《物联网技术概论》课件第3章.ppt

1、第3章 物联网中的感知技术 第3章 物联网中的感知技术 3.1 射频识别技术射频识别技术(RFID)原理原理3.2 RFID应用实例应用实例3.3 现代传感器简介现代传感器简介3.4 智能传感器智能传感器第3章 物联网中的感知技术 3.1 射频识别技术射频识别技术(RFID)原理原理3.1.1 RFID概述概述1RFID的基本组成的基本组成一套完整的一套完整的RFID系统如图系统如图3-1所示，是由阅读器所示，是由阅读器(读写读写器器)与电子标签及计算机应用软与电子标签及计算机应用软件系统三个部分组成的。其工作原理是阅读器发射一个特定频率的无线电波，能量通过天线提供给电子标签，当标签进入磁场后

2、，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(对于无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(对于有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至计算机系统进行数据处理。第3章 物联网中的感知技术 图3-2 各种各样的电子标签 第3章 物联网中的感知技术 阅读器根据使用的结构和技术不同，可以是只读器或读写器，它是RFID系统信息控制和处理中心。读写器是利用射频信号从待识别目标读取或向目标写入信息的设备，其主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主

3、机以供处理。阅读器由主控部分、信号转换部分、射频收发部分等组成，是射频识别系统的核心。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过以太网(Ethernet)或无线局域网(WLAN)等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。第3章 物联网中的感知技术 不同的读写器，其识别距离、消耗功率、天线增益都有很大差别。阅读器又称为读卡器，根据应用场合不同，RFID读卡器可以是手持式或固定式，接触式或非接触式，如图3-3所示。其尺寸最小可以达到1.6 mm1.2mm0.25 mm。当前阅读器成本较高，而且大多只能工

4、作在单一频率点。未来的阅读器的价格将大幅降低，并且支持多个频率点，能自动识别不同频率的标签信息。第3章 物联网中的感知技术 图3-3 接触式和非接触式读卡器 第3章 物联网中的感知技术 计算机系统在整个RFID系统中主要用来分析和存储读写器得到的一些信息，并完成相关的通信功能，读写器和计算机之间一般都留有通信接口，用来进行双向通信。相关数据库存储一些大型数据信息，以备查询和使用。这里值得一提的是RFID中间件这一概念，RFID中间件是介于前端读写器硬件模块与后端数据库和应用软件之间的重要环节，它是RFID应用部署运作的中枢。第3章 物联网中的感知技术 RFID电子标签和阅读器工作时所使用的频率

5、称为RFID工作频率。目前RFID使用的频率跨越低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)等多个频段，如图3-4所示。RFID频率的选择影响信号传输的距离、速度等，同时还受到各国法律法规的限制。其相对应的代表性频率分别为：低频135 kHz以下(读写距离较短，在1 m左右)、高频13.56 MHz(读写距离在10 m左右)、超高频(860960)MHz(用于远距离识别和快速移动的物体)、微波2.4 GHz与5.8 GHz。生产厂商大多遵循国际电信联盟的规范。目前，RFID使用的频率有6种，分别为135 kHz、13.56 MHz、(43.392)MHz、(860930)MHz(

6、即UHF)、2.45 GHz以及5.8 GHz。第3章 物联网中的感知技术 图3-4 RFID的工作频率 第3章 物联网中的感知技术 2电子标签的分类电子标签的分类RFID按照能源的供给方式分为无源电子标签、有源电子标签、半无源电子标签三种。无源RFID标签本身不带电池，需要外界提供能量才能工作，即其发射电波及内部处理器所要的能量均来自阅读器，阅读器在发出电磁波的同时，将部分电磁能量转化为供电子标签工作的能量，所以无源标签又称为被动式标签。无源电子标签产生电能的装置是天线和线圈，只有当天线和线圈进入RFID阅读器的工作区域时，天线才能接收到特定的电磁波，线圈才会产生感应电流，经过整流和稳压后作

7、为电子标签的工作电压。因此，无源电子标签电能较弱，数据传输距离和信号强度受到限制。但由于被动式标签结构简单、经济实用，因而获得广泛的应用。无源RFID主要使用135 kHz、13.56 MHz这两种频率。第3章 物联网中的感知技术 有源标签通常由内置电池供电，它利用自身的射频能量主动地向读写器发送数据信号，因而又称为主动式标签。有源标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应也部分地转换为标签与阅读器通信所需的射频能量。主动式标签在阅读器没有询问时，进入休眠状态或低功耗状态，当阅读器询问时，电子标签被唤醒并发送数据，这样可以减少电池消耗，也可减少电磁辐射噪声。有源电子标签工作因其电

8、能充足，信号传输距离较远，一般在30 m以上，适用于远距离读写的应用场合。但有源电子标签成本要更高一些，且随着标签内电池的消耗，数据传输距离变短，可能会影响系统的工作。第3章 物联网中的感知技术 3.1.2 RFID组成结构与工作原理组成结构与工作原理如前所述，RFID系统一般由阅读器(读写器)、电子标签、计算机系统组成，如图3-5所示。在具体的应用中，根据不同的应用目的和应用环境，RFID 系统的组成会有所不同，但一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线等部分组成。第3章 物联网中的感知技术 图图3-5 RFID系统组成系统组成 第3章 物联网中的感知技术 3.1.3 阅读器和标签的信息

9、传递的基本原理阅读器和标签的信息传递的基本原理RFID阅读器及电子标签之间的通信及能量感应方式可以分成电感耦合方式和反向散射耦合方式两种。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，它依据的是电磁感应定律，而反向散射耦合则利用雷达中发射的电磁波遇到目标后反射而携带回目标信息原理实现信息传递。一般低频的RFID大多采用第一种方式，而较高频的RFID大多采用第二种方式。第3章 物联网中的感知技术 电感耦合的电路如图3-6所示。无源电子标签一般工作在电感耦合方式，图中的Us是射频振荡器，即射频辐射源。阅读器的天线就是电感L1，电感L1和电容C1组成的谐振电路谐振于Us的工作频率上，此时，电感线圈中i的电流

10、最大，高频电流i产生的磁场H穿过线圈，并有一部分磁力线穿过电子标签(应答器)的电感线圈L2，通过感应在L2上产生电压u2，将U2整流给大电容C3充电，即可产生电子标签工作所需的直流电压。电感线圈L1和L2也可视为变压器的初级、次级线圈，但它们之间的耦合很弱，主要用于小电流电路。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统，识别作用距离小于1 m。第3章 物联网中的感知技术 图图3-6 电感耦合方式的电路组成电感耦合方式的电路组成 第3章 物联网中的感知技术 雷达原理为反向散射耦合方式提供理论依据。在雷达系统中，发射的电磁波在空中遇到物体时，其能量的一部分被目标所吸收，而另一部分被散射

11、到各个方向。在散射的能量中又有一小部分被发射的天线所接收，通过对接收的回波信号分析，就可以得到有关反射目标的有关信息。目标反射电磁波的效率通常随频率的升高而增强，所以，反向散射耦合方式一般适合于特高频、超高频和微波工作频段，阅读器和电子标签的距离大于1 m的远距离射频识别系统。图3-7给出了反向散射耦合方式的电路。第3章 物联网中的感知技术 不管是哪种耦合方式，空中的无线传输是通过天线的发送和接收完成的。在发送时，天线向空中介质辐射电磁能量，而接收时，天线从周围介质中检测出电磁波，因此，天线产生的信号的方向性是关键属性。一般来说，低频段信号是全方向性的，能量向四面八方辐射，而在高频段只有聚焦成

12、为有方向性的波束才能有效传播，因此，高频天线的设计是RFID射频识别系统的关键技术。第3章 物联网中的感知技术 图图3-7 反向散射耦合方式的电路反向散射耦合方式的电路 第3章 物联网中的感知技术 RFID 应用支撑软件除了标签和阅读器上运行的软件外，介于阅读器与互联网之间的中间件是其中的一个重要组成部分。该中间件为具体应用提供一系列计算功能，在电子产品编码(Electronic Product Code，EPC)规范中被称为Savant。Savant 定义了阅读器和应用两个接口，其主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从阅读器传往企业应用的数据量。同时Savant还提供与

13、其他RFID 支撑系统进行互操作的功能。第3章 物联网中的感知技术 3.1.4 RFID的安全性的安全性1安全性安全性从安全性考虑，一个完善的RFID工作系统应该具有保密性、真实性、完整性和可用性。1)保密性RFID电子标签中包含许多生产者和消费者的信息和隐私，这些数据一旦被攻击者取得，商业各方的隐私权将无法得到保障。因此，电子标签不能向未授权读写器泄漏任何敏感信息。第3章 物联网中的感知技术 2)真实性在RFID系统的许多应用中，电子标签的身份认证是非常重要的。因为不法者可以伪造电子标签，也可以通过某种方法隐藏标签，使读写器无法识别真标签，从而实施物品转移或使电子标签失去作用。3)完整性在R

14、FID的通信、传输过程中，通常使用消息认证来进行数据完整性的检验。数据的完整性能够保证接收者得到的信息在传输过程中没有被攻击者替换或篡改，也不能因故障自行丢失信息。第3章 物联网中的感知技术 4)可用性一个合理的RFID方案，其安全协议和算法的设计不应过于复杂，应尽可能减少用户密钥计算开销。它所提供的各种服务能被授权者方便使用。能有效防止非法者攻击。要尽量减少能耗。第3章 物联网中的感知技术 2安全风险安全风险在RFID系统设计中必须注意以下安全风险。1)RFID自身的访问缺陷成本低廉的标签很难具备保证安全的能力，非法用户可以用合法的读写器与标签进行通信，容易获取标签内的所有数据。2)通信链路

15、的安全问题与有线连接不同的是，RFID的数据通信是无线链路，无线传输的信号是开放的，这就给非法用户带来了侦听的可能，即所谓通信侵入。第3章 物联网中的感知技术 3)读写器内部的安全风险RFID所遇到的安全问题要比通常计算机网络的安全问题复杂得多。因为在其读写器中，除了中间件完成数据的传输选择、时间过滤和管理外，它只能提供用户业务接口，而不能提供让用户自行提升安全性能的接口。为了预防以上风险，应当加强访问控制、标签控制和消息加密。第3章 物联网中的感知技术 3.2 RFID应用实例应用实例RFID应用系统主要分为EAS(电子产品防护)系统、便携式数据采集系统、网络系统和定位系统四种类别。EAS系

16、统是一种设置在需要控制物品出入门口的RFID系统；便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器来采集RFID标签上的数据；在网络系统中，固定布置的RFID阅读器分散布置在给定的区域，阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机一般安装在移动的物体和人身上；定位系统用于对车辆、船舶等运动体进行定位。第3章 物联网中的感知技术 RFID技术的典型应用包括：商业流通和供应管理；生产制造和装配；航空行李处理；邮件/快运包裹处理；文档追踪/图书馆管理；食品安全与检测；危险品管理与运输；医疗卫生管理；城市一卡通；门禁控制/电子门票；道路自动收费。下面给出一个基于RFID的仓储系统应用实例。

17、产品入库时，在成品包装车间，工人先将RFID电子标签贴在产品上，成批装箱后贴上箱标，需打托盘的也可在打完托盘后贴上托盘标，如图3-8所示。第3章 物联网中的感知技术 图图3-8 贴有贴有RFID电子标签的产品入库电子标签的产品入库 第3章 物联网中的感知技术 包装好的产品由装卸工具经由RFID阅读器与天线组成的通道进行入库。RFID设备自动获取入库数量并记录于系统，如贴有托盘标的，每托盘货物信息通过进货口读写器写入托盘标，同时形成订单数据关联，通过计算机仓储管理信息系统运算出库位，通过网络系统将存货指令发到仓库客户端(或叉车车载系统)，叉车员按照要求存放到相应库位。入库完成后，系统更新库存资料

18、，并标注各批次货物的库位信息。第3章 物联网中的感知技术 出库时，物流部门的发货人根据销售要求的发货单生成出库单：即根据出库优先级(比如生产日期靠前的优先出库)向仓库查询出库货物存储仓位及库存状态，如有客户指定批号则按指定批号查询，并生成出库货物提货仓位及相应托盘所属货物和装货车辆。领货人携出库单至仓库管理员，仓管员核对信息并安排叉车司机执行对应产品出库。叉车提货经过出口闸，出口闸RFID阅读器读取托盘上的托盘标获取出库信息，并核实出货产品与出库单中列出产品批号与库位是否正确。出库完毕后，仓储终端提示出库详细供管理员确认，并自动更新资料到数据库，如图3-9所示。第3章 物联网中的感知技术 图3

19、-9 贴有RFID电子标签的产品出库 第3章 物联网中的感知技术 盘库时，工作人员可采用手持阅读器定期盘库，近距离读取货物标签信息，并与后台管理系统比对，人工盘点库位货物品种、数量、生产日期是否与后台系统一致。如不一致，可现场对系统信息进行修正。此盘库方式可将企业盘库时间缩短85%，大大提高了工作效率，同时还可增加盘库的周期，如图3-10所示。第3章 物联网中的感知技术 图图3-10 贴有贴有RFID电子标签的产品的盘库电子标签的产品的盘库 第3章 物联网中的感知技术 3.3 现代传感器简介现代传感器简介 3.3.1 光纤传感器光纤传感器光纤传感器如图3-12所示，它是近年出现的新型器件，可以

20、测量多种物理量，如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以在恶劣的环境中完成现有的测量技术难以完成的测量任务，如在狭小的空间里、在强电磁干扰下、在高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。第3章 物联网中的感知技术 图3-12 光纤传感器 第3章 物联网中的感知技术 光纤传感器分为两大类。一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器，称为传感型(功能型)传感器；另一类是光纤仅仅起传输光波的作用，必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才能构成的传感器，这类称为传光型(非功能型)传感器。功能型的光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于

21、光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。第3章 物联网中的感知技术 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅。如图3-13所示，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输，反射波长和光栅周期的关系为=2n，其中，n为

22、光纤芯的折射率，为光栅的周期。第3章 物联网中的感知技术 图图3-13 光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感器的工作原理 第3章 物联网中的感知技术 光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。根据被测参量的不同，光纤传感器又可分为位移、压力、温度、流量、速度、加速度、震动、应变、电压、电流、磁场、化学量、生物量等各种光纤传感器。目前已经使用的光纤传感器可测量物理量达70 多种。第3章 物联网中的感知技术 光纤具有很多优异的性能，例

23、如：抗电磁干扰和原子辐射的性能；径细、质软、重量轻的材质性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等。它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理极限，接收人的感官所感受不到的外界信息。光纤凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，成为传感器家族中的后起之秀，在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用。第3章 物联网中的感知技术 3.3.2 红外传感器红外传感器红外传感器也是一种现代新型传感器。它是利用红外线为介质的测量系统，是将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件，通常称为红外探测器。按照探测机理可分为光子探测器和热探

24、测器。光子探测器是利用某些半导体材料在红外辐射下产生光子效应，使材料的电学性质发生变化，通过测量电学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。热探测器是利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而使其有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。第3章 物联网中的感知技术 由一种高热电系数的材料制成探测元件，在热释电红外探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。由于人体辐射的红外线中心波长为(910)m，而探测元件

25、的波长灵敏度在(0.220)m范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过波长范围为(710)m的光，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收。红外探测元件和装有滤光片的红外传感器如图3-14所示。第3章 物联网中的感知技术 图3-14 红外探测元件和装有滤光片的红外传感器 第3章 物联网中的感知技术 热释电红外传感器是利用温度变化的特征来探测红外线的辐射，采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。其产品应用广泛，例如，保险装置，防盗报警器，感应门，自动灯具，智能玩具等。第3章 物联网中的感知技术 人体都有恒定

26、的体温，一般在37，所以会发出特定波长10 m左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10 m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10 m左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。体温测量与报警系统如图3-15所示。第3章 物联网中的感知技术 图3-15 人体体温测量与报警系统 第3章 物联

27、网中的感知技术 红外无损探伤仪可以在对部件结构无任何损伤前提下检查部件内部缺陷。例如利用红外辐射探伤仪能检查两块金属板的焊接质量；利用红外探伤仪可检测金属材料的内部裂缝。当红外辐射扫描器连续发射一定波长的红外光通过金属板时，在金属板另一侧的红外接收器也同时连续接收到经过金属板衰减的红外光；如果金属板内部无断裂，辐射扫描器在扫描过程中，红外接收器收到的是等量的红外辐射；如果金属板内部存在断裂，则红外接收器辐射扫描器在扫描到断裂处时所接收到的红外辐射值与其他地方的不一致，利用图像处理技术，就可以显示出金属板内部缺陷的形状。第3章 物联网中的感知技术 红外气体分析仪基于如下原理：红外线对不同浓度组分

28、的气体，其吸收的辐射能量不同，则剩下的辐射能使检测器里的温度升高不同，导致动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电信号，就可间接测量出待分析组分的浓度。例如，二氧化碳对于波长为2.7 m、4.33 m和14.5 m红外光吸收相当强烈，且吸收谱相当宽，即存在吸收带。根据实验分析，只有4.33 m吸收带不受大气中其他成分的影响，因此，可以利用这个吸收带来判别大气中的CO2的含量。第3章 物联网中的感知技术 3.3.3 超声波传感器超声波传感器 超声波是一种频率高于20 kHz声波的机械波，这个频率由换能晶片在电压的激励下发生振动产生。超声波具有频率高、波长短、绕射现象小的特点，尤其是

29、方向性好、能够成为射线而定向传播。超声波传感器也是一种现代新型传感器。它以超声波作为检测手段，习惯上称为超声换能器或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分为直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。各种各样的超声探头如图3-16所示。第3章 物联网中的感知技术 图图3-16 各种各样的超声探头各种各样的超声探头 第3章 物联网中的感知技术 超声波传感器结构与工作原理如下：当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形，

30、另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器(即所谓双压电晶片元件)施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上机理，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。第3章 物联网中的感知技术 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断因其具有使受检者无痛苦、无损害，方法简便，显像清晰，诊断的准确率高等特点而受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，其中有代表性的一种所谓的利用超声波的反射A型方法。这种

31、方法是当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面时，在该界面就会产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。第3章 物联网中的感知技术 超声波传感器具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。此外，超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光下不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面时会产生显著反射而形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。超声波传感器悄无声息地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波与信

32、息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。第3章 物联网中的感知技术 3.4 智智能能传传感感器器目前，压阻式压力传感器已得到广泛的应用，但其测量准确度受到非线性和温度的影响，很难用于高精确度测量。利用计算机对非线性和温度变化产生的误差进行修正，对其进行智能处理后，可取得非常满意的效果。如在环境温度变化为(1060)的范围内，压阻式压力传感器的精确度几乎保持不变。第3章 物联网中的感知技术 智能传感器就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。智能传感器系统基于现代综合技术和当今世界正

33、在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范化的定义。早期，人们简单、机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”。关于智能传感器的中、英文称谓，目前也尚未统一。John Brignell和Nell White认为“Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器的称谓，而“Smart Sensor”是美国人对智能传感器的俗称。第3章 物联网中的感知技术 概括而言，智能传感器的主要功能是：(1)具有自校零、自标定、自校正功能；(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

34、自动进行检验、自选量程、自寻故障；(5)具有数据存储、记忆与信息处理功能；(6)具有双向通信、标准化数字输出或者符号输出功能；(7)具有判断、决策处理功能。第3章 物联网中的感知技术 目前，智能传感器的发展还处于开始阶段，由几块相互独立模块电路与传感器组装在同一壳体里，便构成智能式传感器。未来智能式传感器应该是传感器、信号调理电路和微型计算机等集成在同一芯片上，成为超大规模集成化的高级智能式传感器。它是将敏感元件、信号变换、运算、记忆和传输功能部件分层次集成在一块半导体硅片上，构成多功能三维智能传感器。在智能传感器的基础上，传感器输出信号从有线向无线发展。最后我们以测温系统为例，展望传感技术“

35、有线”向“无线”发展的趋势。第3章 物联网中的感知技术 传统的温度测量通常采用带有电缆的有线连接方式，但对于有些场合，如旋转或移动物体的温度测量，环境恶劣使人员无法涉足之处，不宜采用有线的环境，随着智能温度传感器的应用，并从节省布线成本考虑，测温技术开始从“有线”向“无线”发展。采用无源声表面波谐振器的无线温度测量虚拟仪器系统如图3-17所示，引入信号处理方法和反馈控制，降低了系统成本，提高了测量精度和测量距离，结合通用计算机平台和数据I/O板卡，通过软件进行灵活控制，可根据不同环境以及测量过程自动调节测量参数，实现自适应检测。当发射功率为100 mW时，无线检测距离为4 m处，谐振频率重复测量的不确定度约为0.09 kHz，3 m处对温度测量灵敏度的不确定度约为0.1。第3章 物联网中的感知技术 图3-17 无线测温系统