物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成_RFID技術(shù)

1、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成_RFID_RFID技術(shù)技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)則融合了傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)則融合了傳感器技術(shù)、RFIDRFID、ZigBeeZigBee技術(shù)、技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能服務(wù)等多種技術(shù)。傳感器技術(shù)、智能服務(wù)等多種技術(shù)。一、一、RFIDRFID技術(shù)簡介技術(shù)簡介RFIDRFID技術(shù)是技術(shù)是2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代開始興起并逐漸走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)年代開始興起并逐漸走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。電子標(biāo)

2、現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。電子標(biāo)簽是簽是RFIDRFID的通俗叫法。的通俗叫法。 （1 1）非接觸操作。）非接觸操作。（2 2）無機(jī)械磨損，壽命長。）無機(jī)械磨損，壽命長。（3 3）可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，多個(gè)電子標(biāo)簽。）可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，多個(gè)電子標(biāo)簽。（4 4）讀寫器具有自身的安全性。）讀寫器具有自身的安全性。（5 5）數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法）數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理。實(shí)現(xiàn)安全管理。（6 6）讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過程，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲(chǔ)。）讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過程，實(shí)現(xiàn)安

3、全通信和存儲(chǔ)。 RFIDRFID的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。RFIDRFID技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化、物體跟蹤、交通運(yùn)輸控制管理、防偽和軍技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化、物體跟蹤、交通運(yùn)輸控制管理、防偽和軍事方面已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。事方面已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。RFIDRFID系統(tǒng)（見圖系統(tǒng)（見圖4-14-1）由三部分組成：）由三部分組成： 電子標(biāo)簽讀寫器電子標(biāo)簽讀寫器 電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽 （RFID卡）卡） 攜帶有標(biāo)簽信息攜帶有標(biāo)簽信息 的反射信息的反射信息 微波查詢信號(hào)微波查詢信號(hào) 天線天線 （1 1）電子標(biāo)簽。）電子標(biāo)簽。（3 3）讀寫器。）讀寫器。（2 2）天線。）天線。圖圖4-1 RFID4-1 RFID工作原理工

4、作原理 第一節(jié)第一節(jié) RFIDRFID技術(shù)技術(shù) 二、二、RFIDRFID的特征的特征 1 1）數(shù)據(jù)的讀寫（）數(shù)據(jù)的讀寫（Read-WriteRead-Write）機(jī)能）機(jī)能2 2）容易小型化和多樣化的形狀）容易小型化和多樣化的形狀3 3）耐環(huán)境性）耐環(huán)境性4 4）可重復(fù)使用）可重復(fù)使用5 5）穿透性）穿透性6 6）數(shù)據(jù)的記憶容量大）數(shù)據(jù)的記憶容量大7 7）系統(tǒng)安全）系統(tǒng)安全8 8）數(shù)據(jù)安全）數(shù)據(jù)安全三、三、RFIDRFID的工作原理的工作原理 RFIDRFID的應(yīng)用系統(tǒng)主要由的應(yīng)用系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽讀寫器電子標(biāo)簽讀寫器和和RFIDRFID卡卡兩部分組成。兩部分組成。 表表4-1 RFID4-1

5、 RFID同其他識(shí)別系統(tǒng)的比較同其他識(shí)別系統(tǒng)的比較 第一節(jié)第一節(jié) RFIDRFID技術(shù)技術(shù) RFIDRFID應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的工作原理工作原理是是RFIDRFID卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻前端電路檢得的數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息應(yīng)電流通過射頻前端電路檢得的數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理；所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻處理；所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天

6、線發(fā)回給讀寫器。前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器。四、四、RFIDRFID的技術(shù)分類的技術(shù)分類 （1 1）工作頻率的不同，可工作頻率的不同，可分為分為低頻低頻（3030300kHz300kHz）、）、中頻中頻（3 330MHz30MHz）和和高頻高頻系統(tǒng)（系統(tǒng)（300MHz300MHz3GHz3GHz）。）。 圖圖4-2 RFID4-2 RFID的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 第一節(jié)第一節(jié) RFIDRFID技術(shù)技術(shù) （2 2）根據(jù)）根據(jù)RFIDRFID的不同，可分為可讀寫（的不同，可分為可讀寫（RWRW）卡、一次寫入多次讀出）卡、一次寫入多次讀出（WORMWORM）卡和只讀（）卡和只讀（RORO）卡。

7、）卡。 （3 3）根據(jù)）根據(jù)RFIDRFID的有源和無源，分為有源的有源和無源，分為有源RFIDRFID標(biāo)簽和無源標(biāo)簽和無源RFIDRFID標(biāo)簽。標(biāo)簽。 （4 4）調(diào)制方式的不同，分為主動(dòng)式）調(diào)制方式的不同，分為主動(dòng)式RFIDRFID標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式RFIDRFID標(biāo)簽。標(biāo)簽。 五、五、RFIDRFID的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1 1）動(dòng)物識(shí)別）動(dòng)物識(shí)別ISO 11784ISO 11784和和ISO 11785ISO 11785技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)位序號(hào)位序號(hào)信息信息說明說明1 1動(dòng)物應(yīng)用動(dòng)物應(yīng)用1/1/非動(dòng)物應(yīng)用非動(dòng)物應(yīng)用0 0 應(yīng)答器是否應(yīng)用動(dòng)物識(shí)別應(yīng)答器是否應(yīng)用動(dòng)物識(shí)別2 21515保留

8、保留未來應(yīng)用未來應(yīng)用1616后面有數(shù)據(jù)后面有數(shù)據(jù)1/1/沒有數(shù)據(jù)沒有數(shù)據(jù)0 0 識(shí)別代碼后是否有數(shù)據(jù)識(shí)別代碼后是否有數(shù)據(jù)17172626國家代碼國家代碼說明使用國家，說明使用國家，999999表明是測試應(yīng)答器表明是測試應(yīng)答器27276464國內(nèi)定義國內(nèi)定義唯一的國內(nèi)專有的登記號(hào)唯一的國內(nèi)專有的登記號(hào)表表4-2 ISO 117844-2 ISO 11784和和ISO 11785ISO 11785標(biāo)準(zhǔn)代碼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)代碼結(jié)構(gòu) 第一節(jié)第一節(jié) RFIDRFID技術(shù)技術(shù) 2 2）非接觸智能卡）非接觸智能卡 ISO 10536ISO 10536、ISO 15693ISO 15693和和ISO 14443ISO

9、 14443技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3 3）集裝箱識(shí)別）集裝箱識(shí)別ISO 10374 ISO 10374 六、六、RFIDRFID的應(yīng)用及發(fā)展趨勢的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 目前國際制定目前國際制定RFIDRFID標(biāo)準(zhǔn)的組織比較著名的有標(biāo)準(zhǔn)的組織比較著名的有ISOISO、以美國為首的、以美國為首的EPC globalEPC global以及日本的以及日本的Ubiquitous ID CenterUbiquitous ID Center三個(gè)三個(gè) （1 1）物流：）物流：（2 2）零售：）零售：（3 3）制造業(yè)：）制造業(yè)：（4 4）服裝業(yè)：）服裝業(yè)：（5 5）醫(yī)療：）醫(yī)療：（6 6）身份識(shí)別：）身份識(shí)別：（7 7

10、）防偽：）防偽：（8 8）資產(chǎn)管理：）資產(chǎn)管理：（9 9）交通：）交通：（1010）食品：）食品：（1111）動(dòng)物識(shí)別：）動(dòng)物識(shí)別：（1212）圖書館：）圖書館：（1313）汽車：）汽車：（1414）航空：）航空：（1515）軍事：）軍事：七、七、RFIDRFID面臨的問題面臨的問題1 1標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化2 2價(jià)格問題價(jià)格問題3 3技術(shù)上需突破技術(shù)上需突破4 4涉及人員失業(yè)、隱私保護(hù)及安全問題涉及人員失業(yè)、隱私保護(hù)及安全問題第一節(jié)第一節(jié) RFIDRFID技術(shù)技術(shù) 第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)一、一、ZigBeeZigBee概述概述 ZigbeeZigbee是是IEEE 802.1

11、5.4IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞，根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)協(xié)議的代名詞，根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。ZigBeeZigBee聯(lián)盟是一個(gè)高速增長的非盈利業(yè)界組織聯(lián)盟是一個(gè)高速增長的非盈利業(yè)界組織 ZigBeeZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供聯(lián)盟的主要目標(biāo)是通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富彈性、更易用的電子產(chǎn)品。更富彈性、更易用的電子產(chǎn)品。 二、二、ZigBeeZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)描述無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)描述 ZigBeeZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，類似于是一種高可靠

12、的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMACDMA和和GSMGSM網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。ZigBeeZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通信距離從標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通信距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m75m到幾百米、幾千米，并且支持無限擴(kuò)展。到幾百米、幾千米，并且支持無限擴(kuò)展。 包裝結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由同步序言、數(shù)據(jù)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（包裝結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由同步序言、數(shù)據(jù)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRCCRC）等組成。）等組成。 第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)ZigBeeZigBee定義了兩種物理設(shè)備類型：定義了兩種物理設(shè)備類型：全功能設(shè)備（全功能設(shè)備（FFDFFD）和和精簡功能設(shè)備（精簡功能

13、設(shè)備（RFDRFD）。 交換數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型：交換數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器協(xié)調(diào)器、路由器和和終端設(shè)備終端設(shè)備。 與移動(dòng)通信的與移動(dòng)通信的CDMACDMA或或GSMGSM網(wǎng)絡(luò)不同的是，網(wǎng)絡(luò)不同的是，ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，因此它必須具有簡單、使用因此它必須具有簡單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低的方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。特點(diǎn)。 圖圖4-3 ZigBee4-3 ZigBee模塊模塊 第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)三、三、ZigBeeZigBee采用的自組織網(wǎng)通信方式

14、采用的自組織網(wǎng)通信方式 舉一個(gè)簡單的舉一個(gè)簡單的例子例子就可以說明這個(gè)問題，當(dāng)一隊(duì)傘兵空降后，每人就可以說明這個(gè)問題，當(dāng)一隊(duì)傘兵空降后，每人持有一個(gè)持有一個(gè)ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的互通的ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)。而且，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)。而且，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對(duì)象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)變化。因而，模塊

15、還可以通過重新尋找通信對(duì)象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。所謂動(dòng)態(tài)路由所謂動(dòng)態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們傳輸數(shù)據(jù)前，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 ZigBeeZigBee網(wǎng)絡(luò)層支持三種網(wǎng)絡(luò)層支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星狀（：星狀（starstar）結(jié)構(gòu)、簇狀）結(jié)構(gòu)、簇

16、狀（cluster treecluster tree）結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀（）結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀（meshmesh）結(jié)構(gòu)。）結(jié)構(gòu)。 第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)（a a）星狀結(jié)構(gòu)）星狀結(jié)構(gòu) （b b）簇狀結(jié)構(gòu)）簇狀結(jié)構(gòu) （c c）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 圖圖4-4 ZigBee4-4 ZigBee的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 四、四、ZigBeeZigBee的頻帶的頻帶 （1 1）868MHz868MHz，傳輸速率為，傳輸速率為20kbit/s20kbit/s，適用于歐洲。，適用于歐洲。（2 2）915MHz915MHz，傳輸速率為，傳輸速率為40kbit/s40kbit/s，適用于北美。，適用于

17、北美。（3 3）2.4GHz2.4GHz，傳輸速率為，傳輸速率為250kbit/s250kbit/s，全球通用。，全球通用。第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)五、五、ZigBeeZigBee性能分析性能分析 1 1）數(shù)據(jù)傳輸速率）數(shù)據(jù)傳輸速率 ZigBeeZigBee數(shù)據(jù)傳輸率比較低數(shù)據(jù)傳輸率比較低 2 2）可靠性）可靠性ZigBeeZigBee有很多方面進(jìn)行保證，物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，能夠在有很多方面進(jìn)行保證，物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，能夠在一定程度上抵抗干擾；介質(zhì)訪問控制（一定程度上抵抗干擾；介質(zhì)訪問控制（MACMAC）層（）層（APSAPS部分）有部分）有應(yīng)答重傳功能，應(yīng)答重傳功

18、能，MACMAC層的載波監(jiān)聽多路訪問（層的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMACSMA）機(jī)制使節(jié)）機(jī)制使節(jié)點(diǎn)發(fā)送前先監(jiān)聽信道，可以起到避開干擾的作用。點(diǎn)發(fā)送前先監(jiān)聽信道，可以起到避開干擾的作用。 3 3）時(shí)延）時(shí)延 由于由于ZigBeeZigBee采用隨機(jī)接入采用隨機(jī)接入MACMAC層，且不支持時(shí)分復(fù)用的信道接層，且不支持時(shí)分復(fù)用的信道接入方式，因此不能很好地支持一些實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)。入方式，因此不能很好地支持一些實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)。 4 4）能耗特性（技術(shù)優(yōu)勢）能耗特性（技術(shù)優(yōu)勢 ）第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)5 5）組網(wǎng)和路由性（即網(wǎng)絡(luò)層特性）組網(wǎng)和路由性（即網(wǎng)絡(luò)層特性） ZigBeeZigBe

19、e具備大規(guī)模的組網(wǎng)能力，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有具備大規(guī)模的組網(wǎng)能力，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有60 00060 000個(gè)節(jié)點(diǎn)；個(gè)節(jié)點(diǎn)；而藍(lán)牙為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)而藍(lán)牙為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)8 8個(gè)節(jié)點(diǎn)。個(gè)節(jié)點(diǎn)。 六、六、ZigBeeZigBee自身的技術(shù)優(yōu)勢自身的技術(shù)優(yōu)勢 1 1）低功耗）低功耗2 2）低成本）低成本3 3）低速率）低速率4 4）近距離）近距離5 5）短時(shí)延）短時(shí)延6 6）高容量）高容量7 7）高安全）高安全8 8）免執(zhí)照頻段）免執(zhí)照頻段七、七、ZigBeeZigBee應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 （1 1）監(jiān)控照明、）監(jiān)控照明、HVACHVAC和寫字樓安全。和寫字樓安全。（2 2）配合傳感器和激勵(lì)器對(duì)制造、過程控制、農(nóng)田耕作、環(huán)境及其）

20、配合傳感器和激勵(lì)器對(duì)制造、過程控制、農(nóng)田耕作、環(huán)境及其他區(qū)域進(jìn)行工業(yè)監(jiān)控。他區(qū)域進(jìn)行工業(yè)監(jiān)控。第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)（3 3）帶負(fù)載管理功能的自動(dòng)抄表（）帶負(fù)載管理功能的自動(dòng)抄表（AMRAMR），這可使得地產(chǎn)管理公司削），這可使得地產(chǎn)管理公司削減成本和節(jié)省電氣能源。減成本和節(jié)省電氣能源。 （4 4）對(duì)油氣等生產(chǎn)、運(yùn)輸和勘測進(jìn)行管理。）對(duì)油氣等生產(chǎn)、運(yùn)輸和勘測進(jìn)行管理。（5 5）家庭監(jiān)控照明、安全和其他系統(tǒng)。）家庭監(jiān)控照明、安全和其他系統(tǒng)。（6 6）對(duì)病患、設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行醫(yī)療和健康監(jiān)控。）對(duì)病患、設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行醫(yī)療和健康監(jiān)控。（7 7）軍事應(yīng)用，包括戰(zhàn)場監(jiān)視和軍事機(jī)器人控

21、制。）軍事應(yīng)用，包括戰(zhàn)場監(jiān)視和軍事機(jī)器人控制。（8 8）汽車應(yīng)用，即配合傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)告汽車的所有的系統(tǒng)狀態(tài)。）汽車應(yīng)用，即配合傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)告汽車的所有的系統(tǒng)狀態(tài)。（9 9）消費(fèi)電子應(yīng)用，包括對(duì)玩具、游戲機(jī)、電視、立體音響、）消費(fèi)電子應(yīng)用，包括對(duì)玩具、游戲機(jī)、電視、立體音響、DVDDVD播播放機(jī)和其他家電設(shè)備進(jìn)行遙控。放機(jī)和其他家電設(shè)備進(jìn)行遙控。（1010）用于計(jì)算機(jī)外設(shè)，如鍵盤、鼠標(biāo)、游戲控制器及打印機(jī)。）用于計(jì)算機(jī)外設(shè)，如鍵盤、鼠標(biāo)、游戲控制器及打印機(jī)。（1111）有源）有源RFIDRFID應(yīng)用，如電池供電標(biāo)簽，可用于產(chǎn)品運(yùn)輸、產(chǎn)品跟蹤、應(yīng)用，如電池供電標(biāo)簽，可用于產(chǎn)品運(yùn)輸、產(chǎn)品跟蹤、存儲(chǔ)較

22、大物品和財(cái)務(wù)管理。存儲(chǔ)較大物品和財(cái)務(wù)管理。（1212）基于互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備之間的機(jī)器到機(jī)器（）基于互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備之間的機(jī)器到機(jī)器（M2MM2M）的通信。）的通信。第二節(jié)第二節(jié) ZigBeeZigBee技術(shù)技術(shù)八、八、ZigBee ZigBee 技術(shù)的趨勢發(fā)展技術(shù)的趨勢發(fā)展ZigBeeZigBee聯(lián)盟將在未來的進(jìn)一步改進(jìn)中，注重下列關(guān)鍵問題：聯(lián)盟將在未來的進(jìn)一步改進(jìn)中，注重下列關(guān)鍵問題：（1 1）自動(dòng)頻率適應(yīng)，因?yàn)樽詣?dòng)頻率適應(yīng)，因?yàn)?.4GHz2.4GHz的頻段越來越擁擠，需要自動(dòng)檢測的頻段越來越擁擠，需要自動(dòng)檢測并在遇到相關(guān)頻率干擾的情況下，自動(dòng)進(jìn)行通信頻率偏移。并在遇到相關(guān)頻率干擾的情況下，自動(dòng)進(jìn)

23、行通信頻率偏移。（2 2）路由節(jié)點(diǎn)的低功耗（時(shí)間同步算法）。路由節(jié)點(diǎn)的低功耗（時(shí)間同步算法）。（3 3）將將900MHz900MHz頻道通信速率由目前頻道通信速率由目前40kbit/s40kbit/s提高到提高到250kbit/s250kbit/s，目，目前多家公司正在開發(fā)前多家公司正在開發(fā)900MHz ZigBee RF900MHz ZigBee RF系統(tǒng)級(jí)芯片（系統(tǒng)級(jí)芯片（SoCSoC）。）。（4 4）ZigBeeZigBee剖面已經(jīng)有剖面已經(jīng)有400400個(gè)剖面在開發(fā)，個(gè)剖面在開發(fā)，ZCPZCP全球認(rèn)證也將陸續(xù)開全球認(rèn)證也將陸續(xù)開展。展。（5 5）1616位或位或3232位高性能微控制器

24、（位高性能微控制器（MCUMCU）有望成為）有望成為ZigBee SoCZigBee SoC的標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核。準(zhǔn)內(nèi)核。整個(gè)短距離無線通信都在向高速率、低功耗、低價(jià)格、長距離發(fā)整個(gè)短距離無線通信都在向高速率、低功耗、低價(jià)格、長距離發(fā)展，展，ZigBeeZigBee只能在一個(gè)特定的技術(shù)領(lǐng)域有自己的位置，而絕不可能只能在一個(gè)特定的技術(shù)領(lǐng)域有自己的位置，而絕不可能會(huì)獨(dú)霸天下。會(huì)獨(dú)霸天下。第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù) 一、現(xiàn)場總線技術(shù)一、現(xiàn)場總線技術(shù) 1 1現(xiàn)場總線技術(shù)概述現(xiàn)場總線技術(shù)概述 FCSFCS技術(shù)是技術(shù)是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代中期發(fā)展起來的一種嶄新的工業(yè)控制年代中期發(fā)展起來的

25、一種嶄新的工業(yè)控制技術(shù)。技術(shù)。FCSFCS的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng)的可編程序控制器（的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng)的可編程序控制器（PLCPLC）和集散控）和集散控制系統(tǒng)（制系統(tǒng)（DCSDCS）基本結(jié)構(gòu)的革命性變化。）基本結(jié)構(gòu)的革命性變化。 現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場電器、現(xiàn)場儀表及現(xiàn)場設(shè)備與控制室主機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場電器、現(xiàn)場儀表及現(xiàn)場設(shè)備與控制室主機(jī)系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定某個(gè)控制系統(tǒng)中一定數(shù)量的現(xiàn)場設(shè)備之間如何交換數(shù)據(jù)。數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定某個(gè)控制系統(tǒng)中一定數(shù)量的現(xiàn)場設(shè)備之間如何交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)可以是電線電

26、纜、光纜、電話線、無線電波等。據(jù)的傳輸介質(zhì)可以是電線電纜、光纜、電話線、無線電波等。2 2現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)1 1）布線簡單）布線簡單2 2）開放性）開放性3 3）實(shí)時(shí)性）實(shí)時(shí)性4 4）可靠性）可靠性第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)3 3現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域圖圖4-5 4-5 控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)圖圖4-6 4-6 現(xiàn)場總線的應(yīng)用范圍現(xiàn)場總線的應(yīng)用范圍 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)目前現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用主要集中在冶金、電力、水處理、乳品目前現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用主要集中在冶金、電

27、力、水處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山以及原始設(shè)備制造商（飲料、煙草、水泥、石化、礦山以及原始設(shè)備制造商（OEMOEM）用戶）用戶等各個(gè)行業(yè)，同時(shí)還有道路無人監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、智能家居等新等各個(gè)行業(yè)，同時(shí)還有道路無人監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、智能家居等新技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)領(lǐng)域。二、二、WiFiWiFi技術(shù)技術(shù) 1 1WiFiWiFi概述概述 WiFiWiFi全稱全稱Wireless FidelityWireless Fidelity，又稱，又稱IEEE 802.11bIEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)，它的最標(biāo)準(zhǔn)，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速率較高，最高帶寬為大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速率較高，最高帶寬為11Mbit/s1

28、1Mbit/s，帶寬的自動(dòng)調(diào)整，帶寬的自動(dòng)調(diào)整有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。2 2WiFiWiFi無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) WiFiWiFi無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有Ad-HocAd-Hoc和和InfrastructureInfrastructure兩種。兩種。 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)圖圖4-7 Ad-Hoc4-7 Ad-Hoc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)圖圖4-8 Infrastructure拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)3 3WiFiWiFi的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)

29、點(diǎn) （1 1）無線電波的覆蓋范圍廣）無線電波的覆蓋范圍廣 （2 2）傳輸速度非?？欤﹤鬏斔俣确浅？欤? 3）成本低。）成本低。 4 4WiFiWiFi的應(yīng)用的應(yīng)用 從覆蓋區(qū)域來看，可重點(diǎn)應(yīng)用于以下區(qū)域：從覆蓋區(qū)域來看，可重點(diǎn)應(yīng)用于以下區(qū)域：（1 1）有線資源成本太高或布線困難的區(qū)域。）有線資源成本太高或布線困難的區(qū)域。（2 2）酒店、機(jī)場、醫(yī)院、茶樓等人員流動(dòng)頻繁的地方。）酒店、機(jī)場、醫(yī)院、茶樓等人員流動(dòng)頻繁的地方。（3 3）校園、辦公室、會(huì)議等人員聚集的地方。）校園、辦公室、會(huì)議等人員聚集的地方。（4 4）展覽館、體育館、新聞中心等信息需求量大的地方。）展覽館、體育館、新聞中心等信息需求量大

30、的地方。 5 5WiFiWiFi的技術(shù)發(fā)展的技術(shù)發(fā)展 WiFiWiFi技術(shù)與技術(shù)與3G3G技術(shù)相結(jié)合將具有廣闊的發(fā)展前景。技術(shù)相結(jié)合將具有廣闊的發(fā)展前景。第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)三、藍(lán)牙技術(shù)三、藍(lán)牙技術(shù) 1 1藍(lán)牙技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)概述 利用利用“藍(lán)牙藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地技術(shù)，能夠有效地簡化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信簡化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與，也能夠成功地簡化設(shè)備與InternetInternet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)拓寬道路。藍(lán)牙采用分

31、散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球?qū)c(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的通用的2.4GHz ISM2.4GHz ISM（即工業(yè)、科（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s1Mbit/s，采用時(shí)分雙工傳輸方案，采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。 圖圖4-9 4-9 藍(lán)牙標(biāo)志藍(lán)牙標(biāo)志 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)圖圖4-10 4-10 藍(lán)牙耳機(jī)藍(lán)牙耳機(jī) 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)2 2藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)

32、藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)見藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)見P87P87表表4-34-3。 3 3藍(lán)牙協(xié)議分析藍(lán)牙協(xié)議分析藍(lán)牙協(xié)議體系中的協(xié)議按特性興趣小組的關(guān)注程度分為四層：核心藍(lán)牙協(xié)議體系中的協(xié)議按特性興趣小組的關(guān)注程度分為四層：核心協(xié)議，串口仿真協(xié)議協(xié)議，串口仿真協(xié)議 ，電話控制協(xié)議，電話控制協(xié)議 ，選用協(xié)議，選用協(xié)議 。除上述協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機(jī)控制接口。除上述協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機(jī)控制接口。 4 4藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) （1 1）能傳送語音和數(shù)據(jù)。）能傳送語音和數(shù)據(jù)。（2 2）使用頻段、連接性、抗干擾和穩(wěn)定性。）使用頻段、連接性、抗干擾和穩(wěn)定性。（3 3）低成本、低

33、功耗和低輻射。）低成本、低功耗和低輻射。（4 4）安全性。）安全性。（5 5）網(wǎng)絡(luò)特性。）網(wǎng)絡(luò)特性。第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)5 5藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用 藍(lán)牙藍(lán)牙SIGSIG定義了幾種基本的定義了幾種基本的應(yīng)用模型應(yīng)用模型，主要包括文件傳輸、，主要包括文件傳輸、InternetInternet網(wǎng)橋、局域網(wǎng)接入、三合一電話（網(wǎng)橋、局域網(wǎng)接入、三合一電話（Three in One PhoneThree in One Phone）和終端耳機(jī)等。和終端耳機(jī)等。 應(yīng)用：應(yīng)用：手機(jī)、手機(jī)、PDAPDA、耳機(jī)、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、汽車套件等上、耳機(jī)、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、汽車套件等

34、上。另外，藍(lán)牙系統(tǒng)還可以嵌入微波爐、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)等傳。另外，藍(lán)牙系統(tǒng)還可以嵌入微波爐、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)等傳統(tǒng)家用電器。隨著藍(lán)牙技術(shù)的成熟，它也得到越來越廣泛的應(yīng)用。統(tǒng)家用電器。隨著藍(lán)牙技術(shù)的成熟，它也得到越來越廣泛的應(yīng)用。 四、四、GPSGPS技術(shù)技術(shù) 1 1GPSGPS概述概述 全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（Global Positioning SystemGlobal Positioning System，GPSGPS），簡稱），簡稱“球位系球位系”。GPSGPS是是2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代由美國陸、海、空三軍聯(lián)合研制的年代由美國陸、海、空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航

35、定位系統(tǒng)。新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)2 2GPSGPS組成組成 圖圖4-11 4-11 全球定位系統(tǒng)示意圖全球定位系統(tǒng)示意圖 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)3 3GPSGPS特點(diǎn)特點(diǎn) 高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應(yīng)用廣泛等。高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應(yīng)用廣泛等。4 4GPSGPS的應(yīng)用的應(yīng)用 GPSGPS應(yīng)用范圍廣泛，在導(dǎo)航、跟蹤、精確測量等方面都有很重要應(yīng)用范圍廣泛，在導(dǎo)航、跟蹤、精確測量等方面都有很重要的應(yīng)用。的應(yīng)用。 5 5GPSGPS發(fā)展前景發(fā)展前景 由于具有全天候、高精度和自動(dòng)測量的特點(diǎn)，由于具有

36、全天候、高精度和自動(dòng)測量的特點(diǎn)，GPSGPS技術(shù)作為先進(jìn)技術(shù)作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 五、五、PLCPLC技術(shù)技術(shù) 1 1PLCPLC概述概述 電力線通信（電力線通信（Power Line CommunicationPower Line Communication，PLCPLC）技術(shù)是指利用）技術(shù)是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)的一種通信方式。電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)的一種通信方式。 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)圖圖4-12 4-12

37、 典型的典型的PLCPLC系統(tǒng)應(yīng)用示意圖系統(tǒng)應(yīng)用示意圖 第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)2 2PLCPLC的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 國際上高速國際上高速PLCPLC采用的調(diào)制技術(shù)主要有擴(kuò)展頻譜技術(shù)和正交頻復(fù)用（采用的調(diào)制技術(shù)主要有擴(kuò)展頻譜技術(shù)和正交頻復(fù)用（Orthogonal Frequency Division MultiplexingOrthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDMOFDM）技術(shù)。）技術(shù)。 3 3PLCPLC的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1 1）高壓載波路由合理，通道建設(shè)投資相對(duì)較低）高壓載波路由合理，通道建設(shè)投資相對(duì)較低2 2）傳輸頻帶

38、受限，傳輸容量相對(duì)較小）傳輸頻帶受限，傳輸容量相對(duì)較小3 3）可靠性要求高）可靠性要求高4 4）線路噪聲大）線路噪聲大5 5）對(duì)外界的干擾）對(duì)外界的干擾6 6）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求更高）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求更高第三節(jié)第三節(jié) 常見的組網(wǎng)技術(shù)常見的組網(wǎng)技術(shù)目前，目前，PLCPLC存在的問題存在的問題: : 1 1）硬件平臺(tái)）硬件平臺(tái)2 2）軟件平臺(tái)）軟件平臺(tái)3 3）網(wǎng)絡(luò)管理問題（四網(wǎng)合一）網(wǎng)絡(luò)管理問題（四網(wǎng)合一）4 4PLCPLC的發(fā)展展望的發(fā)展展望 目前目前PLCPLC正在向大容量、高速率方向發(fā)展，同時(shí)轉(zhuǎn)向采用低壓配正在向大容量、高速率方向發(fā)展，同時(shí)轉(zhuǎn)向采用低壓配電網(wǎng)進(jìn)行載波通信，實(shí)現(xiàn)家庭用戶利用電力線打電話、

39、上網(wǎng)等多種電網(wǎng)進(jìn)行載波通信，實(shí)現(xiàn)家庭用戶利用電力線打電話、上網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)。 第四節(jié)第四節(jié) MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)微機(jī)電系統(tǒng)（微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical SystemsMicro-Electro-Mechanical Systems，MEMSMEMS）是）是美國的叫法，在日本被稱為微機(jī)械，在歐洲被為微系統(tǒng)。美國的叫法，在日本被稱為微機(jī)械，在歐洲被為微系統(tǒng)。 MEMSMEMS稱為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的稱為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的“明星明星”。 MEMSMEMS包括微型機(jī)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等。包括微型機(jī)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等。一、一、

40、MEMSMEMS技術(shù)簡介技術(shù)簡介 MEMSMEMS尺寸最大的不超過尺寸最大的不超過1cm1cm甚至僅僅為幾個(gè)微米，采用以硅為甚至僅僅為幾個(gè)微米，采用以硅為主的材料，電氣性能優(yōu)良。主的材料，電氣性能優(yōu)良。 完整的完整的MEMSMEMS由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通信由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通信接口和電源燈部件組成的一體化微型系統(tǒng)，其目標(biāo)是把信息的獲取、接口和電源燈部件組成的一體化微型系統(tǒng)，其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化

41、、智能化和可靠性水平。系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。第四節(jié)第四節(jié) MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)二、二、MEMSMEMS技術(shù)發(fā)展歷史技術(shù)發(fā)展歷史 MEMS MEMS 第一輪商業(yè)化第一輪商業(yè)化2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代末年代末8080年代初年代初, ,采用的是大型蝕采用的是大型蝕刻硅片結(jié)構(gòu)和背蝕刻膜片傳感器。刻硅片結(jié)構(gòu)和背蝕刻膜片傳感器。 第二輪商業(yè)化出現(xiàn)在第二輪商業(yè)化出現(xiàn)在2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，主要圍繞著年代，主要圍繞著PCPC和信息技術(shù)的和信息技術(shù)的興起。興起。 第三輪商業(yè)化可以說出現(xiàn)于世紀(jì)之交，微光學(xué)器件通過全光開關(guān)及第三輪商業(yè)化可以說出現(xiàn)于世紀(jì)之交，微光學(xué)

42、器件通過全光開關(guān)及相關(guān)機(jī)器而成為光纖通信的補(bǔ)充。相關(guān)機(jī)器而成為光纖通信的補(bǔ)充。 目前目前MEMSMEMS產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)的新趨勢是產(chǎn)品應(yīng)用的擴(kuò)展，其開始向工業(yè)、產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)的新趨勢是產(chǎn)品應(yīng)用的擴(kuò)展，其開始向工業(yè)、醫(yī)療、測試儀器等新領(lǐng)域擴(kuò)張。推動(dòng)第四輪商業(yè)化的其他應(yīng)用包括一醫(yī)療、測試儀器等新領(lǐng)域擴(kuò)張。推動(dòng)第四輪商業(yè)化的其他應(yīng)用包括一些面向射頻無源元件、在硅片上制作的音頻、生物和神經(jīng)元探針，以些面向射頻無源元件、在硅片上制作的音頻、生物和神經(jīng)元探針，以及所謂的及所謂的“片上實(shí)驗(yàn)室片上實(shí)驗(yàn)室”，生化藥品開發(fā)系統(tǒng)和微型藥品輸送系統(tǒng)的，生化藥品開發(fā)系統(tǒng)和微型藥品輸送系統(tǒng)的靜態(tài)和移動(dòng)器件。靜態(tài)和移動(dòng)器件。第四節(jié)第四節(jié)

43、 MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)三、三、MEMSMEMS微傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向微傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 MEMSMEMS未來的發(fā)展趨勢為微細(xì)化、集成化、多元化與產(chǎn)業(yè)化四方面。未來的發(fā)展趨勢為微細(xì)化、集成化、多元化與產(chǎn)業(yè)化四方面。1 1微機(jī)械壓力傳感器微機(jī)械壓力傳感器 分類：分類：壓阻式和電容式兩類。壓阻式和電容式兩類。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：圓形、方形、矩形、：圓形、方形、矩形、E E形等多種結(jié)構(gòu)。形等多種結(jié)構(gòu)。 發(fā)展方向發(fā)展方向: :1 1）智能化）智能化2 2）低量程）低量程3 3）拓寬溫度范圍）拓寬溫度范圍4 4）開發(fā)諧振式微機(jī)械壓力傳感器）開發(fā)諧振式微機(jī)械壓力傳感器 2 2微加速度傳感器微加速

44、度傳感器 分類分類：壓阻式、電容式、力平衡式和諧振式。：壓阻式、電容式、力平衡式和諧振式。 最具有吸引力的是最具有吸引力的是力平衡式微加速度傳感器力平衡式微加速度傳感器。 第四節(jié)第四節(jié) MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)3 3微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀 角速度一般是用陀螺儀來進(jìn)行測量的。傳統(tǒng)的陀螺儀是利用高速轉(zhuǎn)角速度一般是用陀螺儀來進(jìn)行測量的。傳統(tǒng)的陀螺儀是利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體具有保持其角動(dòng)量的特性來測量角速度的。動(dòng)的物體具有保持其角動(dòng)量的特性來測量角速度的。目前常見的微機(jī)械角速度傳感器有雙平衡環(huán)結(jié)構(gòu)、懸臂梁結(jié)構(gòu)、音目前常見的微機(jī)械角速度傳感器有雙平衡環(huán)結(jié)構(gòu)、懸臂梁結(jié)構(gòu)、音叉結(jié)構(gòu)、振動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)等。但是，目前實(shí)

45、現(xiàn)的微機(jī)械陀螺儀的精度還不叉結(jié)構(gòu)、振動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)等。但是，目前實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械陀螺儀的精度還不到到1010/h/h，離慣性導(dǎo)航系統(tǒng)所需的，離慣性導(dǎo)航系統(tǒng)所需的0.10.1/h/h相差尚遠(yuǎn)。相差尚遠(yuǎn)。 4 4微流量傳感器微流量傳感器 目前國內(nèi)外研究的微流量傳感器根據(jù)工作原理可分為熱式（包括熱目前國內(nèi)外研究的微流量傳感器根據(jù)工作原理可分為熱式（包括熱傳導(dǎo)式和熱飛行時(shí)間式）、機(jī)械式和諧振式三種。傳導(dǎo)式和熱飛行時(shí)間式）、機(jī)械式和諧振式三種。 荷蘭荷蘭TwenteTwente大學(xué)的大學(xué)的Pob.LegtenBergPob.LegtenBerg等人利用薄膜技術(shù)和微機(jī)械等人利用薄膜技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)制作了一對(duì)具有

46、相對(duì)加工技術(shù)制作了一對(duì)具有相對(duì)V V形槽的諧振器芯片和頂蓋芯片，利用形槽的諧振器芯片和頂蓋芯片，利用低溫玻璃鍵合在一起，形成質(zhì)量流量傳感器（見低溫玻璃鍵合在一起，形成質(zhì)量流量傳感器（見圖圖4-134-13），相對(duì)的），相對(duì)的V V形槽形成流體通過流管。形槽形成流體通過流管。 第四節(jié)第四節(jié) MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)圖圖4-13 4-13 質(zhì)量流量傳感器質(zhì)量流量傳感器 第四節(jié)第四節(jié) MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)5 5微氣敏傳感器微氣敏傳感器 氣敏傳感器的工作原理氣敏傳感器的工作原理是聲表面波器件的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)是聲表面波器件的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓

47、電晶體表境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學(xué)作用、生物作用或物理吸附），使得氣敏薄膜的體相互作用（化學(xué)作用、生物作用或物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化，引起膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化，引起壓電晶體的聲表面波頻發(fā)生壓電晶體的聲表面波頻發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面不同，即引起聲表面波頻率的變化也不波頻率的變化也不同。通過測量聲表同。通過測量聲表面

48、波頻率的變化就面波頻率的變化就可以準(zhǔn)確地反映氣可以準(zhǔn)確地反映氣體濃度的變化。體濃度的變化。圖圖4-14 4-14 微氣敏傳感器微氣敏傳感器 第四節(jié)第四節(jié) MEMSMEMS技術(shù)技術(shù)6 6微機(jī)械溫度傳感器微機(jī)械溫度傳感器 微機(jī)械傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有體積小、重量輕的特微機(jī)械傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，其固有熱容量僅為點(diǎn)，其固有熱容量僅為1010-8-81010-15-15J/KJ/K，使其在溫度測量方面具，使其在溫度測量方面具有傳統(tǒng)溫度傳感器不可比擬的優(yōu)勢。有傳統(tǒng)溫度傳感器不可比擬的優(yōu)勢。 第五節(jié)第五節(jié) 智能技術(shù)智能技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)工作的基本原理可以簡單表述為：傳感設(shè)備

49、自動(dòng)感應(yīng)物品屬物聯(lián)網(wǎng)工作的基本原理可以簡單表述為：傳感設(shè)備自動(dòng)感應(yīng)物品屬性信息，再通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采集到中央信息處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)性信息，再通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采集到中央信息處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的物品的“透明透明”和和“智能智能”管理。管理。物聯(lián)網(wǎng)中的智能總體上分為兩個(gè)層次：物聯(lián)網(wǎng)中的智能總體上分為兩個(gè)層次：個(gè)體智能個(gè)體智能和和空間智能空間智能。 一、嵌入式智能平臺(tái)技術(shù)一、嵌入式智能平臺(tái)技術(shù) EIPEIP行業(yè)是二戰(zhàn)后在全世界工業(yè)界流行開來的，當(dāng)時(shí)是美國用于戰(zhàn)行業(yè)是二戰(zhàn)后在全世界工業(yè)界流行開來的，當(dāng)時(shí)是美國用于戰(zhàn)爭中的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后整個(gè)中心轉(zhuǎn)到了工業(yè)，后來才推廣到民用。爭中的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后整個(gè)

50、中心轉(zhuǎn)到了工業(yè)，后來才推廣到民用。 EIPEIP的出現(xiàn)是微處理器技術(shù)、超大規(guī)模集成電路（的出現(xiàn)是微處理器技術(shù)、超大規(guī)模集成電路（VLSIVLSI）技術(shù)、）技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。嵌入式軟件技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。 未來幾年內(nèi)，未來幾年內(nèi)，EIPEIP將信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化三者完美結(jié)合的特將信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化三者完美結(jié)合的特性優(yōu)勢必將更加明顯，發(fā)展空間必將逐步拓寬，應(yīng)用領(lǐng)域必將逐步性優(yōu)勢必將更加明顯，發(fā)展空間必將逐步拓寬，應(yīng)用領(lǐng)域必將逐步擴(kuò)大。擴(kuò)大。第五節(jié)第五節(jié) 智能技術(shù)智能技術(shù)二、智能空間技術(shù)二、智能空間技術(shù) 美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)會(huì)（美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)會(huì)（NISTNIST）給出的定

51、義，智能空間是）給出的定義，智能空間是“一一個(gè)嵌入了計(jì)算、信息設(shè)備和多模態(tài)的傳感器的工作空間，其目的是使個(gè)嵌入了計(jì)算、信息設(shè)備和多模態(tài)的傳感器的工作空間，其目的是使用戶能非常方便地在其中訪問信息和獲得計(jì)算機(jī)的服務(wù)來高效地進(jìn)行用戶能非常方便地在其中訪問信息和獲得計(jì)算機(jī)的服務(wù)來高效地進(jìn)行單獨(dú)工作和與他人的協(xié)同工作單獨(dú)工作和與他人的協(xié)同工作”。智能空間可以看成是物流世界和信。智能空間可以看成是物流世界和信息空間的融合，具備感知息空間的融合，具備感知/ /觀察、分析觀察、分析/ /推理、決策推理、決策/ /執(zhí)行三大基本功執(zhí)行三大基本功能。這種融合表現(xiàn)為兩個(gè)方面：能。這種融合表現(xiàn)為兩個(gè)方面：（1 1）物

52、理世界中的物體將與信息空間中的對(duì)象互相關(guān)聯(lián)。）物理世界中的物體將與信息空間中的對(duì)象互相關(guān)聯(lián)。（2 2）物理世界中物體狀態(tài)的變化會(huì)引發(fā)信息空間中相關(guān)聯(lián)的對(duì)象狀）物理世界中物體狀態(tài)的變化會(huì)引發(fā)信息空間中相關(guān)聯(lián)的對(duì)象狀態(tài)的改變，反之亦然。態(tài)的改變，反之亦然。 智能空間應(yīng)具備的基本要求智能空間應(yīng)具備的基本要求: : （1 1）用戶及其攜帶的移動(dòng)設(shè)備能方便地與智能空間進(jìn)行交互，從而）用戶及其攜帶的移動(dòng)設(shè)備能方便地與智能空間進(jìn)行交互，從而為用戶的日常活動(dòng)提供方便。為用戶的日?；顒?dòng)提供方便。（2 2）能自動(dòng)捕獲和動(dòng)態(tài)監(jiān)測智能空間中發(fā)生的活動(dòng)，提供信息顯示）能自動(dòng)捕獲和動(dòng)態(tài)監(jiān)測智能空間中發(fā)生的活動(dòng)，提供信息顯示和活動(dòng)記錄。和活動(dòng)記錄。第五節(jié)第五節(jié) 智能技術(shù)智能技術(shù)（3 3）能對(duì)發(fā)生的特定事件做出合理反應(yīng)并采取相應(yīng)措施。）能對(duì)發(fā)生的特定事件做出合理反應(yīng)并采取相應(yīng)措施。（4 4）對(duì)空間中的各種動(dòng)態(tài)變化具有魯棒性和