物联网传感器

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物联网传感器相关技术的介绍

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摘要

物联网传感器早已渗透到诸如工业生产、智能家居、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，物联网传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

关键词

物联网，传感器，物理传感器，接口标准，通讯协议

绪论

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要物联网传感器。因此可以说，物联网传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。至上个世纪90年代物联网概念出现以来，越来越的人们对其产生兴趣。物联网是在计算机互联网的基础上，利用射频识别、无线数据通信、计算机等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的实物互联网。作为政府从战略层面进行推进的产业，传感器在物联网中的应用如何从愿景走向现实并得到快速发展已成为业界关注的话题。

第一章物联网传感器相关概念及发展

1.1物联网传感器相关概念

物联网：物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息的载体，让所有能够独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征。

传感器技术：是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。

传感器：是一种能把特定的被测信号，按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，能满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。

1.2物联网传感器发展历史

1999年，“物联网”概念的提出，美国召开的移动计算机网络国际会议也提出了“传感网”；2003年：传感网被评为未来十大技术之首。国际物品编码协会成立了EPCglobal；

2004年：EPCglobal完成了第一个全球标准；

2005年：国家科技部启动多个RFID项目。："电子标签国家标准工作组"成立；

2009年：IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想，其中物联网为“智慧地球”不可或缺的一部分，而奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”构想提出积极回应，并提升到国家级发展战略；

2010年：上海宣布开始实施物联网体系建设，无锡物联网产业研究院正式成立；

2011年:《物联网专项基金管理办法》以及《物联网“十二五”发展规划》的出台。

第二章、传感器

2.1传感器的分类

按被测量分类

物

理

传

感

器

力学量

压力传感器、力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、

流量传感器、位移传感器、位置传感器、尺度传感器、密度传感器、

粘度传感器、硬度传感器、浊度传感器

热学量温度传感器、热流传感器、热导率传感器

光学量可见光传感器、红外光传感器、紫外光传感器、照度传感器、色度传

感器、图像传感器、亮度传感器

磁学量磁场强度传感器、磁通传感器

电学量电流传感器、电压传感器、电场强度传感器

声学量声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器

射线x射线传感器、β射线传感器、γ射线传感器、辐射剂量传感器

化学量

传感器

离子传感器、气体传感器、湿度传感器

生理量

传感器

生物量体压传感器、脉搏传感器、心音传感器、体温传感器、血流传感器、

呼吸传感器、血容量传感器、体电图传感器

生化量酶式传感器、免疫血型传感器、微生物型传感器、血气传感器、血液

电解质

2.2物理传感器

物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置，其输出的信号和输入的信号有确定的关系。

比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。我们通常的血压测量都是间接测量，通过体表检测出来的血流和压力之间的关系，从而测出脉管里的血压值。测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片，它将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压，在通过反相器和峰值检测器后，我们可以得到舒张压，通过积分器就可以得到平均压。

让我们再看看呼吸测量技术。呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于测量呼吸频率的热敏电阻式传感器时，把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从热敏电阻表面流过时，就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。

再比如最常见的体表温度测量过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的测量机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。

2.3智能传感器

智能传感器：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。

智能传感器可实现以下的功能：

①信息存储和传输——随着全智能集散控制系统(SmartDistributedSystem)的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。

②自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿