测控系统概念
测控系统概念
第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。
测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。
❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。
❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。
❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。
❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。
❖测控一体化：测量、控制、管理。
二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。
以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。
2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。
3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。
测控系统
测控系统从它诞生到现在大致已经历过了四个阶段：即由气动到电动的集中控制式系统，集散式（DCS）控制系统，最前沿的是包括FCS 的网络集成全分布式系统。
因为试验场的试验项目种类繁多，测试设备多种多样，采用的总线、接口标准也各不相同，必须合理的将这些设备通过网络的形式组织起来，形成可靠、实用的适合于试验场应用的测试网络。
网络化测控系统结构属于网络应用体系结构的范畴。
而以OSI七层模型框架为代表的网络通信体系结构，主要只反映了网络通信方面的结构恃性，并没有充分反映出含计算机的测控网络系统中，综合信息采集、处理、存储、传输和控制的重要特征，更难以反映网络应用系统的结构特征。
网络应用体系结构就是研究包括基本网络系统和应用软件在内的网络应用系统的体系结构，它应把传统的网络通信体系结构内容(OSI七层模型)与应用软件及其运行环境要素的体系结构内容(如测控系统)结合在一起，形成一个统一的计算机网络应用系统的抽象结构模型，它可以更本质地反映该系统综合信息采集、处理、存储、传输和控制的结构特征。
根据以上分析，网络化测控系统的抽象结构框架可如图1-1所示。
图1-1 网络化测控系统的抽象结构框架该模型明确反映出系统中各重子系统之间的基本接口关系不依赖子系统内部的具体结构和特性，实现了接口标准化、通用化，以提高系统的开放性。
因为开放电子系统体系结构使用的是标准的系统接口，允许设计者使用最新的、性能最好的电子器件、通用电子模块和计算子系统，这样可以确保测试系统的性能处于领先地位。
随着测控技术、计算机技术、网络技术以及各种高科技在测控系统中的发展，测控系统的基本结构也逐步由集中控制式经历了集散控制式发展到网络分布式系统。
下面简单介绍一下几种控制系统的大致情况。
一、集中控制式测控系统其体系结构的特点概括为：①统一集中控制；②一对一物理联接；③功能单一、结构复杂、可以升级扩展；④系统高效，可以对全局进行优化。
二、集散控制式测控系统集散控制式测控系统, 以控制站的直接数字控制ＤＤＣ对现场的分散被控对象进行实时分散控制，而以操作站的中央管理计算机进行集中操作、显示、报警、优化控制功能等，随着计算机可靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调节器、右编程控制器（PLC）以及由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的集散控制系统。
测控系统 (3)
测控系统介绍测控系统是指一种利用各种传感器、仪器和控制装置进行实时监测、测量、控制和管理的系统。
它可以应用于各种领域，如工业生产、实验室研究、环境监测等。
测控系统不仅可以提供数据采集和实时监控功能，还可以实现自动化控制和远程管理，为生产和研究提供了更高的效率和便利。
测控系统的组成测控系统一般由传感器、信号传输、数据处理和控制装置等组成。
1. 传感器传感器是测控系统中的关键组件之一，其作用是将被测量转化为电信号，并将其送入测量仪器或控制器。
传感器的选择应根据被测量的属性和环境条件来确定，常见的传感器有温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
2. 信号传输信号传输是指将传感器采集的电信号传输到数据处理单元或控制装置的过程。
根据传输距离和传输速率的不同，信号传输可以采用有线传输或无线传输方式。
有线传输包括常见的串口、以太网和CAN总线等，无线传输包括蓝牙、Wi-Fi和LoRa等。
3. 数据处理数据处理是测控系统中的核心环节，它负责对采集到的信号进行数字化、滤波、放大等处理，以得到准确的测量结果。
数据处理还可以包括数据压缩、数据存储和数据分析等功能，并通过人机界面展示给用户。
4. 控制装置控制装置是测控系统的控制中心，它接收数据处理单元处理后的信号，并根据一定的算法和逻辑进行控制操作。
控制装置可以是嵌入式控制器、PLC、工控机等，根据具体的应用场景和要求来选择。
测控系统的应用测控系统广泛应用于各个领域，如工业生产、实验室研究、环境监测、医疗设备等。
1. 工业生产在工业生产中，测控系统可以用于生产过程的监测和控制。
通过实时采集机器的参数，如温度、压力、流量等，可以实现对生产过程的精确控制和故障检测。
测控系统还可以实现生产数据的记录和分析，为生产过程的改进提供可靠数据支持。
2. 实验室研究在科学研究和实验室环境中，测控系统可以帮助研究人员采集实验数据并对其进行分析。
通过测量和控制实验条件，可以提高实验的准确性和可重复性。
总线及应用概念
一、总线总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。
总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。
1.总线按功能和规范可分为五大类型:●数据总线（Data Bus）：在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。
●地址总线（Address Bus）：用来指定在RAM（Random Access Memory）之中储存的数据的地址。
●控制总线（Control Bus）：将微处理器控制单元（Control Unit）的信号，传送到周边设备，一般常见的为USB Bus和1394 Bus。
●扩展总线（Expansion Bus）：可连接扩展槽和电脑。
●局部总线（Local Bus）：取代更高速数据传输的扩展总线。
其中的数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus），也统称为系统总线，即通常意义上所说的总线。
2.总线特性由于总线是连接各个部件的一组信号线。
通过信号线上的信号表示信息，通过约定不同信号的先后次序即可约定操作如何实现。
总线的特性如下（1）物理特性：物理特性又称为机械特性，指总线上部件在物理连接时表现出的一些特性，如插头与插座的几何尺寸、形状、引脚个数及排列顺序等。
（2）功能特性：功能特性是指每一根信号线的功能，如地址总线用来表示地址码。
数据总线用来表示传输的数据，控制总线表示总线上操作的命令、状态等。
（3）电气特性：电气特性是指每一根信号线上的信号方向及表示信号有效的电平范围，通常，由主设备（如CPU）发出的信号称为输出信号（OUT），送入主设备的信号称为输入信号（IN）。
测控系统原理与设计
3.4.2 51单片机 用于频率测量
3.4 脉冲信号的采集
3.4.4 V/F转换
3.5.1 开关量输入信号的调 理
3.5.3 开关量输入信号与光 耦的连接
3.5.5 数字量输入信号的采 集
3 检测信号采集技术
3.5 开关量信号的采集
3.5.2 光电耦合器
3.5.4 开关量输入信号与 CPU的连接
3.6.1 VI的 结构
B
4.3.3 调制解调器集 成电路
C
4.3 数字信号的频带传输
4.4.1 发射电路
4.4.3 采用CC2400的收发 器电路
4.4.5 蓝牙技木
4 数据通信技术
4.4 数字信号的无线传输
4.4.2 接收电路
4.4.4 采用nRF24E2的发射 电路
4.4.6 实现远程数据无线通 信的一种方案
05
测控系统原理与设计
演讲人
2 0 11 - 11 - 11
01
1 概述
1 概述
01
02
03
04
1.1 测控系 统的分类与 组成
1.2 智能测 控系统
1.3 嵌入式 系统
习题与思考 题
1.1.1 测控系统的分类
1.1.3 测控系统的基本概念
1.1.5 测控系统的建模
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.2 测控系统的组成
1.1.4 测控系统的性能指标
1.1.6 测控技术的发展
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.7 控制策略与算法的发展
1 概述
1.2.1 智能测控 系统的概念
1.2.3 智能测控系统 的主要功能特征
测控系统的研究与应用
测控系统的研究与应用<一> 引言测控系统是指用各种传感器、转换器、执行器等将被测量物理量转化为电信号，并经过检测、处理、控制和显示等环节后得到的一种应用系统，其应用范围非常广泛，包括农业、医药、军事等众多领域。
本文将介绍测控系统的研究与应用。
<二> 测量技术测控系统的测量技术包括传感技术、信号调理技术、数据处理技术和控制技术等。
其中，传感技术是测控系统中最基础的技术，传感器可以将温度、湿度、压力、距离等物理量转化为电信号，供数据采集器进行采集。
信号调理技术是用来增强电信号的强度、频率、幅度或保护信号不受干扰的技术，常见的信号调理方法包括放大、滤波、放大等。
数据处理技术是指采用计算机等电子设备对采集到的数据进行处理和分析，得到能够正确反映被测物理量的数据，数据处理技术包括数据采集、数据处理和数据存储等。
控制技术是指通过设定控制规律，将系统状态稳定在预定值附近或得到一定的控制效果，控制技术包括开环控制、闭环控制和自适应控制等。
开环控制是指按照预先设定的控制规律控制系统，不考虑系统的反馈信息；闭环控制是指利用反馈信息对系统输出进行调节，从而达到准确稳定的控制效果；自适应控制是指根据系统变化自动调节控制策略，达到自动适应的效果。
<三> 应用领域测控系统可以应用于农业、医药、军事、环保、交通、安防等各个领域，如下分别介绍：1. 农业测控系统可以应用于农业生产中，通过测量气温、土壤湿度、酸碱度等信息，实现智慧农业的目的，解决农业生产中的问题，提高农业产量和质量。
2. 医药测控系统可以应用于医疗健康领域，帮助患者进行长期监测，实现智能诊疗和预防，可以有效降低医疗成本和减轻医护压力。
3. 军事测控系统可以应用于军事领域，如无人机控制系统中的程控系统和数据获取系统等，可以实现无人机对目标的精准识别、跟踪和攻击等功能。
4. 环保测控系统可以应用于环保领域，通过监控空气和水质的情况，及时掌握污染源的情况，从而实现环境保护。
测控系统的组成和应用
测控系统的组成和应用测控系统就像是一个超级智能的小管家，不过这个小管家管的可不是什么柴米油盐，而是各种数据和设备呢。
测控系统里有传感器，这就像是小管家的眼睛和耳朵。
它能敏锐地察觉到周围环境的各种变化，不管是温度的高低起伏，还是压力的大小变化，都逃不过传感器的“法眼”。
比如说在汽车里，传感器就能时刻监测发动机的温度，如果温度过高了，它就会赶紧给其他部分“通风报信”，就像一个小哨兵在大喊：“不好啦，发动机大哥发烧了，大家快想办法呀！”还有控制器呢，这可是小管家的大脑。
它会根据传感器传来的信息进行分析处理。
就像是我们在做数学题，要根据题目给出的条件得出答案一样。
在工业生产中，控制器可以根据产品的规格要求，对生产设备进行精确的控制，确保生产出来的产品都符合标准。
执行器则是小管家的手脚啦。
当控制器做出决策后，执行器就会按照指令行动。
比如在自动化流水线上，执行器可能是一个机械臂，它会根据控制器的指令准确地抓取和放置零件，那动作精准得就像一个训练有素的杂技演员。
测控系统的应用可广泛了。
在医疗领域，它可以用于监测病人的生命体征。
像那些重症监护室里的病人，身上连接着各种监测仪器，这些仪器组成的测控系统就像一群忠诚的卫士，时刻守护着病人的健康。
一旦病人的心跳、血压等指标出现异常，测控系统就会立即发出警报，医生和护士就可以及时采取措施进行救治。
在航空航天方面，测控系统更是发挥着不可替代的作用。
火箭在发射升空的过程中，测控系统要实时监测火箭的飞行姿态、速度、高度等各种参数。
就好像是火箭的导航员，引导着火箭沿着正确的轨道飞行。
要是没有测控系统，火箭就像一艘没有舵手的船，在茫茫宇宙中很容易迷失方向。
在智能家居领域，测控系统也大显身手。
我们可以通过手机或者其他设备控制家里的灯光、空调、窗帘等。
想象一下，在寒冷的冬天，你下班回家的路上就可以提前用手机打开家里的空调，等你到家的时候，迎接你的就是温暖舒适的环境，这多惬意呀。
测控系统就是这样一个神奇又实用的存在，它就像一个无处不在的精灵，默默地为我们的生活、生产和科技发展贡献着自己的力量。
测绘技术卫星测控系统介绍
测绘技术卫星测控系统介绍随着科技的不断发展，测绘技术在各个领域的应用变得愈发重要。
而测绘技术卫星测控系统作为测绘技术领域的重要组成部分，也逐渐受到人们的关注。
本文将对测绘技术卫星测控系统进行介绍，包括其定义、组成以及应用等方面。
通过本文，读者能够了解测绘技术卫星测控系统的基本情况，以及其在测绘技术领域中的重要性。
首先，我们来了解一下测绘技术卫星测控系统的定义。
测绘技术卫星测控系统是指通过卫星对地球上的地理信息进行测量、记录和处理的系统。
它由多个组件组成，包括地面站、通信系统以及测量和控制设备等。
这些组件相互配合，实现了对卫星的监控和操控，同时完成对地球地理信息的获取和处理。
测绘技术卫星测控系统的组成包括地面站、通信系统和测量控制设备。
首先，地面站是测绘技术卫星测控系统最重要的组件之一。
地面站主要用于与测绘技术卫星进行通信，接收和发送指令，以控制卫星的运行和测量任务。
通信系统是地面站与卫星之间的纽带，保证了双方能够进行有效的通信。
测量控制设备是对卫星进行测量和控制的关键设备，它通过传感器和执行器实现对卫星位置、姿态等参数的测量和控制。
测绘技术卫星测控系统在测绘技术领域中有着广泛的应用。
首先，它可以用于地图制作和更新。
通过测绘技术卫星测控系统，可以获取高精度的地理信息数据，包括地表地貌、地理坐标等。
这些数据可以用于地图的制作和更新，为人们提供精准的地理信息服务。
其次，测绘技术卫星测控系统还可以用于灾害监测和预警。
卫星可以对灾害发生地区的地理信息进行实时监测，及时获取相关数据，并通过地面站传输给指挥中心，为灾害的预防和救援提供支持。
此外，测绘技术卫星测控系统还可以应用于资源调查和环境监测等方面。
测绘技术卫星测控系统的发展也面临着一些挑战。
首先，技术的不断更新迫使测绘技术卫星测控系统必须不断更新和改进。
例如，随着地球观测技术的发展，对地球数据的要求越来越高，卫星测绘技术也需要不断提高，提供更精准的地理信息数据。
计算机测控系统概述课件
测 控 非电量 对 象
传感器
输入信号 调理器
执行机构
输出信号 调理器
计算机测控系统概述课件
计算机
显示器
电厂生产车间
计算机测控系统概述课件
计算机集中监控室
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统硬件各部分功能描述
测控系统的演变
计算机测控系统概述课件
1、传统测控时代
被测参数
显示仪表
传统检测系统
计算机测控系统概述课件
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制系统
计算机测控系统概述课件
2、电气测控时代
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
传感器检测系统
计算机测控系统概述课件
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
计算机测控系统概述课件
1、被测控对象及其参数
1）环境特征； 2）参数类型； 3）测控要求
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计
算
机
执行机构
控制电路 模块
输出通道
计算机测控系统概述课件
2、传感器
1）选型；2）信号；3）量程；4）精度；5）环境
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计算机Fra bibliotek执行机构
计算机测控系统概述课件
实时系统
❖ 实时系统是对外来事件在限定时间内能 做出反应的系统。
测控系统原理与设计
测控系统原理与设计测控系统是指利用各种传感器和执行器对被测对象进行测量、控制和监视的系统。
它在工业生产、科学研究、军事领域等方面都有着广泛的应用。
本文将从测控系统的原理和设计两个方面进行探讨。
首先，我们来谈谈测控系统的原理。
测控系统的原理主要包括传感器、信号处理、控制器和执行器四个部分。
传感器负责将被测量的物理量转化为电信号，信号处理模块对传感器采集到的信号进行放大、滤波、模数转换等处理，控制器则根据信号处理模块输出的数据进行逻辑判断和控制指令的生成，最后由执行器将控制指令转化为相应的动作。
这四个部分相互配合，共同完成对被测对象的测量和控制任务。
其次，我们来讨论测控系统的设计。
在设计测控系统时，需要考虑被测对象的特性、测量精度、响应速度等因素。
首先，需要选择合适的传感器，不同的被测对象需要不同类型的传感器来进行测量。
其次，信号处理模块需要根据传感器输出的信号特点进行相应的处理，以确保测量数据的准确性。
控制器的设计需要考虑到系统的稳定性和实时性，能够根据实际情况做出及时的控制决策。
最后，执行器的选择需要考虑到执行动作的精确度和可靠性。
在实际应用中，测控系统的设计还需要考虑到系统的可靠性、安全性、成本等方面的因素。
为了提高系统的可靠性，可以采用冗余设计和故障诊断技术；为了确保系统的安全性，需要考虑到系统的防护和紧急控制措施；在控制成本方面，可以通过优化设计和选用合适的元器件来降低系统的成本。
总之，测控系统是一种将传感器、信号处理、控制器和执行器相互配合的系统，它在各个领域都有着广泛的应用。
在设计测控系统时，需要考虑到被测对象的特性、测量精度、响应速度等因素，同时还需要考虑到系统的可靠性、安全性、成本等方面的因素。
希望本文对测控系统的原理和设计有所帮助，谢谢阅读。
航空航天测控系统
2.航空航天测控系统的现状与开展
பைடு நூலகம்
(1)别离测控体制开展阶段
单台雷达
被动式基 线干预仪
卫星跟踪和数据 获取网(STADAN)
2.航空航天测控系统的开展
(2)统一载波测控体制开展阶段
测控系统的一个阶跃性突破发生在1966 年, 当时用于“阿波 罗〞 登月的“统一S波段〞(USB)测控系统将跟踪测轨、遥控、遥 测综合为一体。它是测控技术开展史上的一个里程碑。
航航空空航 航天天测测控控系系*统统采的的开开用展展低温制冷的低噪声放大器; 它 航是空测航控 天技 测术 控开 系*展 统增史 的上 开加的展地一个面里程站碑。接收天线和探测器上对地天线的口径; (*2提)统高一频载带波利测用控*率体增，制减开加少展对大阶邻段发道信射号的功干率扰; ，提高功率利用率，降低系统解调门限信噪比; * 提高频带利用率，减少对邻道信号的干扰; DSN是世界上最大最灵敏的科学通信系统，其控制中心就设在美国加州的帕萨迪纳; 其主要组成局部是三个深空联合体: 美国加州的金
测控体制开展中的三个里程牌, 可划分为以下三个开展阶段： (1)别离测控体制开展阶段 (2)统一载波测控体制开展阶段 (3)跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data RelaySatellite System) 体制开展阶段
2.航空航天测控系统的开展
(1)别离测控体制开展阶段
最初测控系统是由相互别离的跟踪测轨设备、遥测设备、遥 控设备组合而成的, 因而称之为别离测控系统。
航空航天测控系统
• 航空航天测控系统的概念 • 航空航天测控系统的开展 • 深空通信技术 • 美国深空测控通信网
3.深空通信技术
对进行深空探测的航天器进行测控和通信的系统称为深空测控通 信系统，包括深空测控通信网和空间应答机两大局部。
第1章 测控系统简介
测控软件技术
Measurement and Control Software Technology
第一章 测控系统简介
1.测控系统概念 2.测控系统作用
3.测控系统应用
4.测控系统组成 5.测控系统分类
6.测控软件概念
7.测控软件地位
1.测控系统概念 测控系统是计算机自动测量和 控制系统的简称。它是自动化 控制技术、计算机科学、微电 子技术和通信技术有机结合， 综合发展的产物。
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
闭环控制系统
系统的输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量 对控制过程产生直接影响，如恒温箱自动控制系统。
只要被控制量的实际值偏离给定值，闭环控制就 会自动产生控制来减小这一偏差，因此，闭环控制 精度通常较高。 系统是靠偏差进行控制的，因此，在整个控制过 程中始终存在着偏差，由于元件的惯性（如负载的 惯性），若参数配置不当，很容易引起振荡，使系 统不稳定，而无法工作。
闭环控制系统框图
输入
被控 对象
信号 调理
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
控制（反馈）
半闭环控制系统
系统的 反馈信号不是直接从系统的输出端引出， 而是 间接 地取自中间的测量元件。
一般可获得比开环系统更高的控制精度，但由于 只存在局部反馈，在局部反馈之外的部分所导致 的输出扰动无法通过自动调节的方式消除，因此， 其精度比闭环系统要低。
1
2
3
测控技术在现代科学技术、工业生产和国 防等诸领域中的应用十分广泛。
2.测控系统作用 今天，计算机测控系统在各个工业部门承 担着生产过程的控制、监督和管理等任务。
智能仪器-第1章 智能化测控系统概述
多功能化 例如 自检、自修 自动记录及控制 人机对话
◆其它特点 灵活性强
轻松一刻
智 能 测 控 系 统 中 的 微 型 机 不 再 是 简 单 的 发 布 命 令 和
完 成 测 量 数 据 运 算 的 工 具 ， 而 是 与 测 控 系 统 融 为 一
体 ， 它 可 以 改 变 测 量 的 原 理 及 方 法 ， 创 造 出 新 的 一
第一章
智能化测控系统概述
检测技术是信息技术的核心之一。自从70年代微型 机问世之后，不久就被用到检测技术领域中，随着 微型机价格的下降和功能的不断改善，以及解决了 许多传统检测装臵难于解决的难题，使它成为检测 技术不可缺少的部分。微处理器与传感器、测量仪 表相结合的技术也越来越引起人们的广泛关注，带 微处理器 的传感器和带微处理器的测量仪表， 我们称之为智能传感器和智能仪表。 由智能传感器和智能仪表组成的测 控系统就称之为智能化测控系统。
如数字电压表、 数字频率表等
70年代初期 智能仪器仪表
含有微计算机或微处理器的 测量控制一体化系统，拥有 对数据的存储，运算，逻辑 判断及控制决策等功能， 有着智能作用
概括起来讲，智能化测控系统与传统测 控系统相比有以下特点： ◆ 可编程特性 ◆可记忆特性 ◆数据处理功能 具体解释 具体解释 具体解释
§1.1 什么是智能测控系统
1.1.1智能化测控系统的定义和特点
先让我们来回顾一下仪器 的测量原理 用指针来显示最终 测量值
如 万用表、 电压表等
仪 器 仪 表 的 发 展 进 程
60年代中期 数字式的仪表
基本原理是基于将 模拟信号的测量转 化为数字信号测量， 以数字显示或打印 最终结果
高性能，专用或多功 能，小型化，便携或 手持干电池供电
智能化测控系统的开发与应用
智能化测控系统的开发与应用一、引言随着科技的不断发展和进步，人们对于自动化和智能化测控系统的需求日益增加。
特别是在工业、交通等各个领域，都需要高效率、高精度、集成度高的智能化测控系统来提高生产效率和减少生产成本。
本篇文章将从智能化测控系统的定义、开发、应用等方面进行探讨。
二、智能化测控系统的定义和特点智能化测控系统是指利用先进的计算机技术、传感器技术、自动控制技术和人工智能等多种技术手段来实现自动检测和控制的系统。
智能化测控系统具有以下特点：1.高可靠性智能化测控系统在设计和制造过程中，要保证其可靠性和稳定性，保障其长时间工作不出故障，确保生产的正常运行。
2.高精度智能化测控系统需要具备高精度，能够快速、准确地采集数据，并进行精确的计算和分析，保证生产过程的准确性和稳定性。
3.高效率智能化测控系统能够减少人工干预，提高生产效率，节约人力和物力资源，降低生产成本。
4.智能化智能化测控系统能够进行多维度的智能化分析，识别并处理生产过程中的复杂问题，提升生产效率，为企业的发展提供保障。
三、智能化测控系统的开发智能化测控系统的开发是一个全过程的复杂过程，包括需求分析、系统设计、软硬件开发、集成测试等多个环节。
1.需求分析需求分析是智能化测控系统开发的第一步，需要对项目的目标、需求、功能、性能等方面进行详尽的分析和了解。
在需求分析时，需要与用户充分沟通交流，确保系统功能的全面和稳定性。
2.系统设计系统设计是智能化测控系统开发的重要部分，主要包括软硬件设计、数据库设计、界面设计等方面。
在设计过程中，需要各个功能模块协调一致、互相配合，确保系统的安全性、可靠性和稳定性。
3.软硬件开发软硬件开发是智能化测控系统开发的核心过程，需要完整地完成所有模块的开发和集成。
在软硬件开发时，需要考虑到系统的兼容性、稳定性、安全性等方面，并建立完整的测试环境和测试用例，确保各个功能模块的正确性和稳定性。
4.集成测试集成测试是智能化测控系统开发的一个重要环节，需要对整个系统进行全面、系统的测试，以验证系统的可行性、性能和稳定性。
第1章 航天测控系统概述
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航天系统 各系统组成
航天发射场系统：是装备有专门设施、采用运载火 箭从地面陆上发射航天器的特定场区系统。航天器的发 射，除上述利用运载火箭从发射场陆上发射外，还可以 从空间、空中和海上发射。
哈尔滨工业大学 2015/3/2
Harbin Institute of Technology
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Harbin Institute of Technology
2015/3/2
第5页
航天测控系统
课程概况
[1] 周智敏、陆必应、宋千。《航天无线电测控原理与系 统》. 电子工业出版社.2008（3） [2]夏南银、张守信、穆宏飞.《航天测控系统》（第一版）. 国防教育出版社.2002（10）。
哈尔滨工业大学
Harbin Institute of Technology
2015/3/2
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一、航天测控系统概述
哈尔滨工业大学 2015/3/2
Harbin Institute of Technology
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1.1 航天系统和航天器简介
哈尔滨工业大学 2015/3/2
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学
Harbin Institute of Technology
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航天测控系统
课程概况
遥控系统：遥控系统的功能是产生指令信息和注 入数据的编码，经上行无线电链路发向航天器，按任 务需要对航天器进行实时控制或（和）程序定时控制。 测量系统：测量系统的功能是获取航天器相对测 控天线的方向角、距离及径向速度等位置运动参数， 以确定航天器的运行轨道，并测控天线指向航天器， 建立天地无线电链路。
计算机测控技术与系统第1章计算机测控系统概述课件
图1.9 分布式控制系统结构图
在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装 置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能 相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性。
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5.现场总线控制系统（FCS）
图1.10 现场总线控制系统结构图
从控制的角度看，FCS具有两个显著特点：（1）信号传输实 现了全数字化。（2）实现了控制的彻底分散。
A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
巡回检测程序
数据采集程序 越限报警程序
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数据管理程序
事故预告程序 画面显示程序
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1.4计算机测控系统的发展趋势
1.数字化 数字化主要是指计算机技术的应用，特别是单片机
的高速发展，为测控系统的数字化提供了强有力的手 段，从传感器到远程终端设备很多都实现了数字化控 制。 2.智能化
1.1 测控系统的基本概念
1.现代测量技术
测量是采用各种方法获得反映客观事物或对象的运动属性 的各种数据。
根据系统中被测量信号类型的不同，可以分为模拟式和数 字式测量系统。
图1.1 模拟式测量系统
图1.2 数字测量系统
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2.现代控制技术
由经典控制系统可知，控制系统可以分为开环控制和闭环 控制。开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制过程，不具备自动修正的能力。
4.虚拟化 虚拟仪器是随着计算机技术和现代测量技术的发展
而产生的一种新型虚拟化技术，代表着当今测控技术 发展方向。
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本章内容结束
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测控通信系统的工作原理
测控通信系统的工作原理测控通信系统是指一种用于采集、传输、处理和控制实时数据的系统。
它包括了传感器、数据采集设备、通信设备、计算机处理和控制单元等多个部分。
测控通信系统的工作原理可以通过以下几个方面来详细说明。
首先，在测控通信系统中，传感器是非常重要的组成部分。
传感器可以通过感知物理量的变化，将其转换为对应的电信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
传感器是整个系统的源头，其准确性和可靠性对整个系统的性能至关重要。
其次，数据采集设备是用于采集传感器输出的电信号，并将其转换为数字信号的设备。
数据采集设备通常包括模数转换器（ADC）和信号调理电路。
模数转换器将模拟信号转换为数字信号，信号调理电路则对信号进行放大、滤波等处理，以提高信号质量和可靠性。
数据采集设备的设计能够确保传感器的输出准确、稳定和可靠。
然后，通信设备是用于传输采集到的数字信号的设备。
通信设备可以使用有线或无线通信技术，实现数据的传输。
常见的有线通信技术包括以太网、RS-232、RS-485等，而无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
通信设备的选择依据系统的要求和实际应用环境来确定。
接下来，计算机处理和控制单元是测控通信系统中的核心部件。
它负责接收、存储、处理和分析采集到的数据。
计算机可以使用专用的硬件设备，也可以通过软件实现。
在处理数据时，计算机可以进行数据分析、绘图、报警、控制命令等操作。
计算机处理和控制单元的性能和稳定性直接影响到系统的实时性和可靠性。
最后，人机界面是测控通信系统中与用户进行交互和监控的接口。
人机界面可以采用各种形式，如计算机界面、触摸屏、显示器等。
通过人机界面，用户可以实时监视系统的状态、设置参数、查看数据曲线等。
人机界面的友好性和易用性是测控通信系统的一个重要考虑因素。
综上所述，测控通信系统通过传感器采集物理量的变化，通过数据采集设备将模拟信号转换为数字信号，然后使用通信设备传输数据。
智能化测控系统的设计与实现
智能化测控系统的设计与实现在当今科技飞速发展的时代，智能化测控系统在各个领域的应用日益广泛，从工业生产到航空航天，从医疗设备到智能家居，都离不开智能化测控系统的支持。
智能化测控系统能够实现对各种物理量的精确测量、实时控制和智能化处理，大大提高了生产效率和产品质量，改善了人们的生活品质。
那么，如何设计和实现一个高效、稳定、智能化的测控系统呢？一、智能化测控系统的概述智能化测控系统是一种集测量、控制、数据处理和通信等功能于一体的综合性系统。
它通过传感器获取被测量对象的相关信息，经过信号调理和转换后，将其传输给控制器进行处理和分析。
控制器根据预设的算法和控制策略，生成控制指令，驱动执行机构对被测量对象进行调节和控制，从而实现对系统的精确测控。
同时，智能化测控系统还具备数据存储、显示、通信等功能，能够将测量数据和控制结果及时反馈给用户，并与其他系统进行交互和协同工作。
二、智能化测控系统的设计要求1、高精度和高可靠性智能化测控系统需要对被测量对象进行精确测量和控制，因此必须具备高精度和高可靠性。
这就要求在系统设计中，选择高精度的传感器、合理的信号调理电路和先进的控制算法，同时要考虑系统的抗干扰能力和容错能力，确保系统在恶劣环境下能够稳定可靠地工作。
2、实时性和快速响应在许多应用场景中，智能化测控系统需要对被测量对象的变化做出实时响应，以保证系统的性能和安全。
因此，系统的采样频率、数据处理速度和控制指令输出速度都要满足实时性要求，能够在短时间内完成测量、计算和控制操作。
3、智能化和自适应性随着科技的不断进步，智能化和自适应性成为了智能化测控系统的重要发展方向。
系统应具备自动检测、诊断和修复故障的能力，能够根据环境变化和工作条件的不同，自动调整控制参数和策略，以达到最佳的测控效果。
4、开放性和可扩展性为了适应不同的应用需求和技术发展，智能化测控系统应具备良好的开放性和可扩展性。
系统应支持多种通信协议和接口标准，便于与其他设备和系统进行集成和互联；同时，系统的硬件和软件应采用模块化设计，便于功能的扩展和升级。
测控系统技术
测控系统技术测控系统是指能够对被测对象进行准确测量和控制的系统。
它广泛应用于工业生产、科研实验、环境监测等领域。
测控系统技术的发展，推动了现代化生产和科学研究的进步。
本文将介绍测控系统技术的基本原理、应用领域和发展趋势。
基本原理测控系统技术的基本原理包括传感器、信号调理、数据采集与传输、数据处理与分析以及控制执行等方面。
1.传感器：传感器是测控系统的重要组成部分，用于将被测量转化为与其相对应的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
传感器的选择要根据被测量的特性和精度要求进行。
2.信号调理：传感器输出的信号通常十分微弱，信噪比低，需要进行信号调理以提高信号质量。
信号调理包括放大、滤波、增益调整等过程，以保证后续的数据采集和处理能够获得高质量的信号。
3.数据采集与传输：数据采集器负责将信号转换为数字信号，并通过数据总线传输给计算机或控制设备。
采用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，并通过串行或并行接口传输。
4.数据处理与分析：通过计算机对采集到的数据进行处理和分析，提取出有用的信息。
数据处理包括数据滤波、数据校正、数据压缩等过程。
数据分析可以通过统计学方法、机器学习算法等手段进行。
5.控制执行：测控系统技术的最终目的是对被测对象进行控制。
通过控制执行器，对被测对象进行控制，以达到预定的目标。
应用领域测控系统技术在众多领域得到了广泛应用。
1.工业生产：在工业生产中，测控系统可用于实时监测生产过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。
通过对这些参数的控制和调节，可以提高产品质量和生产效率。
2.科研实验：在科学研究中，测控系统可用于实时监测实验过程中的各种参数，如温度、湿度、压力等。
通过对这些参数的监测和控制，可以保证实验的准确性和可重复性。
3.环境监测：测控系统可应用于环境监测领域，如大气污染监测、水质监测等。
通过测控系统对环境参数进行实时监测和控制，可以及时发现和处理环境问题。
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第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。
测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。
❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。
❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。
❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。
❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。
❖测控一体化：测量、控制、管理。
二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。
以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。
2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。
3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。
MEMS的研究领域概括起来，MEMS研究可以分为理论基础、技术基础（有内容）以及应用领域3个主要组成部分。
应用领域微传感器、微致动器是构成微机电系统的基础。
1微传感器微传感器是MEMS最重要的组成部分。
2.微致动器电子式能量转换器之一，其功能是将电能转换成物理量。
微致动器主要种类有:微机电、微开关、微谐振器、微阀门和微泵等。
微执行器的驱动力主要有静电、压力、电磁和热。
2.1.4MEMS的设计技术微机电系统的设计加工与传统的设计加工不同，传统的设计加工思路是从零件到装配最后到系统，是自下而上的方法；微机电系统是采用微电子和微机械加工技术将所有的零件、电路和系统在通盘考虑下几乎同时制造出来，零件和系统是紧密结合在一起的，是一种自上而下的方法。
微系统的设计技术主要是设计方法的研究，其中计算机辅助设计（CAD）是微系统设计的主要工具。
MEMS的测量技术涉及几何量、力学量、电磁量、光学量和声学量的检测。
1. MEMS用材料性能测试；包括MEMS用结构与功能材料性能的测试，应研究的方向包括：评估方法怀标准，功能材料专项性能测试技术，关键功能材料性能测试仪器与手段。
2.MEMS产品加工过程参数测试；包括相关的电路测试技术研究，三维结构形貌与尺寸测试技术，微观机械特性测试技术，表面膜结构与性能测试技术。
3.MEMS芯片基本功能测试。
包括芯片级微机械动态船尾测试技术、微机械光学测试技术、微机械力学特性测试技术、微机械结构分析技术等专用测试技术。
MEMS的加工（及后面思考题）制作MEMS的技术主要有三种。
第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造出小机器，再利用小机器制造出微机器的方法；第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件；第三种是以德国为代表的LIGA(LIGA是德文Lithograpie－光刻、Galvanoformung－电铸和Abformung－塑铸三个词的缩写)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和铸塑形成深层微结构的方法。
第二种方法与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且该方法适合于批量生产，已经成为目前MEMS的主流技术。
由于利用LIGA 技术可以加工各种金属、塑料和陶瓷等材料，而且利用该技术可以得到高深宽比的精细结构，它的加工深度可以达到几百微米，因此LIGA技术也是一种比较重要的MEMS加工技术。
2.1.9 MEMS发展的趋势(1) 研究方向多样化(2) 加工工艺多样化(3) 系统单片集成化(4) MEMS器件芯片制造与封装统一考虑MEMS器件与集成电路芯片的主要不同在于，MEMS器件芯片一般都有活动部件，比较脆弱，在封装前不利于运输。
（5）普通商业应用低性能MEMS器件与高性能特殊用途如航空、航天、军事用MEMS器件并存思考题1.简述MEMS的含义与特征。
MEMS的含义微型机械（Micro machine,日本惯用词）或称微型机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems,美国惯用词）或微型系统（Micro systems,欧洲惯用词）。
MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写。
即微机电系统,它是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工、LIGA技术和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。
它包括感知和控制外界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感器和执行器，以及进行信号处理和控制的电路。
它是指可以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其特征尺寸范围为1nm～10mm.加在MEMS 中: 微传感器是将外部的力、热、声、光、化学等信息转化为电信号,并传给处理电路;处理电路对信号进行放大、转换、计算等处理,并对微执行器发出指令;微执行器根据指令对外部发生动作。
MEMS的特征MEMS的制作主要基于两大技术：IC技术和微机械加工技术。
与传统的微电子和机械加工技术相比，MEMS技术具有以下几个显著的特点：（1）微型化MEMS技术已经达到微米乃至亚微米量级，利用MEMS技术制作的器件具有体积小、耗能低、惯性小、频率高、响应时间短等特点，可携带性得以提高。
（2）集成化微型化利于集成化，把不同功能、不同敏感方向和制动方向的传感器、执行器集成于一体，形成传感器阵列，甚至可以与IC 一起集成为更复杂的微系统。
（3）以硅为基本材料主要有晶体硅和氮化硅等。
力学特性良好，具有高灵敏性，强度、硬度和弹性模量与铁相当，密度同铝，仅为钢的三分之一，热传导率接近铜和钨。
（4）生产成本低在一个硅片上可同时制作出成千上万的微型部件或MEMS，制作成本大幅度下降，有利于批量生产。
2.MEMS加工和封装的方法主要有哪几种？MEMS加工技术MEMS与微电子系统比较，区别在于其包含有微传感器、微执行器、微作用器、微机械器件等的子系统，相对静态微器件的系统而言，MEMS的加工技术难度要高。
是在硅平面技术的基础上发展起来的，虽然历史不长，但发展很快，已成为当今最重要的新技术之一。
从目前应用来看，其加工技术主要可分为硅基微机械加工技术和非硅基微机械加工技术。
1硅基微机械加工技术目前正在使用的硅基微机械加工技术有三种：体硅体微机械加工、表面微机械加工、复合微机械加工。
2.LIGA加工技术最大优势(1)深宽比大，准确度高。
(2)用材广泛(3)由于采用微复制技术，可降低成本，进行批量生产。
3.激光微机械加工技术激光微机械加工技术具有工艺简单、成本低等优点，它代表未来ME．MS加工技术发展的方向。
3.紫外线厚胶腐蚀技术；4..深等离子体腐蚀技术MEMS封装特点虽然MEMS封装的基本技术都是和微电子封装密切相关的，但是由于MEMS 使用的广泛性，特殊性和复杂性，它的封装形状和微电子封装有着很大的差别。
对于微电子来说，封装的功能是对芯片和引线等内部结构提供支持和保护，使之不受外部环境的干扰和腐蚀破坏；而对于MEMS封装来说，除了要具备以上功能以外，更重要的是MEMS器件要和测试环境之间形成一个接触界面而获取非电信号，有承受各方面环境影响的能力MEMS封装方法（有图）(1)晶片级封装方法(2)单芯片封装方法①倒装片封装倒装片封装是指通过芯片和衬底之间的电气连接，可以直接把裸片和衬底封装在一起②微球栅陈列(ILBGA)球栅陈列封装是利用球状焊盘作为连接点进行表面安装的芯片封装技术。
(3)多芯片模块与微系统封装方法第三章所谓无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的无线局域网（WLAN），什么是传感器网络⏹WSN-Wireless Sensor Networks⏹基础⏹微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术⏹解释1⏹由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的无线网络系统。
⏹解释2：⏹传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布給观察者。
⏹传感器网络的三个基本要素：⏹传感器，感知对象，观察者⏹传感器网络的基本功能⏹协作地感知、采集、处理和发布感知信息传统感知方法•传感器接近感知对象•传感器仅产生数据流•传感器无计算能力•无传感器间通信能力现代感知方法•传感器网络覆盖感知对象区域•每个传感器完成其临近感知对象的观测•多传感器协同完成感知区域的大观测任务•使用多跳路由算法向用户报告观测结传感器网络的网络结构⏹sink -汇聚点⏹sensor node -传感器节点⏹sensor field -监测区域⏹传感器节点➢功能：采集、处理、控制和通信等➢网络功能：兼顾节点和路由器➢资源受限：存储、计算、通信、能量⏹Sink节点➢功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。
➢特点：连续供电、功能强、数量少等现代微型传感器•感知能力＋计算能力＋通信能力•体积小•能耗小传感器节点⏹传感器模块：信息采集、数据转换⏹处理器模块：控制、数据处理、网络协议⏹无线通讯模块：无线通信，交换控制信息和收发采集数据⏹能量供应模块：提供能量传感器网络的特点⏹大规模网络：地理区域大；部署密集⏹提高信噪比；提高监测精度；增强容错性；减少盲区⏹自组织网络：不确定性；拓扑结构变化⏹资源受限：计算、存储、通讯、能量⏹动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点加入⏹可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性⏹应用相关：没有统一的通信协议平台⏹以数据为中心传感器节点的限制⏹电源能量有限⏹通信能力有限⏹计算和存储能力有限传感器网络概述－与ad hoc的不同（图可能选择）WSN➢结点数量更为庞大➢多数节点为静止➢节点分布更为密集➢能量约束➢结点更容易出错➢拓扑结构变化频繁Ad hoc✓几十至上百个节点✓局域网✓节点全移动✓结构变化（移动）✓能量可连续提供✓点到点通信通信能力有限（1到10）✓节点带宽窄，而且经常变化✓节点通信覆盖范围只有几十到几百米，而且经常变化多源、多跳是主要通信方式⏹多个传感器节点向一个目标传送信息⏹一次多源信息传输需要多条由多个传感器节点组成的路径节点移动、断接频繁⏹在移动网络中，节点移动频繁⏹节点间通信的断接频繁，导致通信失败.⏹经常受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响, 因此传感器可能会长时间脱离网络, 离线工作电源能量有限⏹传感器的电源能量极其有限⏹由于电源能量的原因经常失效或废弃⏹电源能量约束是传感器网络应用的障碍⏹现有电源部件不能满足传感器网络的需要⏹传感器传输信息比执行计算更消耗电能⏹传感器传输1位信息需要的电能足以执行3000条计算指令计算能力有限⏹传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处理器和存储器，具有计算能力⏹但是，处理器性能、存储器容量和能源都很有限，导致传感器的计算能力十分有限传感器数量大、分布范围广⏹传感器网络中传感器节点密集，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多⏹传感器网络可以分布在很大区域，也可以分布在险恶环境下⏹传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护大规模分布式触发器⏹很多传感器网络需要对感知对象进行控制（如温度控制）⏹传感器需要配备回控装置和控制软件⏹我们称回控装置和控制软件为触发器感知数据流无限⏹传感器网络每个传感器都产生无限的流式数据，并具有实时性⏹每个传感器仅具有有限的存储器和计算资源，难以处理巨大的实时数据流以数据为中心传感器网络不是通常的网络用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件传感器网络不是以地址为中心的传感器网络的协议栈（1）⏹能源管理平台：管理传感器节点如何使用能量；⏹移动管理平台：检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻居；⏹任务管理平台：在一个给定的区域内平衡和调度监测任务传感器网络物理层（1）⏹传输媒体⏹建议采用ISM （工业、科学和医学）频段⏹短距离的无线低功率通信最适合传感器网络⏹红外⏹不需要许可证，抗干扰⏹要求收发双方在视线之内⏹光⏹不排除用光作为通信媒体传感器网络物理层（2）⏹频率选择，载频发生，信号检测，调制，数据加密⏹信号传播⏹传播信号需要的最小发送功率和传输距离d的n次方（）成正比，2<= n < 4.⏹为了减小传输距离，传感器网络采用多跳（multihop）通信方式传感器网络MAC协议的功能（1）⏹功能⏹无线信道的使用建立传感器网络的基础结构⏹考虑因素⏹节省能量⏹可扩展性⏹链路带宽分配的公平性、带宽利用率、延时性能等目前普遍认为这三个方面的重要性依次递减WSN路由协议（1）⏹已有网络－ad hoc、蜂窝➢主要目标－通信服务质量带宽利用率⏹传感器网络➢主要目标－高效使用能源延长网络系统的生存期⏹特点（2）⏹基于局部拓扑信息⏹数据为中心（不知道目的节点的编号，甚至向哪个区域）⏹要求⏹能量高效（协议简单|开销小|节省能量/均衡消耗）⏹可扩展性（网络范围/节点密度）⏹鲁棒性（节点变化|拓扑变化）⏹快速收敛性⏹能量感知路由（3）⏹能量路由/能量多路径路由⏹查询路由⏹定向扩散路由(DD)/谣传路由⏹地理路由⏹GPRS/GEAR/ GEM/边界定位路由⏹可靠路由⏹ReInform/SPEED /多路径路由WSN传输层（1）⏹当传感器网络中的系统需要接入Internet 或其它外部网络时，传输层的功能是必要的⏹目前关于传感器网络传输层机制和协议的建议很少⏹存在的问题⏹硬件的限制（例如有限的电能和存储量）使传感器节点不能像Internet中的服务器那样存储大量的数据⏹TCP的应答方式开销太大⏹将来有可能在传感器网络中使用类似于UDP的协议，而在Internet和卫星网络中使用TCP/UDP协议一种TCP分段（TCP splitting）的方法可能使传感器网络和其它网络（如Internet)互通WSN应用层⏹应用层协议还处于探索阶段⏹三种可能的应用层协议⏹传感器管理协议Sensor management protocol (SMP)⏹任务分配和数据通告协议task assignment and data advertisement protocol (TADAP)⏹传感器询问和数据分发协议Sensor query and data dissemination protocol (SQDDP)WSN 时间同步（1）时间同步是传感器网络的基本功能定位是传感器网络的基本功能第四章（2）•泛在网的概念泛在网（Ubiquitous Network ）：是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络具有超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。