庞大的网络，其网
络连接延伸到了任何的物品和物品之间，这些物 品可以通过各种信息传感设备与互联网络连接在 一起，进行更为复杂的信息交换和通信。
1.1 物联网的起源与发展
• 欧盟委员会提出物联网的三方面特性： • 第一，不能简单的将物联网看做互联网的延伸，
物联网建立在特有基础设施上，将是一系列新的 独立系统，当然，部分基础设施仍要依存于现有 的互联网。 • 第二，物联网将伴随新的业务共同发展； • 第三，物联网包括了多种不同的通信模式，物与 人通信，物与物通信，其中特别强调了包括机对 机通信（M2M）。
1.2.2 物联网定义及组成
3 物联网的三大特征 一般认为,物联网具有以下的三大特征:
① 全面感知 • 利用RFID 、传感器、二维码等随时随地获取
物体的信息。 ②可靠传递 • 通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息
实时准确地传递给用户。
1.2.2 物联网定义及组成
③智能处理 • 利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智
能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理， 对物体实施智能化的控制。
物联网概念模型
1.2.2 物联网定义及组成
4. 物联网认识方面的误区 • 误区之一，把传感器网络或RFID网等同于物
联网。 • 误区之二，把物联网பைடு நூலகம்成互联网的无边无际的
无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、 全部互连、全部共享的互联网平台。
1.1 物联网的起源与发展
物联网技术入门教程
物联网技术入门教程第一章：物联网技术的概述物联网技术（Internet of Things，IoT）是指通过各种智能设备、传感器和网络等技术手段，将物理世界与数字世界连接起来，实现物品之间的互联互通。
它可以将各种信息传输、处理和控制都集中在一个平台上，为人们提供更加智能化和便利化的生活体验。
第二章：物联网的基本原理物联网的基本原理包括感知模块、传输模块和应用模块三个部分。
感知模块主要负责将物品的各种信息转化成数字信号，包括温度、湿度、光照、位置等。
传输模块负责将感知到的信息通过各种方式传输到云端或其他设备，如无线传感器网络、蜂窝网络、互联网等。
应用模块将收集到的信息进行分析、处理和应用，实现对物品的智能控制、管理和优化。
第三章：物联网的关键技术物联网技术的关键技术包括传感技术、通信技术、云计算技术和大数据分析技术。
传感技术是物联网实现的基础，可以通过各种传感器获取物品的各种信息；通信技术负责将感知信息传输到云端或其他设备，提供物品之间的通信能力；云计算技术将收集到的信息进行存储和处理，提供更好的服务和体验；大数据分析技术通过对收集到的大量数据进行分析，提供更准确的决策和指导。
第四章：物联网的应用领域物联网技术已经广泛应用于各个领域，如智能家居、智能交通、智慧医疗、智慧农业等。
在智能家居领域，物联网可以将各种家电设备连接在一起，通过手机或其他终端实现智能控制。
在智慧交通领域，物联网可以实现交通信号灯的智能控制、车辆的自动导航等。
在智慧医疗领域，物联网可以实现远程医疗、智能健康监测等。
在智慧农业领域，物联网可以实现农田的智能灌溉、智能施肥等。
第五章：物联网的发展趋势随着科技的不断进步和应用场景的不断扩大，物联网技术的发展前景非常广阔。
未来，物联网将与人工智能、区块链等技术相结合，形成更加智能化、安全可靠的系统。
同时，物联网的应用将逐渐走向万物互联，包括个人、家庭、城市乃至整个社会的各个层面。
预计到2030年，物联网将成为全球最大的技术市场之一。
第1章物联网概述-《物联网技术基础教程》
第1章物联网概述-《物联网技术基础教程》第 1 章物联网概述《物联网技术基础教程》在当今科技飞速发展的时代，物联网（Internet of Things，简称IoT）正以惊人的速度改变着我们的生活和社会的运行方式。
它就像是一张无形的大网，将世间万物紧密相连，让信息的交流和资源的共享达到了前所未有的高度。
物联网究竟是什么呢？简单来说，物联网就是通过各种传感器、射频识别技术、全球定位系统等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
想象一下这样的场景：您清晨醒来，卧室的灯光自动缓缓亮起，温度和湿度调节到最舒适的状态。
当您走进厨房，智能冰箱会告诉您哪些食物即将过期，并且根据您的饮食习惯为您推荐当天的食谱。
您出门上班，家里的安防系统自动启动，您可以通过手机随时随地查看家中的情况。
在路上，交通信号灯会根据实时的车流量自动调整，让您的出行更加顺畅。
这一切看似科幻电影中的场景，如今正通过物联网逐渐成为现实。
物联网的发展并非一蹴而就，它经历了漫长的演进过程。
早在上世纪 90 年代，就已经有了关于物联网的初步设想和研究。
但当时由于技术的限制，这些想法还停留在理论阶段。
随着信息技术的不断进步，特别是互联网的普及、传感器技术的成熟以及无线通信技术的飞速发展，物联网逐渐从概念走向实际应用。
物联网的体系架构一般可以分为感知层、网络层和应用层三个主要层次。
感知层就像是物联网的“感觉器官”，负责收集各种信息。
它由大量的传感器、射频识别标签、摄像头等设备组成，能够感知物理世界中的各种参数，如温度、湿度、光照、位置等，并将这些信息转换为数字信号。
网络层则相当于物联网的“神经中枢”，负责将感知层收集到的信息快速、准确地传输到应用层。
这一层主要包括各种通信网络，如移动通信网络、卫星通信网络、互联网等。
应用层则是物联网的“大脑”，它对收集到的信息进行分析和处理，为用户提供各种具体的服务和应用，如智能家居、智能交通、智能医疗等。
物联网技术的开发与应用教程
物联网技术的开发与应用教程第一部分：物联网技术的概述物联网（Internet of Things，IoT）是指通过各种传感器、设备和网络互联技术将现实世界中的物体连接到互联网的网络。
物联网技术的发展使得各种设备能够实现互联互通，实时收集和分析大量的数据，给人们的生活和工作带来巨大的便利。
本教程将介绍物联网技术的开发与应用，帮助读者快速入门。
第二部分：物联网开发的基础1.硬件平台的选择物联网开发首先需要选取合适的硬件平台，常见的物联网开发平台有Arduino、Raspberry Pi等。
Arduino是一种小型开发板，适合于学习和原型开发，而Raspberry Pi则是一种高性能的单片机计算机，适合于构建复杂的物联网系统。
根据项目需求选择合适的硬件平台非常重要。
2.传感器与执行器的选择传感器是物联网中非常重要的组件，用于检测和监测环境变量。
常见的传感器有温湿度传感器、光照传感器、声音传感器等。
执行器则用于控制和操作物体，例如开关、电机等。
根据应用场景选择适合的传感器和执行器能够满足系统的需求。
3.物联网通信技术物联网中设备之间的通信非常重要。
常见的物联网通信技术有WiFi、蓝牙、LoRa等。
WiFi适用于短距离高速传输，蓝牙适用于短距离低功耗传输，LoRa适用于远距离低功耗传输。
选择合适的通信技术能够保证设备之间的快速稳定通信。
第三部分：物联网开发的实践1.传感器数据的采集与处理物联网应用的核心是采集和处理传感器数据。
通过硬件平台连接传感器，读取传感器数据，并使用相应的开发工具进行数据处理和分析。
例如，使用Arduino连接温湿度传感器，读取温湿度数据，然后通过WiFi模块将数据发送到服务器，实现远程监控。
2.云平台与大数据的应用云平台和大数据技术在物联网应用中发挥着重要作用。
通过将物联网设备连接到云平台，可以实现远程管理和控制。
云平台还可以存储和分析来自物联网设备的大量数据，为用户提供更好的服务和决策支持。
物联网技术入门教程
04
应用层技术
数据存储与处理方案选择
关系型数据库
01
适用于结构化数据存储，如MySQL、PostgreSQL等，提供
ACID事务支持和SQL查询语言。
NoSQL数据库
02
适用于非结构化或半结构化数据存储，如MongoDB、
Cassandra等，具有水平扩展和高可用性特点。
大数据处理技术
03
如Hadoop、Spark等，用于处理大规模数据集，提供分布式存
06
实践项目：搭建一个简易智能家 居系统
硬件选型与配置方案制定
控制器
选择一款性能稳定、易于编程的微控 制器，如Arduino或Raspberry Pi。
传感器
根据需求选择合适的传感器，如温度 传感器、湿度传感器、光线传感器等 。
执行器
根据需求选择合适的执行器，如LED 灯、智能插座、电动窗帘等。
发展历程
物联网概念最早于1999年提出，之后随着传感器技术、通信 技术、云计算等技术的不断发展，物联网逐渐从概念走向实 际应用，成为全球范围内备受关注的热点领域。
物联网体系结构及组成要素
体系结构
物联网体系结构通常包括感知层、网络层和应用层三个层次。感知层负责采集物 体信息，网络层负责信息传输，应用层则负责信息处理和应用。
物联网技术入门教程
汇报人：XX 2024-01-09
• 物联网概述 • 感知层技术 • 网络层技术 • 应用层技术 • 安全与隐私保护问题探讨 • 实践项目：搭建一个简易智能家居
系统
01
物联网概述
物联网定义与发展历程
物联网定义
物联网（Internet of Things，IoT）是指通过信息传感设备 ，按约定的协议，对任何物体进行信息交换和通信，以实现 智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网技术的基础与应用培训ppt
03
物联网技术的应用
智能家居
智能家居是物联网技术在家庭生活中的应用，通过智能化设 备、传感器和执行器等，实现家庭环境的监控、控制和管理 ，提高生活便利性和舒适度。
智能家居的应用场景包括智能照明、智能安防、智能家电控 制、智能环境监测等，能够实现远程控制、定时任务、语音 控制等功能。
智能交通
智能交通是物联网技术在交通领域的应用，通过智能化设备、传感器和大数据技 术等，实现交通流量的监控、信号控制、路况预测等功能，提高交通运行效率和 安全性。
2012年
欧盟委员会在《物联网——欧 洲行动计划》中提出，将物联 网作为未来欧洲发展的关键战 略之一。
2014年
中国政府将物联网技术列为战 略性新兴产业之一，大力推动
物联网技术的研发和应用。
物联网技术的应用领域
智能交通
利用物联网技术实现交通工具 的智能化管理，提高交通效率 和安全性。
智能农业
通过物联网技术对农业生产环 境进行监测和调控，提高农业 产量和品质。
物联网技术的基础与应用培 训
汇报人：可编辑
2023-12-23
目录
• 物联网技术概述 • 物联网技术基础 • 物联网技术的应用 • 物联网技术的挑战与解决方案 • 物联网技术的未来展望
01
物联网技术概述
物联网技术的定义与特点
定义
物联网技术是指通过信息传感设 备，按照约定的协议，对任何物 品进行普遍感知和连接，并与互 联智能农业是物联网技术在农业领域的 应用，通过智能化设备、传感器和大 数据技术等，实现农业生产过程的监 控、控制和管理，提高农业生产效率 和农产品质量。
智能农业的应用场景包括智能温室、 智能灌溉、智能养殖等，能够实现环 境参数监测、自动控制灌溉和施肥等 功能。
物联网概述物联网技术基础教程
物联网概述物联网技术基础教程物联网概述——物联网技术基础教程物联网（Internet of Things）是指通过网络连接和交互，将各种物理设备、传感器、软件和信息系统等互相连接起来，并进行数据交换、通信和协同工作的网络化系统。
物联网已经成为现代社会信息化发展的重要方向，为构建智能、高效、可持续的未来提供了广阔的应用空间。
本文旨在介绍物联网的概念、技术基础和相关应用。
一、物联网概念与发展物联网以"万物互联，智能无处不在"为核心理念，通过网络连接和交互实现设备的智能化、互联互通。
物联网的发展主要经历了三个阶段：1. 第一阶段：物联网的雏形物联网的发展起源于1960年代的自动化与控制系统。
当时，人们通过有线方式将计算机与各种设备连接起来，实现设备的数据交换、远程控制和管理。
这是物联网技术的雏形。
2. 第二阶段：物联网的崛起1999年，美国麻省理工学院的Kevin Ashton提出了物联网的概念。
随着无线通信技术和射频识别技术的进步，物联网技术迅速发展。
人们开始使用无线网络将传感器、标签和设备连接起来，实现实时数据采集、信息传输和智能控制。
物联网进入了崛起阶段。
3. 第三阶段：物联网的智能化随着云计算、大数据、人工智能等技术的不断进步，物联网进入了智能化阶段。
物联网系统通过云平台对大量数据进行存储、分析和挖掘，实现智能决策和智能反馈，进一步提高了系统的自动化和智能化水平。
二、物联网的技术基础为了实现物联网的互联互通，需要依靠多种关键技术的支持：1. 无线传感技术无线传感技术是物联网的基石，通过无线传感器对物理量进行监测和采集，并将数据通过无线通信方式传输到系统中进行处理和分析。
常见的无线传感技术包括WiFi、蓝牙、Zigbee、LoRa等。
2. 射频识别技术射频识别技术是一种通过无线射频信号实现对物体识别和追踪的技术。
通过将射频识别芯片嵌入到物体或标签中，可以实现对物体的唯一识别和信息读取。
物联网技术基础——说课
11
教学安排
理论知识的讲解 基于常见物联网 系统的典型应用， 在具体案例中让 学生了解什么是 物联网
通过Arduino软件 编程实现对物联 网终端设备的控 制，让学生在实 践中认识物联网 系统
真实物联网系 统设计开发， 锻炼系统开发 职业能力（集 中实训）
基于案例的理论分析基于软件的实践开发基于实验的真实应用
2018/10/12
3
教材
本课程教材由本课程 负责人任第1主编，中外 教学团队专兼职老师共同 参与编写，经过校本教材 试用改进后由清华大学出 版社于2018年6月正式出 版。教材理论与实践相结 合，是典型的职业技术教 育教材。
2018/10/12
4
教学内容
第1章 物 联 网 技 术 概 述 第2章 物 联 网 硬 件 电 路 技术第3章 物 联 网 软 件 开发技术第4章 传 感 器 技 术应用 第5章 射 频 识 别 技 术 应用第6章 物 联 网 通 信技术 第7章 2018/10/12 物 联 网 技 术 应 用
2018/10/12
13
教学重点、难点
在项目活动中解决实际问题是本课程的核心
教学重点
了解常见物联网系统的工作原理 使用模拟终端搭建物联网硬件系统 通过程序代码控制终端设备
教学难点
2018/10/12
设计物联网系统并在模拟环境实现 模拟终端件设备的创新性应用 系统设计开发中涉及的道德规范
14
课程特色
物联网技术基础
——说课
概述
主要内容
课程定位
相关课程
设计思想
物联网概念 典型应用介绍 系统开发环境 Arduino设计
软硬件应用
基础型课程 开发类课程 实践型课程 专业性课程 综合性课程
硬件技术物联网技术基础教程
8.1.3 微电子机械系统旳应用领域
3 汽车工业 汽车上用于保护驾驶员安全旳安全气囊是最成熟 旳MEMS系统。此外，汽车上旳压力传感器、废 气传感器、碰撞传感器、电喷控制、空气流量传 感器和陀螺等也应用了MEMS技术。
4 生物医学工程 MEMS技术还可用于制造药物输出系统，如微泵、 微阀、药物喷雾器等。同步，血压传感器、血糖 分析传感器、生物芯片、心脏起搏器和植入式微 系统等均在研发中。
8.3.2 传感器旳网络化
• 传感器网络化旳目旳是采用原则旳网络协议， 同步采用模块化构造将传感器和网络技术有机 地结合起来。
• 敏感元件输出旳模拟信号经AD转换及数据处理 后，由网络处理装置根据程序旳设定和网络协 议（TCP/IP）将其封装成数据帧，并加以目旳 地址，通过网络接口传播到网络上。
8.3.2 传感器旳网络化
8.2.3 通信芯片
常用通信芯片及其关键特性
8.3 数字化传感器及网络接口技术
• 伴随现代化旳发展，传感器旳功能已突破老式旳功 能，其输出不再是单一旳模拟信号，而是通过微电 脑处理好旳数字信号，有旳甚至带有控制功能，这 就是所说旳数字传感器。
• 伴随计算机旳飞速发展以及单片机旳日益普及，世 界进入了数字时代，人们在处理被测信号时首先想 到旳是电脑（单片机或计算机），具有输出信号便 于电脑处理旳传感器就是数字传感器。
• 它将自然界多种物理量，如声、光、压力、加速度、 温度以及生物、化学物质旳浓度信息转化为电信号， 并将电信号送入微处理器得到指令，指令被随即发 送到微执行器上，对自然界旳变化做出对应反应。
8.1.1 MEMS简介
• MEMS在美国称为微机电系统，在日本被称为微 机械，在欧洲被称为微系统，
• 它是指可批量制作旳，集微型机构、微型传感器、 微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、 通信和电源等于一体旳微型器件或系统。
《物联网技术基础教程》ppt第12章 电源和能量储存技术-《物联网技术基础教程》
12.1 能源采集转换技术
（3）动能收集系统： • 可产生毫瓦级的电能。 • 基本动能收集技术包括：① 一个弹簧上的物体；②
将线性运动转换为旋转运动的设备；③ 压电电池。 （4）热电收集技术： • 使用赛贝克 (Seebeck) 效应，即在两个金属或半导
体之间存在温差的情况下而产生电压。 • 热电发电机 (TEG) 由热并联与电串联的热电堆构成。
压电效应的解释： • 在离子性的晶体中，正、负离子有规则地交错
配置，构成结晶点阵。这样就形成了固有电矩， 在晶体表面出现了极化电荷，又由于晶体暴露 在空气中，经过一段时间，这些电荷便被降落 到晶面上的、空气中的异号离子所中和，因此 极化面电荷和电矩都不会显现。
12.1.4 压电技术
• 但是，当晶体发生机械形变时，晶格就会发生 变化。这样，电矩产生变化，表面极化电荷数 值也发生改变。
12.1.2 光伏技术
• 它的工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打 效应。
• 所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体 内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电 流的一种效应。
• 当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会 在PN结的两边出现电压,叫做光生电压。这种现 象就是著名的光生伏打效应。使PN结短路，就 会产生电流。
12.1.5 能量转换装置
1. 能量的形式 • 能量以多种形式出现，包括辐射、物体运动、处
于激发状态的原子、分子内部及分子之间的应变 力。 • 能量的形式可以用不同的方法来描述。声能主要 是分子前后有规律的运动；热能是分子的无规则 运动；重力能产生于分隔物体的相互吸引；储存 在机械应力中的能量，则是由于分离的电子相互 吸引的结果。
12.1.4 压电技术
（1）石英晶体谐振器 • 在石英晶体上加一交变电压，就会产生机械变
物联网技术入门
物联网技术入门上一篇博客主要谢了传感器节点（上一篇叫采集节点，我觉得在物联网中叫传感节点更合适）的电路设计，这一篇介绍传感器节点的软件设计。
传感器节点的软件主要完成两项任务：感知和WiFi通信。
感知这块比较简单，主要是AD的控制。
在使用之前，仔细阅读STM32的说明书，设置好与AD有关的IO、时钟、工作方式等，并适时启动AD 以及读取转换值即可。
不过值得一提的是STM32支持DMA通道，在DMA模式下，可以设置AD转换后的值存放到DMA通道的入口地址处，DMA通道的出口地址可以指向自定义的一段缓存，或者串口、SPI等通信端口的写入地址，这样无需CPU过问，AD转换后的值就可以被直接送到指定缓存或者通信外设的写入地址，可以减轻CPU的负担，因此建议使用DMA通道。
WiFi通信是软件设计的难点，好在大多数工作都被前人完成了，我们只需站在巨人的肩膀上关注我们的应用就可以了。
要实现WIFI通信，至少要实现WIFI驱动以及TCP/IP协议，大体结构如下图所示：最底层是WIFI芯片，再上层是WIFI驱动层（包括SDIO驱动和WLAN驱动），最上层是TCP/IP协议层，TCP/IP协议层使用LWIP 协议栈。
1. WIFI驱动Marvell 88w8686 WiFi模块驱动主要包括802.11协议驱动和SDIO接口驱动两部分。
如图。
802.11协议驱动组成包含802.11一些特点，比如扫描，连接，以及802.11d，8.2.11h，WMM等，与上层application应用层（无线工具等）实现信息交互，总线驱动连接部分位于8.2.11协议驱动和SDIO接口驱动之间，主要为无线局域网模块和低级总线驱动模块提供信息交互的接口。
SDIO总线上的命令都是由host端发起请求的，后由设备回应请求。
设备在与host通信之前，需要在host发出命令后，由设备对读到的命令进行解析，才能实现正常的通信。
在SDIO驱动过程中，Command用于开始传输的命令，是由host端发往设备端，Response回应是设备返回的host命令，作为Command的回应，通过CMD传送。
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(3)MEMS加工技术 • MEMS加工技术主要分为硅微加工技术和非
硅微加工技术两类。 • MEMS硅微加工技术应用了微电子常规工艺，
包括氧化、薄膜制备、光刻、刻蚀、电镀、离 子注入等。
路漫漫其悠远
8.1.3 微电子机械系统的应用领域
（3）汽车工业 • 汽车上用于保护驾驶员安全的安全气囊是最成
熟的MEMS系统。此外，汽车上的压力传感器、 废气传感器、碰撞传感器、电喷控制、空气流量 传感器和陀螺等也应用了MEMS技术。 （4）生物医学工程 • MEMS技术还可用于制造药物输出系统，如微 泵、微阀、药物喷雾器等。同时，血压传感器、 血糖分析传感器、生物芯片、心脏起搏器和植入 式微系统等均在研发中。
路漫漫其悠远
8.1.3 微电子机械系统的应用领域
• MEMS用于取代现有仪器或系统中的元器件， 最终发展方向是取代现有大系统的集成微光机 电系统（Micro Optical Electro Mechanical System，MOEMS）。
• MEMS目前主要应用在微机械元器件制造、信 息、汽车工业、生物医学工程、航空航天、国 防军事等多个领域。
路漫漫其悠远
8.1.3 微电子机械系统的应用领域
（1）微机械元器件制造领域 • 微马达、微镊子、微齿轮、微开关、微电感、微
透镜阵列、微射流器件等，它可使现有仪器设备 体积更小、重量更轻、能耗更低、可靠性更高。 （2）信息领域 • 硬盘、光盘读写头、喷墨打印头，光开关、光衰 减器、光滤波器、射频开关、射频移相器、数字 微镜器件（digital mirror device，DMD）、蜂窝 电话元器件等都已采用MEMS技术制造。
• 其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一 起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺 寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、 智能化和可靠性水平。
路漫漫其悠远
8.1.2 发展概述
• MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80 年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片 制作压力传感器。
MEMS陀螺仪
路漫漫其悠远
8.1.4微电子机械系统技术
• 微电子机械系统技术包含了材料、设计与模拟、 加工制造、封装、测试五个方面。
（1）MEMS的材料 • 包括导体、半导体和绝缘材料几类。根据不同
的使用环境，MEMS材料要求耐高温、耐低温、 耐腐蚀和耐辐射。 • 在微传感器和微执行器的制造中，MEMS需要 使用具有各种功能的材料，如压电材料、压阻 材料、磁性材料和形状记忆合金等。
• 由于薄硅片振动膜在压力下变形，会影响其表面 的压敏电阻曲线，这种变化可以把压力转换成电 信号。
• 后来的电路则包括电容感应移动质量加速计，用 于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。
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8.1.2 发展概述
• 第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围 绕着PC和信息技术的兴起。TI公司根据静电驱动 斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现 在仍然大行其道。
• 它用微电子技术和微加工技术（包括硅体微加工、 硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术）相结合 的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、 微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
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8.1.2 发展概述
• 完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号 处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成 的一体化的微型器件系统。
硬件技术-物联网技术基 础教程
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2020/3/29
学习任务
本章主要涉及： 1 微电子机械系统（MEMS） 2 移动设备内置传感器硬件平台 3 数字化传感器及网络接口技术
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8.1 微电子机械系统（MEMS）
• 微电子机械系统（Micro Electro Mechanical System）简称MEMS，是集微型机构、微型传感 器、微型执行器以及信号处理控制电路、接口、 电源等于一体的机械装置。
•
第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光
学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯
的补充。尽管该市场现在萧条，但微光学器件从
长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。
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8.1.2 发展概述
• 目前MEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩 展，其开始向工业、医疗、测试仪器等新领域 扩张。
• 推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射 频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神 经元探针，以及所谓的'片上实验室'生化药品 开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器 件。
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8.1.4微电子机械系统技术
（2）MEMS设计与模拟技术 • MEMS设计与模拟技术包括了专用集成电路
（application specific integrated circuit， ASIC）设计、机械微结构设计、加工工艺流 程设计、掩模板设计，以及微传感器和微执行 器结构参数优化与性能模拟等。
• 它将自然界各种物理量，如声、光、压力、加速 度、温度以及生物、化学物质的浓度信息转化为 电信号，并将电信号送入微处理器得到指令，指 令被随即发送到微执行器上，对自然界的变化做 出相应反应。
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8.1.1 MEMS简介
• MEMS在美国称为微机电系统，在日本被称为微 机械，在欧洲被称为微系统，
• 它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、 微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、 通信和电源等于一体的微型器件或系统。
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微电子机械系统（MEMS）
8.1.1 MEMS简介
• 微电子机械系统不但能够采集、处理与发送信息 或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据 外部指令采取行动。
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8.1.3 微电子机械系统的应用领域
（5）航空航天领域 • 微陀螺、微加速度计、用于姿态控制的微推进系
统、微机械红外非制冷成像系统、微飞行器和微 （纳、皮）卫星等仪器中也有所应用。 （6）国防军事领域 • 化学武器识别系统、武器安全引爆系统、敌我识 别系统、用于地雷探索的磁强传感器，智能炮弹、 导弹和微型侦察机等。