《物联网工程导论》PPT课件 任务二 生态鱼塘环境监控系统的组建
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水产养殖环境监控系统 ppt课件
管理单元
现场管理单元，或称为无线传感器网络单元（WSN）， 位于系统结构的下层，主要实现通过对养殖现场的水 质环境参数进行监测与控制的功能，并通过WIFI传至 控制中心，以供远程控制使用。现场管理单元需要硬 件与软件配水合产养实殖现环其境监功控能系。统
监控中心计算机
DATA6107 GPRS 通信终端
水产养殖环境监控系统
水产养殖环境监控系统
农业物联网的设计
水产养殖环境监控系统
设计 背景
农业物联网是一种新兴农业信息化技术，其 体系架构分为用户层、应用层、传输层、感 知层、和对象层5个层次，其技术可用于实现 农产品安全溯源、精准化农业生产管理、远 程及自动化农业生产管理和农产品智能储运。 针对目前我国水产养殖规模越来越大、种类 越来越丰富，传统养殖方式已不能满足要求 的现状，国家的战略要求，将智能农业推向 了风口，“互联网+”必将带动农业的升级。
喂量、需求量预测、对养殖水域环境质
量的判断及对出现的问题自动寻找技术
水产养殖环境监控系统
对策等。
本系统把水域环境因子的情况送到控制中心，由控制中心根 据其具体情况进行处理，WSN技术应用于水产养殖的远程监 控中，在生产现场构建一个小型无线数据传输网络。采取分
散监控、集中操作、分级管理的方法。
系统硬件架构主要包括3部分：信息采集模块、
系统的管理
本系统主要实现水产养殖的智能化，可分为现场管理单元和远程管 理单元两部分。通过将所有数据上传到控制中心的中央计算机中进 行数据处理与分析（云计算），保证系统各功能快速精准的运行。
远程管理单元位于系统结构上层，主要实现下层上 传数据的综合分析与处理等功能。远程管理单元主 要依靠软件系统实现其功能。
GPRS-VPN专网
现场管理单元，或称为无线传感器网络单元（WSN）， 位于系统结构的下层，主要实现通过对养殖现场的水 质环境参数进行监测与控制的功能，并通过WIFI传至 控制中心，以供远程控制使用。现场管理单元需要硬 件与软件配水合产养实殖现环其境监功控能系。统
监控中心计算机
DATA6107 GPRS 通信终端
水产养殖环境监控系统
水产养殖环境监控系统
农业物联网的设计
水产养殖环境监控系统
设计 背景
农业物联网是一种新兴农业信息化技术，其 体系架构分为用户层、应用层、传输层、感 知层、和对象层5个层次，其技术可用于实现 农产品安全溯源、精准化农业生产管理、远 程及自动化农业生产管理和农产品智能储运。 针对目前我国水产养殖规模越来越大、种类 越来越丰富，传统养殖方式已不能满足要求 的现状，国家的战略要求，将智能农业推向 了风口，“互联网+”必将带动农业的升级。
喂量、需求量预测、对养殖水域环境质
量的判断及对出现的问题自动寻找技术
水产养殖环境监控系统
对策等。
本系统把水域环境因子的情况送到控制中心，由控制中心根 据其具体情况进行处理，WSN技术应用于水产养殖的远程监 控中，在生产现场构建一个小型无线数据传输网络。采取分
散监控、集中操作、分级管理的方法。
系统硬件架构主要包括3部分：信息采集模块、
系统的管理
本系统主要实现水产养殖的智能化，可分为现场管理单元和远程管 理单元两部分。通过将所有数据上传到控制中心的中央计算机中进 行数据处理与分析（云计算），保证系统各功能快速精准的运行。
远程管理单元位于系统结构上层，主要实现下层上 传数据的综合分析与处理等功能。远程管理单元主 要依靠软件系统实现其功能。
GPRS-VPN专网
智慧鱼塘ppt课件
提升管理效率
智慧鱼塘实现了养殖过程的全 程数字化管理，提高了管理效 率，降低了人工成本。
促进可持续发展
智慧鱼塘能够实现养殖废水的 循环利用，减少环境污染，促
进可持续发展。
智慧鱼塘的应用场景
01
02
03
淡水养殖
适用于池塘、水库、河流 等淡水养殖场景，如鱼类 、虾类、蟹类等。
海水养殖
适用于沿海地区和海岛的 水产养殖场景，如贝类、 藻类、鱼类等。
总结词：高效养殖
详细描述：该基地通过引入智慧鱼塘管理系统，实现了养殖过程的智能化和信息 化。通过精准投喂、水质监测等手段，有效提高了鱼类的生长速度和存活率，同 时减少了环境污染和人力成本。
成功案例二
总结词：技术创新
详细描述：该水产科技公司研发的智慧鱼塘解决方案集成了物联网、大数据、人工智能等技术，为养 殖户提供了全方位的技术支持和服务。通过实时监测和分析鱼塘的各种数据，帮助养殖户及时调整养 殖策略，提高养殖效益。
智慧鱼塘ppt课件
• 智慧鱼塘概述 • 智慧鱼塘系统架构 • 智慧鱼塘关键技术 • 智慧鱼塘实施方案 • 智慧鱼塘案例分析 • 智慧鱼塘未来展望
目录
01
智慧鱼塘概述
定义与特点
定义
智慧鱼塘是一种集成了物联网、大数 据、人工智能等先进技术的智能养殖 管理系统，旨在提高养殖效率、降低 成本、保障食品安全。
网关作用
网关作为数据中转站，将收集到的数据通过有线或无线方式 传输至数据中心。
数据层
数据存储
在数据中心存储各类鱼塘环境数据，包括历史数据和实时数据。
数据处理与分析
对收集到的数据进行处理、分析，提取有价值的信息，为应用层提供决策支持 。
应用层
《物联网工程导论》PPT课件 蔬菜大棚环境监测系统中传感器设备的选型
（1）无线温度湿度传感器 实时监测温室中的温度和湿度，并配合
温室中的空调设备和加湿器工作。
（2）土壤温湿度传感器 监测土壤中的水分和温度，并配合温室
中的灌溉系统及通风设备等为作物提供最适 宜的土壤环境。
（3）光照传感器 随时监测记录太阳光线的强度，与相关
的补光系统、遮阳系统等设备相连，为农作 物生长打造完美的光照环境。
传感器技术的研究与发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。 传感器技术将主要朝着以下几个方向发展：
（1）智能化
（2）微型化
（3）集成化 （4）多样化
3.4 认识传感器的典型静态性能参数
传感器包括静态特性及动态特性。
静态特性是描述输入为不随时间变化的恒定信号时，传感器输出与输入的关系，在实际的传感器应 用中，静态特性往往就能为我们选择提供重要的依据。
除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、 农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
现阶段，智慧农业的应用主要表现在农业生产环境监控、食品安全以及农业电商等领域。
3.1 认识智慧农业 3.1.2 传统农业面临的问题
传统农业生产的物质技术手段比较落后，主要依靠人力、畜力和各种手工工具以及一些简单机械。这 样的生产方式在现代生活中引发一系列问题，主要问题是：
（1）任务内容要求：
1）分析蔬菜大棚监测系统实现的功能； 2）针对实现的功能分析所需传感器的性能要求； 3）根据分析依次选择合适的传感器，并说明理由； 4）利用word等办公软件整理出一个完整的选型方案，并制作PPT辅助进行阐述。
（5）重复性 重复性表示传感器在按同一方向作全量程多次测试时，所得特性不一致性的程度，可以简单的理
温室中的空调设备和加湿器工作。
（2）土壤温湿度传感器 监测土壤中的水分和温度，并配合温室
中的灌溉系统及通风设备等为作物提供最适 宜的土壤环境。
（3）光照传感器 随时监测记录太阳光线的强度，与相关
的补光系统、遮阳系统等设备相连，为农作 物生长打造完美的光照环境。
传感器技术的研究与发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。 传感器技术将主要朝着以下几个方向发展：
（1）智能化
（2）微型化
（3）集成化 （4）多样化
3.4 认识传感器的典型静态性能参数
传感器包括静态特性及动态特性。
静态特性是描述输入为不随时间变化的恒定信号时，传感器输出与输入的关系，在实际的传感器应 用中，静态特性往往就能为我们选择提供重要的依据。
除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、 农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
现阶段，智慧农业的应用主要表现在农业生产环境监控、食品安全以及农业电商等领域。
3.1 认识智慧农业 3.1.2 传统农业面临的问题
传统农业生产的物质技术手段比较落后，主要依靠人力、畜力和各种手工工具以及一些简单机械。这 样的生产方式在现代生活中引发一系列问题，主要问题是：
（1）任务内容要求：
1）分析蔬菜大棚监测系统实现的功能； 2）针对实现的功能分析所需传感器的性能要求； 3）根据分析依次选择合适的传感器，并说明理由； 4）利用word等办公软件整理出一个完整的选型方案，并制作PPT辅助进行阐述。
（5）重复性 重复性表示传感器在按同一方向作全量程多次测试时，所得特性不一致性的程度，可以简单的理
电子教案《物联网工程导论》(许磊)PPT单元三 任务二 生态鱼塘环境监控系统的组建
1）针对生态鱼塘实现的功能依次选择系统所需设备，并说明理由。 2）根据所选的设备，画出生态鱼塘环境监控系统的硬件拓扑图。 3）在交互式动画中进行系统虚拟搭建。 （2）任务提交资料： 1）任务计划报告：包括但不限于任务目标、任务内容、分工计划。 2）生态鱼塘环境监控系统组建的技术文档，包括但不限选型依据、硬件拓扑图。 3）生态鱼塘环境监控系统搭建的过程性资料。 3）能证明每个组员参与本任务的实证资料（参与任务相关记录、图片、音视频等）。
3.6.2工业接线端子
直针/弯针座子
目前用得最广泛的除了PCB（印制电路板）端子外，还有五金端子、螺帽端子、弹簧端子等等。
（a）PCB端子 (b) 五金端子
(c) 螺帽端子 (d) 弹簧端子
3.6 传感器硬件接口形式
3.6.3 标准串行接口
D型数据接口连接器是用于连接电子设备（比如：计算机与外设）的标准接口。因形状类似于 英文字母D，故得名D型接口。通常，用得较多的是9引脚的D型接口，即DB9。
为了了解收发双方的意图和目的，需要在这些设备间制定一些规则，按照特定的数据格式进行传输。 所谓数据格式是数据保存在文件或记录中的编排格式，可为数值、字符或二进制数等形式，通常，也 称之为通讯协议。
3.8.1 通信协议的含义
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。 通信协议主要由以下三个要素组成： 语法：
（2）RS485转RS232接口 RS485转RS232接口主要实现将RS485信号转换为RS232信号。转换接口是将采集设备上采集到的数
据通过转换接口，用串口转接到终端设备上，通过终端来分析采集到的数据。
RS485转RS232接口
3.7 传感器输出信号的转换 3.7.3 传感器输出信号的转换
3.6.2工业接线端子
直针/弯针座子
目前用得最广泛的除了PCB（印制电路板）端子外，还有五金端子、螺帽端子、弹簧端子等等。
（a）PCB端子 (b) 五金端子
(c) 螺帽端子 (d) 弹簧端子
3.6 传感器硬件接口形式
3.6.3 标准串行接口
D型数据接口连接器是用于连接电子设备（比如：计算机与外设）的标准接口。因形状类似于 英文字母D，故得名D型接口。通常，用得较多的是9引脚的D型接口，即DB9。
为了了解收发双方的意图和目的，需要在这些设备间制定一些规则，按照特定的数据格式进行传输。 所谓数据格式是数据保存在文件或记录中的编排格式，可为数值、字符或二进制数等形式，通常，也 称之为通讯协议。
3.8.1 通信协议的含义
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。 通信协议主要由以下三个要素组成： 语法：
（2）RS485转RS232接口 RS485转RS232接口主要实现将RS485信号转换为RS232信号。转换接口是将采集设备上采集到的数
据通过转换接口，用串口转接到终端设备上，通过终端来分析采集到的数据。
RS485转RS232接口
3.7 传感器输出信号的转换 3.7.3 传感器输出信号的转换
《物联网工程导论》PPT课件 物联网专业学习计划的制定
（1）基本素质要求 1）热爱祖国，遵纪守法，具备良好的职业道 德和敬业精神；
2）具有吃苦耐劳、严谨求实、勇于创新的学 习和工作作风；
3）具有自主学习能力，有乐观向上、诚实守 信的品质；
4）较好的与人沟通能力和团队协作精神； 5）具有健康的体魄和良好的心理调节能力； 6）具有基本的审美能力和健康的审美情趣，
在这个市场中，物联网的产业链主要包括芯片提供商、传感器供应商、无线模组(含天线)厂商、 网络运营商(含 SIM 卡商) 、平台服务商、系统及软件开发商、智能硬件厂商、系统集成及应用服务 提供商。
物联网产业链的八大环节
6.1 物联网产业链与岗位分析
6.1.1 物联网产业链
（1）物联网芯片供应商 芯片是物联网的“大脑”，低功耗、高可靠性的半导体芯片是物联网几乎所有环节都必不可少的
பைடு நூலகம்
6.3 职业核心技能
职业核心能力是指任何职业或行业工作都需要的、具有普遍适用性和可转移性的且在职业活动 中起支配和主导作用的能力，是素质教育质量的重要体现之一。
目前，我国人力资源主管部门将职业核心能力界定为八个方面的基本能力：交流表达、数字运 算、革新创新、自我学习、与人合作、解决问题、信息处理、外语应用等。
（3）培养面向物联网运维工程师、研发助理工程师、概预算员、信息管理员、售前/售后技术工程师以 及营销经理等岗位，培养具备物联网系统集成、运营与维护、行业应用市场推广能力的高素质技 术技能人才。
6.2 专业核心技能
专业核心能力是一种专用的能力，是学习某专业的学生所特有的专业技能，是一种实际操作能力。 物联网专业核心能力包括：
衣妆行为大方得体。
（2）职业通用能力要求 1）具有英语阅读和一般专业资料的翻译能力； 2）具有计算机基本操作能力； 3）具有较强的职业方法能力和职业社会能力。
《物联网工程导论》PPT课件 认识物联网系统结构共37页文档
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好பைடு நூலகம்者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
37
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
《物联网工程导论》PPT课 件 认识物联网系统结构
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
物联网工程导论-概述ppt课件
物联网工程导论
21
物联网的共性技术
物联网架构技术：目前处于概念发展阶段。物联网 需具有统一的架构，清晰的分层，支持不同系统的 互操作性，适应物联网的业务特性。 标识和解析技术：物联网标识和解析技术涉及不同 的标识体系、不同体系的互操作、全球解析或区域 解析、标识管理等。 安全和隐私技术：包括安全体系架构、网络安全技 术、隐私保护技术、安全管理机制和保证措施等； 网络管理技术：包括管理需求、管理模型、管理功 能、管理协议等。
2学时
4学时 4学时 4学时 6学时 2学时 4学时 2学时 2学时 6学时 2学时 2学时
8学时
物联网工程导论
课程介绍
教材： 魏旻 王平 《物联网导论》，人民邮电出 版社，2015年8月第1版 参考资料： （1）杨埙 罗勇《物联网技术概论》，西安电子科 技大学出版社，2015年1月第1版 （2）胡四泉 王新平 王志良 王宏 《物联网组成原 理》，机械工业出版社，2015年10月第1版 专业网站： 中国物联网、物联中国等
物联网工程导论
25
物联网目前最大的问题？
观察目前市面上的物联网产品可以发现，百货公 司、网站甚至大卖场都可以看到跟生活面相关的 产品，不过标准林立也使产品之间信息共通困难 ，严重阻碍市场接受度。
物联网目前最大的问题是标准无法统一！
如果可以整合资源，推动制订兼容性规格，甚至 开放源码，那么未来数十亿的设备，包括设备、 手机、计算机、工业设备以及应用等都能得以互 通。
物联网工程导论
35
课程介绍
教学方式：教师主导、学生主体
课程考核方式：平时学习及作业+课程设计+笔试
考核项目
平时学习及 作业
平时表现 学习态度 作业完成
21
物联网的共性技术
物联网架构技术：目前处于概念发展阶段。物联网 需具有统一的架构，清晰的分层，支持不同系统的 互操作性，适应物联网的业务特性。 标识和解析技术：物联网标识和解析技术涉及不同 的标识体系、不同体系的互操作、全球解析或区域 解析、标识管理等。 安全和隐私技术：包括安全体系架构、网络安全技 术、隐私保护技术、安全管理机制和保证措施等； 网络管理技术：包括管理需求、管理模型、管理功 能、管理协议等。
2学时
4学时 4学时 4学时 6学时 2学时 4学时 2学时 2学时 6学时 2学时 2学时
8学时
物联网工程导论
课程介绍
教材： 魏旻 王平 《物联网导论》，人民邮电出 版社，2015年8月第1版 参考资料： （1）杨埙 罗勇《物联网技术概论》，西安电子科 技大学出版社，2015年1月第1版 （2）胡四泉 王新平 王志良 王宏 《物联网组成原 理》，机械工业出版社，2015年10月第1版 专业网站： 中国物联网、物联中国等
物联网工程导论
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物联网目前最大的问题？
观察目前市面上的物联网产品可以发现，百货公 司、网站甚至大卖场都可以看到跟生活面相关的 产品，不过标准林立也使产品之间信息共通困难 ，严重阻碍市场接受度。
物联网目前最大的问题是标准无法统一！
如果可以整合资源，推动制订兼容性规格，甚至 开放源码，那么未来数十亿的设备，包括设备、 手机、计算机、工业设备以及应用等都能得以互 通。
物联网工程导论
35
课程介绍
教学方式：教师主导、学生主体
课程考核方式：平时学习及作业+课程设计+笔试
考核项目
平时学习及 作业
平时表现 学习态度 作业完成
物联网工程概论(PPT 56张)
物联网发展过程中面临的主要问题（续）：
（4）IP地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，
IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此
物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。 （5）终端问题。 物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求 千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。
1.1 物联网的定义
传感网又称物联网
传感器 节点
射频识 别装置
红外感 应器
全球定 位系统
激光扫 描器
互联网
通信网
计算机终端
用户
物联网的其他定义
1.1 物联网的定义
• 物联网是一种通过射频识别（RFID）、 红外感应器、全球定位系统、激光扫描 器等信息传感设备，按照约定协议，使 物体与互联网相连接，进行信息交换和 通信，以实现对物体的智能化识别、定 位、跟踪、监控和管理的网络。
合分类处理的能力大大提高。
1.2 物联网的起源
发展之路
1.2 物联网的起源
发展之路
物联网的演进路径：
1995年比尔.盖茨在《未来之路》书中首次提出”物－物“相联的雏形， 1999年
EPCglobal联合100多家企业成立IOT联盟并正式提出物联网概念。10年间，世界各国都在加紧 研究。从技术演进视野来看，物联网的发展主要分为四个阶段 ： 1、第一阶段 大型机、主机的联网 2、第二阶段 台式机、笔记本与互联网相联 3、第三阶段 一些移动设备（如手机、PDA等）的互联 4、第四阶段 嵌入式互联网兴起阶段，更多与人们日常生活紧密相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、
物联网导论2_ppt课件
物联网导论
物联网导论2
物联网导论
第二章 物联网的总体架构与相关技术
物联网的总体架构 物联网的相关技术
物联网导论
2.1 物联网的总体架构
按 逻 辑 结 构 划 分 感 知 层 网 络 层
管 理 层
应 用 层
根据信息生成、传输、处理和应用将物联网 分为感知层、网络层、管理层和应用层。
物联网导论 1.3.1 物联网的总体架构
相关技术
应用层 管理层 网络层 感知层
发展历程：传感器→无线传感器→无
线传感器网络（大量微型、低成本、低 功耗的传感器节点组成的多跳无线网络）
物联网导论
无线传感网是一种可监测周围环境变化的技术，它 通过传感器和无线网络的结合，可自动感知、采集和处 理其覆盖区域中被感知对象的各种变化的数据，让远端 的观察者通过这些数据判断对象的运行状况或相关环境 发生的变化等，以决定是否采取相应行动，或由系统按 相关模型的设定自动进行调整或响应等。 无线传感网广泛应用于环境监测、水资源管理，生产安 全监控、桥梁倾斜监控，家中或企业内进行安全性监控 及员工管理等。
物联网导论
射频识别系统包括射频标签和识读器两部分。射频标签 贴在产品或安装在产品或物体上由射频识读器读取存储 于标签中的数据。 RFID具有识读距离远、识读速度快、不受环境限制、可 读写性好、可同时识读多个物品等优点。 公交月票卡、电子交通无人收费（ETC）系统、各类银行 卡、物流与供应链管理、农牧渔产品履历、工业生产控 制等。
相关技术
应用层 管理层 网络层 感知层
物联网导论
RFID技术是利用射频信号及其空间耦合和传输特性进 行的非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动 识别，并进行数据交换的一种识别技术。 RFID系统的数据存储在射频标签中，其能量供应及与 识读器之间的数据交换不是通过电流而是通过磁场或 电磁场进行的。
物联网导论2
物联网导论
第二章 物联网的总体架构与相关技术
物联网的总体架构 物联网的相关技术
物联网导论
2.1 物联网的总体架构
按 逻 辑 结 构 划 分 感 知 层 网 络 层
管 理 层
应 用 层
根据信息生成、传输、处理和应用将物联网 分为感知层、网络层、管理层和应用层。
物联网导论 1.3.1 物联网的总体架构
相关技术
应用层 管理层 网络层 感知层
发展历程：传感器→无线传感器→无
线传感器网络（大量微型、低成本、低 功耗的传感器节点组成的多跳无线网络）
物联网导论
无线传感网是一种可监测周围环境变化的技术，它 通过传感器和无线网络的结合，可自动感知、采集和处 理其覆盖区域中被感知对象的各种变化的数据，让远端 的观察者通过这些数据判断对象的运行状况或相关环境 发生的变化等，以决定是否采取相应行动，或由系统按 相关模型的设定自动进行调整或响应等。 无线传感网广泛应用于环境监测、水资源管理，生产安 全监控、桥梁倾斜监控，家中或企业内进行安全性监控 及员工管理等。
物联网导论
射频识别系统包括射频标签和识读器两部分。射频标签 贴在产品或安装在产品或物体上由射频识读器读取存储 于标签中的数据。 RFID具有识读距离远、识读速度快、不受环境限制、可 读写性好、可同时识读多个物品等优点。 公交月票卡、电子交通无人收费（ETC）系统、各类银行 卡、物流与供应链管理、农牧渔产品履历、工业生产控 制等。
相关技术
应用层 管理层 网络层 感知层
物联网导论
RFID技术是利用射频信号及其空间耦合和传输特性进 行的非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动 识别，并进行数据交换的一种识别技术。 RFID系统的数据存储在射频标签中，其能量供应及与 识读器之间的数据交换不是通过电流而是通过磁场或 电磁场进行的。
电子教案《物联网工程导论》(许磊)PPT单元一 任务一 初识物联网
10
1.1 揭开物联网的神秘面纱 1.1.3 物联网与互联网的关系 （1）分享一些观点 说法一：物联网是应用。
相较于互联网的全球性，物联网是行业性的。物联网不是把任何东西都联网，而是把 联网有好处而且能联网的东西连起来；物联网不是互联网，而是应用。
说法二：中国经济周刊指出物联网是互联网的下一站。
物联网更像是互联网的延伸和拓展，甚至有“物联网是互联网的一个新的增长点”之 说。
但是由于物联网的技术体系庞杂，物联网的标准化工作分散在多个不同标准化组织，各标准化组织在 标准制定方面各有侧重。
我国在物联网标准的制定上已领先于其他国家，尤其是针对物联网共性基础能力和应用专业能力的 标准规范逐步完善，国际标准影响力不断增强。
大体上，物联网标准体系可划分为六个大类，分别为基础类、感知类、网络传输类、服务支撑类、 业务应用类、共性技术类。
互联网是虚拟的，而物联网是虚拟与现实的结合，是网络在现实世界里真正大 规模的应用。
11
1.1 揭开物联网的神秘面纱 1.1.3 物联网与互联网的关系 （2）物联网能解决互联网所不能 互联网的本质在于构建了一个虚拟的资源共享信息平台，解决了信息不对称的问题。
网上商品交易真假难辨！
电商
现在依靠互联网技术手段
（1）物联网基础类标准亟待统一 （3）物联网网络传输类标准相对完善
（2）物联网感知类标准亟需突破 （4）物联网服务支撑类标准尚待探索
（5）物联网业务应用类标准严重缺失 （6）物联网共性技术类标准亟需完善
29
1.4 认识物联网技术标准
讨论
查询网络资料，分析讨论： 物联网技术为什么需要统一标准？需要在哪些方面进行标准化？
请查阅物联网的相关资料，并进行整理、分析、总结，完成“身 边的物联网”主题汇报。
1.1 揭开物联网的神秘面纱 1.1.3 物联网与互联网的关系 （1）分享一些观点 说法一：物联网是应用。
相较于互联网的全球性，物联网是行业性的。物联网不是把任何东西都联网，而是把 联网有好处而且能联网的东西连起来；物联网不是互联网，而是应用。
说法二：中国经济周刊指出物联网是互联网的下一站。
物联网更像是互联网的延伸和拓展，甚至有“物联网是互联网的一个新的增长点”之 说。
但是由于物联网的技术体系庞杂，物联网的标准化工作分散在多个不同标准化组织，各标准化组织在 标准制定方面各有侧重。
我国在物联网标准的制定上已领先于其他国家，尤其是针对物联网共性基础能力和应用专业能力的 标准规范逐步完善，国际标准影响力不断增强。
大体上，物联网标准体系可划分为六个大类，分别为基础类、感知类、网络传输类、服务支撑类、 业务应用类、共性技术类。
互联网是虚拟的，而物联网是虚拟与现实的结合，是网络在现实世界里真正大 规模的应用。
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1.1 揭开物联网的神秘面纱 1.1.3 物联网与互联网的关系 （2）物联网能解决互联网所不能 互联网的本质在于构建了一个虚拟的资源共享信息平台，解决了信息不对称的问题。
网上商品交易真假难辨！
电商
现在依靠互联网技术手段
（1）物联网基础类标准亟待统一 （3）物联网网络传输类标准相对完善
（2）物联网感知类标准亟需突破 （4）物联网服务支撑类标准尚待探索
（5）物联网业务应用类标准严重缺失 （6）物联网共性技术类标准亟需完善
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1.4 认识物联网技术标准
讨论
查询网络资料，分析讨论： 物联网技术为什么需要统一标准？需要在哪些方面进行标准化？
请查阅物联网的相关资料，并进行整理、分析、总结，完成“身 边的物联网”主题汇报。
《物联网工程导论》课件第1章
1.1 物联网的定义 1.2 物联网的起源 1.3 物联网的三大推动力 1.4 国家的《战略性新兴产业》解析
1.1 物联网的定义
物联网自诞生以来便引起了巨大关注，被认为是继计算 机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。 其理念是基于射频识别(RFID)、电子代码(EPC)等技术，在 互联网的基础上构造一个实现全球物品信息实时共享的实物 互联网，即物联网，如图1.1所示。
从1999年概念的提出到2010年的崛起，物联网经历了十 年历程，特别是最近两年其发展极为迅速，不再停留在单纯 的概念、设想阶段，而是逐渐成为国家战略、政策扶植的对 象。表1.2列出了物联网发展历程中的关键点。
表1.2 物联网发展历程中的关键点
2005 年 2009 年初 2009 年 6 月 2009 年 8 月 2009 年 8 月
1.3 物联网的三大推动力
1.3.1 第一大推动力：政府
1998年1月31日，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中 心做了题为《数字地球：展望21世纪我们这颗行星》的长篇 演讲。他在这篇演讲中首次提到并系统阐述了“数字地球” 这个新概念，其构想如图1.3所示。
图1.3 数字地球构想
智慧地球的应用领域如图1.4所示。ຫໍສະໝຸດ 图1.4 智慧地球应用领域
1.3.2 第二大推动力：企业
2008年，IBM提出的“智慧地球”发展战略(如图1.5所 示)，受到美国政府的高度重视。
图1.5 智慧地球的构成
1.3.3 第三大推动力：教育界与科技界
追求先进科学与前沿技术是科学家的天职。
1.4 国家的“战略性新兴产业”解析
一、抓住机遇，加快培育和发展战略性新兴产业 二、坚持创新发展，将战略性新兴产业加快培育成为先 导产业和支柱产业 三、立足国情，努力实现重点领域快速健康发展 四、强化科技创新，提升产业核心竞争力 五、积极培育市场，营造良好市场环境 六、深化国际合作，提高国际化发展水平 七、加大财税金融政策扶持力度，引导和鼓励社会投入 八、推进体制机制创新，加强组织领导
1.1 物联网的定义
物联网自诞生以来便引起了巨大关注，被认为是继计算 机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。 其理念是基于射频识别(RFID)、电子代码(EPC)等技术，在 互联网的基础上构造一个实现全球物品信息实时共享的实物 互联网，即物联网，如图1.1所示。
从1999年概念的提出到2010年的崛起，物联网经历了十 年历程，特别是最近两年其发展极为迅速，不再停留在单纯 的概念、设想阶段，而是逐渐成为国家战略、政策扶植的对 象。表1.2列出了物联网发展历程中的关键点。
表1.2 物联网发展历程中的关键点
2005 年 2009 年初 2009 年 6 月 2009 年 8 月 2009 年 8 月
1.3 物联网的三大推动力
1.3.1 第一大推动力：政府
1998年1月31日，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中 心做了题为《数字地球：展望21世纪我们这颗行星》的长篇 演讲。他在这篇演讲中首次提到并系统阐述了“数字地球” 这个新概念，其构想如图1.3所示。
图1.3 数字地球构想
智慧地球的应用领域如图1.4所示。ຫໍສະໝຸດ 图1.4 智慧地球应用领域
1.3.2 第二大推动力：企业
2008年，IBM提出的“智慧地球”发展战略(如图1.5所 示)，受到美国政府的高度重视。
图1.5 智慧地球的构成
1.3.3 第三大推动力：教育界与科技界
追求先进科学与前沿技术是科学家的天职。
1.4 国家的“战略性新兴产业”解析
一、抓住机遇，加快培育和发展战略性新兴产业 二、坚持创新发展，将战略性新兴产业加快培育成为先 导产业和支柱产业 三、立足国情，努力实现重点领域快速健康发展 四、强化科技创新，提升产业核心竞争力 五、积极培育市场，营造良好市场环境 六、深化国际合作，提高国际化发展水平 七、加大财税金融政策扶持力度，引导和鼓励社会投入 八、推进体制机制创新，加强组织领导
《物联网导论》课件
第二章：物联网协议
1
物联网协议的概述
介绍物联网协议的基本概念和作用。
2
IETF组织制定的物联网协议
探讨由IETF组织制定的物联网协议，如CoAP、MQTT等。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物联网协议的应用场景
分享物联网协议在智能家居、智慧城市等领域的应用案例。
第三章：物联网体系架构
物联网体系架构的概述
介绍物联网体系架构的基本概念 和层次结构。
物联网体系架构的层次结构 物联网体系架构举例
详细解释物联网体系架构中各个 层次的功能和相互关系。
通过实际案例展示物联网体系架 构的应用情况。
第四章：物联网中的技术考虑
物联网中的网络技术 考虑
探讨物联网中的网络技术要求 和解决方案。
物联网中的安全技术 考虑
介绍物联网安全的重要性以及 常见的安全技术考虑。
物联网导论
这是《物联网导论》的PPT课件，将带你了解物联网的基本概念、协议、体系 架构、技术考虑和应用案例。
第一章：物联网概述
物联网的定义
介绍物联网的基本概念和作 用。
物联网的特点与应用场 景
探讨物联网的特点以及在各 个领域的应用情况。
物联网的发展历程
回顾物联网的发展历史，从 初期的概念到如今已经广泛 应用。
物联网中的能源技术 考虑
讨论物联网中的能源管理和优 化技术。
第五章：物联网中的应用案例
1
智能家居系统
展示智能家居系统在提高居民生活质量和便利性方面的应用。
2
智慧医疗系统
介绍智慧医疗系统在医疗服务和健康监测方面的应用案例。
3
智慧交通系统
探讨智慧交通系统在提高交通效率和减少交通拥堵方面的应用。
《物联网导论》PPT课件
精选ppt
27
一个茶盅自从其在工厂里诞生的那一刻就内置 一个可以被自动识别的RFID芯片，从其走下流 水线到走进沃尔玛商场，其间的每一步，都能 够在任意一台联网的电脑上查到其位置和状态。 我们在沃尔玛商场里拿到这个茶盅放进自己的 购物车，直接走出沃尔玛的大门，并不需要站 在一条人龙后面排队等待沃尔玛的服务生为我 们一一结帐。大门上的检测器会自动结算，这 件茶盅和相应的价格会自动出现在大门侧栏的 显示屏上。同时它也检测出我口袋里的信用卡 卡号，然后显示出：我们将从你的招行信用卡 （尾号4567）里扣除5块人民币。
韩国也实现了类似的发展。配合 u-Korea 推出 的 u-Home 是韩国的 u-IT839 八大创新服务之 一。智能家庭最终让韩国民众能通过有线或无 线的方式远程控制家电设备，并能在家享受高 质量的双向与互动多媒体服务。
澳大利亚、新加坡、法国、德国等其他发达国 家也加快部署了下一代网络基础设施的步伐， 全球信息化正在引发当今世界的深刻变革
欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到 互联的物品网络。
国际电信联盟(ITU)的定义：物联网主要解决物 品到物品( Thing to Thing, T2T) ,人到物品 (Human to Thing, H2T) ,人到人(Human to Human,H2H)之间的互连。
精选ppt
24
物联网（The Internet of things，IOT）的 基本定义
发挥和提升现有通信网、互联网和广 播网等网络基础设施的作用；
突破传感器、控制芯片、短距离无线 通信、组网和协同处理、数学建模、 系统集成、数据管理和挖掘、协同控 制等物联网核心技术；
精选40ppt
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推进环境监测、物流管理等10个应用示 范工程，创新商业模式；
电子教案《物联网工程导论》(许磊)PPT单元二 任务二 城市交通卡口监控系统的组建
RFID系统结构
8
2.4 认识射频识别技术 2.4.1 射频识别技术的发展和现状
射频识别技术在20世纪40年代产生，最初单纯用于军事领域，从20世纪90年代开始，在单位内部 等闭环内逐步推广使用。现在随着物联网概念的产生，射频识别技术已经逐步运用到各行各业之中。
产生 阶段
探索 阶段
实现 阶段
推广 阶段
离，更小的天线尺寸。
技术相对复杂。
电导航等。
12
2.4 认识射频识别技术 2.4.3 射频识别技术的选择
如何根据实际应用需要，选择合适频段的RFID技术呢？一般考虑以下几个因素： （1）射频识别系统的成本。 （2）通信距离因素。 （3）理想的射频识别系统是工作距离长，传输速率高，功耗又低；但实际上这三者又是相互制约。 （4）系统的所在外部环境、存储器容量、安全特性也是实际应用选型中的影响因素。
电子车牌系统结构示意图
23
2.5 认识电子车牌系统
2.5.5 电子车牌系统的特点
电子车牌技术是随着RFID技术的发展而产生的行业应用，采用超高频段的无源射频识别技 术。与通用RFID技术产品相比，电子车牌系统对环境、识读速度、距离、标签寿命、信息加 密等方面都有相当高的要求。至少要具备如下六条： • 读写器与标签需要保证达到超远的读写距离及最大的检测范围； • 读写器电路设计优化，读取速度极快，才能保证能检测到高速度的运动车辆； • 标签灵敏度非常高，并且拥有可擦写超大内存，才能保证读写信息获得最高实用性和准
5
任务描述
我司作为施工单位，中标某高新区路口交通卡口监控系统项目。目前，按照 设计单位的设计要求，设备商已将相关设备提供到位。我司即日起也将按照设计 要求，完成该交通卡口监控系统的组建施工。
8
2.4 认识射频识别技术 2.4.1 射频识别技术的发展和现状
射频识别技术在20世纪40年代产生，最初单纯用于军事领域，从20世纪90年代开始，在单位内部 等闭环内逐步推广使用。现在随着物联网概念的产生，射频识别技术已经逐步运用到各行各业之中。
产生 阶段
探索 阶段
实现 阶段
推广 阶段
离，更小的天线尺寸。
技术相对复杂。
电导航等。
12
2.4 认识射频识别技术 2.4.3 射频识别技术的选择
如何根据实际应用需要，选择合适频段的RFID技术呢？一般考虑以下几个因素： （1）射频识别系统的成本。 （2）通信距离因素。 （3）理想的射频识别系统是工作距离长，传输速率高，功耗又低；但实际上这三者又是相互制约。 （4）系统的所在外部环境、存储器容量、安全特性也是实际应用选型中的影响因素。
电子车牌系统结构示意图
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2.5 认识电子车牌系统
2.5.5 电子车牌系统的特点
电子车牌技术是随着RFID技术的发展而产生的行业应用，采用超高频段的无源射频识别技 术。与通用RFID技术产品相比，电子车牌系统对环境、识读速度、距离、标签寿命、信息加 密等方面都有相当高的要求。至少要具备如下六条： • 读写器与标签需要保证达到超远的读写距离及最大的检测范围； • 读写器电路设计优化，读取速度极快，才能保证能检测到高速度的运动车辆； • 标签灵敏度非常高，并且拥有可擦写超大内存，才能保证读写信息获得最高实用性和准
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任务描述
我司作为施工单位，中标某高新区路口交通卡口监控系统项目。目前，按照 设计单位的设计要求，设备商已将相关设备提供到位。我司即日起也将按照设计 要求，完成该交通卡口监控系统的组建施工。
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单位的需求，自我定义的一种数据格式规则。有利于保护产品的知识技术产权。被未开源的产品广 泛的使用。
PART.3
任务实施
任务实施
系统组建：生态鱼塘环境监控系统
在设计和组建生态鱼塘环境监测系统时，需要选择监测并控制鱼塘环境参数的传感器和控 制设备，同时，还需要根据传感器和控制设备的特性，选择相应的网络层设备和应用层设备， 最终组建一套合理的生态鱼塘环境监控系统。结合引导案例，完成下述任务： （1）任务内容要求：
3.7 传感器输出信号的转换 3.7.2 传感器信号采集设备
传感器检测到的参数，最后是传输到应用层的智能终端上并进行实时现在，这中间还涉及到信 号采集和转换的关键设备。 （1）数据采集器
数据采集器主要是实现传感器输出信号的收集，包括模拟传感器和数字传感器，并进行适当的处 理后，在往上一级设备传输。通常，一个数据采集器可以采集多路传感器。
根据本单元的引导案例，王大爷家鱼塘养鱼过程中，人工不能实现智能管控池 塘的水温、溶解氧等影响鱼类生长的参数的现状，安装一套实时监测并控制鱼塘参 数的物联网系统显得尤为重要。
请结合该系统的功能需求，设计并组建生态鱼塘环境监控系统。
PART.2
知识准备
3.6 传感器硬件接口形式
在一个物联网系统中，感知层的传感器在感知到被测量之后，经过传感器转换后输出的信息需要传输 到网络层，最终到应用层。
3.8 数字信号协议
3.8.2 典型的通信协议
（3）P-NET协议 P-NET是一种多主控器主从式总线(每段最多可容纳32个主控器)，使用屏蔽双绞线电缆RS485，
每段总线最长1200米，每段最多可联结125个设备。
（4）自定义协议 是产品开发者没有采用任何一种现行的标准数据协议格式。而是按照产品自身特点和产品研发
无线等。 3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。
3.8 数字信号协议
3.8.2 典型的通信协议
（2）PROFIBUS协议
PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。 PROFIBUS于1989年正式成为现场总线的国际标准。
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由 网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一种通用工业标准。
具有以下几个特点： 1）标准、开放。用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。 2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、
3.6 传感器硬件接口形式 3.6.4 USB接口
USB即通用串行总线的简称，是目前电脑上应用较广泛的接口规范。
USB接口 USB接口是一种四针接口，分别用于数据传输和电源供电。USB接口速度快、连接简单，传 输速率快，支持热插拔。但是该类接口的连接牢固度不高，容易松动。
3.6 传感器硬件接口形式
3.6.5 航空插头
航空插头也可称插头座，广泛应用于各种电气线路中，起着连接或断开电路的作用。航空插头 插针的数量是不一定的，1到9针的均有，成对使用。
航空插头
航空插头具有较长的机械寿命，不仅能防止引燃，还要求在一旦引燃和起火时，能在短时间内 自灭。多种连接方式可供选择：
（a）螺纹式
（b）卡口式
（c）弹子式
环境监控系统结构示意图 传感器数据采集器将采集到的3种不同的模拟信号经过传感器数据采集器转换成RS485信号。由 于数据中心只能接收RS232信号，因此需要将传感器数据采集器输出RS485信号通过RS485转RS232接 口转换成RS232信号。
3.8 数字信号协议
传感器采集的数据会最终转换成数字信号传输到应用层系统，而这些由“0”和“1”组成的一串串数 字信号到底表达的是什么意思还需要明确。
能力目标
1.能识别传感器典型的传输接口形式 2.能分析典型的传感器数据传输格式 3.能根据需求正确连接传感器并组成系统 4.能根据系统绘制系统拓扑图
素质目标
1.培养良好的工作作风 2.培养描述工作问题、确定工作目标的能力 3.培养书面表达观点的能力 4.培养团队意思和团队协作的能力
任务描述
（2）RS485转RS232接口 RS485转RS232接口主要实现将RS485信号转换为RS232信号。转换接口是将采集设备上采集到的数
据通过转换接口，用串口转接到终端设备上，通过终端来分析采集到的数据。
RS485转RS232接口
3.7 传感器输出信号的转换 3.7.3 传感器输出信号的转换
以一个采集3个环境参数的环境监控系统为例，分析传感器信号的转换过程。
PART.4
任务评价
任务评价
课后作业 小组成员制定行动方案，分工合作完成《生态鱼塘环境模拟监控系统组建实训报告》。
1）针对生态鱼塘实现的功能依次选择系统所需设备，并说明理由。 2）根据所选的设备，画出生态鱼塘环境监控系统的硬件拓扑图。 3）在交互式动画中进行系统虚拟搭建。 （2）任务提交资料： 1）任务计划报告：包括但不限于任务目标、任务内容、分工计划。 2）生态鱼塘环境监控系统组建的技术文档，包括但不限选型依据、硬件拓扑图。 3）生态鱼塘环境监控系统搭建的过程性资料。 3）能证明每个组员参与本任务的实证资料（参与任务相关记录、图片、音视频等）。
在一块传感器输出信号转换电路板上，可以直观的观察到各种硬件接口，通过这些接口能够实现传感 器与连接设备的通讯：
传感器输出信号转换电路板 有两线座子、三线座子、USB接口、DB9接口等，这些都是常见的传感器信号输出的硬件接口。这些硬 件接口决定了传感器的选择，也决定了接入设备的选择。
3.6 传感器硬件接口形式
特点： 1）最大传输信息长度为255Bit，最大数据长度为244Bit，典型长度为120Bit。 2）网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。 3）传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。 4）站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），最多127个站点带转 发器。 5）传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。 6）当用双绞线时，传输距离最长可达9.6km，用光纤时，最大传输长度为90km。 7）传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。 8）采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。 9）数据传输服务包括循环和非循环两类。
3.6.1 直针/弯针座子
常见的直针/弯针座子包括两线座子、三线座子和四线座子。这种座子价格便宜，但连接的牢 固性不是很好，多次插拔后会影响连接的牢固度。
3.6.2工业接线端子
直针/弯针座子
目前用得最广泛的除了PCB（印制电路板）端子外，还有五金端子、螺帽端子、弹簧端子等等。
（a）PCB端子 (b) 五金端子
(c) 螺帽端子 (d) 弹簧端子
3.6 传感器硬件接口形式
3.6.3 标准串行接口
D型数据接口连接器是用于连接电子设备（比如：计算机与外设）的标准接口。因形状类似于 英文字母D，故得名D型接口。通常，用得较多的是9引脚的D型接口，即DB9。
DB9母头
DB9公头
这种接口是一种通用的接口，价格便宜，使用方便；但是由于该类接口体积较大，不适合于 对接口体积要求较高的设备。
为了了解收发双方的意图和目的，需要在这些设备间制定一些规则，按照特定的数据格式进行传输。 所谓数据格式是数据保存在文件或记录中的编排格式，可为数值、字符或二进制数等形式，通常，也 称之为通讯协议。
3.8.1 通信协议的含义
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。 通信协议主要由以下三个要素组成： 语法：
3.7 传感器输出信号的转换
3.7.1 传感器的信号输出形式
根据不同的信号输出形式，可将传感器分为模拟传感器和数字传感器。
（1）模拟量传感器 模拟量传感器主要有电流、电压和频率3种信号输出形式。 1）电流输出型 2）电压输出型 3）频率（脉冲）输出型
（2）数字量传感器 数字量传感器的输出信号由“0”和“1”组成，“0”和“1”分别对应的是低电平和高电平。 1）RS232信号 2）RS485信号
单元三 认识物联网典型行业应用—智慧生态农庄
任务二 生态鱼塘环境监控系统的组建
引导案例
智慧生态农庄
引导案例
智慧生态农庄
讨论
分析视频中使用了哪些传感器，及传感器信号传输的接口形式。
目标与任务
1
知识准备
2
目录
3
任务实任务目标
知识目标
1.了解传感器的硬件接口形式 2.了解传感器的信号输出形式 3.了解传感器的数字信号协议 4.掌握传感器输出信号的转换过程
即如何通信，包括数据的格式、编码和信号等级（电平的高低）等。 语义：
即通信内容，包括数据内容、含义以及控制信息等。 定时规则（时序）：
即何时通信，明确通信的顺序、速率匹配和排序。
3.8 数字信号协议
3.8.2 典型的通信协议
（1）Modbus协议 Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的。
PART.3
任务实施
任务实施
系统组建：生态鱼塘环境监控系统
在设计和组建生态鱼塘环境监测系统时，需要选择监测并控制鱼塘环境参数的传感器和控 制设备，同时，还需要根据传感器和控制设备的特性，选择相应的网络层设备和应用层设备， 最终组建一套合理的生态鱼塘环境监控系统。结合引导案例，完成下述任务： （1）任务内容要求：
3.7 传感器输出信号的转换 3.7.2 传感器信号采集设备
传感器检测到的参数，最后是传输到应用层的智能终端上并进行实时现在，这中间还涉及到信 号采集和转换的关键设备。 （1）数据采集器
数据采集器主要是实现传感器输出信号的收集，包括模拟传感器和数字传感器，并进行适当的处 理后，在往上一级设备传输。通常，一个数据采集器可以采集多路传感器。
根据本单元的引导案例，王大爷家鱼塘养鱼过程中，人工不能实现智能管控池 塘的水温、溶解氧等影响鱼类生长的参数的现状，安装一套实时监测并控制鱼塘参 数的物联网系统显得尤为重要。
请结合该系统的功能需求，设计并组建生态鱼塘环境监控系统。
PART.2
知识准备
3.6 传感器硬件接口形式
在一个物联网系统中，感知层的传感器在感知到被测量之后，经过传感器转换后输出的信息需要传输 到网络层，最终到应用层。
3.8 数字信号协议
3.8.2 典型的通信协议
（3）P-NET协议 P-NET是一种多主控器主从式总线(每段最多可容纳32个主控器)，使用屏蔽双绞线电缆RS485，
每段总线最长1200米，每段最多可联结125个设备。
（4）自定义协议 是产品开发者没有采用任何一种现行的标准数据协议格式。而是按照产品自身特点和产品研发
无线等。 3）Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。
3.8 数字信号协议
3.8.2 典型的通信协议
（2）PROFIBUS协议
PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。 PROFIBUS于1989年正式成为现场总线的国际标准。
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由 网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一种通用工业标准。
具有以下几个特点： 1）标准、开放。用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。 2）Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、
3.6 传感器硬件接口形式 3.6.4 USB接口
USB即通用串行总线的简称，是目前电脑上应用较广泛的接口规范。
USB接口 USB接口是一种四针接口，分别用于数据传输和电源供电。USB接口速度快、连接简单，传 输速率快，支持热插拔。但是该类接口的连接牢固度不高，容易松动。
3.6 传感器硬件接口形式
3.6.5 航空插头
航空插头也可称插头座，广泛应用于各种电气线路中，起着连接或断开电路的作用。航空插头 插针的数量是不一定的，1到9针的均有，成对使用。
航空插头
航空插头具有较长的机械寿命，不仅能防止引燃，还要求在一旦引燃和起火时，能在短时间内 自灭。多种连接方式可供选择：
（a）螺纹式
（b）卡口式
（c）弹子式
环境监控系统结构示意图 传感器数据采集器将采集到的3种不同的模拟信号经过传感器数据采集器转换成RS485信号。由 于数据中心只能接收RS232信号，因此需要将传感器数据采集器输出RS485信号通过RS485转RS232接 口转换成RS232信号。
3.8 数字信号协议
传感器采集的数据会最终转换成数字信号传输到应用层系统，而这些由“0”和“1”组成的一串串数 字信号到底表达的是什么意思还需要明确。
能力目标
1.能识别传感器典型的传输接口形式 2.能分析典型的传感器数据传输格式 3.能根据需求正确连接传感器并组成系统 4.能根据系统绘制系统拓扑图
素质目标
1.培养良好的工作作风 2.培养描述工作问题、确定工作目标的能力 3.培养书面表达观点的能力 4.培养团队意思和团队协作的能力
任务描述
（2）RS485转RS232接口 RS485转RS232接口主要实现将RS485信号转换为RS232信号。转换接口是将采集设备上采集到的数
据通过转换接口，用串口转接到终端设备上，通过终端来分析采集到的数据。
RS485转RS232接口
3.7 传感器输出信号的转换 3.7.3 传感器输出信号的转换
以一个采集3个环境参数的环境监控系统为例，分析传感器信号的转换过程。
PART.4
任务评价
任务评价
课后作业 小组成员制定行动方案，分工合作完成《生态鱼塘环境模拟监控系统组建实训报告》。
1）针对生态鱼塘实现的功能依次选择系统所需设备，并说明理由。 2）根据所选的设备，画出生态鱼塘环境监控系统的硬件拓扑图。 3）在交互式动画中进行系统虚拟搭建。 （2）任务提交资料： 1）任务计划报告：包括但不限于任务目标、任务内容、分工计划。 2）生态鱼塘环境监控系统组建的技术文档，包括但不限选型依据、硬件拓扑图。 3）生态鱼塘环境监控系统搭建的过程性资料。 3）能证明每个组员参与本任务的实证资料（参与任务相关记录、图片、音视频等）。
在一块传感器输出信号转换电路板上，可以直观的观察到各种硬件接口，通过这些接口能够实现传感 器与连接设备的通讯：
传感器输出信号转换电路板 有两线座子、三线座子、USB接口、DB9接口等，这些都是常见的传感器信号输出的硬件接口。这些硬 件接口决定了传感器的选择，也决定了接入设备的选择。
3.6 传感器硬件接口形式
特点： 1）最大传输信息长度为255Bit，最大数据长度为244Bit，典型长度为120Bit。 2）网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。 3）传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。 4）站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），最多127个站点带转 发器。 5）传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。 6）当用双绞线时，传输距离最长可达9.6km，用光纤时，最大传输长度为90km。 7）传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。 8）采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。 9）数据传输服务包括循环和非循环两类。
3.6.1 直针/弯针座子
常见的直针/弯针座子包括两线座子、三线座子和四线座子。这种座子价格便宜，但连接的牢 固性不是很好，多次插拔后会影响连接的牢固度。
3.6.2工业接线端子
直针/弯针座子
目前用得最广泛的除了PCB（印制电路板）端子外，还有五金端子、螺帽端子、弹簧端子等等。
（a）PCB端子 (b) 五金端子
(c) 螺帽端子 (d) 弹簧端子
3.6 传感器硬件接口形式
3.6.3 标准串行接口
D型数据接口连接器是用于连接电子设备（比如：计算机与外设）的标准接口。因形状类似于 英文字母D，故得名D型接口。通常，用得较多的是9引脚的D型接口，即DB9。
DB9母头
DB9公头
这种接口是一种通用的接口，价格便宜，使用方便；但是由于该类接口体积较大，不适合于 对接口体积要求较高的设备。
为了了解收发双方的意图和目的，需要在这些设备间制定一些规则，按照特定的数据格式进行传输。 所谓数据格式是数据保存在文件或记录中的编排格式，可为数值、字符或二进制数等形式，通常，也 称之为通讯协议。
3.8.1 通信协议的含义
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。 通信协议主要由以下三个要素组成： 语法：
3.7 传感器输出信号的转换
3.7.1 传感器的信号输出形式
根据不同的信号输出形式，可将传感器分为模拟传感器和数字传感器。
（1）模拟量传感器 模拟量传感器主要有电流、电压和频率3种信号输出形式。 1）电流输出型 2）电压输出型 3）频率（脉冲）输出型
（2）数字量传感器 数字量传感器的输出信号由“0”和“1”组成，“0”和“1”分别对应的是低电平和高电平。 1）RS232信号 2）RS485信号
单元三 认识物联网典型行业应用—智慧生态农庄
任务二 生态鱼塘环境监控系统的组建
引导案例
智慧生态农庄
引导案例
智慧生态农庄
讨论
分析视频中使用了哪些传感器，及传感器信号传输的接口形式。
目标与任务
1
知识准备
2
目录
3
任务实任务目标
知识目标
1.了解传感器的硬件接口形式 2.了解传感器的信号输出形式 3.了解传感器的数字信号协议 4.掌握传感器输出信号的转换过程
即如何通信，包括数据的格式、编码和信号等级（电平的高低）等。 语义：
即通信内容，包括数据内容、含义以及控制信息等。 定时规则（时序）：
即何时通信，明确通信的顺序、速率匹配和排序。
3.8 数字信号协议
3.8.2 典型的通信协议
（1）Modbus协议 Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的。