物联网通信课件301 末端网-有线通信
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物联网通信技术PPT课件
3.3.1 Bluetooth技术概述
➢ Bluetooth的特点
（5）TDMA结构
蓝牙的数据传输率为1Mbit/s，采用数据包的形 式按时隙传送，每时隙。
蓝牙系统支持实时的同步定向联接和非实时的异 步不定向联接，分别为SCO（Synchronous Connection Oriented Link）链路和ACL （Asynchronous Connectionless Link）链路。
3.3.1 Bluetooth技术概述
➢ Bluetooth的特点
（1）拓扑结构
蓝牙技术支持点对点或点对多点的话音、数据业务， 采用一种灵活的无基站的组网方式。
一个蓝牙设备可同时与多个蓝牙设备相连，在有效 通信范围内所有设备的地位都是平等的，具有相同 的权限。
首先提出通信要求的设备称为主设备（master）， 被动进行通信的设备称为从设备（slave）。
3.3.3 Bluetooth的应用及产品
➢ 蓝牙应用模型
串口应用模型SPP协议体系结构
应用程序
串口仿真实体
RFCOMM SDP
LMP
L2CAP
基带
设备A
应用程序
串口仿真实体
SDP RFCOMM
L2CAP
LMP
基带
设备B
3.3.3 Bluetooth的应用及产品
➢ 蓝牙应用模型
设备A建立链路和设置虚拟串口连接的实现步骤：
Bluetooth协议体系结构
➢ 协议体系结构
蓝牙核心协议由SIG制定的蓝牙指定协议组成，而 其他协议则根据应用的需要而定。下面主要介绍 蓝牙核心协议。
（1）基带协议
基带协议为两个或多个蓝牙单元之间建立物理射 频连接。
《物联网通信技术》课件第10章
2009年4月， 蓝牙技术联盟颁布了V3.0标准。 V3.0的核心 是AMP(Generic Alternate MAC/PHY)， 这是一种全新的交替射 频技术， 允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射 频。 通过集成“IEEE802.11 PAL”（协议适应层）， V3.0的数 据传输率提高到了大约24 Mb/s（即可在需要的时候调用IEEE 802.11WI-FI用于实现高速数据传输）， 可用于录像机至高清 电视、 个人计算机至打印机之间的资料传输。 V3.0引入了增 强电源控制(EPC)[JP2]机制， 再辅以IEEE802.11.XX， 实际空 闲功耗明显降低， 解决了蓝牙设备的待机耗电问题。
5） 主机控制器提供了与蓝牙应用模块的控制接口， 包括数 据总线、 控制总线等。 主机控制器接口是与蓝牙通信相结合 的中间环节， 两者相互配合， 共同完成蓝牙通信与应用。
2. 蓝牙通信的工作频段在2.4~2.4835 GHz的开放频段上， 采 用跳频(HF)技术， 以实现抗干扰和抑制信号衰减。 蓝牙的射 频电路采用专用芯片来完成， 以实现跳频和时分多址(TDMA)。
2） 蓝牙设备地址BD_ADDR(Bluetooth Device Address)由 48 bit组成，分成3个部分： 低24 bit为LAP， 中间8 bit为UAP， 高16 bit为NAP。 NAP和UAP由SIG的蓝牙地址管理机构分配 给蓝牙设备生产厂家， 而LAP则由蓝牙设备厂家自己定义， 除保留地址0x9E8B00~0x9E8B3F不可用外， 其他地址都可以 使用。
几个Piconet可以连接在一起， 依靠跳频顺序识别每个 Piconet。 同一个Piconetonet”结构。 在一个“多 Piconet”结构中， 在带有10个全负载的独立的Piconet的情况下， 全双工数据速率超过6 Mb/s。
物联网通信与网络技术优秀课件
有了蓝牙技术，存储于手机中的信息可以在电视机上显 示出来，也可以将其中的声音信息数据进行转换，以便在 PC(个人电脑)上聆听。东芝公司已开发了一种蓝牙无线 Modem 和PC卡，将两张卡中的一张插入Modem的主机上， 另一张插入PC(个人电脑)，这样用户就成功实现了与因特网 的无线联网。
物联网通信与网络技术
5.1 无线通信技术概述
1．蜂窝革命 蜂窝革命直观地表现在移动电话市场罕见的增长上。在 1990年，移动用户数大约是1100万。今天，这个数字是几十 亿。根据国际电信联盟(ITU)的统计，全世界范围的移动用户 数在2002年首次超过固定电话的用户数。更新一代的设备， 添加了具有可接入Internet和内置数码照相机这样的强大功能。 移动电话显著增长的原因有很多：首先是移动电话的便捷性， 它们可以随使用者移动；此外，其特性决定了它们是位置感 知的；再有，移动电话是与处于固定位置的地区基站进行通 信的。
信息。
2．全球蜂窝网络 今天的蜂窝网不再是单一的。然而，设备仅能支持众多 技术中的一两种，且通常只能在某一个运营商的网络范围内 运行。国际电信联盟已开发出下一代无线设备的标准。新的 标准会使用更高的频率以增加其容量，新的标准也致力于消 除过去人们在开发和使用的第一代、第二代网络时产生的不
兼容性。
在北美，使用较广泛的第一代数字无线网络是先进移动 电话系统(Advanced Mobile Phone System，AMPS)。该网络 使用蜂窝数字分组数据(Cellular Digital Packet Data，CDPD) 覆盖网络提供数据服务，它提供19.2kb/s的数据速率。CDPD 在规则的话音通道上使用空闲期提供数据服务。
移动电话仅是这场蜂窝革命中较为明显的一个方面。随 着新型无线设备的引进，这些新型设备可以接入到Internet上。 它们除具有可对个人信息进行组织管理以及电话功能外，现 在又有了Web接入、即时消息、E-mail和其他在Internet上可 获得的服务。汽车中的无线设备可以根据需要为用户下载地 图和导向。
物联网技术及其典型应用ppt课件
物联网将有助于实现环境监测和保护， 促进可持续发展。
带来新的安全和隐私问题
随着物联网的普及，需要更加重视网 络和信息安全，保护用户隐私。
THANKS
感谢观看
技术组成
包括农业传感器、无线通信技术、农业专家系统等。
应用场景
温室大棚、水产养殖等环境的智能化管理，为农业生产提供科学决 策支持。
医疗健康领域物联网解决方案
方案内容
通过物联网技术实现医疗资源的共享和优化配置，提高医疗服务 水平。
技术应用
涉及医疗传感器、远程医疗、移动医疗等技术领域。
实例分析
智能医疗手环、远程心电监测等物联网应用，为医疗健康领域带来 新的发展机遇。
03
CATALOGU通信协议
物联网设备间进行信息交换和通信所 遵循的规则和约定，如MQTT、CoAP 等。
标准化组织
常见的物联网通信标准
包括LoRaWAN、NB-IoT、Sigfox等， 它们各自具有不同的特点和适用场景。
制定和推广物联网通信协议和标准的 国际组织，如IEEE、ETSI、3GPP等。
物联网技术及其 典型应用ppt课 件
目录
• 物联网技术概述 • 感知层技术介绍 • 网络层技术介绍 • 应用层技术介绍 • 典型应用场景案例分析 • 物联网技术挑战与发展趋势
01
CATALOGUE
物联网技术概述
物联网定义与发展历程
物联网定义
物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相 连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、 监控和管理的一种网络。
采用无线电磁波进行数据 传输，具有灵活性和可扩 展性，适用于大规模传感 器网络。
带来新的安全和隐私问题
随着物联网的普及，需要更加重视网 络和信息安全，保护用户隐私。
THANKS
感谢观看
技术组成
包括农业传感器、无线通信技术、农业专家系统等。
应用场景
温室大棚、水产养殖等环境的智能化管理，为农业生产提供科学决 策支持。
医疗健康领域物联网解决方案
方案内容
通过物联网技术实现医疗资源的共享和优化配置，提高医疗服务 水平。
技术应用
涉及医疗传感器、远程医疗、移动医疗等技术领域。
实例分析
智能医疗手环、远程心电监测等物联网应用，为医疗健康领域带来 新的发展机遇。
03
CATALOGU通信协议
物联网设备间进行信息交换和通信所 遵循的规则和约定，如MQTT、CoAP 等。
标准化组织
常见的物联网通信标准
包括LoRaWAN、NB-IoT、Sigfox等， 它们各自具有不同的特点和适用场景。
制定和推广物联网通信协议和标准的 国际组织，如IEEE、ETSI、3GPP等。
物联网技术及其 典型应用ppt课 件
目录
• 物联网技术概述 • 感知层技术介绍 • 网络层技术介绍 • 应用层技术介绍 • 典型应用场景案例分析 • 物联网技术挑战与发展趋势
01
CATALOGUE
物联网技术概述
物联网定义与发展历程
物联网定义
物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相 连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、 监控和管理的一种网络。
采用无线电磁波进行数据 传输，具有灵活性和可扩 展性，适用于大规模传感 器网络。
物联网通信技术简介ppt课件
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02 移动通信网络
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21
移动通信技术是指通信双方或至少有一方处于运动中 进行信息传输和交换的通信方式。移动通信系统包括无 线电话。无损寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信 等。移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线通信， 因此，无线通信是移动通信的基础，而无线通信技术的 发展将推动移动通信技术的发展。
的速度。
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31
03 M2M
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32
什么是M2M
M2M是machine-to-machine的简称，即“机器对机器”的缩写，也 有人理解为人对机器(man-to-machine)、机器对人(machine-toman)等，旨在通过通信技术来实现人、机器和系统三者之问的智 能化、交互式无缝连接 。M2M设备是能够回答包含在一些设备中 的数据的请求或能够自动传送包含在这些设备中的数据的设备。 M2M通信与物联网的核心理念一致，不同之处是物联网的概念、所 采用的技术及应用场景更宽泛。而M2M则聚焦在无线通信网络应用 上，是物联网应用的一种主要方式。
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15
ZigBee优点： （1）功耗低。在待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个
月以上，这也是ZigBee的一个独特优势。 （2）成本低。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以
大大降低了成本; （3）网络容量大。每个ZigBee网络最多可以支持255个设备
，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。 （4）工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（
物联网通信技术概述 ppt课件
常用于常规的家电控制中。
RFID
RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别， 是一种通信技术，俗称电子标签。可通过无线电讯号识别特定目标并读写 相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
射频的话，一般是微波，1-100GHz，适用于短距离识别通信。 RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如: 图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。
有线通信
Modbus 通常认为Modbus只是使用串行方式进行通信的应用层协议
标准，它并不包含电气方面的规范。Modbus最初是Modicon于 1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表的，后来衍 生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三种模式，前两种 所用的物理接口是上面介绍的串口，后一种使用Ethernet接口。
物联网通信技术概述通信工程系电子信息实验教学中心上海市示范试验中心主任马潮副教授基本概念一短距离无线通信节点三长距离无线通信接入层四有线通信二有线连接和无线连接连接方式可以分成有线连接和无线连接我们这里讲的连接其目的都是要进行通信因此也就分别使用有线通信技术和无线通信技术
物联网通信技术概述
通信工程系 电子信息实验教学中心 (上海市示范试验中心)主任 马 潮 副教授
优点： 串口通信的最大有点就是普及率高，串口至今PC电脑还是标配 （现在USB口模拟），通常为了方便连接打印机。大部分的工业设备都有 串口，那些没有串口的设备，在其开发时，常见方法也是通过串口连接到 进行开发的电脑上的，因此串口是设备进行通信的最简单最容易的方法。
缺点：串口通速度以太网比起来还是有很大差距，一般来讲，只适合低速率和小数 据量的通信。
RFID
RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别， 是一种通信技术，俗称电子标签。可通过无线电讯号识别特定目标并读写 相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
射频的话，一般是微波，1-100GHz，适用于短距离识别通信。 RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如: 图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。
有线通信
Modbus 通常认为Modbus只是使用串行方式进行通信的应用层协议
标准，它并不包含电气方面的规范。Modbus最初是Modicon于 1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表的，后来衍 生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三种模式，前两种 所用的物理接口是上面介绍的串口，后一种使用Ethernet接口。
物联网通信技术概述通信工程系电子信息实验教学中心上海市示范试验中心主任马潮副教授基本概念一短距离无线通信节点三长距离无线通信接入层四有线通信二有线连接和无线连接连接方式可以分成有线连接和无线连接我们这里讲的连接其目的都是要进行通信因此也就分别使用有线通信技术和无线通信技术
物联网通信技术概述
通信工程系 电子信息实验教学中心 (上海市示范试验中心)主任 马 潮 副教授
优点： 串口通信的最大有点就是普及率高，串口至今PC电脑还是标配 （现在USB口模拟），通常为了方便连接打印机。大部分的工业设备都有 串口，那些没有串口的设备，在其开发时，常见方法也是通过串口连接到 进行开发的电脑上的，因此串口是设备进行通信的最简单最容易的方法。
缺点：串口通速度以太网比起来还是有很大差距，一般来讲，只适合低速率和小数 据量的通信。
物联网及其应用ppt课件
物联网在智能家居领域应用
智能家居系统架构与功能实现
系统架构
智能家居系统通常由感知层、网络层和应用层三个层次构成，其中感知层负责 采集环境信息和设备状态，网络层负责数据传输，应用层则提供智能控制和服 务。
功能实现
智能家居系统通过物联网技术实现对家居设备的远程监控和控制，包括照明、 空调、窗帘、门锁等设备的智能化管理，同时提供语音控制、场景设置、定时 任务等便捷功能。
组成要素
物联网的组成要素包括感知设备、通信网络、云计算平台和应用软件等。其中， 感知设备是物联网的基础，通信网络是实现设备间信息交互的关键，云计算平台 则提供了强大的数据处理能力，应用软件则是物联网应用的具体体现。
物联网应用领域及价值体现
应用领域
物联网已经广泛应用于智能家居、智慧城市、工业4.0、智慧农业、智能交通等领域。例如，在智能 家居领域，物联网可以实现家电设备的远程控制、语音控制等功能；在智慧城市领域，物联网可以实 现城市基础设施的智能化管理和服务。
借助物联网技术实现远程医疗、健康管理、 医疗资源共享等，提高医疗服务水平，缓解 看病难问题。
智慧城市发展趋势与挑战
数字化
城市基础设施和服务的数字化程度不 断提升。
网络化
城市各领域实现互联互通，形成高效 协同的网络体系。
智慧城市发展趋势与挑战
• 智能化：人工智能、大数据等技术广泛应用，推动城市智 能化水平不断提高。
智慧城市发展趋势与挑战
数据安全与隐私保护
随着智慧城市建设的推进，数据安全和隐私保护问题日益突出。
技术标准与规范缺失
当前智慧城市建设缺乏统一的技术标准和规范，导致系统间互联互 通存在障碍。
投资与运营模式创新不足
智慧城市建设涉及大量投资，如何创新投资与运营模式，实现可持 续发展是一个重要挑战。
智能家居系统架构与功能实现
系统架构
智能家居系统通常由感知层、网络层和应用层三个层次构成，其中感知层负责 采集环境信息和设备状态，网络层负责数据传输，应用层则提供智能控制和服 务。
功能实现
智能家居系统通过物联网技术实现对家居设备的远程监控和控制，包括照明、 空调、窗帘、门锁等设备的智能化管理，同时提供语音控制、场景设置、定时 任务等便捷功能。
组成要素
物联网的组成要素包括感知设备、通信网络、云计算平台和应用软件等。其中， 感知设备是物联网的基础，通信网络是实现设备间信息交互的关键，云计算平台 则提供了强大的数据处理能力，应用软件则是物联网应用的具体体现。
物联网应用领域及价值体现
应用领域
物联网已经广泛应用于智能家居、智慧城市、工业4.0、智慧农业、智能交通等领域。例如，在智能 家居领域，物联网可以实现家电设备的远程控制、语音控制等功能；在智慧城市领域，物联网可以实 现城市基础设施的智能化管理和服务。
借助物联网技术实现远程医疗、健康管理、 医疗资源共享等，提高医疗服务水平，缓解 看病难问题。
智慧城市发展趋势与挑战
数字化
城市基础设施和服务的数字化程度不 断提升。
网络化
城市各领域实现互联互通，形成高效 协同的网络体系。
智慧城市发展趋势与挑战
• 智能化：人工智能、大数据等技术广泛应用，推动城市智 能化水平不断提高。
智慧城市发展趋势与挑战
数据安全与隐私保护
随着智慧城市建设的推进，数据安全和隐私保护问题日益突出。
技术标准与规范缺失
当前智慧城市建设缺乏统一的技术标准和规范，导致系统间互联互 通存在障碍。
投资与运营模式创新不足
智慧城市建设涉及大量投资，如何创新投资与运营模式，实现可持 续发展是一个重要挑战。
物联网主要通讯技术(PPT 31张)
5.3 蓝牙技术
5.3 蓝牙技术
5.3 蓝牙技术
• 蓝牙技术的主要运用
– – – – 居家 电子 工作 军事
– 娱乐
5.4 3G技术
• 第三代移动通信技术（The Third Generation， 3G）指 无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通 信系统。 • 3G是指在第一代模拟制式手机(1G )和第二代GSM、TDMA 等数字手机(2G )的基础上发展起来的第三代移动通信技术。 • 相对于第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、CDMA等数 字手机(2G)，3G的一个突出特点是，在未来移动通信系统 中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间，任何 地点，与任何人，用任意方式，高质量地完成任何信息之 间的移动通信与传输。
5.2 WLAN技术
• WLAN又称为无线局域网络，利用无线射频 技术实现数据传输，WLAN用户通过一个或 多个无线接收器接入WLAN。WLAN具有移 动行、便捷性、较高的带宽等特点。 • WLAN技术是提升城市信息化水平的重要手 段，是3G环境下热点区域中对3G数据业务 覆盖的重要补充，现已广泛应用在商务区、 大学、机场等公共区域 。
•
•
5.4 3G技术
• 中国3G的000年5月，国际电信联盟正式公布第三代移动通信标准，我国提交的TD-SCDMA 正式成为国际标准，与欧洲WCDMA、美国CDMA2000成为3G时代最主流的三大技术之 一。 在中国，2008年5月24日，工业和信息化部、国家发改委、财政部联合发布《关于 深化电信体制改革的通告》，鼓励中国电信收购中国联通CDMA网（包括资产和用户）， 中国联通与中国网通合并，中国网通的基础电信业务并入中国联通，中国铁通并入中 国移动，国内电信运营商由5家变为3家。 2008年6月2日，中国联通和中国网通两家公司实施合并。同时，中国电信将以总 价1100亿元收购联通CDMA网络。 2008年7月29日，中国电信集团宣布未来三年投资800亿元发展CDMA业务，并提出 在三年内把CDMA用户数由目前约4300万增至1亿，届时在中国移动通信市场的占有率 将达15%。 2008年8月，工信部发布《关于同意中国移动通信集团公司开展试商用工作的批 复》，同意中国移动在全国建立TD网络并开展试商用。 2008年12月22日，中国电信发布移动业务品牌“天翼”，189号段在部分省市投入 试商用，全面转型为全业务运营商。 2008年12月31日，国务院常务会议通过决议，同意启动3G牌照发放工作。
1.4物联网的通信(课件)-八年级信息科技上册(清华版2024)
物联网的通信
第一单元 物联网入门
1
常见的物联网通信技术
2
常见的物联网通信协议
目录
CONTENTS
导入新课
物联网开启了万物互联的时代，但要真正实现万物互联，首先要解决的就是万物之间的通信问题。虽然说物联网是互联网的延伸，但物联网的设备往往是泛在的指无所不在)、移动的，比如成千上万的需求，计算机科学家们又做了怎样的设计，发明了怎样的技术呢?
传感器的结构示意图
讲授新课
(1)蓝牙蓝牙常用于固定设备和移动设备、移动设备和移动设备之间的短距离数据传输。比如共享单车服务中对自行车车锁的开启，很多系统选择的方案就是利用手机蓝牙功能发送“开锁”指令实现干预。蓝牙网络的特点是速率快、功耗低、安全性高。如图示的是自带板载天线的蓝牙模块，它可与各种蓝牙适配器、蓝牙手机配对使用。
讲授新课
2.MQTT 协议HTTP 协议作为一个通用的文本传输协议，并没有对物联网的通信进行优化，存在很多弊端。于是计算机科学家们设计出了专用的物联网通信协议，如MQTT、COAP、XMPP 等，目前应用最为广泛的是 MQTT 协议。 MQTT(message queuing telemetry transport，消息队列遥测传输)是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通信协议。MQTT系统由服务器和客户端组成，服务器通常被称为“代理(broker)”，客户端可以发布(publish)或订阅(subscribe)信息。
讲授新课
1. HTTP 协议物联网是在互联网的基础上发展而来的，在当前的互联网通信协议中，HTTP 协议由于开发成本低、开放程度高，几乎占据大半江山。HTTP 协议又称为超文本传输协议，是用于浏览器与 Web 服务器之间相互通信的规则。每一次通信，先由客户端向服务器发起请求，服务器响应请求并反馈数据，待数据传输完毕后，连接随之断开。借助 HTTP 协议实现物联网设备和服务器之间的数据交换。
第一单元 物联网入门
1
常见的物联网通信技术
2
常见的物联网通信协议
目录
CONTENTS
导入新课
物联网开启了万物互联的时代，但要真正实现万物互联，首先要解决的就是万物之间的通信问题。虽然说物联网是互联网的延伸，但物联网的设备往往是泛在的指无所不在)、移动的，比如成千上万的需求，计算机科学家们又做了怎样的设计，发明了怎样的技术呢?
传感器的结构示意图
讲授新课
(1)蓝牙蓝牙常用于固定设备和移动设备、移动设备和移动设备之间的短距离数据传输。比如共享单车服务中对自行车车锁的开启，很多系统选择的方案就是利用手机蓝牙功能发送“开锁”指令实现干预。蓝牙网络的特点是速率快、功耗低、安全性高。如图示的是自带板载天线的蓝牙模块，它可与各种蓝牙适配器、蓝牙手机配对使用。
讲授新课
2.MQTT 协议HTTP 协议作为一个通用的文本传输协议，并没有对物联网的通信进行优化，存在很多弊端。于是计算机科学家们设计出了专用的物联网通信协议，如MQTT、COAP、XMPP 等，目前应用最为广泛的是 MQTT 协议。 MQTT(message queuing telemetry transport，消息队列遥测传输)是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通信协议。MQTT系统由服务器和客户端组成，服务器通常被称为“代理(broker)”，客户端可以发布(publish)或订阅(subscribe)信息。
讲授新课
1. HTTP 协议物联网是在互联网的基础上发展而来的，在当前的互联网通信协议中，HTTP 协议由于开发成本低、开放程度高，几乎占据大半江山。HTTP 协议又称为超文本传输协议，是用于浏览器与 Web 服务器之间相互通信的规则。每一次通信，先由客户端向服务器发起请求，服务器响应请求并反馈数据，待数据传输完毕后，连接随之断开。借助 HTTP 协议实现物联网设备和服务器之间的数据交换。
物联网技术及其应用课件
物联网技术及其应用课件一、引言物联网（InternetofThings，简称IoT）是指通过信息传感设备，将物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络。
物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本课件旨在介绍物联网技术的基本概念、关键技术和应用领域，帮助读者了解物联网的发展现状和未来趋势。
二、物联网技术的基本概念1.物联网的定义：物联网是指通过信息传感设备，将物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络。
2.物联网的架构：物联网的架构可以分为三层，分别是感知层、网络层和应用层。
感知层负责采集物品的信息，网络层负责将信息传输到云端或其他设备，应用层负责对信息进行处理和应用。
3.物联网的关键技术：物联网的关键技术包括传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术、云计算和大数据技术等。
三、物联网技术的关键技术1.传感器技术：传感器技术是物联网的基础，负责采集物品的信息。
传感器可以感知各种物理量，如温度、湿度、光照等，并将其转换为电信号输出。
2.嵌入式计算技术：嵌入式计算技术是指将计算机技术嵌入到物品中，使其具有计算和通信能力。
嵌入式系统通常由微处理器、存储器、输入输出接口和通信接口等组成。
3.通信技术：通信技术是物联网中信息传输的关键技术。
物联网中的通信技术包括无线通信技术和有线通信技术，其中无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
4.云计算和大数据技术：云计算和大数据技术是物联网数据处理和应用的关键技术。
云计算提供了强大的计算能力和存储能力，可以处理大量的数据。
大数据技术可以从海量数据中提取有价值的信息，为物联网应用提供支持。
四、物联网技术的应用领域1.智能家居：智能家居是指通过物联网技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化管理和控制。
例如，可以通过方式APP 控制家中的灯光、空调、电视等设备。
物联网通信与网络技术概述(PPT 44页)
WPAN
WLAN
WMAN
WWAN
RFID
802.15.4 ZigBee 蓝牙 UWB
WiFi 802.11
WiMAX 802.16
3G/TD-SCDMA GPS,GPRS
802.20/MBWA
2022/3/22
物联网技术
第4章 物联网通信与网络技术
4.1.3 无线通信网络技术发展
在数字无线通信时代，电子电路技术和通信技术的发展推动 着通信系统的飞速发展。目前，较受关注的是第三代蜂窝移动 通信系统(3G)、IEEE 802系列；发展趋势是移动宽带化、综合 化、多样化、个人化和IP化。
2022/3/22
物联网技术
第4章 物联网通信与网络技术
1．移动宽带化 蜂窝移动通信系统的发展体现了无线通信发展史，从第 一代模拟移动通信系统，到第二代数字移动通信系统，再 到第三代以及基于全IP的后三代或四代移动通信系统。
移动宽带化是未来通信发展的一个必然趋势，窄带的、 低速的网络会逐渐被宽带网络所取代。
2022/3/22
物联网技术
第4章 物联网通信与网络技术
4.1.1 无线通信技术
无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号 在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。
采用通信技术来传输信息在现代社会是十分流行和重要 的，它已经成为人们生活和工作的必须，社会发展的重要 工具。特别是数字通信，推动了数字化社会的形成，使人 们进入信息化社会。现代无线通信基本上是分区通信或蜂 窝通信，它的实现基于数字化、移动性和个人通信、分区 制和频率复用、点对多点通信等基本技术。在物联网中， 可以根据不同的需要来选择使用不同的无线通信技术。
《物联网通信技术》课件第1章
以下先介绍等概率出现的离散消息的度量情况。 若需 要传递的离散消息是在M个消息之中独立地选择其一， 且 认为每个消息的发生是等概率的。 显然， 为了传递一个消 息， 只需采用一个M进制的波形来传递。 也就是说， 传送 M个消息之一这样一个事件与传送M进制波形之一是完全等 价的。M进制中最简单的情况是二进制， 即M=2， 在等概 率时， 式(1.4.3)成为
解 根据公式
信息传输速率(Rb)又称为传信率， 是单位时间（每秒）内传 送的信息量， 单位为比特/秒(b/s)。 码元传输速率(RB)和信 息传输速率(Rb)统称为传输速率。
在二进制码元的传输中， 每个码元代表一个比特的信息 量， 此时码元传输速率和信息传输速率在数值上是相等的， 即RB= Rb， 差别仅是单位不同。 在多进制脉冲传输中， 码元 传输速率和信息传输速率是不相同的。 如在M进制中， 每个 码元脉冲代表了lbM个比特的信息量， 此时传码率和传信率的 关系是Rb=RB lbM。
图1.3.4 串行通信方式原理
（5） 并行通信方式。 将数字码元分成两路或两路以上的 数字信号码元序列同时在多路信道中传输， 该方式称为并行 通信。 其通信的原理如图1.3.5所示。
图1.3.5 并行通信方式原理
1.4 信息及信息量
为了计算信息量， 消息中所含的信息量I与消息x出现
的概率P(x)间的关系有如下的规律：
例1.5.2 码元速率为2400 b/s， 采用八进制(M=8)时， 信 息速率为多少？当采用二进制(M=2)时， 信息速率为多少？
解 M=8时， Rb=RB lbM=2400×lb8=7200 b/s
M=2时， Rb=RB lbM=2400×lb2=2400 b/s
图1.2.1 模拟通信系统模型
物联网简介ppt课件
云计算与大数据技术
提供强大的数据处理和存储能 力，支撑物联网应用的发展。
应用层平台与服务
01
02
03
04
物联网平台
提供设备接入、数据管理和应 用开发等功能，降低物联网应
用开发难度。
数据分析与可视化
通过数据挖掘和分析，将物联 网数据转化为有价值的信息，
并以图表等形式呈现。
智能控制与服务
基于物联网数据，实现对设备 的智能控制，提供个性化服务
社会融合
物联网的发展将促进社会各界的参与 和合作，推动智慧城市、智慧社区等 建设，提升社会管理和公共服务水平 。
06
物联网产业链梳理及 投资机会挖掘
硬件设备生产商竞争格局剖析
主要硬件设备生产商
01
华为、小米、海尔等企业在物联网硬件设备领域具有显著优势
。
竞争格局分析
02
当前物联网硬件设备市场竞争激烈，各大厂商纷纷推出自主研
物联网特点
物联网具有全面感知、可靠传输和智能处理等特点，能够实 现对物品的智能化识别、定位、追踪、监控和管理。
发展历程与趋势
发展历程
物联网起源于20世纪90年代，最 初被称为“传感网”，随着技术 和应用的发展，逐渐演变为现在 的“物联网”。
发展趋势
未来物联网将更加智能化、自动 化和普及化，涉及到更多的领域 和行业，为人们的生活和工作带 来更多的便利和创新。
数据备份与恢复
建立可靠的数据备份和恢复机制，防止数据 丢失和损坏。
访问控制
实施严格的访问控制策略，确保只有授权用 户才能访问敏感数据。
安全审计
定期对数据安全进行审计和检查，及时发现 和解决潜在的安全隐患。
设备安全防护方法探讨
提供强大的数据处理和存储能 力，支撑物联网应用的发展。
应用层平台与服务
01
02
03
04
物联网平台
提供设备接入、数据管理和应 用开发等功能，降低物联网应
用开发难度。
数据分析与可视化
通过数据挖掘和分析，将物联 网数据转化为有价值的信息，
并以图表等形式呈现。
智能控制与服务
基于物联网数据，实现对设备 的智能控制，提供个性化服务
社会融合
物联网的发展将促进社会各界的参与 和合作，推动智慧城市、智慧社区等 建设，提升社会管理和公共服务水平 。
06
物联网产业链梳理及 投资机会挖掘
硬件设备生产商竞争格局剖析
主要硬件设备生产商
01
华为、小米、海尔等企业在物联网硬件设备领域具有显著优势
。
竞争格局分析
02
当前物联网硬件设备市场竞争激烈，各大厂商纷纷推出自主研
物联网特点
物联网具有全面感知、可靠传输和智能处理等特点，能够实 现对物品的智能化识别、定位、追踪、监控和管理。
发展历程与趋势
发展历程
物联网起源于20世纪90年代，最 初被称为“传感网”，随着技术 和应用的发展，逐渐演变为现在 的“物联网”。
发展趋势
未来物联网将更加智能化、自动 化和普及化，涉及到更多的领域 和行业，为人们的生活和工作带 来更多的便利和创新。
数据备份与恢复
建立可靠的数据备份和恢复机制，防止数据 丢失和损坏。
访问控制
实施严格的访问控制策略，确保只有授权用 户才能访问敏感数据。
安全审计
定期对数据安全进行审计和检查，及时发现 和解决潜在的安全隐患。
设备安全防护方法探讨
物联网通信课件301 末端网-有线通信
▫ 包括：串并转换、帧透明传输、数据处理、协议使 用、传输错误处理、远程唤醒、根Hub和主机系统 接口等功能。
USB设备端
• USB物理设备基于USB通信完成某项功能的一种 软硬件集合，如基于USB的打印机。
• 一个USB逻辑设备对USB系统来说就是一个端点 的集合
• USB总线接口提供了在主机和设备之间的连接。 负责实际传送和接收数据包
▫ 支持有周期性、有限时延，且数据传输速率不变的 数据传输，如麦克风、摄像机
• 中断传输
▫ 单向的传输，数据量较小，无周期性，但需要及时 处理，以达到实时效果的设备，如键盘、鼠标
USB传输技术
• USB信号采用差分传输模式 • 编码采用了NRZI（不归零翻转编码）
• 当传输的数据包含连续的逻辑1时，NRZI编码后， 由于太长时间内没有产生翻转，会使得接收端无 法从中得到同步信号，进而造成接收时钟的漂移
• 有些类似于以太网的CSMA/CD协议
▫ 不同的是，当出现冲突的时候，CAN总线可以根据 优先级进行非破坏性仲裁
▫ 而CSMA/CD协议的破坏性丢弃数据并进行强化碰 撞。
按优先级进行仲裁
• CAN总线帧的优先级是结合在11位标识符中的， 具有最低标识符的结点具有最高的优先级
• 这种优先级一旦确定就不能更改 • 连续输出显性电平最多（标识符中含有的0最多，
• 由主机启动所有的数据传输 • USB设备不能主动与PC机通信
USB2.0传输方式分为以下四种传输类型
• 控制传输方式：
▫ 为外设与主机之间提供一个控制通道，负责向USB 设置一些控制信息
• 数据块传输类型
▫ 是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量 利用可以利用的带宽来完成数据的传输
USB设备端
• USB物理设备基于USB通信完成某项功能的一种 软硬件集合，如基于USB的打印机。
• 一个USB逻辑设备对USB系统来说就是一个端点 的集合
• USB总线接口提供了在主机和设备之间的连接。 负责实际传送和接收数据包
▫ 支持有周期性、有限时延，且数据传输速率不变的 数据传输，如麦克风、摄像机
• 中断传输
▫ 单向的传输，数据量较小，无周期性，但需要及时 处理，以达到实时效果的设备，如键盘、鼠标
USB传输技术
• USB信号采用差分传输模式 • 编码采用了NRZI（不归零翻转编码）
• 当传输的数据包含连续的逻辑1时，NRZI编码后， 由于太长时间内没有产生翻转，会使得接收端无 法从中得到同步信号，进而造成接收时钟的漂移
• 有些类似于以太网的CSMA/CD协议
▫ 不同的是，当出现冲突的时候，CAN总线可以根据 优先级进行非破坏性仲裁
▫ 而CSMA/CD协议的破坏性丢弃数据并进行强化碰 撞。
按优先级进行仲裁
• CAN总线帧的优先级是结合在11位标识符中的， 具有最低标识符的结点具有最高的优先级
• 这种优先级一旦确定就不能更改 • 连续输出显性电平最多（标识符中含有的0最多，
• 由主机启动所有的数据传输 • USB设备不能主动与PC机通信
USB2.0传输方式分为以下四种传输类型
• 控制传输方式：
▫ 为外设与主机之间提供一个控制通道，负责向USB 设置一些控制信息
• 数据块传输类型
▫ 是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量 利用可以利用的带宽来完成数据的传输
物联网30
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物联网30
农业物联网控制系统
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物联网30
上海农业物联网公共服务平台的构建
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物联网30
河南三门峡农业物联网基地
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物联网30
农业科技示范园
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物联网30
物联网：精确“把关”农业生产
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物联网30
十、关于物联网的几个构想
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物联网30
物联网在农业方面的应用
• 市农科院农业信息技术研究中心陈立平博士介绍，这套温
室环境监测与智能控制系统，通过室内传感器“捕捉”各
项数据，经数据采集控制器汇总、中控室电脑分析处理，
结果即时显示在屏幕上。管理人员通过另一项技术——视
频语音监控系统随时指挥。基地经理李春贵务农20多年，
施多少肥？你并不完全知道，或是只知道个大概。但是装上一个小小
的传感器，它就会说话、有感觉、有思想了，大棚里的温度高了它会
警告你，土壤里的湿度低了它会通知你，更准确地告诉你它的需求，
使大棚内植物所需要的生长环境永远保持在最佳状态。”
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物联网30
物联网在农业方面的应用
• 农技师对于“物联网”多少知道一些。还指着棚里靠近中 间位置架起了一副“天线”，上面挂着几个小盒子，说 “这就是传感器，分别采集环境温度、湿度、土壤温度、 水分、光照以及二氧化碳浓度，每隔5分钟采集一次数据， 通过智能传感器与嵌入3G模块的无线物联网网关，发送到 上位机系统。 农技师现在只要坐在办公室里，笔记本或者 电脑的页面停留在几片蔬菜叶子上，用鼠标一点点拉近， 可以很清晰地看到叶片上趴着几只小蚜虫。这样农技师通 过物联网的远程监控系统发现了“敌情”，可以立即给棚 里的农业工人提了个醒。早点做防护措施。
《物联网通信技术》课件第9章
（2） 一方的请求发送(RTS)端及允许发送(CTS)端自环， 并与对方的数据载波检出(DCD)端互连， 这时若请求发送 (RTS)有效， 则立即得到发送允许(CTS)有效， 同时使对方的 (DCD)有效， 即检测到载波信号， 表明数据通信信道已接通。
（3） 双方的发送数据(TxD)端和接收数据(RxD)端互连， 即意味着双方都是数据终端， 只要上述双方的握手信号一经 建立即可进行全双工或半双工通信。
上述规定说明了RS-232C标3 V， 逻辑“0”的电平 应高于+3 V。 对于控制信号， 接通状态(ON)， 即信号有效的 电平高于+3 V； 断开状态(OFF)， 即信号电平无效的电平应低 于－3 V。 当传输电平的绝对值大于3 V时，电路就可以有效 地检测， 而介于－3~+3 V间的电压电平、 低于－15 V或高于 +15 V的电压电平都是无意义的。 因此， 实际工作时， 应保 证电压电平在+5~－5 V之间。
图9.2.5 最简单连接方式
另一种较简单的情况是考虑它们之间的联络控制信号， 连接方式如图9.2.6所示。 这种情况下通信双方的握手信号关 系如下：
（1） 一方的数据终端准备好(DTR)和对方的数据设备准 备好(DSR)及振铃信号(RI)两个信号线互连。 这时， 若DTR有 效， 则对方的RI立即有效， 产生呼叫并应答， 同时又使对方 的DSR有效。
图9.2.3 RTS和CTS间的关系
图9.2.4 DCD和CTS间的关系
DTE检测到CTS位ON后， 即可通过RS-232C中BA（发送 数据TxD）发送数据， 并用RS-232C中的BB（数据接收RxD） 接收远端发来的数据。
DTE发送完数据后， 置RTS线为OFF， 通知本地Modem 发送结束。 本地Modem检测到RTS为OFF后， 立即停止发送 载波， 并置CTS为OFF， 作为对DTE的应答。 远端Modem检 测不到载波后， 置DCD和CE（呼叫指示器）线为低电平， 恢 复初始状态。
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• 全名是“数据终端设备（DTE）和数据通信设备 （DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”
• RS-232目前经历了若干个版本，较新的版本号为E • 优点
▫ 简洁、实施成本低
• 缺陷：
▫ 对噪声较为敏感。 ▫ 容易造成串扰 ▫ 产生的横向电磁波，成为影响相邻电路的严重电磁干扰
（EMI） 源
• 采用25脚的DB25连接器
• 由主机启动所有的数据传输 • USB设备不能主动与PC机通信
USB2.0传输方式分为以下四种传输类型
• 控制传输方式：
▫ 为外设与主机之间提供一个控制通道，负责向USB 设置一些控制信息
• 数据块传输类型
▫ 是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量 利用可以利用的带宽来完成数据的传输
• 同步传输方式
• 数据传输终端
▫ 即电阻，防止电信号在总线线端被反射，影响数据 的传输。
• 数据传输线
▫ 双向的数据总线，负责数据信号的传输。
CAN拓扑
• 总线形拓扑
▫ 由高、低电压两根线绞合而成，实现一路信号的差 分发送
• 树状拓扑
▫ 分支网络通过中继器（Repeater）连接到干线
CAN协议——物理层
• CAN的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。 但最常用的就是双绞线
发的开放性，并可与不同的控制系统相连，实现 互可操作性与互用性
• 具备较强的抗干扰性、稳定性、容错能力，以及 便于查找和更换故障结点的诊断能力。并且具有 较高的实时性
• 多数为短帧传送、信息交换频繁等特。
基于现场总线开发的系统的组成
• 控制系统
▫ 有维护软件、设备软件和监控软件等。在网络运行 过程中，对整个系统实现实时数据采集、数据处理、 计算、调控等
▫ 包括：串并转换、帧透明传输、数据处理、协议使 用、传输错误处理、远程唤醒、根Hub和主机系统 接口等功能。
USB设备端
• USB物理设备基于USB通信完成某项功能的一种 软硬件集合，如基于USB的打印机。
• 一个USB逻辑设备对USB系统来说就是一个端点 的集合
• USB总线接口提供了在主机和设备之间的连接。 负责实际传送和接收数据包
▫ 支持有周期性、有限时延，且数据传输速率不变的 数据传输，如麦克风、摄像机
• 中断传输
▫ 单向的传输，数据量较小，无周期性，但需要及时 处理，以达到实时效果的设备，如键盘、鼠标
USB传输技术
• USB信号采用差分传输模式 • 编码采用了NRZI（不归零翻转编码）
• 当传输的数据包含连续的逻辑1时，NRZI编码后， 由于太长时间内没有产生翻转，会使得接收端无 法从中得到同步信号，进而造成接收时钟的漂移
有线通信
• 串口 • USB • 现场总线 • X-10电力载波协议
• 串行接口通信是最常见的连接方式 • 技术简单，价格便宜，方便使用，是很多物联网
应用的较好选择 • 由南航为某公司开发的基于
条码的生产控制系统， 扫描枪和计算机之间 通过串口线相连。
• 经常的接口标准 • EIA-232(RS-232) • EIA-422(RS-422) • EIA-449(RS-449) • EIA-485(RS-485) • EIA-530(RS-530) •等
CAN总线——概述
• 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量 与执行部件之间的数据通信
• CAN所具有的高可靠性、实时性和良好的错误检 测能力受到了越来越多的重视
▫ 已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片，被 广泛地应用于工业自动化生产线、汽车、传感器、 医疗设备、智能化大厦、电梯控制、环境控制等分 布式实时系统
• 位填充法（bit-stuffing）
▫ 如果要发送的数据中一旦出现了连续的6个1，则在 进行NRZI编码前，在这6个连续的1后面插入1个0， 然后再进行NRZI编码。
▫ 接收端如果收到连续的6个1，则自动去掉后面的1 个0，再继续解码，从而恢复原数据
USB的发展——无线USB技术
• 装备无线收发装置以代替电缆连线 • 数据传输速率可达为480Mbps • 需要认证
• 采用了现场总线技术 后，控制室与厂房之 间这段较长的距离， 只需要布设一根线缆 即可，而厂房内部基 于总线，各种设备只 需要通过短距离连线 进行接入。
现场总线应具有如下特点
• 协议简单，控制成本 • 布线简单，是布线方式的革命 • 全数字化通信 • 开放型的互联网络，包括通信规约的开放性，开
• 这四种版本最大的差别表现在数据传输速率方面：
▫ USB 1.0速度只有1.5Mbps（低速模式） ▫ USB 1.1速度提升到12Mbps（全速模式） ▫ USB2.0理论传输速度达480Mbps（高速模式） ▫ 而USB 3.0最大传输带宽高达5.0Gbps
• 1.0、1.1、2.0是半双工方式，3.0支持全双工方式
• USB 3.0不足，线缆较为粗重
▫ 考虑电磁干扰（EMI）、必须使用九根线材
• 提出了主动式光纤缆线（Active Optical Cable， AOC）
• 一卷50米AOC缆线
• 串口 • USB • 现场总线 • X-10电力载波协议
概述
• 现场总线（Field Bus，也称现场网络）是20世纪 90年代初逐步发展并推广起来的一种网络
• 有些类似于以太网的CSMA/CD协议
▫ 不同的是，当出现冲突的时候，CAN总线可以根据 优先级进行非破坏性仲裁
▫ 而CSMA/CD协议的破坏性丢弃数据并进行强化碰 撞。
按优先级进行仲裁
• CAN总线帧的优先级是结合在11位标识符中的， 具有最低标识符的结点具有最高的优先级
• 这种优先级一旦确定就不能更改 • 连续输出显性电平最多（标识符中含有的0最多，
• 主要集中在工业控制环境，特别是长距离数据传输，
▫ 如连接远ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ周边控制器或传感器
• 定义了一种平衡通信接口
▫ 利用导线之间的信号电压差来传输信号的 ▫ 差分传输方式与单端传输方式相比，能有效地提高数
据传输速率
• 串口 • USB • 现场总线 • X-10电力载波协议
USB总线
• Universal Serial Bus，通用串行总线 • 由康柏、IBM、Intel和Microsoft于
性能参数
工作方式
结点数 最大传输电缆长 度 最大传输速率
工作方式
RS-232 单端 1收1发 15米
20kbps 全双工
RS-422 差分 1发10收 1219米
10Mbps 全双工
RS-485 差分 1发32收 1219米
10Mbps 半双工
• 单端不归零编码 • 单端归零编码 • 差分
RS-232
即标识符最小）的单元可继续发送 • 举例：
▫ 结点1的标识符为011111（优先级最低），结点2的 标识符为0100110（优先级最高），结点3的标识符 为0100111
1994年共同推出 • 最大的特性是可以支持即插即用
和热插拔 • 成都索蓝科技公司推出的WSN/
USB网关
发展历程
• 发展历程
▫ 1996年发布的USB1.0。 ▫ 1998年发布的USB1.1。 ▫ 2000年4月起广泛使用的USB2.0。 ▫ 2008年11月发布USB3.0，Super Speed USB。
• CAN总线规范的物理层和数据链路层已被ISO制 订为国际标准
案例——基于CANOpen的电梯监控系统
• CANOpen是基于 CAN总线的一个高 层应用层协议，而 CiA DSP 417是 CANOpen在电梯领 域的应用体现，可 以很好的满足电梯 通信的需求
案例——基于CAN的车载网络
• 厦门蓝斯通信的车载终端通过与汽车CAN总线对 接，可与GPS、自动报站器、客流统计仪、POS 机、车载视频，或其它车载电子设备进行联机工 作，形成一个小型的车内局域网
• 测量系统
▫ 其特点为多变量、高性能的测量，使测量仪表具有 智能计算能力等更多功能
• 设备管理系统
▫ 对设备自身及运行过程的诊断信息、设备运行状态 信息、厂商提供的设备制造信息等进行统一的管理 和维护
现状
• 目前，世界上存在着大约四十余种的现场总线， • 主流的现场总线包括
▫ 基金会现场总线（Foundation Field bus，FF） ▫ 控制器局域网（Controller Area Network，CAN） ▫ Lonworks ▫ DeviceNet ▫ Profibus ▫ HART（Highway Addressable Remote Transducer） ▫ CC-Link等
USB的发展——USB3.0
• 最大传输带宽可高达5.0Gbps • 考虑到8b/10b编码方式，实际的速度只能达到
4Gbps左右 • 结合协议开销及具体实现的影响，最终速度更低 • USB 3.0在原有4线结构的基础上，又增加了5条
线路
▫ 四线差分信号 ▫ 可以兼容USB1.1和USB2.0
USB的发展—— USB 3.0主动式光纤缆线
• 作为工厂数字通信网络的基础之一，可以用于过 程自动化、制造自动化、楼宇自动化等诸多领域 中现场智能设备（如智能化仪器/仪表、控制器、 执行设备等）之间的，或者现场智能设备和控制 室内监控机之间的互连
• 在计算机数据传输中， 长期使用低数据速率和 点对点的数据传输标准。
• 在工业控制或生产自动 化领域中使用大量的传 感器、执行器和控制器， 若采用星形拓扑结构， 安装成本和介质造价高。
USB传输方式
• 数据传送是在主机软件和一个USB设备的指定端口 之间完成的。这种端口间的联系称作通道
• 一个指定的USB设备可以拥有许多通道 • 各通道之间的数据流动是相互独立的 • 特殊的通道——缺省控制通道
• RS-232目前经历了若干个版本，较新的版本号为E • 优点
▫ 简洁、实施成本低
• 缺陷：
▫ 对噪声较为敏感。 ▫ 容易造成串扰 ▫ 产生的横向电磁波，成为影响相邻电路的严重电磁干扰
（EMI） 源
• 采用25脚的DB25连接器
• 由主机启动所有的数据传输 • USB设备不能主动与PC机通信
USB2.0传输方式分为以下四种传输类型
• 控制传输方式：
▫ 为外设与主机之间提供一个控制通道，负责向USB 设置一些控制信息
• 数据块传输类型
▫ 是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量 利用可以利用的带宽来完成数据的传输
• 同步传输方式
• 数据传输终端
▫ 即电阻，防止电信号在总线线端被反射，影响数据 的传输。
• 数据传输线
▫ 双向的数据总线，负责数据信号的传输。
CAN拓扑
• 总线形拓扑
▫ 由高、低电压两根线绞合而成，实现一路信号的差 分发送
• 树状拓扑
▫ 分支网络通过中继器（Repeater）连接到干线
CAN协议——物理层
• CAN的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。 但最常用的就是双绞线
发的开放性，并可与不同的控制系统相连，实现 互可操作性与互用性
• 具备较强的抗干扰性、稳定性、容错能力，以及 便于查找和更换故障结点的诊断能力。并且具有 较高的实时性
• 多数为短帧传送、信息交换频繁等特。
基于现场总线开发的系统的组成
• 控制系统
▫ 有维护软件、设备软件和监控软件等。在网络运行 过程中，对整个系统实现实时数据采集、数据处理、 计算、调控等
▫ 包括：串并转换、帧透明传输、数据处理、协议使 用、传输错误处理、远程唤醒、根Hub和主机系统 接口等功能。
USB设备端
• USB物理设备基于USB通信完成某项功能的一种 软硬件集合，如基于USB的打印机。
• 一个USB逻辑设备对USB系统来说就是一个端点 的集合
• USB总线接口提供了在主机和设备之间的连接。 负责实际传送和接收数据包
▫ 支持有周期性、有限时延，且数据传输速率不变的 数据传输，如麦克风、摄像机
• 中断传输
▫ 单向的传输，数据量较小，无周期性，但需要及时 处理，以达到实时效果的设备，如键盘、鼠标
USB传输技术
• USB信号采用差分传输模式 • 编码采用了NRZI（不归零翻转编码）
• 当传输的数据包含连续的逻辑1时，NRZI编码后， 由于太长时间内没有产生翻转，会使得接收端无 法从中得到同步信号，进而造成接收时钟的漂移
有线通信
• 串口 • USB • 现场总线 • X-10电力载波协议
• 串行接口通信是最常见的连接方式 • 技术简单，价格便宜，方便使用，是很多物联网
应用的较好选择 • 由南航为某公司开发的基于
条码的生产控制系统， 扫描枪和计算机之间 通过串口线相连。
• 经常的接口标准 • EIA-232(RS-232) • EIA-422(RS-422) • EIA-449(RS-449) • EIA-485(RS-485) • EIA-530(RS-530) •等
CAN总线——概述
• 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量 与执行部件之间的数据通信
• CAN所具有的高可靠性、实时性和良好的错误检 测能力受到了越来越多的重视
▫ 已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片，被 广泛地应用于工业自动化生产线、汽车、传感器、 医疗设备、智能化大厦、电梯控制、环境控制等分 布式实时系统
• 位填充法（bit-stuffing）
▫ 如果要发送的数据中一旦出现了连续的6个1，则在 进行NRZI编码前，在这6个连续的1后面插入1个0， 然后再进行NRZI编码。
▫ 接收端如果收到连续的6个1，则自动去掉后面的1 个0，再继续解码，从而恢复原数据
USB的发展——无线USB技术
• 装备无线收发装置以代替电缆连线 • 数据传输速率可达为480Mbps • 需要认证
• 采用了现场总线技术 后，控制室与厂房之 间这段较长的距离， 只需要布设一根线缆 即可，而厂房内部基 于总线，各种设备只 需要通过短距离连线 进行接入。
现场总线应具有如下特点
• 协议简单，控制成本 • 布线简单，是布线方式的革命 • 全数字化通信 • 开放型的互联网络，包括通信规约的开放性，开
• 这四种版本最大的差别表现在数据传输速率方面：
▫ USB 1.0速度只有1.5Mbps（低速模式） ▫ USB 1.1速度提升到12Mbps（全速模式） ▫ USB2.0理论传输速度达480Mbps（高速模式） ▫ 而USB 3.0最大传输带宽高达5.0Gbps
• 1.0、1.1、2.0是半双工方式，3.0支持全双工方式
• USB 3.0不足，线缆较为粗重
▫ 考虑电磁干扰（EMI）、必须使用九根线材
• 提出了主动式光纤缆线（Active Optical Cable， AOC）
• 一卷50米AOC缆线
• 串口 • USB • 现场总线 • X-10电力载波协议
概述
• 现场总线（Field Bus，也称现场网络）是20世纪 90年代初逐步发展并推广起来的一种网络
• 有些类似于以太网的CSMA/CD协议
▫ 不同的是，当出现冲突的时候，CAN总线可以根据 优先级进行非破坏性仲裁
▫ 而CSMA/CD协议的破坏性丢弃数据并进行强化碰 撞。
按优先级进行仲裁
• CAN总线帧的优先级是结合在11位标识符中的， 具有最低标识符的结点具有最高的优先级
• 这种优先级一旦确定就不能更改 • 连续输出显性电平最多（标识符中含有的0最多，
• 主要集中在工业控制环境，特别是长距离数据传输，
▫ 如连接远ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ周边控制器或传感器
• 定义了一种平衡通信接口
▫ 利用导线之间的信号电压差来传输信号的 ▫ 差分传输方式与单端传输方式相比，能有效地提高数
据传输速率
• 串口 • USB • 现场总线 • X-10电力载波协议
USB总线
• Universal Serial Bus，通用串行总线 • 由康柏、IBM、Intel和Microsoft于
性能参数
工作方式
结点数 最大传输电缆长 度 最大传输速率
工作方式
RS-232 单端 1收1发 15米
20kbps 全双工
RS-422 差分 1发10收 1219米
10Mbps 全双工
RS-485 差分 1发32收 1219米
10Mbps 半双工
• 单端不归零编码 • 单端归零编码 • 差分
RS-232
即标识符最小）的单元可继续发送 • 举例：
▫ 结点1的标识符为011111（优先级最低），结点2的 标识符为0100110（优先级最高），结点3的标识符 为0100111
1994年共同推出 • 最大的特性是可以支持即插即用
和热插拔 • 成都索蓝科技公司推出的WSN/
USB网关
发展历程
• 发展历程
▫ 1996年发布的USB1.0。 ▫ 1998年发布的USB1.1。 ▫ 2000年4月起广泛使用的USB2.0。 ▫ 2008年11月发布USB3.0，Super Speed USB。
• CAN总线规范的物理层和数据链路层已被ISO制 订为国际标准
案例——基于CANOpen的电梯监控系统
• CANOpen是基于 CAN总线的一个高 层应用层协议，而 CiA DSP 417是 CANOpen在电梯领 域的应用体现，可 以很好的满足电梯 通信的需求
案例——基于CAN的车载网络
• 厦门蓝斯通信的车载终端通过与汽车CAN总线对 接，可与GPS、自动报站器、客流统计仪、POS 机、车载视频，或其它车载电子设备进行联机工 作，形成一个小型的车内局域网
• 测量系统
▫ 其特点为多变量、高性能的测量，使测量仪表具有 智能计算能力等更多功能
• 设备管理系统
▫ 对设备自身及运行过程的诊断信息、设备运行状态 信息、厂商提供的设备制造信息等进行统一的管理 和维护
现状
• 目前，世界上存在着大约四十余种的现场总线， • 主流的现场总线包括
▫ 基金会现场总线（Foundation Field bus，FF） ▫ 控制器局域网（Controller Area Network，CAN） ▫ Lonworks ▫ DeviceNet ▫ Profibus ▫ HART（Highway Addressable Remote Transducer） ▫ CC-Link等
USB的发展——USB3.0
• 最大传输带宽可高达5.0Gbps • 考虑到8b/10b编码方式，实际的速度只能达到
4Gbps左右 • 结合协议开销及具体实现的影响，最终速度更低 • USB 3.0在原有4线结构的基础上，又增加了5条
线路
▫ 四线差分信号 ▫ 可以兼容USB1.1和USB2.0
USB的发展—— USB 3.0主动式光纤缆线
• 作为工厂数字通信网络的基础之一，可以用于过 程自动化、制造自动化、楼宇自动化等诸多领域 中现场智能设备（如智能化仪器/仪表、控制器、 执行设备等）之间的，或者现场智能设备和控制 室内监控机之间的互连
• 在计算机数据传输中， 长期使用低数据速率和 点对点的数据传输标准。
• 在工业控制或生产自动 化领域中使用大量的传 感器、执行器和控制器， 若采用星形拓扑结构， 安装成本和介质造价高。
USB传输方式
• 数据传送是在主机软件和一个USB设备的指定端口 之间完成的。这种端口间的联系称作通道
• 一个指定的USB设备可以拥有许多通道 • 各通道之间的数据流动是相互独立的 • 特殊的通道——缺省控制通道