第11章 智能化网络化传感器技术
智能传感器网络技术的研究和应用
智能传感器网络技术的研究和应用随着科技的不断发展，智能传感器网络技术已经成为了现代化社会不可或缺的重要组成部分，为人类带来了无数的便利和创新。
智能传感器网络技术是指基于微型传感器和通信技术，通过将传感器节点组成一个智能化的网络系统，实现对环境、物体、生命等信息的实时采集、处理、传输和控制，以实现人类对于生产、生活、安全等多方面的需求。
在传统的传感器网络技术中，每个传感器节点都是独立的、无标识的，无法精确地定位和识别。
而智能传感器网络技术则将每个传感器节点都作为智能化的单独存在，拥有独立的标识和定位功能，并且每个传感器节点都能够进行自主决策和协作。
这种智能化的传感器网络系统可以实现基于实时数据的实时反馈和自主决策，减少了人类社会的依赖和干预。
智能传感器网络技术的研究智能传感器网络技术的研究，主要包括传感器网络节点、网络拓扑结构、能量管理、信息安全等几个方面的研究。
传感器网络节点是传感器网络系统中的核心部分，其性能直接关系到系统的稳定性和效率。
因此，当前的研究工作主要集中于传感器节点硬件设计、传感器数据处理算法的研究和计算机模拟仿真。
网络拓扑结构是指传感器网络系统中传感器节点之间的连接方式，包括星形、树形、网状等结构形式。
目前的研究工作主要集中在如何选择最优的拓扑结构，并根据不同应用场景和需求制定有效的路由协议和网络规划方案。
能量管理是指传感器节点生存期和性能问题，如何有效地管理和利用传感器节点的能量，是智能传感器网络技术研究的重点问题之一。
目前研究的主要方向包括能量采集、能量传输、能量跨层协同等方面的研究。
信息安全是智能传感器网络技术研究中必须考虑的问题之一。
在保证传感器数据安全和隐私的前提下，如何有效地实现通信安全、数据加密，是信息安全方面的研究重点。
智能传感器网络技术的应用智能传感器网络技术的应用范围广泛，包括环境监测、智能交通、智慧城市、农业和医疗等领域。
在环境监测方面，智能传感器网络技术可以实现对自然环境的监测和预警，例如气象、水文、地质灾害等方面的监测。
传感器原理与应用第十一章
11.1 物联网概述
11.1.1 物联网概念
从Internet of Things（IOT）的字面意思“物物相连的互联网” 可知其包含有两层意思：第一，物联网的基础仍然是互联 网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用 户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换 和通讯。其较为严格的定义是指：通过射频识别（RFID）、 无线传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息设备，按 约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交 换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理 的一种网络。
物联网（Internet of Things）是由装备了计算机和传感器的物体彼此互联形 成的一个新兴的信息网络，是一个提供事物信息自动化地跟踪、追溯和控 制的基础平台。物联网的出现使得整个世界能够被智能地感知、更加互联 互通，并能够产生更智慧的洞察。 随着互联网、传感技术和纳米技术的发展，互联网的泛在化成为新的发展 趋势。当前物联网的研究工作，强调利用RFID技术和无线感知技术实现人 与物、物与物的信息交流和通讯。
11.1.3 物联网的功能特征
物联网可以分成公共物联网和专用物联网，公共物联网是指可以连接所有物品、覆盖某个社会行 政区域的、与公共互联网连接的、作为真正社会的公共信息基础设施的物联网；专用物联网是指 连接某些特定物品的、覆盖某个特定机构区域或作为该机构内部特殊用途的物联网。公共物联网 必须包括公共物联网系统以及公共物联网技术体系，公共物联网需要一个标准的技术体系，包括 物品标识的技术标准体系，物品信息传递的技术标准体系，以及物品数据处理和服务的技术标准 体系。智慧城市、智慧中国、智慧地球都属于公共物联网，都需要一个公共物联网技术体系的支 撑，进而形成一个公共物联网的系统。 专用物联网可以包括专用物联网系统以及专用物联网技术体系，专用物联网可以构造一个面向特 定应用领域的标准技术体系，同样包括了物品标识、物品信息传递、以及物品数据处理和服务的 技术体系。从扩展角度考虑，专用物联网最好参照公共物联网的标准。但是，在物联网发展的初 级阶段，专用物联网发展必然领先于公共物联网的发展，专用物联网制定的技术标准不一定被公 共物联网技术体系采纳，这样，早期发展的专用物联网技术可能成为被淘汰的技术。智慧工厂、 智慧校园、智慧医院、智慧商场、智慧仓库都是一些典型的专用物联网系统，目前的这些物联网 系统是无法实现互联、互通、互操作的，这是专用物联网系统本身的局限性造成的，这些局限性 使得专用物联网无法具有物联网的全部特征，大部分专用物联网也不需要具备物联网的全部特征。
智能传感技术介绍课件(2024)
05
智能传感技术发展趋势与挑战
2024/1/29
20
技术创新方向预测
微型化与集成化
随着微电子技术的发展，智能传 感器将趋向微型化、集成化，实 现更高精度的测量与更广泛的应
用。
2024/1/29
智能化与网络化
借助人工智能、大数据等技术，智 能传感器将具备自学习、自决策能 力，同时通过网络实现互联互通， 构建智能传感网络。
2024/1/29
33
数据分析和结论总结
2024/1/29
• 根据实验数据，评估传感器的性能指标和优缺点 。
34
数据分析和结论总结
结论总结
分析实验结果与预期目标的 差异，探讨可能的原因和改 进措施。
2024/1/29
总结实验过程中遇到的问题 和解决方法，提出改进意见 和建议。
根据实验结果和数据分析， 得出关于智能传感器设计和 制作的结论和启示。
2024/1/29
嵌入式系统与微处理器在智能传感技术中的应用
实现传感器的智能化、网络化、集成化等功能，提高传感器的测量速度、精度和可靠性。同时，嵌入式系统 和微处理器还可以实现传感器的自诊断、自校准等功能，提高传感器的维护性和使用寿命。
14
04
典型应用场景分析
2024/1/29
15
工业自动化领域应用
2024/1/29
传感器通过敏感元件感受被测量，然后通过转换元件将敏感元件感受到的被测量转换成电信号或其他形 式的信号输出。
8
传感器类型与特点
根据传感器的工作原理，传感器可分为电阻式、电容式、电感式 、压电式、热电式、光电式等多种类型。
电阻式传感器利用电阻应变效应原理，将被测量转换成电阻值的 变化；电容式传感器则是将被测量的变化转换成电容量的变化。
传感器的发展方向——网络化智能传感器
传感器的发展方向——网络化智能传感器摘要：随着我国新时代的不断改革与发展，传感器也得到了迅速的发展，从最开始的机械传感器发展到现在的网络化智能传感器，相比于传统的传感器而言，网络智能化传感器更符合企业对于信息传播发展的要求，促进了我国社会与经济的快速发展。
基于此，相关的部门应对网络智能化传感器的发展进行深度探究，以保障能将其高效地运用到社会生活之中，加快我国经济社会的发展步伐。
关键词：网络化智能传感器；发展方向；社会发展网络化智能传感器是随着信息技术与网络发展衍生出的新型传感器，这种传感器是设计人员运用的不同的加工制造方法和设计方法设计的，其扩展性能更好，使用性能更佳，更加安全可靠。
将其运用到各行各业之中，不仅能够实现对原始数据的加工处理，也能有效地提高其经济使用价值，正如当前的温度、家庭安全和环境监测等网络智能传感器，在社会之中都得到了广泛地应用，有效地推动了我国各行各业的经济发展，也有效地满足了信息化时代人们对于信息智能化快速传播的需求。
本文则对网络化智能传感器的特点、设计和应用做了如下研究：一、传感器的发展通俗来说，智能传感器是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。
而且智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能，具有很高的线性度和低的温度漂移，降低了系统的复杂性、简化了系统结构。
与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化，这都意味着网络化智能传感器在社会中有着重要的应用价值，相关部门应加强对网络化智能传感器的设计，以保障其在社会中的应用价值。
在快速发展的时代背景之下，人们对于传感器的使用要求越来越高，这就使得传统的传感器已经不符合企业工作要求，反而会出现延误工期和生产效率的问题，但是通过对新型的网络化智能传感器的应用，可以以其网络化传递信息的快速性能，以及智能化分析信息的性能，实现对各种设备的有效健康分析，加强对工作设备健康运行的保证，可促进企业生产效率和产量的不断提升，加快企业经济发展的步伐。
网络化智能传感器.
VI和Web结合的基本模ternet
虚拟仪器
虚拟仪器
虚拟仪器
图1
虚拟仪器与WWW结合模型
可以看出，在虚拟仪器的基础上，增加其登陆 因特网及网络浏览的功能，就可以实现基于Web 的 网络化仪器了。从这一角度讲，基于Web的网络化 仪器是虚拟仪器技术的延伸与扩展。
该传感器模型是采用BFOOT-66051（一种带有定制Web 页的嵌入式以太网控制器）来设计的： STIM（Smart Transducer Interface Module，智能变 送器接口模块）用以连接传感器 NCAP（Network Capable Application Processor，网 络适配器）用以连接Ethernet或Internet。 STIM内含一个支持IEEEP1451数字接口的微处理器， NCAP通过相应的P1451.2接口访问STIM，每个NCAP网 页中的内容通过PC机上的浏览器可以在Internet上读取。 STIM和NCAP接口有专用的集成模块问世，如 EDI1520，PLCC-44，可以在片上系统实现具有 Internet/Intranet 功能的网络化智能传感器集成。
DataSocket服务器
DataSocket是National Instrument提供的一种 编程工具，是面向测控领域的网络通信技术。 DabSocket技术基于Microsoft的COM和ActiveX技术， 对TCP/IP协议进行高度封装，面向测量和自动化应用， 用于共享和发布实时数据。依靠DataSocket和网络 技术，人们将能更有效地控制远程仪器设备，在任何 地方进行数据采集、分析、处理和显示，获得正确的 测量、控制和诊断结果。 是一种基于TCP／IP工业标准的网上实时高速动态 数据交换编程新技术 。
物联网中的智能传感器网络技术教程
物联网中的智能传感器网络技术教程智能传感器网络技术在物联网中扮演着至关重要的角色。
它们负责收集和传输各种环境和物体的实时数据，为物联网系统提供基础信息。
本文将介绍智能传感器网络技术在物联网中的原理、应用和未来发展趋势。
一、智能传感器网络技术原理智能传感器网络技术是物联网的基石，它利用传感器节点和无线通信技术构建起一个分布式、自组织的网络系统。
传感器节点通过感知环境和物体的信息，并将所采集到的数据通过无线通信传输到中心节点或云端服务器进行处理和分析。
智能传感器网络技术包括传感器节点、无线通信模块、数据处理模块和能量管理模块等核心组件。
传感器节点负责采集环境和物体的数据，并将其转化为数字信号。
无线通信模块负责数据的传输，常见的无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等。
数据处理模块对传感器采集的数据进行处理和分析，提取有用的信息。
能量管理模块负责传感器节点的供电管理，包括电池管理和低功耗设计等。
二、智能传感器网络技术应用智能传感器网络技术具有广泛的应用前景。
它可以应用于智能家居、智能城市、环境监测、工业自动化等领域。
1. 智能家居：智能传感器网络技术可以应用于智能家居系统中，实现对家庭环境进行监测和控制。
通过传感器节点采集室内温度、湿度、光照强度等数据，并通过无线通信传输到中心节点，实现对家居环境的自动化调控。
2. 智能城市：智能传感器网络技术可以应用于智能城市建设中，实现对交通、环境、能源等方面的智能监测和管理。
例如，通过传感器节点采集路况数据，实时监测交通状况，并通过无线通信传输到交通管理中心进行交通调度和优化。
3. 环境监测：智能传感器网络技术可以应用于环境监测领域，实现对大气、水质、土壤等环境参数的实时监测和分析。
通过传感器节点采集环境数据，并通过无线通信传输到监测中心进行数据处理和分析，为环境保护和资源管理提供支撑。
4. 工业自动化：智能传感器网络技术可以应用于工业自动化领域，实现对生产过程的实时监测和控制。
细说网络化智能传感器
细说网络化智能传感器传感器作为一种获取信息的重要工具，在工业生产、科学技术等领域发挥着重大的作用。
但随着微处理器技术的迅猛发展以及测控系统自动化、智能化的发展，传统的传感器已与各种微处理器相结合，并连入网络，形成了带有信息检测、信号处理、逻辑思维等一系列功能的智能，传感器。
1网络化智能传感器简介网络化智能传感器使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多点检测发展；从被动检测向主动进行信息处理方向发展；从就地测量向远距离实时在线测控发展。
网络化使得传感器可以就近接入网络，传感器与测控设备间再无需点对点连接，大大简化了连接线路，易于系统的维护和扩充。
网络化智能传感器一般由信号采集单元、数据处理单元和网络接口单元组成。
这3个单元可以是采用不同芯片构成合成式的，也可以是单片式结构。
网络化智能传感器的核心便是嵌入式微处理器。
嵌入式微处理器具有体积小、功耗低、可靠性高、可抗干扰能力强等特点。
本系统就是采用嵌入式微处理器作为核心，使用数字式的温度传感器作为采集单元。
系统设计中采用的是信息技术领域最新的B／S(Brower／Server，浏览器／服务器)结构，用浏览器作为统一的客户端，无需安装软件，使用起来更加方便。
2系统硬件设计2．1总体框架采用的嵌入式微处理器LPC2210是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16／32位ARM7TDMI—S CPU的微控制器。
功耗极低，具有多个32位定时器、8路10位ADC、P WM输出以及多达9个外部中断，特别适用于工业控制、医疗系统；由于内置了宽范围的串行通信接口，也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软Modem以及其他类型的应用。
该嵌入式Web智能温度传感器系统设计的总体框架如图1所示。
2．2电源模块LPC2200系列ARM7微控制器均要使用2组电源，I／O口供电电源为3．3V，内核及片内外设供电电源为1．8V应用系统。
如图2所示，首先由CZl电源接口输入9V直流电源，二极管D1防止电源反接，经过C1和C2两个电容进行滤波；然后，通过LM7805将电源稳压至5V，再使用LDO芯片(低压差电源芯片)稳压输出3．3V及1．8V电压。
网络化智能传感器
上一页
下一页
IEEE1451.2的实现
返
回
上一页
下一页
3. IEEE 1451.3标准
定义一个标准的物理接口，以多点设置的方式 连接多个分散的传感器。
在某些情况下，不可能把NCAP嵌入在传感器 中。IEEE 1451.3标准以一种“小总线”方式 实现传感器总线接口模块（TBIM），这种小 总线因足够小且便宜可以轻易地嵌入到传感器 中，从而允许通过一个简单的控制逻辑接口进 行大量的数据转换。
返 回 上一页 下一页
IEEE1451.2标准规定的数据表格
– 总体TEDS（Meta-TEDS）：包含这个STIM的总体 信息，如TEDS数据结构，最坏情况下的时序参数 和通道数等； – 通道TEDS（Channel TEDS）：包含该通道的具体 信息，如上、下限，物理单位，预热时间，有无自 检测，不确定度，数据模型，标定模型以及触发参 数等。 – 标定TEDS（Calibration TEDS）：包含最新的标 定数据、标定间隔以及支持多段标定模型所需的全 部参数。 – 总体识别TEDS（Meta-Identification TEDS）：提 供了STIM识别信息的人工可读的版本，内容包括 制造商、类型号、序列号、日期和产品描述；
– 扩展TEDS（Generic Extension TEDS Data Block）： 它也是可选的，用于实现对1451.2的扩展。
返 回 上一页 下一页
1. IEEE 1451.1标准
IEEE 1451.1是应用现有的各种网络技术， 开发出从智能传感器到网络的标准连接 方法，而对使用何种网络协议和网络收 发器没有限制。
串口数据时钟 启动地址或数据传输 触发信号 1.触发应答 2.数据传输应答 由STIM使用,向NCAP请求任务
补充1网络化智能传感器
网络化智能传感器在工业自动化、环境监测、智能家居等领 域中发挥着至关重要的作用，能够提高生产效率、降低能耗 、保障人民生命财产安全，对经济社会的发展具有重要意义 。
02
网络化智能传感器的技 术原理
传感器技术
传感器类型
01
包括温度、湿度、压力、位移、速度、加速度等传感器，以及
生物传感器、化学传感器等。
特点
网络化智能传感器具有高精度、高可靠性、自适应性、远程可操作性等特点， 能够广泛应用于工业自动化、环境监测、智能家居等领域。
发展趋势与重要性
发展趋势
随着物联网、云计算、大数据等技术的不断发展，网络化智 能传感器正朝着低成本、微型化、高集成度、高智能化等方 向发展，为各行业提供更高效、精准的监测和感知解决方案 。
隐私保护
通过匿名化和去标识化技术，隐藏敏感信息，保护用 户隐私。
传感器网络的稳定性与可靠性
1 2
冗余设计
在网络中部署多个传感器节点，确保在某个节点 发生故障时，其他节点仍能正常工作。
容错机制
建立有效的容错机制，检测并处理传感器网络中 的故障和异常，提高整个网络的稳定性。
3
自适应调整
根据环境变化和网络状态，自适应调整传感器节 点的参数和工作模式，确保网络的可靠性。
03
网络化智能传感器的应 用领域
工业自动化
01
02
03
生产监控
通过网络化智能传感器， 实时监测生产线上各种设 备的运行状态，确保生产 过程的稳定性和效率。
质量控制
通过传感器采集生产过程 中的各种数据，进行实时 分析，及时发现并解决潜 在的质量问题。
能源管理
传感器能够监测设备的能 耗情况，为企业提供数据 支持，实现能源的有效利 用和管理。
第11章 智能传感器
2.数字信号处理器DSP（digital
signaol
processor） DSP比一般单片机或MCU运算速度快， 可供实时信号处理用。 典型的DSP可在不到100ns（10-9秒）的 时间内执行数条指令。这种能力使其可获得 最高达20MIPS（百万条指令每秒）的运行速 度，是通常MCU的10~20倍。 DSP经常以MOPS（百万次操作每秒）的 速度工作，MOPS的速度要高于MIPS数倍以 上。
5.微型计算机
当然，期望的数字信号处理硬件也可以用 微型计算机来实现。 这样组合成的计算型智能传感器就不是一 个集成单片传感功能装置，而是一个智能传 感器系统了。 今后，计算型智能传感器还将进一步利用 人工神经网络、人工智能、多重信息融合等 技术，从而具备分析、判断、自适应、自学 习能力，完成图像识别、特征检测和多维检 测等更为复杂的任务。
图11－5 智能压力传感器构成框图
气象参数测试仪 气象参数测试仪也是一台计算型智能传感 器，其结构组成如图11-6所示。 （1）实现风向、风速、温度、湿度、气压的 传感器信号采集； （2）对采集的信号进行处理、显示； （3）实现与微型计算机的数据通信，传送仪 器的工作状态、气象参数数据。
11.2.2
传感器1
模 ／ 数 变 换
传感器2
数字 信号 处理 硬件
数 ／ 模 变 换
输出
传感器3
电源
图11-3 计算型智能传感器基本结构图
现今已有硅芯片等多种半导体和计算机 技术应用于数字信号处理硬件的开发。 典型的数字信号处理硬件有如下几种： 1.微控制器MCU（Microcontroller Units） 微控制器MCU实际上是专用的单片机。 其包括微处理器、ROM和RAM存储器、时钟 信号发生器和片内输入输出端口I/O等。其结 构如图11-4所示。
智能传感器与传感器网络
多功能化
智能传感器正朝着集成多种传感器的 方向发展，实现更全面的参数检测。
网络化
智能传感器正与物联网技术深度融合， 实现更高效的数据传输和处理。
02
传感器网络技术
传感器网络的定义与特点
定义
传感器网络是由一组能够自组织形成网络的传感器节点组成的网络，这些节点 通过无线通信方式进行数据传输和协作，以实现对特定环境和对象的信息感知、 采集、处理和监测等功能。
智能化
智能传感器将具备更高级的信息处理和学习能力，能够自主完成更 复杂的任务，提高系统的智能化水平。
无线化
无线传感器网络将逐渐普及，传感器节点间的通信将更加便捷，降低 布线成本，提高系统的灵活性。
应用领域拓展
1 2
工业自动化
智能传感器和传感器网络将在工业自动化领域发 挥重要作用，实现生产过程的实时监控、智能控 制和优化管理。
智能传感器与传感器网络
• 智能传感器概述 • 传感器网络技术 • 智能传感器与传感器网络的融合 • 智能传感器与传感器网络的关键技
术 • 智能传感器与传感器网络的未来展
望
01
智能传感器概述
定义与特点
定义
智能传感器是一种集成了微处理 器和各种传感器的器件，能够实 现数据采集、处理和传输等功能 。
传感器网络的通信协议
MAC协议
用于协调节点之间的无线信道访问，避免冲突和 干扰。
路由协议
负责将数据从源节点传输到汇聚节点，选择最优 的传输路径。
数据融合协议
对多个传感器节点的数据进行融合处理，提高数 据的准确性和可靠性。
传感器网络的典型应用
环境监测
智能交通
用于监测空气质量、温 湿度、噪声等环境参数。
物联网中的智能传感器网络技术使用教程
物联网中的智能传感器网络技术使用教程随着物联网技术的迅速发展，智能传感器网络成为实现物联网连接和数据采集的重要组成部分。
智能传感器网络技术可以为物理世界中的各种设备和系统提供实时监测、数据采集和控制能力，为用户提供高效、智能化的服务。
本文将介绍物联网中的智能传感器网络技术的基本概念、组成结构以及使用教程。
一、智能传感器网络的概念与特点智能传感器网络是一种由传感器节点组成的分布式网络系统，这些传感器节点能够感知周围环境并将数据传输给其他节点或中心服务器。
与传统的传感器网络相比，智能传感器网络具有以下特点：1. 多节点组成：智能传感器网络由多个传感器节点组成，每个节点都能够独立地感知和处理数据。
2. 自组织能力：智能传感器节点可以根据网络拓扑结构进行自组织和自配置，使得网络的部署更加灵活和可靠。
3. 实时通信：智能传感器网络支持实时数据传输和通信，能够将环境监测和控制指令及时传达给其他节点或中心服务器。
4. 分布式智能：智能传感器节点具备一定的智能处理能力，能够在本地对数据进行处理，减少对中心服务器的依赖。
二、智能传感器网络的组成结构智能传感器网络由传感器节点、传感器网络协议和中心服务器组成。
1. 传感器节点：传感器节点是智能传感器网络的基本单元，每个节点都包含传感器、处理器、无线通信模块和电源等组件。
传感器负责感知环境参数，处理器负责数据处理和算法运算，无线通信模块负责与其他节点或中心服务器进行通信。
2. 传感器网络协议：传感器网络协议是智能传感器网络实现通信和数据传输的重要规范。
常见的传感器网络协议包括ZigBee、LoRa、WiFi、Bluetooth等，不同的协议适用于不同的应用场景和要求。
3. 中心服务器：中心服务器是智能传感器网络的数据处理和存储中心，负责接收、处理和存储传感器节点发送的数据。
中心服务器可以将数据进行分析和挖掘，提供用户需要的服务和支持。
三、智能传感器网络的使用教程1. 设计网络拓扑结构：在使用智能传感器网络之前，需要根据具体应用场景和要求设计网络拓扑结构。
传感器网络技术在工业智能化中的应用
传感器网络技术在工业智能化中的应用一、简介随着工业化进程的加速，工业生产方式也在逐渐走向智能化，传感器网络技术也随之应用于工业生产中。
本文将讨论传感器网络技术在工业智能化中的具体应用。
二、传感器网络技术简介传感器网络技术是通过利用大量的无线传感器节点，来感知和收集环境中各种参数并进行传输和处理的一种网络技术。
其主要作用在于实时感知和采集信息，并将信息传输到监控系统进行处理和分析。
传感器网络技术在工业智能化中发挥着重要的作用，主要体现在以下几个方面。
三、工业生产过程监测和控制通过传感器网络技术，可以对生产过程中各种参数进行实时监测和控制，把握生产过程中的关键数据，及时发现和纠正存在的问题，从而提高生产效率和保证产品质量。
如在生产过程中，对温度、湿度、气压等参数进行监测，通过传感器可以实现数据的实时采集与传输，从而及时发现温度异常或其它预警信号，保证产品质量。
四、能源管理传感器网络技术在工业生产中还可以应用于能源管理。
通过监测工厂内各个区域的能耗情况，可以通过分析和处理工厂的历史数据，来进行能源的优化管理，从而降低能源消耗和企业的能源费用。
五、安全监测在工业生产中，安全问题一直是重中之重。
传感器网络技术可以帮助企业对生产区域进行实时监测和分析，保障工人的安全和生产的稳定。
如对于机械设备的运行情况进行实时监测，通过分析历史数据，可以预防设备损坏，保证安全生产。
六、环境监测传感器网络技术还可以用于对企业环境的实时监测和控制。
如对于企业废水、废气的排放进行实时监测和控制，以达到环境保护和节能减排的目的。
七、总结传感器网络技术为工业智能化提供了强有力的技术支持，可以帮助企业设计和优化生产过程，提升生产效率和产品质量。
同时，传感器网络技术还可以在环境保护、能源管理等方面发挥着重要的作用，为工业化进程做出更加积极的贡献。
网络智能化传感技术发展浅析
网络智能化传感技术发展浅析网络智能化传感技术是指将传感器与网络技术相结合，实现传感器数据的实时监测、采集、处理和远程控制的技术。
近年来，随着物联网技术的发展，网络智能化传感技术在各个领域都有广泛的应用，如智慧城市、工业控制、环境监测等。
本文将从技术发展、应用场景和挑战等方面对网络智能化传感技术进行浅析。
首先，网络智能化传感技术的发展主要得益于传感器技术的进步。
随着微电子技术、通信技术和信息处理技术的不断发展，传感器的体积变得越来越小，功耗越来越低，同时性能也有了质的提升。
现代传感器不仅能够实现对温度、湿度、压力等常见参数的测量，还能够实现对光、声、运动等更加复杂的参数的测量。
传感器的多元化和智能化为网络智能化传感技术的应用提供了基础。
其次，网络智能化传感技术的应用场景越来越广泛。
在智慧城市领域，网络智能化传感技术可以实现对城市交通流量、空气质量、垃圾桶余量等信息的实时监测，从而实现城市资源的合理调度和优化。
在工业控制领域，网络智能化传感技术可以实现对生产过程的实时监测和控制，实现生产效率的提高和成本的降低。
在环境监测领域，网络智能化传感技术可以实现对大气、水源、土壤等环境参数的实时监测，从而为环境保护和灾害预警提供有效的数据支持。
然而，网络智能化传感技术的发展也面临一些挑战。
首先是传感器数据的处理和分析问题。
网络智能化传感技术会产生大量的传感器数据，如何高效地对这些数据进行处理和分析，提取其中有价值的信息，是一个亟待解决的问题。
其次是网络安全问题。
网络智能化传感技术涉及大量的数据传输和共享，如何保证数据的安全性和隐私性，防止黑客攻击和数据泄露，是一个重要的挑战。
此外，还涉及到网络智能化传感技术的标准化和规范化问题，如何实现不同系统和设备之间的互联互通，提高系统的兼容性和可扩展性，也是一个需要解决的问题。
综上所述，网络智能化传感技术在技术发展、应用场景和挑战等方面都取得了一定的进展。
随着物联网技术的不断发展，网络智能化传感技术将更加广泛地应用于各个领域，为社会经济的发展和人们的生活提供更多的便利和安全。
传感与检测技术ppt课件
（2）数据融合的空间性
数据融合的空间性表示对同一时刻不同空间位置的多传感器观测值进行数据融合。
利用多传感器在同一时刻的观测结果进行数据融合时，要考虑数据融合的空间性。
15
实际应用中，为获得观测目标的准确状态，往往需要同时考虑 数据融合的时间性与空间性。具体情况有： 1)先对每个传感器在不同时间的观测值进行融合，得出每个传感器 对目标状态的估计，然后将各个传感器的估计进行空间融合，从而 得到目标状态的最终估计。 2)先对同一时间不同空间位置的各传感器的观测值进行融合，得出 各个不同时间的观测目标估计，然后对不同时间的观测目标估计按 时间顺序进行融合，得出最终状态。 3)同时考虑数据融合的时间性与空间性，即上述(a)、(b)同时进行， 这样可以减少信息损失，提高数据融合系统的实时性。但同时进行 的难度大，只适合于大型多计算机的数据融合系统。
数据融合可分为三个层次：像素级融合17、特征级融合和决策级融合: （1）像素级融合
直接在采集到的原始数据层上进行的融合为像素级融合。这种融合在各种传感 器的原始观测信息未经预处理之前就进行数据综合分析，是最低层次的融合。 （2）特征级融合
6
看门狗电路 （NE555）
+5V稳压电源 （7805）
电磁干扰 滤波器
图11.2 由智能温度传感器构成温度测控系 统的电路框图
220V 50Hz电源
2. 分布式光纤温度传感器系统9
分布式光纤温度传感器系统是一种能实时测量空间温度场的高新 科技产品。它能连续测量光纤沿线所在处的温度，信号传输距离 可达几千米，空间定位精度为1m。它具有精度高、数据传输速度 快、自适应能力强等优点，可取代传统的电缆式温感火灾探测系 统。最近，我国自行开发的分布式光纤温度传感器系统采用先进 的半导体激光技术、光纤光学滤波技术、高速光电转换和信号采 集技术。其测量原理是在给光纤注入一定能量和宽度的激光脉冲 时，它就在传输的同时不断产生后向散射光波。这些后向散射光 波的状态与所在光纤散射点的温度有关，将散射回来的光波经过 波分复用、检测、解调后，再进行信号处理便可获得温度信号， 最终显示出实时温度值。
第11章 智能化网络化传感器技术
第11章 智能化网络化传感器技术
11.2.2、智能传感器的功能
智能传感器一般都有下列全部或部分功能：
1、具有自校零、自标定、自校正；
2、具有自动补偿功能； 3、能够自动采集数据，并对数据进行预处理； 4、能够自行进行检验、自选量程、自寻故障； 5、具有数字存储、记忆与信息处理功能；
6、具有双向通讯、标准化数字输出或符号输出功能；
第11章 智能化网络化传感器技术
11.5.1、WSN的网络结构
WSN包括传感器节点（sensor
node）、会聚节点（sink node） 和管理站（manager station）。
节点通过自组织方式构成 网络,传输的数据可能被 多个节点处理,经多跳变 路由到汇聚节点
发布任务,收集数据传给 互连网或卫星,到达管理 站
5、高分辨力 通过软件进行数字滤波和数据融合、神经网络技术等相关 分析可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，保证对特定 参数测量的分辨能力。 6、高信噪比 通过软件进行数字滤波和相关分析处理，可以去除输入 数据中的噪声，提取有用数据，大大提高传感器的信噪比。 7、高性价比 采用廉价的集成电路工艺、芯片以及软件来实现其高性能， 因此，与传统的传感器相比，在相同精度条件下，可以取得 较高的性能价格比。
第11章 智能化网络化传感器技术
11.4、传感器网络
发展历史:
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点
对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，称 为第一代传感器网络。 随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同 时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过
与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的
第11章 智能化网络化传感器技术
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SERCOS
IPCA HP-IB(IEEE-488) Arenet WorldFIP Filbus
第11章 智能化网络化传感器技术
建筑及办公自动化
BACnet IBIbus Building Automation Industry Intellegent Building Institute
Batibus
第11章 智能化网络化传感器技术
8、自适应性强 智能传感器的判断、分析与处理功能使其具备根据系统 工作环境和内容决定各部分的最佳工作状态，如确定与上位 机的数据传输速率、最低功耗状态、测量量程选择等。 9、超小型化、微型化 随着微电子技术的迅速推广，智能传感器正朝着短、小、 轻、薄的方向发展，以满足航空、航天及国防尖端技术领域 的需要，并且为开发便携式、袖珍式检测系统创造了有力条 件。 10、微功率 降低功耗对智能传感器具有重要意义，这不仅可简化系 统电源和散热电路的设计，延长智能传感器的使用寿命，还 为进一步提高智能传感器的集成度创造了条件。
第11章 智能化网络化传感器技术
11.4、传感器网络
发展历史:
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点
对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，称 为第一代传感器网络。 随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同 时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过
与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的
第11章 智能化网络化传感器技术
11.2.2、智能传感器的功能
智能传感器一般都有下列全部或部分功能：
1、具有自校零、自标定、自校正；
2、具有自动补偿功能； 3、能够自动采集数据，并对数据进行预处理； 4、能够自行进行检验、自选量程、自寻故障； 5、具有数字存储、记忆与信息处理功能；
6、具有双向通讯、标准化数字输出或符号输出功能；
比特率、循环冗余码校验（CRC）
等许多参数。表11.1给出了智能 传感器独特的网络协议。
第11章 智能化网络化传感器技术
工业
Hart DeviceNet, Remote I/O Smart Distributed Systems SP50 Fieldbus Lon Talk /Lon Works Profibus DP/PA ASI Bus InterBus-S Seriplex Rosemount Allen-Bradley Honeywell ISP+World FIP=Fieldbus Fieldbus Foundation Echelon Corp DIN(Germany), Siemens ASI Association InterBus-S Club, Phoenix Automated Process Control(API Inc) VDW(German tool manufacturers assoc) Pitney Bowes Inc Hewlett-Packard Datapoint WorldFIP Gespac
第11章 智能化网络化传感器技术
无线传感器网络是新一代的传感器网络，将会给人类 的生活和生产的各个领域带来深远影响。 如美国，非常重视无线传感器网络的发展，美国 的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更 是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商 业周刊》 预测的未来四大新技术中，无线传感器网络 也列入其中。
传感器网络，这是第二代传感器网络。
第11章 智能化网络化传感器技术
上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络， 各节点通过传感或控制参数实现与环境的交互，节点的关 联性是通过无线通信实现，节点的组成和功能包括传感单 元、处理单元、通信单元、电源四部分无线传感器网络逐 渐形成。
现场总线:指现场装置与控制室内的自动装置之间的 数字式、串行、多点通信的数据总线。 简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统420mA模拟信号及普通开关量信号的传输。
5、高分辨力 通过软件进行数字滤波和数据融合、神经网络技术等相关 分析可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，保证对特定 参数测量的分辨能力。 6、高信噪比 通过软件进行数字滤波和相关分析处理，可以去除输入 数据中的噪声，提取有用数据，大大提高传感器的信噪比。 7、高性价比 采用廉价的集成电路工艺、芯片以及软件来实现其高性能， 因此，与传统的传感器相比，在相同精度条件下，可以取得 较高的性能价格比。
号经处理和转化后由接口送至微处理器部分进行运算处理。 11.1.3、高级形式
传感器部分+信号预处理电路+输入输出接口+微处理器等集成在同
一块芯片上，形成大规模集成电路智能传感器。
第11章 智能化网络化传感器技术
11.2、智能传感器的构成、功能与特点
11.2.1、智能传感器的构成
图11-2 智能传感器的组成框图
11.1、智能传感器的分类
11.1.1、初级形式 敏感元件+（智能）信号调理电路。(如简单的自动校零、非线性的自
动校正、温度自动补偿功能，这些简单的智能化功能是由硬件来实现的，所以
称为智能信号调理电路。)
11.1.2、中级形式 非集成智能传感器，即传感器+微处理器构成。将敏感元件、信号调
理电路封装在一个外壳里形成一个完整的传感器系统，传感器的输出信
11.5.2、无线传感器节点构成
一个传感器节点一般由五个主要部分组成：
1、控制器。控制器处理所有的相关数据，具有通信功能。还具有丰富的 电源管理功能，这对节点的功耗控制是重要的。两种低功耗的微控制 器：TI公司的MSP430系列和Silicon labs公司的C8051F9xx系列单片机。 2、存储器。存储器存储数据和中间节点。通常，程序和数据使用不同类型 的存储器。 3、传感器和执行器。它们是与外围设备的真正接口：该设备可以观测和控 制环境的物理参数。 4、通信。为了将节点联网，需要一个可以在无线信道上发送和接收消息的 设备。通常采用的是将收发功能合为一体的无线收发机.
7、具有判断、决策处理能力。
第11章 智能化网络化传感器技术
11.2.3、智能传感器的特点
1、高精度 通过自动校正实现自动调零；自动进行非线性系统误差的校正；
通过对采集的大量数据进行统计处理以消除偶然误差的影响。
2、宽量程: 智能传感器的测量范围很宽，具有很强的过载能力。 3、多功能
能进行多参数、多功能综合测量，扩大测量与使用范围，而且其输 出可以多种形式，如RS232串口输出、SPI(Serial Peripheral Interface--串 行外设接口）串口输出、I2C串口输出以及模拟量输出等，这些都是智能 传感器的特色。 4、高可靠性和高稳定性
EIbus
Merlin Gerin(France)
Germany
家庭自动化
Smart House Smart House LP
CEBus
I2C
EIA
Philips
大学开发的网络协议
Michigan Delft University of Michigan
Michigan
Integrated
University of Michigan
第11章 智能化网络化传感器技术
11.4.1、传感器总线和网络协议
传感器网络协议 开发商
在许多不同协议中，每种都有 其自己的接口要求。这些要求规 定了诸如标题、数据字长和类型、
汽车
J-1850, J-1939(CAN) J1567 C2D J2058 CSC SAE J2106 Token Slot CAN VAN A-Bus D2 B MI-Bus SAE SAE(Chrysler) Chrysler SAE(General Motors) Robert Bosch GmbH ISO Volkswagen AG Philips Motorola
第11章 智能化网络化传感器技术
大量传感器通过数据总线与中央计算机相连构成传 感器网络。
工作过程:当一个传感器被激活向中央计算机发送信
息时，这个传感器的地址便被选中，传感器切换到数字 数据线路。中央计算机能够对不同种类的测试进行初始
化和重新校准，每个传感器都和同一数据总线连接。而
专用传输协议可以保证灵活的不受干扰的数据流传输。 不同生产厂家(开发商)有不同总线,不同总线有不同协 议,很难协调.
第11章 智能化网络化传感器技术
传感器节点与汇聚节点的区别:
传感器节点处理能力、存储能力、通信能力有限，由电 池供电。 汇聚节点处理能力、存储能力、通信能力较强，连接传 感器网络与Internet等外部网，实现两种协议栈之间的 通信协议转换，同时发布检测任务，收集数据发送到
外网。
第11章 智能化网络化传感器技术
第11章 智能化网络化传感器技术
11.3.2、集成智能传感器的实现方法
传感器的集成化主要有3中情况： 1、将多个功能完全相同的敏感单元集成在同一个芯片上，用来测量被测 量的空间分布信息，例如压力传感器阵列或CCD器件。 2、对多个结构相同，功能相近的敏感单元进行集成，例如将不同气敏传 感元集成在一起组成“电子鼻”，利用各种敏感单元对不同气体的交
第11章 智能化网络化传感器技术
11.5.1、WSN的网络结构
WSN包括传感器节点（sensor
node）、会聚节点（sink node） 和管理站（manager station）。
节点通过自组织方式构成 网络,传输的数据可能被 多个节点处理,经多跳变 路由到汇聚节点
发布任务,收集数据传给 互连网或卫星,到达管理 站
第11章 智能化网络化传感器技术
第11章 智能化网络化传感器技术
第11章 智能化网络化传感器技术
概
况
智能传感器构成:传感器、A/D转换器、信号处理器、存
储器（或寄存器）和接口电路。并且它是在硬件的基础