物联网技术综述二——物联网传感技术.doc

物联网技术综述二物联网传感技术作者：谢中业导言：物联网的概念是在1999年提出的，但他发展迅速，已经成为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。世界各国的未来信息化发展战略，均从不同概念向物联网演进。在中国，物联网技术已从实验室阶段走向实际应用，国家电网、机场安保、物流等领域已出现物联网身影。专家预计，物联网技术将用三至五年普及，将会发展为上万亿规模的高科技市场。而我国目前在传感网领域走在世界前列，中国与德国、美国、英国等一起成为国际物联网标准制定的主导国。物联网是由传感设备、终端、信息处理中心和用户组成网络，本文将主要讲述物联网传感技术的相关情况。一、什么是物联网及物联网传感器l 物联网目前业界对物联网还没有一个完全统一的概念，但普遍认可的概念是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。笔者根据上述定义，按照网络内数据的流向及处理方式将物联网分为三个层次：一是传感网络层,即以二维码、RFID、传感器为主,实现对“物”或环境状态的识别;二是传输网络层,即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网（IPv6）,实现数据的传输和计算;三是应用网络层,即输入输出控制终端,包括电脑、手机等终端。物联网结构图如下所示：图一：物联网结构图二、物联网传感器的作用物联网传感器：在物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论那种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。传感器的作用：在物联网中，传感器用来进行各种数据信息的采集和简单的加工处理，并通过固有协议，将数据信息传送给物联网终端处理。如通过RFID进行标签号码的读取，通过GPS得到物体位置信息，通过图像感知器得到图片或图像，通过环境传感器取得环境温湿度等参数。传感器属于物联网中的传感网络层，他作为物联网的最基本一层，具有十分重要的作用，他好比人的眼睛和耳朵，去看去听世界上需要被监测的信息。因此，传感网络层中传感器的精度是应用中重点考虑的一个实际参数。三、物联网传感器的主要应用及介绍1、物流及安保领域目前，物流和安保领域是物联网应用最成功的两个领域，因为他们自身特点决定了应用的必要性。首先说物流，现在的物流管理方式大部分采用手持机以条码或标签方式读取货物附着信息，该信息包含了货物的基本发源地、目的地、承载的其他信息等，通过手持机的gprs模块，可以在中间流通领域，很容易的回传这些信息，做到了物品管理中的无缝跟踪。在这里用到的传感器有激光条码扫描器和RFID射频读卡器，这两种技术在经过了市场多年发展，已经很成熟，所以，物流领域的物联网技术可以迅速推广。其次，再看安保领域，因为国家的大型赛事、活动等，对安全有着特殊的要求，这便是推动物联网技术在安保领域迅速发展的主要动力，在国家奥运会、世博会等，RF识别技术和物联网技术的结合，为实时掌握人员进出动态及活动范围提供了保障，同时，配合电子眼、红外对射、地埋泄露电缆等多种手段，为防止异物的闯入提供更加有效的阻止和保障。2、环境参数监测领域主要使用的环境传感器，如：空气温湿度，土壤温湿度，气体成分含量，光照强度检测等。这些传感器被用在直接对环境参数进行监测的场合，如：智能家居、设施农业、水文信息、野外监测和实时气象等。这些传感器一般只负责对信号的采集、传送，很少进行处理，大部分的参数都是用来进行定性控制的原始信息，如空气温度传感器监测到的温度值，可能被用来控制空调是否开启，土壤水分传感器监测到的水分含量，可能被用来控制水泵是否抽水浇灌等。这些传感器根据使用场合不同会有精度要求，如野外用气象传感器的精度都较高，价格较贵。而设施农业或智能家居用的传感器，以趋势判断为主，精度较低，价格也相对便宜，适合普及推广。3、设备状态检测领域在设备状态检测领域，主要使用的传感器有GPS（卫星定位系统），位置传感器，震动传感器等，这些传感器用于检测物体的位置、运动、振动情况等参数。例如：在进行设备管理时尤其是移动机械，如：车队管理，我们首先要通过GPS确定车队中每个车的位置，同时，也可以通过一段时间后对车队位置的检测，知道车队的移动方向和移动轨迹，方便的实现车队的管理功能。4、物理参量检测领域在智能化工厂中，我们经常要对工厂中设备的各种参数进行检测，如设备的电压、电流检测，用电的电损检测，电力线的有功功率和无功功率检测，波形检测，水压、水流量检测等，这些检测一般通过电压电流检测器，电流相位检测器，水流水压检测器等实现，这些传感器有些内嵌到工厂的设备中，有些需要我们根据现场需求选择相应的传感器并安装到设备外，这类传感器一般都具有采集、显示和传输等多种功能，因此在市场上大部分被称作表，如：电子电压表、电子水表、电子功率表等。5、环境感知检测领域有些传感器感知的不是一组数据，而是一串数据或不间断的数据流，如：使用摄像头进行图像采集，使用CCD相机拍照等。还有些传感器仅仅记录检测区域的状态，如智能家居的门窗开关，智能交通中利用地感线圈等采集车流量信息等。形形色色的环境传感器，共同构成了物联网的传感层。四、物联网传感器应用分析1、智能化交通：智能交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。在智能交通中，利用物联网传感技术有：ETC(Electronic Toll Collection) 全自动电子收费、交通监控系统、交通流量采集系统等。ETC系统又称为不停车收费系统，他通过安装在车辆上的电子标签及安装在收费站的电子识别系统和传输系统共同完成车辆的远距离识别及扣费计算。交通监控系统主要利用遍布在城市道路中的众多摄像头，采集道路车辆视频信号，经由指挥中心的判断与控制，确定疏导路段。交通流量采集系统可以通过在某些主要路段或路口安装地感线圈进行流量计算和流量统计，为道路的通行能力和通行状况提供实时有效的参考。2、智能化工厂（设备管理）：通过对工厂设备用电状况的监测、设备运行状态的监测、设备主要指标参数的监测等合理调度和使用设备，达到合理分配和使用资源、节约电能、减少机器损耗、确保生产安全的目的。智能化工厂的建设，可以利用原有设备中的智能化接口，将检测的数据输出，我们只需要在输出外围增加物联网终端进行数据的传输和处理。在设备不含有我们需要的传感器或传感数据时，我们也可以对设备进行传感器的加装，例如设备的实时功率、设备运行温度、设备是否运转、设备的震动等参量，只要管理需要的数据，我们都可以通过传感器获得，通过对诸多数据的采集和处理，达到合理调度和使用的目的。3、智能物流：智能化物流就是通过条码技术、RFID技术和物联网技术实现货物从仓库到使用者的全程管理。任何商品在生产后，都存在着商品的自身信息，这个信息可以以条码和RFID电子标签的方式存储。在商品的流通过程中，可以通过扫描枪或RFID读卡器等方式读取这些信息，通过商品流通过程中的信息的读取，我们可以完全跟踪商品的位置，直到该商品已经流通到了消费者手中，该过程才终止。在大型工厂、运输集团、大型超市、商场等场所，智能化的物流系统可以方便商品的全程化跟踪，管理者可随时知晓商品的位置和状态，为货物的高效率流通和资源的合理配置提供可靠的保障。4、现代农业：通过各种农业用环境传感器检测诸如环境温湿度、气体含量、光照等信息，为农业生产提供参考，并配合水、肥、气的控制设备，达到增产保产目的。针对农业环境的传感器有空气温湿度传感器、水分含量传感器、土壤温度传感器、气体含量传感器（CO，CO2，NH3等）、光照强度传感器等。物联网应用中，通过终端的这些传感器，采集现场数据，经过传送和后台处理，实现对温度高低、湿度高低、水分含量多少、气体含量多少、光照强弱的判断和发布，达到对农作物生长环境的智能管理和智能控制目的。5、智能家居：智能家居又称智能住宅，是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。物联网传感技术在智能家居中被广泛应用，如环境温度、湿度、门窗开关状态、是否有人闯入、电灯控制、空调控制等，此外，在新的家电中已经集成了一些预留的控制功能，如海尔就在其新一代智能家电中留有控制接口，与其他可以检测和控制的设备一起，构成物联网智能家居系统，这些系统检测到的数据，可以通过上传到数据平台，并通过互联网或手机WAP