物聯(lián)網傳感技術PPT

1、1物聯(lián)網檢測技術，1，學習任務，傳感器的概念，傳感器的基本配置和檢測原理，常用傳感器的工作特性和應用，1，2，3，智能檢測系統(tǒng)，4，MEMS技術，5，2，使用傳感器作為信息收集非常重要，3，傳感器處理各種信息、4、傳感器是物聯(lián)網基本單元，是物聯(lián)網信息收集級別的核心部件。同時，微電機系統(tǒng)(MEMS)和微機械系統(tǒng)(MOEMS)將成為物聯(lián)網技術的核心，無線傳感器網絡、光網絡將迅速添加到物聯(lián)網應用系統(tǒng)中，提供更明確的應用方向和更豐富的市場機會，物聯(lián)網也將成為傳感器市場的新引擎。在現實生活中，傳感器無處不在，5，1.1傳感器的概念，全自動洗衣機濁度傳感器自動沖洗裝置光電傳感器和電子系統(tǒng)遙控器紅外傳感器汽

2、車是傳感器俱樂部。溫度、氣流、壓力、轉速、變位、水位、曲軸、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)麥克風在彈性膜后粘合輕便小的金屬線圈，線圈在永磁體的磁場中。圓圈型傳感器聲音等構成壓電傳感器電話的觸控式屏幕觸摸，棉觸摸等數碼產品MP3，手機等在聽到歌曲的時候用力搖晃，就會變成下一首，這使用了加速度傳感器，7，1.1傳感器的概念。電飯鍋溫度傳感器傳記熨斗另一種溫度傳感器光電鼠標光學傳感器圖像分析籌碼(DSP)汽車計量傳感器電子天平壓力傳感器電子系統(tǒng)電子溫度計紅外傳感器，8，1.1傳感器概念，多種傳感器出現，2009年全球使用量13億2010年手機使用量超過10億，用于汽車市場用途420萬。2013年汽車市場使

3、用量達到1460萬人。中國傳感器每年增長15%，今后年使用量將超過萬億韓元。9，1.1傳感器的概念，傳感器是將非奇跡物理量(例如變位、速度、壓力、溫度、濕度、流量、音響強度、亮度等)轉換為易于測量、傳輸、處理的電能(例如電壓、電流、電流等)。在實際應用中，傳感器通常由敏感元素、轉換元素和測量電路三部分組成，有時還會添加輔助電源供應設備。根據國家標準(GB7665-2005)定義傳感器是經過測量并根據一定規(guī)律轉換為可用輸出信號的設備或設備，通常由敏感元件和轉換元件組成。人的五官延伸人和機器的對應關系，10，1.2傳感器的基本構成和檢測原理，敏感組件是指傳感器中可以直接感覺到或響應的部分，可以直接

4、感覺到測量的非機械量，可以感覺到輸出和輸出的確定性對應。轉換因子能接受的其他物理量(如膜或膜)將測量的壓力改變?yōu)槲灰屏?。敏感組件是傳感器的核心。11，必須指出，1.2傳感器的基本配置和檢測原理不是所有傳感器都能很大程度上區(qū)分敏感組件和轉換組件，部分傳感器轉換組件有兩個或更多，部分傳感器(例如熱電偶)將敏感組件和轉換組件合并為一個。測量電路可以獲得轉換因子輸出的信號更多的轉換和處理，例如放大、濾波、線性化、校正等更好的質量特性。12，1.2傳感器的基本配置和檢測原理，電源供應設備是可選的，主要負責敏感組件、轉換組件和測量電路供電等。被動是最簡單、最基本的傳感器配置，僅由敏感組件組成。輸入量大部分

5、是動態(tài)量(力、濕度、速度、加速度)，輸出量一般是電量。最大的特點是還需要外部電源供應設備。敏感組件可以直接從測量的目標獲取能量，并將能量轉換為電源，但是熱電偶傳感器、壓力傳感器等一般輸出量通常是手動傳感器。13，1.2傳感器的基本配置和檢測原理，主動類型通?；诒粍?，這與被動不同，因為它使用輔助能量來確保敏感組件的工作點是穩(wěn)定的。輔助能量主要起激勵作用，它可以是電源或磁源。主動傳感器的特點是，無需電路測量(如光電池、光敏二極管、霍爾傳感器等)，就可以有更大的功率輸出。14，1.3公用傳感器的操作特性和應用，現有傳感器的限制網絡，智能化程度非常有限，缺乏有效的數據處理和信息孔劉功能?，F代傳感器功

6、能：小型化、智能和網絡的典型代表：無線傳感器節(jié)點，15，1.3通用傳感器的操作特性和應用，1.半導體溫度傳感器利用半導體器件溫度敏感性測定溫度，具有成本低、線性好的優(yōu)點。16，1.3將常用傳感器的工作特性和應用，溫差偶是將溫差電現象，測試端的溫度轉換為電壓和電流的變化。徐璐由其他金屬材料組成的溫差玩偶可以在比較大的范圍內測量溫度，例如-2002000。17，1.3公用傳感器的工作特性和應用，2。光傳感器光傳感器可分為光敏電阻和光電傳感器兩大茄子類。光敏電阻主要利用各種材料的電阻率光敏感進行光檢測。18，1.3公用傳感器的操作特性和應用，2。光傳感器光電傳感器主要包括利用半導體器件對光的靈敏度的

7、光敏二極管和光敏三極管。光敏二極管反向飽和電流在光的作用下大幅增大，光敏三極管類似于照明時的集電極，通過發(fā)射極傳導由光控制的開關。此外，為了便于使用，市場上出現了用光敏二極管和光敏三極管和后續(xù)信號處理電路等芯片制作的集成光傳感器。光敏電阻結構圖和實物，光敏三極管，集成光傳感器，19，1.3通用傳感器的工作特性和應用，3。壓力傳感器壓力傳感器是通過測量目標沿地面發(fā)生的壓力變化發(fā)現測量和測量目標的偵察設備。其類型包括應變線傳感器、平衡壓力傳感器、振動/磁電纜傳感器、主電極電纜、光纖壓力傳感器等。典型的壓力傳感器在受到外部壓力時產生特定內部結構的變形或位移，轉換為電氣特性的變化，產生相應的傳記信號。

8、20，1.3公用傳感器的操作特性和應用，Honeywell 24PC壓力傳感器和內部結構，汽車電容式壓力傳感器的原理圖和物理圖表，21，1.3公用傳感器的操作特性和應用，4。濕度傳感器濕度傳感器主要由電阻和電容式兩類茄子組成。電阻濕度傳感器也稱為濕度敏感電阻，利用氯化鋰碳陶瓷等材料電阻率的濕度敏感性檢測濕度。電容式濕度傳感器也稱為濕度敏感電容，它利用材料的介電系數的濕度敏感性來檢測濕度。22，1.3公用傳感器的操作特性和應用，4 .濕度傳感器、電阻陶瓷濕度傳感器結構圖表、電容式濕度傳感器結構圖表、多個濕度傳感器、23、1.3通用傳感器的工作特性和應用、5。大廳(磁)；霍爾效應是指把金屬或半導體

9、材料薄片放入磁場中。電流變長時，形成電流的電子在磁場中運動，由于磁場的作用力，材料中垂直于電流方向的電壓差。通過霍爾傳感器產生的電壓的大小測量，可以計算磁場的強度。24，1.3公用傳感器的工作特性和應用，霍爾效應，25，1.3公用傳感器的工作特性和應用，霍爾傳感器徐璐結合其他結構，可以間接測量電流、振動、變位、速度、加速度、速度等，具有廣泛的應用價值。26，1.3通用傳感器的操作特性和應用，各種霍爾傳感器，27，1.3通用傳感器的操作特性和應用，6。圖像傳感器CCD電荷耦合設備工作特性CCD(電荷耦合設備)是電荷蓮偶設備圖像傳感器。它是高感光度半導體材料，將光轉換為電荷，通過模數轉換器芯片保存

10、在數字信號中，經過數字信號壓縮后，通過相機內部的閃存或內置硬盤卡保存。因此，可以很容易地將數據傳輸到計算機，利用計算機的處理手段，根據需要和想象修改圖像。CCD由許多感光單位(通常為百萬像素)組成。28，1.3當公用傳感器的操作特性和應用節(jié)目、CCD表面被光照射時，每個感光單元將電荷反映在組件上，并將所有感光單元生成的信號加在一起形成完整的畫面。CCD比傳統(tǒng)的底片更接近人眼對視覺的工作方式。但是人眼的視網膜是負責光強度檢測的桿細胞和負責色彩檢測的圓錐細胞，分工形成視覺檢測。CCD經過35年的發(fā)展，大致的形狀和操作方式已經定型。CCD的組成主要由柵格、電容器、底部電子線路矩陣組成，例如馬賽克。2

11、9，1.3公用傳感器的工作特性和應用，目前數碼相機核心成像部件有兩種。一個是廣泛使用的電荷蓮偶(CCD)組件。另一個是互補金屬氧化物導體(CMOS)設備。30，1.3常用傳感器的工作特性和應用，7 .無線傳感器應用的典型案例，2002年，英特爾的研究組和加州大學伯克利分校，以及巴港大西洋大學科學家網絡技術應用無線傳感器監(jiān)視奧奧里島海鳥的棲息地。研究人員使用近10茄子傳感器類型的數百個節(jié)點(包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器和相機)，將數據傳輸到自組織無線網絡，300英尺外的基站計算機，然后通過這些節(jié)點傳輸到衛(wèi)星加利福尼亞服務器。之后，世界各地的研究人員通過互聯(lián)網查看該地區(qū)每個節(jié)點的數據，直接掌握

12、環(huán)境數據，為生態(tài)環(huán)境研究人員提供了一個非常有效和方便的平臺。鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，31，1.4智能檢測系統(tǒng)，1.4.1智能檢測系統(tǒng)的配置和特征智能傳感器(smart sensor)是具有特定信息處理功能的傳感器，目前使用傳統(tǒng)傳感器和微處理器結合方式制造。智能傳感器配置，32，1.4智能檢測系統(tǒng)，1.4.1智能檢測系統(tǒng)的配置和特性如上圖所示，在由現有傳感器組成的應用系統(tǒng)中，傳感器收集的信號通常發(fā)送到系統(tǒng)的主機進行分析。由智能傳感器組成的應用系統(tǒng)包括微處理器微控制器單元(MCU)，用于分析收集的信號并將處理結果發(fā)送到系統(tǒng)主機。智能傳感器大大減少了傳感器和主機之間的通信量，簡化了主機軟件的復雜性，使

13、多種傳感器應用系統(tǒng)的實施更加容易。智能傳感器還經常進行自檢、診斷和校準。33，1.4智能檢測系統(tǒng)，1.4.2通用智能檢測系統(tǒng)設計1。智能壓力傳感器圖顯示了Honeywell(美國霍尼韋爾)牙齒開發(fā)的PPT系列智能壓力傳感器的外觀和內部結構。，PPT系列智能壓力傳感器，傳感器內部結構，34，1.4智能檢測系統(tǒng)，2。智能溫濕度傳感器圖顯示了Sensirion(瑞士圣稅瑞恩)牙齒發(fā)布的SHT11/15溫濕度智能傳感器的形狀、針腳和內部盒。35，1.4智能檢測系統(tǒng)，3。智能液體濁度傳感器圖顯示了Honeywell牙齒發(fā)布的AMPS-10G智能液體濁度傳感器的形狀、測量原理和內部盒。36、1.4智能檢測

14、系統(tǒng)、智能傳感器的結構可以是集成或分離的，根據結構可以分為集成、混合和模塊化三種茄子形式。集成智能傳感器將一個或多個敏感組件集成到微處理器、信號處理電路、同一硅中，因而高度集成，體積小。牙齒集成傳感器在當前的技術水平上很難實現。如果把傳感器、微處理器、信號處理電路等放在徐璐其他芯片上，就構成了混合智能傳感器，目前有很多這樣的結構。初級智能傳感器還可以包括幾個與徐璐無關的模塊，例如，將微處理器、信號調節(jié)電路模塊、輸出電路模塊、顯示器電路模塊和傳感器裝配到同一個外殼中。體積大，但在當前技術水平上仍然是實用的結構型。37，1.5 MEMS技術，微機械系統(tǒng)的英語名稱為Micro Electro Mec

15、hanical Systems(MEMS)，是由微電子、微機械部件組成的微設備，常用半導體工藝加工。概念始于20世紀80年代末。通常表示子微米毫米范圍的要素比例的設備。MEMS是微米規(guī)模(1m0.1mm范圍)的微加工技術，是集成了微傳感器、微執(zhí)行器、微電子信號處理和控制電路等組件的微系統(tǒng)。微傳感器收集外部信息、微電子信號處理和控制電路處理信息、決策、微執(zhí)行器執(zhí)行決策等。38，1.5 MEMS技術，MEMS技術是一種新技術，是一個研發(fā)領域，需要同時考慮多種物理場混合。完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通信介面、電源供應設備等部件組成的集成微設備系統(tǒng)。其目標是集成信息收集、

16、處理和執(zhí)行，配置多功能微系統(tǒng)，將其集成到大型尺寸系統(tǒng)中，從而大大提高系統(tǒng)的自動化、智能和可靠性。39，將1.5 MEMS技術、1.5.1 MEMS功能和應用節(jié)目MEMS的小大小、高集成級別、靈活、強大的功能、人的操縱和處理能力擴展到微米空間。系統(tǒng)提供較小的質量和消耗、較小的尺寸，通常為MEMS設備提供更高的靈敏度和更好的動態(tài)特性。80%以上的MEMS采用硅微工藝(Silicon Microsoft)制造，具有大量生產型號，大大降低了制造成本。在單個籌碼內實現傳記機器集成也是MEMS獨有的特點。40，1.5 MEMS技術，1.5.1 MEMS功能和MEMS技術基礎上的微傳感器，微執(zhí)行器，微組件，微機械光學，真空微電子設備，電力電子設備等應用于航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境中的MEMS技術，41，1.5 MEMS技術，1.5.1 MEMS功能和目前領先MEMS市場應用的產品是壓力傳感器、加速規(guī)、微陀螺儀、墨水噴霧和硬盤驅動的第一位。大部分勢觀察家預測，未來5年ME