第2讲 物联网感知层技术
物联网感知层
物联网感知层在当今科技飞速发展的时代，物联网已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从智能家居到智能交通，从工业自动化到医疗健康，物联网的应用无处不在。
而在物联网的架构中，感知层作为数据采集的源头，扮演着至关重要的角色。
那么，什么是物联网感知层呢？简单来说，感知层就像是物联网的“感官”，负责感知和收集物理世界中的各种信息。
这些信息可以包括温度、湿度、光照、压力、位置、速度等等。
感知层通过各种各样的传感器和智能设备，将这些物理量转化为电信号或数字信号，为后续的处理和分析提供数据基础。
传感器是感知层的核心组成部分。
它们就像是一个个敏锐的“侦察兵”，能够精确地捕捉到周围环境的变化。
例如，温度传感器可以实时监测环境温度的变化，湿度传感器可以感知空气湿度的情况，压力传感器能够测量物体所受到的压力大小。
这些传感器的精度和灵敏度直接影响着感知层数据的准确性和可靠性。
除了传感器，感知层还包括了一些其他的设备，比如射频识别（RFID）标签和阅读器。
RFID 技术在物流、仓储等领域得到了广泛的应用。
通过在物品上贴上 RFID 标签，阅读器可以在不接触物品的情况下快速读取标签中的信息，如物品的名称、编号、产地等。
这大大提高了物品管理的效率和准确性。
在感知层中，还有一类重要的设备是智能终端。
这些终端设备通常具备一定的数据处理和通信能力，可以将传感器采集到的数据进行初步处理，并通过网络将数据传输到上层平台。
比如，智能手机、智能手表等都可以作为物联网感知层的智能终端。
它们可以收集用户的位置、运动状态等信息，并与其他设备进行交互。
为了实现感知层设备之间的互联互通，通信技术也是至关重要的。
目前，常见的感知层通信技术包括蓝牙、Zigbee、WiFi 等短距离无线通信技术，以及 NBIoT、LoRa 等低功耗广域网通信技术。
不同的通信技术具有不同的特点和适用场景。
例如，蓝牙适用于短距离、低功耗的数据传输，如蓝牙耳机、蓝牙鼠标等；Zigbee 则适用于组建大规模的传感器网络，具有低功耗、自组网等优点；WiFi 则在家庭和办公环境中广泛应用，能够提供较高的数据传输速率。
物联网感知层
物联网感知层第一篇：物联网感知层物联网感知层物联网本身的结构复杂，主要包括三大部分：首先是感知层，承担信息的采集，可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等；其次是网络层，承担信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固联网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。
具体的核心，是感知层中的技术，从现在阶段来看，物联网发展的瓶颈就在感知层。
国际电信联盟（ITU）将射频技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术列为物联网关键技术。
射频识别（radiofrequencyidentification，RFID）射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种非接触式自动识别技术，该技术的商用促进了物联网的发展。
它通过射频信号等一些先进手段自动识别目标对象并获取相关数据，有利于人们在不同状态下对各类物体进行识别与管理。
射频识别系统通常由电子标签和阅读器组成。
电子标签内存有一定格式的标识物体信息的电子数据，是未来几年代替条形码走进物联网时代的关键技术之一。
该技术具有一定的优势：能够轻易嵌入或附着，并对所附着的物体进行追踪定位；读取距离更远，存取数据时间更短；标签的数据存取有密码保护，安全性更高。
RFID目前有很多频段，集中在13.56MHz频段和900MHz频段的无源射频识别标签应用最为常见。
短距离应用方面通常采用13.56MHzHF频段；而900MHz 频段多用于远距离识别，如车辆管理、产品防伪等领域。
阅读器与电子标签可按通信协议互传信息，即阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据命令将内存的标识性数据回传给阅读器。
RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
但其技术发展过程中也遇到了一些问题，主要是芯片成本，其他的如FRID反碰撞防冲突、RFID天线研究、工作频率的选择及安全隐私等问题，都一定程度上制约了该技术的发展。
物联网的感知层主要包括什么
物联网感知层的关键技术包括传感器技术、射频识别技术、二维码技术、蓝牙技术以及ZigBee技术等。
物联网感知层的主要功能是采集和捕获外界环境或物品的状态信息，在采集和捕获相应信息时，会利用射频识别技术先识别物品，然后通过安装在物品上的高度集成化微型传感器来感知物品所处环境信息以及物品本身状态信息等，实现对物品的实时监控和自动管理。
而这种功能得以实现，离不开各种技术的协调合作。
传感器技术物联网实现感知功能离不开传感器，传感器的最大作用是帮助人们完成对物品的自动检测和自动控制。
目前，传感器的相关技术已经相对成熟，被应用于多个领域，比如地质勘探、航天探索、医疗诊断、商品质检、交通安全、文物保护、机械工程等。
作为一种检测装置，传感器会先感知外界信息，然后将这些信息通过特定规则转换为电信号，最后由传感网传输到计算机上，供人们或人工智能分析和利用。
传感器的物理组成包括敏感元件、转换元件以及电子线路三部分。
敏感元件可以直接感受对应的物品，转换元件也叫传感元件，主要作用是将其他形式的数据信号转换为电信号；电子线路作为转换电路可以调节信号，将电信号转换为可供人和计算机处理、管理的有用电信号。
射频识别技术射频识别的简称为RFID，该技术是无线自动识别技术之一，人们又将其称为电子标签技术。
利用该技术，无需接触物体就能通过电磁耦合原理获取物品的相关信息。
物联网中的感知层通常都要建立一个射频识别系统，该识别系统由电子标签、读写器以及中间信息系统三部分组成。
其中，电子标签一般安装在物品的表面或者内嵌在物品内层，标签内存储着物品的基本信息，以便于被物联网设备识别；读写器有三个作用，一是读取电子标签中有关待识别物品的信息，二是修改电子标签中待识别物品的信息，三是将所获取的物品信息传输到中央信息系统中进行处理；中央信息系统的作用是分析和管理读写器从电子标签中读取的数据信息。
二维码技术二维码（2-dimensional bar code）又称二维条码、二维条形码，是一种信息识别技术。
物联网感知层
物联网感知层1-引言●目的和范围●定义缩写词和术语●本文档的读者和相关方2-物联网感知层概述●感知层的定义和功能●感知层的架构和组成●感知层的主要特征和要求3-感知节点设计●节点硬件设计要求和规范●节点软件设计要求和规范●对节点的能耗管理和优化4-传感器选择和配置●传感器的种类和功能●传感器的性能指标和选择要求●传感器的配置和调试方法5-网络连接和通信●网络连接的实现方式和技术●通信协议的选择和配置●数据传输和安全性的考虑6-数据采集和处理●数据采集的方法和流程●数据处理和分析的算法和技术●数据质量和准确性的保证7-资源管理和优化●能源管理的策略和技术●节点资源的分配和利用●故障检测和修复机制8-安全和隐私保护●感知数据的安全性和隐私性需求●安全措施的设计和实施●数据传输和存储的加密和认证9-测试和验证●感知节点的测试方法和标准●网络连接和通信的测试方法和标准●数据采集和处理的测试方法和标准10-部署和维护●感知节点的部署策略和方法●网络的规模和拓扑设计●系统的运维和维护流程11-附件●参考文献列表●图表和示意图●代码和配置文件样例法律名词及注释：●物联网：指通过互联网连接智能设备，实现设备间的信息传递和协同工作的网络系统。
●感知层：物联网中最底层的部分，负责采集环境信息和设备状态，并将其传输到上层。
●节点：物联网感知层中的单个设备，包括传感器、处理器、通信模块等组件。
●传感器：感知层中用于感知和检测环境的设备，例如温度传感器、光敏传感器等。
●通信协议：节点之间进行通信时采用的协议，例如WiFi、蓝牙、LoRa等。
●资源管理：对感知节点的能量、计算、存储等资源进行有效分配和利用的管理手段。
●隐私保护：在物联网中对感知数据和个人信息进行保护和管理的措施。
物联网感知层技术
2009年12月10日，我国铁道部对火车票进行了升级改版。新版火车票明显的 变化是车票下方的一维条码编程二维防伪条码，火车票的防伪能力增强。进 站口检票时，检票人员通过二维条码识读设备对车票上的二维条形码进行识 读，系统自动辨别车票的真伪并将相应信息存入系统中。下面给出了我国使 用的一维条形码与二维条形码火车票的比较。
2.2.1 微机电压力传感器
某轮胎压力传感器的内部结构以及外观如下图所示。该压力传感器利用 了传感器中的硅应变电阻在压力作用下发生形变而改变了电阻来测量压力； 测试时使用了传感器内部集成的测量电桥。
MEMS压力传感器结构
传感器中集成的测量电桥 传感器外形
2.2.2 微机电加速度传感器 微机电加速度传感器主要通过半导体工艺在硅片中加工出可以在加速运
CPU
2.3.2 智能温湿度传感器
下面显示的是 Sensirion公司推出的SHT11/15温湿度智能传感器的外形， 引脚，以及内部框图。
2.3.3 智能液体浑浊度传感器
下面显示的是Honeywell公司推出的AMPS-10G型智能液体浑浊度传感器 的外形，测量原理，以及内部框图。
数据采集方式的发展过程
• ISO 14443-3规定了TYPE A和TYPE B的防冲撞机制。
• ISO 15693采用轮寻机制、分时查询的方式完成防冲撞机制。 • • ISO技术委员会及联合工作组TC104/SC4主要处理有关ISO/IEC贸易应用方面，
光传感器的不同种类可以覆盖可见光，红外线（热辐射），以及紫外线等波 长范围的传感应用。
光敏电阻结构图与实物
光敏三极管
集成光传感器
2.1.5 霍尔（磁性）传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应是指：把一 个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的 电子在磁场中运动而收到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直 的电压差。可以通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度。
物联网感知层
物联网感知层
感知层是物联网系统中的基础层，负责物理环境中的数据采集和感知。
本文档将详细介绍物联网感知层的相关内容，包括感知技术、感知设备、感知数据的处理与传输等。
感知技术
1、RFID技术
1.1 原理与工作方式
1.2 应用场景
1.3 优势与局限性
2、传感器技术
2.1 分类与原理
2.2 常见传感器类型及其应用
2.3 传感器数据处理与校准
感知设备
1、RFID读写器
1.1 功能与特点
1.2 工作原理
1.3 应用案例
2、传感器节点
2.1 硬件组成
2.2 系统架构
2.3 能耗管理
感知数据的处理与传输1、数据处理
1.1 数据预处理
1.2 数据清洗与过滤 1.3 数据压缩与降维
1.4 数据聚合与分析
2、数据传输
2.1 传输协议介绍 2.2 传输安全与加密 2.3 数据存储与管理附件
本文档附有以下附件：
1、RFID技术相关论文
2、传感器节点原理图
法律名词及注释
1、物联网：指将各种物理设备通过互联网连接起来，实现信息的交互和共享的技术系统。
2、RFID技术：Radio Frequency Identification，通过射频信号进行识别和追踪物体的技术。
3、传感器：能够感知环境物理量并将其转化为可用输出信号的装置。
4、数据预处理：对原始数据进行清洗、去噪等操作，以提高数据质量和可用性。
5、数据聚合：将来自多个传感器节点的数据进行合并和汇总，以得到更全面的环境信息。
物联网感知层
物联网感知层一、概述物联网是“传感网”在国际上的通称，是传感网在概念上的一次拓展.通俗地讲，物联网就是万物都接入到互联网，物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS 或其他方式进行连接,然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析.物联网应该具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制.在业界,物联网大致被公认为有三个层次,底层是用来感知数据的感知层,第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。
其中感知层由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。
感知层至关重要，是物物相连的基础,是实现物联网的最底层技术.物联网感知层是物联网络建立的基础,深入的了解物联网感知层的网络层部分为建立低成本、高效、灵敏的物联网络提供一定的一局.感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体,采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息.物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。
作为下一代信息浪潮的新热点，国内外政府公司和研究机构对物联网投入了极大的关注，IBM 公司提出“智慧地球"，日本和韩国分别提出了“U-japan”和“U—Korea”战略，这都是从国家工业角度提出的重大信息发展战略.中国针对物联网到来的信息浪潮，提出了“感知中国”的发展战略.二、感知层技术1．传感器技术人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感觉来感知外界的信息,感知的信息输入大脑进行分析判断和处理，大脑再指挥人做出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的能力。
物联网之感知层和传输层
物联网之感知层和传输层物联网（Internet of Things）是指通过各种传感器、识别技术和网络通信技术，将各种物体与互联网连接起来，实现设备之间的信息交互和智能化管理的网络系统。
在物联网系统中，感知层和传输层起着至关重要的作用。
本文将深入探讨物联网中的感知层和传输层，并分析其在物联网系统中的功能和作用。
一、感知层感知层是物联网系统中最底层的部分，负责采集和感知现实世界中的信息。
感知层通过各类传感器和探测设备，将物体的状态和环境信息转化为数字信号，以便于后续处理和传输。
常见的感知设备包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光线传感器等。
这些设备能够实时监测和收集各类物体的信息，为物联网系统提供数据基础。
感知层的主要功能包括数据采集、数据处理和信号转换。
首先，感知层通过传感器对物体的各种参数进行采集，并将采集到的数据传输到上层。
其次，感知层对采集到的数据进行初步处理，如滤波、去噪等，确保数据的准确性和可靠性。
最后，感知层将处理后的数据转化为数字信号，并传送至传输层。
二、传输层传输层是物联网系统中的中间层，负责将感知层采集到的数据传输至应用层。
传输层是实现设备之间通信的桥梁，其主要功能是将感知层采集到的数据进行处理、封装和传输。
传输层可以使用多种通信协议和技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等，实现设备之间的数据传输。
传输层的主要作用是数据传递和通信管理。
首先，传输层负责将感知层采集到的数据传送至应用层，以满足不同应用的需求。
其次，传输层需要对数据进行可靠的传输，保证数据的完整性和安全性。
此外，传输层还需要管理设备之间的通信连接，确保设备的稳定运行和互联互通。
三、感知层和传输层的关系感知层和传输层在物联网系统中密切相关，两者共同协作，实现设备之间的信息交互和数据传输。
首先，感知层通过采集和感知设备，将物体的信息转化为数字信号，并传输至传输层。
感知层将物理世界的信息进行转换和处理，为传输层提供数据源。
物联网感知层设计的主要技术要点研究
物联网感知层设计的主要技术要点研究1. 引言1.1 物联网感知层设计的主要技术要点研究物联网感知层是物联网架构中的一个重要组成部分，负责感知周围环境的信息，并将这些信息传输给上层的处理和控制系统。
感知层的设计关乎整个物联网系统的性能和稳定性，因此研究物联网感知层设计的主要技术要点具有重要意义。
在物联网感知层设计中，首先需要明确感知层的定义和作用。
感知层主要负责采集各种传感器获取的数据，将这些数据进行整合和处理，然后传输给网络层。
传感器选择和部署是感知层设计的关键步骤，不同的应用场景需要不同类型的传感器，并且传感器的部署位置也会影响数据采集的质量和效率。
通信协议和网络架构是物联网感知层设计中的另一个重要方面。
选择合适的通信协议和构建稳定可靠的网络架构是保证感知层数据正常传输的关键。
同时，数据处理和分析技术也是感知层设计中不可忽视的一部分，通过对感知数据进行分析和处理，可以为上层系统提供更准确、更及时的信息。
最后，安全和隐私保护措施是物联网感知层设计中必不可少的部分。
随着物联网的发展，感知层数据的安全性和隐私性越来越受到重视，必须采取一系列措施来保护感知数据的安全和隐私。
综上所述，物联网感知层设计的主要技术要点包括感知层的定义和作用、传感器选择和部署、通信协议和网络架构、数据处理和分析技术、以及安全和隐私保护措施。
研究这些技术要点对于提升物联网系统的性能和可靠性具有重要意义。
2. 正文2.1 感知层的定义和作用感知层是物联网系统中的核心部分，其作用是通过传感器和设备将现实世界中的信息转化为数字信号，并传输至网络中进行处理和分析。
感知层的设计要点包括传感器选择和部署、通信协议和网络架构、数据处理和分析技术以及安全和隐私保护措施。
在感知层的设计中，传感器的选择和部署是至关重要的。
不同类型的传感器能够感知不同的信息，因此需要根据具体应用场景来选择合适的传感器。
在部署传感器时需要考虑其位置、数量以及通信范围，以保证数据采集的准确性和效率。
物联网技术3.2 感知层
4.2.1 感知现实物理世界
传感器节点的现实约束
（1）能量受限
传感器节点携带电池能量十分有限，第一，由于传感器节点分布区域广，环境复杂， 许多区域甚至人员不可达，因此能源难以补充；第二，受限于节点尺寸与成本，现有 传感器节点通常无法采用大容量电池或者太阳能电池。因此，高效使用能量以最大化 网络生存时间是传感网络设计的重要目标。
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3.2 感知互动层
感知现实物理世界
4.2.1
4.4.2
执行反馈决策
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感知互动层的功能
感知互动层功能主要是采集物品和周围环境的数据，通 过这些基础数据获取用户感兴趣的信息和知识，完成对 现实物理世界的认知和识别，与此同时，物联网经常需 要根据用户的需要，形成对物理世界的反馈控制。 简而言之，分为感知现实世界和执行反馈决策两部分。
-7-
4.2.2 执行反馈决策
应用案例 – 远程医疗
在远程医疗中，监测人体的各种生理数据， 跟踪患者病理特征变化，如在病人身上佩戴 具有监测心率和血压功能的探测节点，能实 现对病人生理参数的监测，通过医院的医生 服务平台对这些数据进行分析，判断病人现 在的情况以进行诊治，或者对病人服药过程
中的反应进行跟踪，对不良反应给予意见，
这样病人足不出户也能看病，给病人带来极 大的方便。
图片来自：羊城晚报
ห้องสมุดไป่ตู้-8-
4.2.2 执行反馈决策
应用案例 – 智能交通
在智能交通系统中，通过在一些城市路面布设 传感器节点，对采集到的车流量信息进行传输 ，通过物联网的分析系统，将当前的道路情况 发布给附近的车主，或者规划出最省时的交通 路线。这样不仅为用户节省了出行的时间，同
物联网感知层技术PPT课件
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8
器等基本标识和精选传PPT课感件 器件组成）以
2
检测技术
•传感器技术 • RFID(射频识别技术) •二维码技术
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3
传感器技术
传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用电信号的器件 或装置
通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元 件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元 件等十大类。
物联网感知层技术介绍
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1
物联网感知层简介
感知层是物联网的核心，是信 息采集的关键部分。感知层位于物 联网三层结构中的最底层，其功能 为“感知”，即通过传感网络获取 环境信息。感知层是物联网的核心， 是信息采集的关键部分。
感知层由基本的感应器件（例
如RFID标签和读写器、各类传感器、
摄像头、GPS、二维码标签和识读
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13
应用事例
各种电器遥控器
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14
支付宝扫码支付
应用事例
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9
短距离无线通信技术
• 蓝牙技术 •红外技术
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10
蓝牙技术
蓝牙是一种多装置之间通信的标准，它支持话音和数据通信。蓝牙无线 传输的主要特点有传输距离短(10米)，支持话音和数据通信，价廉易用(所有 蓝牙设备之间可直接通信)等。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带， 带宽为1Mb/s。
物联网感知层技术
汇报人：
目录
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01
物联网感知层概述
02
物联网感知层技术架 构
03
物联网感知层关键技 术
04
物联网感知层应用场 景
05
物联网感知层面临的 挑战与未来发展趋势
06
添加章节标题
物联网感知层概 述
定义与作用
物联网感知层定义：感知层是物联网三层架构中的最底层，主要负责数据的采集和传输
传感器技术
传感器类型：包括温度、湿度、压力、光照等多种类型 传感器工作原理：基于物理或化学效应，将待测量转换为电信号 传感器应用：在物联网中，传感器用于数据采集、环境监测、智能控制等领域 传感器技术发展趋势：高精度、高可靠性、低功耗、微型化等
无线传感器网络技术
定义：由一组能够自组织形成网络的低功耗、微型、低成本传感器节点组成的网络 特点：可自组织、自修复、容错性强、覆盖范围广、可扩展性强 应用：环境监测、智能家居、智能交通、工业自动化等领域 发展趋势：低功耗、低成本、高精度、高可靠性、智能化等方向发展
物联网感知层的主要任务
感知物体：通过传感器、 RFID等技术手段，感知物 体并获取相关信息。
数据采集：将感知到的数据 采集并传输到网络中，为后 续处理和分析提供数据支持。
数据传输：将采集到的数据通过 无线网络、有线网络等传输到数 据中心或云端进行存储和处理。
数据处理：对采集到的数据 进行清洗、整合、分析和挖 掘，提取有价值的信息。
未来发展趋势
感知层技术不断升级，实现更精准、 更快速的数据采集和处理
感知层技术将不断拓展应用领域， 从工业、家居等领域向更多领域延 伸
添加标题网络层、应用层融合，形 成更高效、更智能的物联网系统
物联网感知层技术
物联网感知层技术在当今科技飞速发展的时代，物联网（Internet of Things，IoT）已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
从智能家居到智能交通，从工业自动化到医疗保健，物联网的应用无处不在。
而在物联网的体系结构中，感知层技术无疑是最为基础和关键的部分，它就像是物联网的“眼睛”和“耳朵”，负责采集和获取各种物理世界的信息。
感知层技术主要包括传感器技术、射频识别（RFID）技术、二维码技术、全球定位系统（GPS）技术等。
这些技术相互配合，使得物联网能够感知到物理世界的各种变化和状态。
传感器技术是感知层中最为核心的技术之一。
传感器是一种能够将物理量、化学量或生物量等转换成电信号的装置。
它就像是我们人体的感觉器官，能够感知温度、湿度、压力、光照、声音、振动等各种物理参数。
例如，在智能家居中，温度传感器可以实时监测室内温度，并将温度数据传输给智能控制系统，从而实现自动调节空调温度的功能；在工业生产中，压力传感器可以监测机器设备的运行状态，及时发现潜在的故障。
传感器的种类繁多，按照被测量的类型可以分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器等；按照工作原理可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器等。
不同类型的传感器具有不同的特点和适用场景，我们可以根据具体的需求选择合适的传感器。
射频识别（RFID）技术也是感知层中非常重要的一项技术。
RFID系统由标签、阅读器和天线组成。
标签中存储着物品的相关信息，当标签进入阅读器的识别范围时，阅读器通过天线发送射频信号，激活标签并读取其中的信息。
RFID 技术具有非接触式、快速读取、可重复使用等优点，被广泛应用于物流管理、库存控制、智能交通等领域。
例如，在超市中，商品上的 RFID 标签可以帮助收银员快速完成结账，提高工作效率；在图书馆中，RFID 标签可以实现图书的自助借还，方便读者借阅。
二维码技术是一种能够存储大量信息的编码技术。
(完整)物联网感知层技术
物联网感知层的关键技术感知层是物联网的基础,是联系物理世界与信息世界的重要纽带。
感知层是由大量的具有感知、通信、识别（或执行）能力的智能物体与感知网络组成.其主要技术有：传感器技术、RFID技术、二维码技术、Zig-Bee 和蓝牙技术。
1.传感器技术传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求.它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断（即人的思维）和处理，再指挥人作出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的本能。
但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如,人总不能利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧,而且也不可能辨别温度的微小变化，这就需要电子设备的帮助。
同样，利用电子计算机特别象计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，那么计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没有感知外界信息的“五官”显然是不足够的，中央处理系统也还需要它们的“五官"——即传感器。
基于传感器的传感器技术是对感知节点的不同定义与探索.比如一个温度传感器可以实时地传输它所测量到得环境温度，这是基于温度利用汞的液态与温差变化而形成的；声控灯安装在楼道之间,有人路过就亮，这是基于人走路时声音的分贝大小来进行控制；高速路上的收费站人们开车经过时，在地面的称重传感器会将车辆重量反馈给电脑，以便确认其是否超重，这是基于弹簧弹性收缩变化的张力长度来进行测量。
未来传感器技术可能是温度、湿度、声音、压力等物理参数，亦可以是氧气、二氧化碳等化学成分的含量等化学参数.把这些物理与化学集合而成的传感器是现在人们追求的技术，及机器人得目标。
2.RFID技术RFID（射频识别技术）是一门独立的将不同的跨学科的专业技术综合在一起，如高频技术、微波与天线技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据与密码学、制造技术和应用技术等。
物联网感知层设计的主要技术要点研究
物联网感知层设计的主要技术要点研究随着物联网技术的不断发展，各种智能设备和传感器的普及应用，物联网感知层的设计变得越来越重要。
感知层是物联网技术的基础，其设计的好坏直接影响到整个物联网系统的性能和稳定性。
本文将围绕物联网感知层设计的主要技术要点展开研究，探讨其在物联网系统中的重要性及实际应用。
一、物联网感知层的定义和作用物联网感知层是物联网系统中最基础的一层，其主要作用是通过各种传感器和智能设备获取周围环境的各种数据信息，并将这些信息进行处理和传输，为上层应用提供数据支持。
感知层在物联网系统中起着“感知”作用，是物理世界与数字世界之间的桥梁，负责收集、处理和传输原始数据，为上层应用提供决策依据。
1. 传感器技术传感器是物联网感知层的核心组成部分，其选择和应用直接决定了感知层的性能和稳定性。
在物联网中，传感器主要用于感知环境中的温度、湿度、光照、气体、声音等各种参数，传感器的类型、精度、灵敏度和功耗都是影响感知层设计的重要因素。
目前，常见的传感器技术包括光电传感器、温度传感器、压力传感器、声学传感器等，设计感知层时需要根据具体应用场景选择合适的传感器技术，并考虑传感器之间的互联和数据融合。
2. 数据采集与处理技术在物联网感知层中，传感器采集到的原始数据需要进行处理和整合，以满足上层应用的需求。
数据采集与处理技术是感知层设计的关键技术要点，其主要包括数据采集、数据预处理、数据压缩和数据传输等方面。
数据采集涉及到采样频率、数据精度、信噪比控制等技术问题，数据预处理则包括数据滤波、数据融合、异常检测等，数据压缩则与数据传输和存储技术密切相关。
在感知层设计过程中，需要综合考虑传感器采集的原始数据特点和实际应用需求，设计合理的数据采集与处理方案。
3. 网络通信技术感知层设计中的另一个重要技术要点是网络通信技术。
在物联网系统中，感知设备和传感器通常是分布在不同的地理位置，如何实现这些设备之间的互联和数据传输就成了一项关键技术挑战。
物联网感知层技术
物联网感知层技术物联网感知层技术1、引言1.1 背景1.2 目的1.3 范围2、感知层技术概述2.1 感知层的定义2.2 感知层的作用2.3 感知层的基本原理2.4 感知层的组成部分3、无线通信技术3.1 无线传感器网络（WSN）3.2 低功耗广域网（LPWAN）3.3 蓝牙技术3.4 ZigBee技术3.5 Wi-Fi技术4、传感器技术4.1 传感器的定义和分类4.2 常见的传感器技术4.3 传感器数据的采集和处理5、数据传输与处理5.1 数据传输协议5.2 数据压缩与优化5.3 数据处理与分析6、安全与隐私保护6.1 安全威胁与防范6.2 数据加密与解密6.3 隐私保护技术7、能源管理7.1 能源获取与存储7.2 能源管理策略7.3 能量回收与自供能8、应用案例8.1 智能家居8.2 智能交通8.3 工业自动化8.4 农业物联网8.5 医疗健康9、附录9.1 附件一、示例代码9.2 附件二、数据通信协议说明附：法律名词及注释1、广域网（LPWAN）：一种面向广域范围的低功耗无线通信技术，用于物联网设备间的远程通信。
2、传感器网络（WSN）：一种由大量分布式传感器节点组成的网络，用来感知和采集环境信息。
3、ZigBee技术：一种低功耗、短距离通信技术，适用于低速率、低功耗的物联网应用。
4、Wi-Fi技术：一种基于无线局域网的通信技术，用于提供高速、大容量的数据传输。
5、蓝牙技术：一种短距离无线通信技术，适用于低功耗设备间的数据传输。
本文档涉及附件：附件一、示例代码附件二、数据通信协议说明。
2 物联网感知技术
4.压电式传感器
将被测的非电量（力学量：力、加速度）转换成电荷值的 变化，再经过转换电路变为电量输出的一类传感器。
传感器用于机床动态切削力的测量。
5.热电式传感器
传感原理：热电压效应、热电阻效应 利用某些材料或元件的性能（电压、电阻）随温度变化的 特性来进行传感测量。 把温度变化转换为电压值的热电式传感器称为热电偶。 把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。 半导体热电阻称为热敏电阻。
由于传感器仅仅能够感知信号，并无法对物
体进行标识，例如可以让温度传感器感知森林的 温度，但并不能标识具体的树木。而要实现对特 定物体的标识和信息获取，更多地要通过信息识 别与认证技术。
一、常见自动识别技术
自动识别技术
应用识别装置自动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身份信息识别。 Auto ID
• 实验中用到的温湿度传感器
SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标 定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术，确保产品 具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个 电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温 元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以及串行接 口电路实现无缝连接。
T型热电偶测量范围-200~+350℃
热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件， 它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电 气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
热敏电阻
热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为 正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器 (NTC)。
第2讲 物联网感知层技术
第二讲 物联网感知层技术
传感器是各种信息处理系统获取信息的一个重要途径。在物联网中传感器 的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要设备。
作为物联网中的信息采集设备，传感器利用各种机制把被观测量转换为一 定形式的电信号，然后由相应的信号处理装置来处理，并产生响应的动作。 2.1 常见传感器简介 常见的传感器包括温度，压力，湿度，光电，霍尔磁性传感器，等等。
wsn与zigbeezigbee我们的研究方向1面向特定应用的高效组网及应用支撑关键技术针对公用事业抄表智能家居井下安全监控等传感网应用研究新型传感网动态自适应mac算法与路由算法高精度传感网时间同步与节点定位方法和技术高性能目标定位与跟踪技术和方法以及传感网节点程序更新技术和方法并结合传感网应用开发验证评估以上新型算法方法与技术
2.2.3 微机电气体流速传感器 以下图片中的气体流速传感器可以用于空调等设备的监测与控制。
气体流速传感器显微照片
气体流速传感器结构图
无气流时的温度分布
有气流时的温度分布
2.3 智能传感器 智能传感器（smart sensor）是一种具有一定信息处理能力的传感器，目 前多采用把传统的传感器与微处理器结合的方式来制造。 如下图所示，在传统的传感器构成的应用系统中，传感器所采集的信号通 常要传输到系统中的主机中进行分析处理；而由智能传感器构成的应用系统 中，其包含的微处理器能够对采集的信号进行分析处理，然后把处理结果发 送给系统中的主机。
2.1.1 温度传感器 常见的温度传感器包括热敏电阻，半导体温度传感器，以及温差电偶。 热敏电阻主要是利用各种材料电阻率的温度敏感性，根据材料的不同， 热敏电阻可以用于设备的过热保护，以及温控报警等等。 半导体温度传感器利用半导体器件的温度敏感性来测量温度，具有成本 低廉，线性度好等优点。 温差电偶则是利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变 化；由不同金属材料构成的温差电偶，能够在比较大的范围内测量温度， 例如-200℃ ~ 2000℃。
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主机 传感器数据 分析结果 传感器 MCU 智能传感器
传感器 原始数据 传感器 原始数据 传感器 传感器
传感器数据 分析结果 传感器数据 分析结果 传感器 MCU 传感器 MCU
智能传感器
智能传感器
智能传感器能够显著减小传感器与主机之间的通信量，并简化了主机 软件的复杂程度，使得包含多种不同类别的传感器应用系统易于实现；此 外，智能传感器常常还能进行自检、诊断和校正。
2009年12月10日，我国铁道部对火车票进行了升级改版。新版火车票明显的 变化是车票下方的一维条码编程二维防伪条码，火车票的防伪能力增强。进 站口检票时，检票人员通过二维条码识读设备对车票上的二维条形码进行识 读，系统自动辨别车票的真伪并将相应信息存入系统中。下面给出了我国使 用的一维条形码与二维条形码火车票的比较。
RFID标准分类：
技术标准、数据标准、性能标准、应用标准
• • • • ISO18000系列含括了有源和无源RFID技术标准，主要是基于物品管理的 RFID空中接口参数。 ISO 17363 至17364 是一系列物流容器识别的规范，它们还未被认定为标准。 ISO 14443和ISO 15693标准在1995年开始操作，其完成则是在2000年之后， 二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率。ISO 15693读写距离较远，而ISO 14443读写距离稍近，但应用较广泛。目前的第二代电子身份证采用的标准 是ISO 14443 TYPE B协议。ISO 14443定义了TYPE A、TYPE B两种类型协 议，通信速率为106kbit/s。 ISO 14443-3规定了TYPE A和TYPE B的防冲撞机制。 ISO 15693采用轮寻机制、分时查询的方式完成防冲撞机制。 ISO技术委员会及联合工作组TC104/SC4主要处理有关ISO/IEC贸易应用方面， 如货运集装箱及包装，制定了 RFID电子封条 (ISO 18185)、集装箱标签(ISO 10374)和供应链标签 (ISO 17363)等标准。
2.2.3 微机电气体流速传感器 以下图片中的气体流速传感器可以用于空调等设备的监测与控制。
气体流速传感器显微照片
气体流速传感器结构图
无气流时的温度分布
有气流时的温度分布
2.3 智能传感器 智能传感器（smart sensor）是一种具有一定信息处理能力的传感器，目 前多采用把传统的传感器与微处理器结合的方式来制造。 如下图所示，在传统的传感器构成的应用系统中，传感器所采集的信号通 常要传输到系统中的主机中进行分析处理；而由智能传感器构成的应用系统 中，其包含的微处理器能够对采集的信号进行分析处理，然后把处理结果发 送给系统中的主机。
一种车用电容式压力传感器
Honeywell 24PC 压力传感器及其内部结构
2.1.3 湿度传感器
湿度传感器主要包括电阻式和电容式两个类别。 电阻式湿度传感器也成为湿敏电阻，利用氯化锂，碳，陶瓷等材料的 电阻率的湿度敏感性来探测湿度。
电容式湿度传感器也称为湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感 性来探测湿度。
一种电阻式陶瓷湿敏传感器结构图
一种电容式湿敏传感器结构图
几种湿度传感器
2.1.4 光传感器 光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类。 光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。 光电传感器主要包括光敏二极管和光敏三极管，这两种器件都是利用半导体 器件对光照的敏感性。光敏二极管的反向饱和电流在光照的作用下会显著变大， 而光敏三极管在光照时其集电极、发射极导通，类似于受光照控制的开关。此 外，为方便使用，市场上出现了把光敏二极管和光敏三极管与后续信号处理电 路制作成一个芯片的集成光传感器。
2.3.1 智能压力传感器 下图显示的是Honeywell公司开发的PPT系列智能压力传感器的外形以及 内部结构。
PPT系列智能压力传感器
传感器内部结构
下面是一种车用智能压力传感器的芯片布局图。该芯片中把微机电压力传感 器，模拟接口、8位模-数转换器、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器、 以及串行接口 （SPI）等集成在一个芯片上，主要用于汽车的各种压力传感。
物联网概论
第二讲 物联网感知层技术
传感器是各种信息处理系统获取信息的一个重要途径。在物联网中传感器 的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要设备。
作为物联网中的信息采集设备，传感器利用各种机制把被观测量转换为一 定形式的电信号，然后由相应的信号处理装置来处理，并产生响应的动作。 2.1 常见传感器简介 常见的传感器包括温度，压力，湿度，光电，霍尔磁性传感器，等等。
一维条形码
条形码扫描器
2. 二维条形码
通常一维条形码所能表示的字符集不过10个数字、26个英文字母及一些特 殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数为128个ASCII字符，信息量非常 有限，因此二维条形码诞生了。
二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是 信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好。 以常用的二维条形码PDF417码为例，可以表示字母、数字、ASCII字符与二进 制数；该编码可以表示1850个字符/数字，1108个字节的二进制数，2710个压 缩的数字；PDF417码还具有纠错能力，即使条形码的某个部分遭到一定程度 的损坏，也可以通过存在于其他位置的纠错码将损失的信息还原出来。
霍尔效应 霍尔传感器
霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流，振动，位移，速度，加 速度，转速等等，具有广泛的应用价值。
霍尔转速传感器
霍尔液位传感器
基于霍尔器件的精密电流传感器
霍尔流速传感器
2.2 微机电（MEMS）传感器 微机电系统的英文名称是Micro-Electro-Mechanical Systems，简称 MEMS，是一种由微电子、微机械部件构成的微型器件，多采用半导体工 艺加工。目前已经出现的微机电器件包括压力传感器、加速度计、微陀螺 仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等等。微机电系统的出现体现了当前的器件微 型化发展趋势。 2.2.1 微机电压力传感器 某轮胎压力传感器的内部结构以及外观如下图所示。该压力传感器利用 了传感器中的硅应变电阻在压力作用下发生形变而改变了电阻来测量压力； 测试时使用了传感器内部集成的测量电桥。
2.6 RFID RFID 的全称为 Radio Frequency Identification， 即射频识别，俗称电子 标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物 品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。 2.6.1 系统组成 RFID 的系统组成包括：电子标签，读写器（阅读器），以及作为服务器 的计算机。其中，电子标签中包含RFID芯片和天线，如下图所示。
磁卡（magnetic card）：一种卡片状的磁性记录介质，利用 磁性载体记录字符与数字信息，用来识别身份或其他用途。
• IC卡（integrated circuit card）：也叫做智 能卡（smart card），它是通过在集成电路 芯片上写的数据来进行识别的。IC卡与IC 卡读写器，以及后台计算机管理系统组成 了IC卡应用系统。
热敏 电阻
半导体温度 传感器
温差电偶
下面介绍铂电阻温度传感器的原理与特性
铂电阻温度传感器是一种用途广泛的高精度温度传感器具有温度敏感性，其 外观以及典型电阻-温度特性如下图所示
如上图中的电阻-温度特性曲线所示，铂电阻在很宽的温度范围内，其电阻 与温度具有良好的线性特性，非常适合作为温度传感器来使用。对于PT100 系列铂电阻温度传感器，在0~850℃范围内，电阻阻值与温度的关系为
数据采集方法 数据手工采集
数据自动采集
条形码
一维条形码
二维条形码
磁卡
IC卡
射频标签RFID
2.5 一维与二维条码 条形码是一种信息的图形化表示方法，可以把信息制作成条形码，然后用 相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机中。条形码分为一维条码和二维 条码，下面分别介绍。
1. 一维条形码
条形码或者条码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和空白，按一定的 编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的一维条形码是由黑 条（简称条）和白条（简称空）排成平行线图案。条形码可以标出物品的生 产国、制造厂家、商品名称、生产日期以及图书分类号、邮件起止地点、类 别、日期等信息，因此在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等很多 领域得到了广泛的应用。
MEMS压力传感器结构
传感器中集成的测量电桥
传感器外形
2.2.2 微机电加速度传感器 微机电加速度传感器主要通过半导体工艺在硅片中加工出可以在加速运 动中发生形变的结构，并且能够引起电特性的改变，如变化的电阻和电容。
应变电阻式MEMS加速度传感器的平面与刨面结构图
电容式MEMS 加速度传感器 的结构图
CPU
2.3.2 智能温湿度传感器 下面显示的是 Sensirion公司推出的SHT11/15温湿度智能传感器的外形， 引脚，以及内部框图。
2.3.3 智能液体浑浊度传感器
下面显示的是Honeywell公司推出的AMPS-10G型智能液体浑浊度传感器 的外形，测量原理，以及内部框图。
数据采集方式的发展过程
作为一种比较廉价实用的技术，一维条码和二维条码在今后一段还会在各个 行业中得到一定的应用。然而，条形码表示的信息依然很有限，而且在使用 过程中需要用扫描器以一定的方向近距离地进行扫描，这对于未来物联网中 动态、快读、大数据量以及有一定距离要求的数据采集，自动身份识别等有 很大的限制，因此需要采用基于无线技术的射频标签（RFID）。
光传感器的不同种类可以覆盖可见光，红外线（热辐射），以及紫外线等波 长范围的传感应用。
光敏电阻结构图与实物
光敏三极管
集成光传感器
2.1.5 霍尔（磁性）传感器 霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应是指：把一 个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的 电子在磁场中运动而收到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直 的电压差。可以通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度。