第3章 物聯(lián)網(wǎng)傳感器介紹

1、1傳感器的時代 物聯(lián)網(wǎng)來了物聯(lián)網(wǎng)來了感知識別技術(shù)融合物理世界和信息世界，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)最獨特的部分。感知識別技術(shù)融合物理世界和信息世界，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)最獨特的部分。3第第3章章 物聯(lián)網(wǎng)傳感器介紹物聯(lián)網(wǎng)傳感器介紹傳感器簡介與常見分類傳感器簡介與常見分類3.1幾種常用傳感器和智能傳感器幾種常用傳感器和智能傳感器3.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNWSN）簡介）簡介3.343.1傳感器簡介與常見分類1、傳感器概念、傳感器概念 信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。的高速發(fā)展

2、，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。 傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。 理論上講傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變理論上講傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。成便于利用的電信號的器件。 傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。量信號輸入的第一道關(guān)口。53.1傳感器簡介與常見分類 國際電工委員會（國際電工委員會（IEC）的定義）的定義為：為

3、：“傳感器是測量系傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號號”。 我國國家標準我國國家標準GB7665-87對傳感器下的定義對傳感器下的定義是：是：“能能感感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏信號的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及響應(yīng)的電子線感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及響應(yīng)的電子線路所組成。路所組成?！?3.1傳感器簡介與常見分類 常用定義常用定

4、義傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。 傳感器傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。73.1傳感器簡介與常見分類 在檢測控制系統(tǒng)和科學(xué)實驗中，需要對各種參在檢測控制系統(tǒng)和科學(xué)實驗中，需要對各種參數(shù)進行檢測和控制，而要達到比較優(yōu)良的控制性能數(shù)進行檢測和控

5、制，而要達到比較優(yōu)良的控制性能，則必須要求傳感器能夠感測被測量的變化并且不，則必須要求傳感器能夠感測被測量的變化并且不失真地將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量，這種要求主要取決失真地將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量，這種要求主要取決于傳感器的基本特性。于傳感器的基本特性。傳感器的基本特性主要分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。傳感器的基本特性主要分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。2、傳感器的性能指標、傳感器的性能指標82、傳感器的性能指標、傳感器的性能指標 靜態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)的輸入為不隨時間變化的恒定信號時，靜態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)的輸入為不隨時間變化的恒定信號時，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。 （1）線性度）線性度

6、（2）測量范圍和量程）測量范圍和量程（3）漂移）漂移（4）遲滯）遲滯（5）重復(fù)性）重復(fù)性（6）靈敏度）靈敏度（7）精度）精度（8）分辨率）分辨率（9）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性主要包括主要包括：92、傳感器的性能指標、傳感器的性能指標 動態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)的輸入為隨時間變化的信號時，系統(tǒng)動態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)的輸入為隨時間變化的信號時，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。的輸出與輸入之間的關(guān)系。 傳感器的輸入信號是隨時間變化的動態(tài)信號，這時就要求傳感器傳感器的輸入信號是隨時間變化的動態(tài)信號，這時就要求傳感器能時刻精確地跟蹤輸入信號，按照輸入信號的變化規(guī)律輸出信號。能時刻精確地跟蹤輸入信號，按照輸入信號的變化規(guī)律輸出

7、信號。 動態(tài)特性就是指傳感器對于隨時間變化的輸入信號的響應(yīng)特性，通常要求傳感器不僅能精確地顯示被測量的大小，而且還能復(fù)現(xiàn)被測量隨時間變化的規(guī)律，這也是傳感器的重要特性之一。103.1傳感器簡介與常見分類3、傳感器的常見分類、傳感器的常見分類（1）按被測參量分類按被測參量分類：A、機械量參量：如位移傳感器，速度傳感器等。機械量參量：如位移傳感器，速度傳感器等。B、熱工參量：如溫度傳感器、壓力傳感器等。熱工參量：如溫度傳感器、壓力傳感器等。C、物性參量：如物性參量：如pH 傳感器、氧含量傳感器等。傳感器、氧含量傳感器等。A、物理傳感器物理傳感器B、化學(xué)傳感器化學(xué)傳感器C、生物傳感器生物傳感器3、傳

8、感器的常見分類、傳感器的常見分類A、能量轉(zhuǎn)化型傳感器能量轉(zhuǎn)化型傳感器B、能量控制型傳感器能量控制型傳感器A、按照其所用材料的類別分：金屬聚合物、陶瓷、混合物等。按照其所用材料的類別分：金屬聚合物、陶瓷、混合物等。B、按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料等。按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料等。C、按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶、多晶、非晶、材料等。此類傳按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶、多晶、非晶、材料等。此類傳感器有半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、復(fù)合材料傳感器、金屬材料感器有半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、復(fù)合材料傳感器、金屬材料傳感器、高分子材料傳感器，超導(dǎo)材料傳感器、光纖材料傳感器

9、、傳感器、高分子材料傳感器，超導(dǎo)材料傳感器、光纖材料傳感器、納米材料傳感器等。納米材料傳感器等。3、傳感器的常見分類、傳感器的常見分類A、模擬傳感器、模擬傳感器B、數(shù)字傳感器、數(shù)字傳感器C、開關(guān)傳感器、開關(guān)傳感器 按照傳感器用途可分為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、按照傳感器用途可分為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、振動傳感器、真空度傳感器等。感器、射線輻射傳感器、振動傳感器、真空度傳感器等。133.2 幾種常用傳感器和智能傳感器1、溫度傳感器溫度傳感器主要

10、分為：主要分為： 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器 非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器143.2 幾種常用傳感器和智能傳感器2、光電傳感器光電傳感器 光電傳感器是利用光電子應(yīng)用技術(shù)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信光電傳感器是利用光電子應(yīng)用技術(shù)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號從而檢測被測目標的一種裝置。號從而檢測被測目標的一種裝置。 目前常用的光傳感器類型主要有光電管、光電倍增管和半目前常用的光傳感器類型主要有光電管、光電倍增管和半導(dǎo)體光敏元件。導(dǎo)體光敏元件。2、光電傳感器光電傳感器 光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制

11、的。來實現(xiàn)控制的。 光電傳感器部分構(gòu)成發(fā)送器、接收器和檢測電路。光電傳感器部分構(gòu)成發(fā)送器、接收器和檢測電路。2、光電傳感器光電傳感器 由光通量對光電元件的作用原理不同，所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是由光通量對光電元件的作用原理不同，所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件（光學(xué)測控系統(tǒng)）輸出量性質(zhì)光電傳感器多種多樣的，按光電元件（光學(xué)測控系統(tǒng)）輸出量性質(zhì)光電傳感器可分兩類，即可分兩類，即模擬式光電傳感器模擬式光電傳感器和和脈沖（開關(guān)）式光電傳感器脈沖（開關(guān)）式光電傳感器。2、光電傳感器光電傳感器A、檢測距離長。檢測距離長。B、對檢測物體的限制少。對檢測物體的限制少。C、響應(yīng)時間短。響應(yīng)時間短。D、

12、分辨率高。分辨率高。E、可實現(xiàn)非接觸的檢測?？蓪崿F(xiàn)非接觸的檢測。F、可實現(xiàn)顏色判別?？蓪崿F(xiàn)顏色判別。G、便于調(diào)整。便于調(diào)整。2、光電傳感器光電傳感器A、煙塵濁度監(jiān)測儀煙塵濁度監(jiān)測儀B、光控大門光控大門C、光電池在光電檢測和自動控制方面的應(yīng)用光電池在光電檢測和自動控制方面的應(yīng)用D、鬧鐘功能鬧鐘功能E、電影放音電影放音193.2 幾種常用傳感器和智能傳感器3、智能傳感器、智能傳感器 智能傳感器（智能傳感器（Intelligent Sensor）是一門現(xiàn)代綜合性技術(shù)，是）是一門現(xiàn)代綜合性技術(shù)，是當(dāng)今世界正在迅速發(fā)展的高新技術(shù)當(dāng)今世界正在迅速發(fā)展的高新技術(shù)，具有信息處理功能的傳感器。具有信息處理功能的

13、傳感器。 智能傳感器帶有微處理機，具有智能傳感器帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息采集、處理、交換信息的能的能力，是傳感器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。力，是傳感器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。NoImage203、智能傳感器、智能傳感器 與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下3個優(yōu)點個優(yōu)點：通過軟件：通過軟件技術(shù)可實現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自技術(shù)可實現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。動化能力；功能多樣化。智能傳感器的功能智能傳感器的功能是通過比較人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動作提出是通過比較人的感官和大腦

14、的協(xié)調(diào)動作提出的，隨著微電子技術(shù)及材料科學(xué)的發(fā)展，傳感器在發(fā)展與應(yīng)用過程的，隨著微電子技術(shù)及材料科學(xué)的發(fā)展，傳感器在發(fā)展與應(yīng)用過程中越來越多的地微處理器相結(jié)合，不僅具有視覺、觸覺、聽覺、味中越來越多的地微處理器相結(jié)合，不僅具有視覺、觸覺、聽覺、味覺，還有了儲存、思維和邏輯判斷能力等人工智能，主要具有特點：覺，還有了儲存、思維和邏輯判斷能力等人工智能，主要具有特點： （1） 自補償和計算功能自補償和計算功能 （6）雙向通信功能）雙向通信功能 （2）自校準功能自校準功能 （7）現(xiàn)場學(xué)習(xí)功能）現(xiàn)場學(xué)習(xí)功能 （3）自診斷功能）自診斷功能 （8）提供模擬和數(shù)字輸出）提供模擬和數(shù)字輸出 （4）復(fù)合敏感功能

15、）復(fù)合敏感功能 （9）數(shù)值處理功能）數(shù)值處理功能 （5）強大的通信接口功能）強大的通信接口功能 （10）掉電保護功能）掉電保護功能213、智能傳感器、智能傳感器（1）精度高）精度高（2）高可靠性與高穩(wěn)定性）高可靠性與高穩(wěn)定性（3）高信噪比與高分辨率）高信噪比與高分辨率（4）自適應(yīng)性強）自適應(yīng)性強（5）高性能價格比）高性能價格比3、智能傳感器、智能傳感器 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有3個層次，一是傳感網(wǎng)絡(luò)，以二維碼、RFID、傳感器為主，實現(xiàn)“物”的識別；二是傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過現(xiàn)有的Internet、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或下一代Internet，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計算；三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入輸出控制終端，包括手機等終端。

16、物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用了大量物理量、化學(xué)量和生物量等不同種類的傳感器。 在機器人領(lǐng)域中有著廣闊應(yīng)用前景，智能傳感器使機器人具有在機器人領(lǐng)域中有著廣闊應(yīng)用前景，智能傳感器使機器人具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動作。類人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動作。3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）簡介 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN） 是在一定范圍內(nèi)大量部署的微型傳是在一定范圍內(nèi)大量部署的微型傳感器節(jié)點，由這些節(jié)點通過無線通信方式形成一個多跳的自組織感器節(jié)點，由這些節(jié)點通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實時采集、相互聯(lián)系處理、傳遞信息，并將結(jié)果發(fā)送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實時采集、相互聯(lián)系處理、傳遞信息，并將結(jié)果發(fā)送給觀察者。給觀察者。3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）簡介 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、無線通信技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、無線通信技術(shù)、信息分布處理技術(shù)的綜合。信息分布處理技術(shù)的綜合。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界融無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界融合起來。合起來。3.3 無線傳感器網(wǎng)