物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與在煤礦的應(yīng)用02課件

感知層關(guān)鍵技術(shù)傳感器技術(shù)傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示等要求。RFID技術(shù)RFID（RadioFrequencyIdentification）利用射頻信號(hào)通過(guò)空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別。工作原理：電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者電子標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，讀寫器讀取信息并且解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。20感知層關(guān)鍵技術(shù)二維碼技術(shù)二維碼使用某種特定的幾何形體按一定規(guī)律在平面上分布（黑白相間）的圖形來(lái)記錄信息的應(yīng)用技術(shù)。與RFID相比，二維碼最大的優(yōu)勢(shì)在于成本較低。ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)使一種短距離、低功耗的無(wú)線傳輸技術(shù)。ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee技術(shù)只適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。比如：無(wú)線鼠標(biāo)、游戲操控桿、電視機(jī)、DVD等設(shè)備上的遙控裝置等。藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙同ZigBee一樣，也是一種短距離的無(wú)線傳輸技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)感知層，主要用于數(shù)話音/數(shù)據(jù)接入。藍(lán)牙技術(shù)有效簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。21RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識(shí)別。常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼，等等。

一套完整RFID系統(tǒng)由Reader與Transponder兩部份組成，其動(dòng)作原理為由Reader發(fā)射一特定頻率之無(wú)線電波能量給Transponder，用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部之IDCode送出，此時(shí)Reader便接收此IDCode。Transponder的特殊在于免用電池、免接觸、免刷卡故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一無(wú)法復(fù)制，安全性高、長(zhǎng)壽命。RFID基礎(chǔ)22RFID頻率基本上劃歸三個(gè)范圍：（1）低頻（30kHz~300kHz）；（2）中高頻（3MHz~30MHz）；（3）超高頻（300MHz~3GHz）或微波（>3GHz）。根據(jù)作用距離，射頻識(shí)別系統(tǒng)的附加分類是：密耦合（0~1cm）、遙耦合（0~1m）和遠(yuǎn)距離系統(tǒng)（>1m）。RFID頻率24工作頻率范圍30kHz~300kHz。典型工作頻率有：125KHz，133KHz。一般為無(wú)源標(biāo)簽，其工作能量通過(guò)電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。閱讀距離一般情況下小于1米。典型應(yīng)用動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙）等。與低頻標(biāo)簽相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO11784/11785（用于動(dòng)物識(shí)別）、ISO18000-2（125-135kHz）。

低頻段射頻標(biāo)簽25主要優(yōu)勢(shì)標(biāo)簽芯片一般采用普通的CMOS工藝，省電、廉價(jià)；工作頻率不受無(wú)線電頻率管制約束；可以穿透水、有機(jī)組織、木材等；非常適合近距離的、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識(shí)別應(yīng)用（例如：動(dòng)物識(shí)別）等。

劣勢(shì)標(biāo)簽存貯數(shù)據(jù)量較少；只能適合低速、近距離識(shí)別應(yīng)用；與高頻標(biāo)簽相比：標(biāo)簽天線匝數(shù)更多，成本更高一些。低頻段射頻標(biāo)簽26超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽（微波射頻標(biāo)簽）典型工作頻率為：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。閱讀距離一般大于1m，典型情況為4~6m，最大可達(dá)10m以上。典型應(yīng)用移動(dòng)車輛識(shí)別、電子身份證、倉(cāng)儲(chǔ)物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930MHz）、-7（433.92MHz），ANSINCITS256-1999等。超高頻射頻標(biāo)簽28三大RFID標(biāo)準(zhǔn)EPC(EPCC1G2被接受為ISO18000-6C)ISO（ISO18000-6B）UID讀寫速度信息位數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域頻段技術(shù)差異采用的組織和企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化組織組織結(jié)構(gòu)地區(qū)美國(guó)歐洲歐洲為主日本EPCGlobalISOUbiquitousIDCenter芯片：美國(guó)國(guó)防部，德州儀器，Intel；識(shí)別器：Symbol；軟件：IBM，微軟。目前歐洲也開(kāi)始參與研發(fā)。芯片：STMicroelectronics，Philips；識(shí)別器：Nokia，Checkpoint；軟件：SAP日立ULSI牽頭，NEC、東芝、富士通等國(guó)內(nèi)企業(yè)。也有少數(shù)外國(guó)廠商，如微軟，三星等參與。美國(guó)軍方，F(xiàn)DA和SSA等政府機(jī)構(gòu)，沃爾瑪，保潔，吉列，強(qiáng)生，100多家歐美流通企業(yè)均為EPC成員。大型零售商，如德國(guó)METRO，英國(guó)Tesco。NEC(RFID手機(jī))，Sankei，Shogakukan(產(chǎn)品跟蹤)。T-EngineForum的475家企業(yè)將會(huì)采用(大部分為日本企業(yè))902MHz-928MHz(UHF頻段)13.56MHz(智能卡)860MHz-950MHz2.45GHz(ISO標(biāo)準(zhǔn))13.56MHz(智能卡)40kbps～640kbps最多同時(shí)讀寫1000個(gè)標(biāo)簽40kbps同時(shí)讀寫數(shù)十個(gè)標(biāo)簽250kbpsEPCC1G1:64～96位EPCC1G2:96～256位64位128位，可擴(kuò)展至512位車輛管理、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、物資跟蹤、出入境人員管理。關(guān)卡、碼頭作業(yè)和RFID標(biāo)簽數(shù)量不大的區(qū)域。電子支付、物流、服裝、印刷等，在物流等非制造領(lǐng)域使用較為廣泛。29感知層由傳感器（Sensor）和部分與傳感器連成一體的傳感網(wǎng)（無(wú)源傳感器）組成，是物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的連接和管理對(duì)象。傳感器（Sensor）——解決“上行”感知和監(jiān)測(cè)執(zhí)行器（Actuator）——實(shí)現(xiàn)“下行”控制傳感器和執(zhí)行器合在一起（Transducer），實(shí)現(xiàn)“管控一體化”。感知層設(shè)備30按被測(cè)量對(duì)象分類傳感器分類基本被測(cè)量派生的被測(cè)量熱工作量溫度，熱量，比率，壓力，壓差，真空度流量，流速，風(fēng)速機(jī)械量位移，尺寸，形狀，力，應(yīng)力，力矩，振動(dòng)加速度，噪聲，角度，表面粗糙度物理量粘度，溫度，密度化學(xué)量氣體（液體）化學(xué)成分，濃度，鹽度生物量心音，血壓，體溫，氣流量，心電流，眼壓，腦電波光學(xué)量光強(qiáng)，光通量32按應(yīng)用方式分類生物、汽車、液位、速度、加速度、核輻射、振動(dòng)、濕度、磁敏、氣敏、力敏、位置、光敏、光纖、納米、壓力、位移、激光、MEMS、半導(dǎo)體、氣壓、紅外線、超聲波、遙感、高度、地磅、圖像、厚度、微波、視覺(jué)、空氣流量、化學(xué)…傳感器分類33總體落后國(guó)際水平2009年不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有1688家企事業(yè)單位從事傳感器研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事MEMS研制生產(chǎn)的企業(yè)有50多家。我國(guó)傳感器技術(shù)通國(guó)外水平相比，新品研制落后5~10年，規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)落后10~15年。國(guó)內(nèi)傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的作用傳感器在物聯(lián)網(wǎng)是“點(diǎn)”的問(wèn)題，不是“面”的問(wèn)題，對(duì)于我國(guó)以應(yīng)用為主的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，傳感器技術(shù)不會(huì)起決定的制約作用。國(guó)內(nèi)傳感器狀況34網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)Internet因特網(wǎng)也叫互聯(lián)網(wǎng)，是以相互交換信息資源為目的，基于一些共同的協(xié)議（TCP/IP），并通過(guò)許多路由器和公共互聯(lián)網(wǎng)連接而成，是一個(gè)信息資源和資源共享的集合。移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)通信就是移動(dòng)物體之間的通信，或者移動(dòng)體與固體之間的通信。通過(guò)有線或者無(wú)線介質(zhì)將這些物體連接起來(lái)進(jìn)行話音等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)就是移動(dòng)通信網(wǎng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過(guò)自組織的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。36有線通信短距離現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldBus，包括PLC電力載波）中長(zhǎng)距離（WAN）的廣域網(wǎng)（PSTN，ADSL，HFC等）物聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)融合電信網(wǎng)：電路交換，一對(duì)一、雙向、實(shí)時(shí)交換語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)等信息。有線電視網(wǎng)（CATV）：?jiǎn)蜗颍呻p向）、實(shí)時(shí)、一對(duì)多、頻帶寬、容量大、業(yè)務(wù)多、抗干擾、成本低；分散、無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量較差、可靠性較低。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（LAN、WAN）：TCP/IP協(xié)議，主要應(yīng)用因特網(wǎng)，目前主要依賴于電信網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)之網(wǎng)絡(luò)層37現(xiàn)場(chǎng)總線名稱特點(diǎn)應(yīng)用發(fā)起者AS-i直接連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器，簡(jiǎn)單、成本低各種工業(yè)領(lǐng)域AS-i社團(tuán)組織Bacnet完全開(kāi)放、高效的樓宇自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議樓宇自控網(wǎng)絡(luò)、供暖空調(diào)系統(tǒng)ASHARECAN高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性工業(yè)自動(dòng)化、控制設(shè)備、交通、醫(yī)療、環(huán)保等BOSCHControlNet支持總線、樹(shù)型和星型等結(jié)構(gòu)及其組合航空國(guó)防RockwellDeviceNet基于CAN技術(shù)的開(kāi)放型通信網(wǎng)絡(luò)加工制造業(yè)DeviceNetAssociationDupline傳輸距離達(dá)10Km，無(wú)需中繼，操作簡(jiǎn)便、高度抗躁、自由拓?fù)?、靈活、成本低、效率高建筑自動(dòng)化、配水、能源管理、鐵路系統(tǒng)CarloGarazzi公司FFFoundationField基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)冶金、石油、化工、醫(yī)療現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)HART提供相對(duì)窄的帶寬、適度的響應(yīng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備美國(guó)Rosement公司Interbus開(kāi)放、基于現(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng)，提供自動(dòng)化的整體解決方案制造業(yè)和機(jī)器加工業(yè)德國(guó)PhoenixContact公司Lonworks支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等樓宇