物联网入门指南.doc

物联网入门手册物联网入门手册 目录目录 一 物联网简介一 物联网简介 5 1 1 常见定义 5 1 2 主要特征 5 1 3 产生背景 6 1 3 1 物联网实践追溯 6 1 3 2 物联网发展 6 1 3 3 智慧地球 7 1 3 4 物联网成为新兴战略产业 7 1 4 物联网的技术架构 8 1 5 物联网发展的近况 9 1 5 1 政府部门积极推动物联网发展 9 1 5 2 国内形成了 RFID M2M 传感网等丰富的物联网应用 10 1 5 3 全社会对物联网的内涵尚未取得共识 11 二 物联网相关技术简介二 物联网相关技术简介 11 2 1 物联网技术 11 2 1 1 射频识别 RFID 11 2 1 2 RFID 的基本组成部分 12 2 1 3 RFID 技术的基本工作原理 12 2 1 4 RFID 标签的类别 13 2 1 5 工作频率指南和典型应用 15 2 1 6 RFID 技术的典型应用 19 2 2 全球定位系统 22 2 2 1 GPS 构成分为以下部分 22 2 2 2 GPS 功用 23 2 3 红外线感应器 24 2 3 1 红外线感应器原理 24 2 4 嵌入式系统技术 24 三 物联网相关产品及解决方案三 物联网相关产品及解决方案 25 3 1 物联网的终端产品分类 25 3 2 物联网产品的层次关系 26 3 3 相关产品举例 27 3 4 物联网解决方案 27 四 常见的物联网网站四 常见的物联网网站 30 一 物联网简介一 物联网简介 1 1 常见定义 从信息技术的角度来说 物联网是指具有感知和智能处理能力的 可标识的亿万物品 基于标准的 可互操作的通信协议 在宽带移 动通信 下一代网络和云计算平台等技术的支撑下 智能处理物品 或环境的状态信息 提供对其进行管理和控制的决策依据 甚至在 人类直接干预或无需人工干预情况下实现联动 从而形成信息获取 物品管理和控制的安全可信的全球性信息系统 物联网是继个人计算机 互联网及移动通信网络之后的全球信息 化的第三次浪潮 是传感网 互联网 移动通信 云计算 以及智 能信息处理等信息技术发展到一定阶段 在应用需求和供给创新的 双轮驱动下 通过水平分层与垂直整合技术脉络与产业链条而形成 的全球性信息系统 1 2 主要特征 和传统的互联网相比 物联网有其鲜明的特征 首先 它是各种 感知技术的广泛应用 物联网上部署了海量的多种类型传感器 每 个传感器都是一个信息源 不同类别的传感器所捕获的信息内容和 信息格式不同 传感器获得的数据具有实时性 按一定的频率周期 性的采集环境信息 不断更新数据 其次 它是一种建立在互联网上的泛在网络 物联网技术的重要 基础和核心仍旧是互联网 通过各种有线和无线网络与互联网融合 将物体的信息实时准确地传递出去 在物联网上的传感器定时采集 的信息需要通过网络传输 由于其数量极其庞大 形成了海量信息 在传输过程中 为了保障数据的正确性和及时性 必须适应各种异 构网络和协议 还有 物联网不仅仅提供了传感器的连接 其本身也具有智能处 理的能力 能够对物体实施智能控制 物联网将传感器和智能处理 相结合 利用云计算 模式识别等各种智能技术 扩充其应用领域 从传感器获得的海量信息中分析 加工和处理出有意义的数据 以 适应不同用户的不同需求 发现新的应用领域和应用模式 1 3 产生背景 1 3 1 物联网实践追溯 物联网的实践具体可以追溯到 1990 年施乐公司的网络贩售机 具体概是 1999 年在美国的移动计算和网络国际会议上提出来 2005 年 经过了 5 年多的探索与发展 物联网技术不断丰富和完善 无 所不在的 物联网 通信时代即将来临 世界上所有的物体从轮胎 到牙刷 从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换 射频识别 技术 RFID 传感器技术 纳米技术 智能嵌入技术将得到更加广 泛的应用 1 3 2 物联网发展 2008 年后 为了促进科技发展 寻找经济新的增长点 各国政 府开始重视下一代的技术规划 将目光放在了物联网上 在中国 同年 11 月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会 知识社会 与创新 2 0 提出移动技术 物联网技术的发展代表着新一代信息 技术的形成 并带动了经济社会形态 创新形态的变革 推动了面 向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新 创新 2 0 形态的 形成 创新与发展更加关注用户 注重以人为本 而创新 2 0 形态 的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展 1 3 3 智慧地球 2009 年 IBM 大中华区首席执行官钱大群提出 智慧地球 的 概念 IBM 认为 IT 产业要把新一代 IT 技术充分运用在各行各业之 中 具体地说 就是把感应器嵌入和装备到电网 铁路 桥梁 隧 道 公路 建筑 供水系统 大坝 油气管道等各种物体中 并且 被普遍连接 形成物联网 如果在基础建设的执行中 植入 智慧 的理念 不仅仅能够在短期内有力的刺激经济 促进就业 而且能 够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台 IBM 希望 智慧的地球 策略能掀起 互联网 浪潮之后的又一次科技产业 革命 今天 智慧地球 战略被不少美国人认为与当年的 信息高 速公路 有许多相似之处 同样被他们认为是振兴经济 确立竞争 优势的关键战略 该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和 经济浪潮 不仅为美国关注 更为世界所关注 1 3 4 物联网成为新兴战略产业 2009 年 8 月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时 对于物联网应用也提出了一些看法和要求 自温总理提出 感知中 国 以来 物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一 写入 政府工作报告 物联网在中国受到了全社会极大的关注 其受关 注程度是在美国 欧盟 以及其他各国不可比拟的 截至 2010 年 发改委 工信部等部委正在会同有关部门 在新一代信息技术方面 开展研究 以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施 从而推 动我国经济的发展 1 4 物联网的技术架构 从技术架构上来看 物联网可分为三层 感知层 网络层和应用 层 感知层由各种传感器以及传感器网关构成 包括二氧化碳浓度传 感器 温度传感器 湿度传感器 二维码标签 RFID 标签和读写器 摄像头 GPS 等感知终端 感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮 肤等神经末梢 它是物联网获识别物体 采集信息的来源 其主要 功能是识别物体 采集信息 网络层由各种私有网络 互联网 有线和无线通信网 网络管理 系统和云计算平台等组成 相当于人的神经中枢和大脑 负责传递 和处理感知层获取的信息 应用层是物联网和用户 包括人 组织和其他系统 的接口 它 与行业需求结合 实现物联网的智能应用 物联网的行业特性主要体现在其应用领域内 目前绿色农业 工 业监控 公共安全 城市管理 远程医疗 智能家居 智能交通和 环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试 某些行业已经积累一 些成功的案例 图 1 技术架构图示 1 5 物联网发展的近况 总体上 我国信息化进程尚未完成人与人广泛互联互通的阶段 离物联网的显著特征还具有很长的距离 1 5 1 政府部门积极推动物联网发展 2009 年 8 月温家宝总理在考察无锡高新微纳传感网工程技术研 发中心时指出 要积极创造条件 在无锡建立中国的传感网中心 感知中国 中心 发展物联网 11 月在首都科技界大会再次提 出发展物联网 各部门 各地区积极响应 纷纷出台各项举措 推 动物联网发展 国家中长期科学与技术发展规划 2006 2020 年 和 新一代宽带移动无线通信网 重大专项中均将传感网列入重点 研究领域 工业和信息化部开展物联网的调研 将从技术研发 标 准制定 推进市场应用 加强产业协作四个方面支持物联网发展 无锡市大力建设国家传感网创新示范区 国家传感信息中心 在物 联网人才引进 资金 税收 土地等方面对相关企业进行大力支持 吸引了中科院 清华大学 北京邮电大学 中国移动 中国联通 中国电信等企事业单位在无锡设立机构 北京着手启动物联网的规 划工作 市经济和信息化委员会与中关村管委会成立中关村物联网 产业联盟 其它地区也从制定规划 设立相应机构等方面着手推动 物联网的发展 1 5 2 国内形成了 RFID M2M 传感网等丰富的物联网应用 虽然物联网的概念在我国最近才得到广泛关注 但物联网的应用 很早就在我国开展 目前主要以 RFID M2M 传感网三种形态为主 在 RFID 方面 2009 年中国 RFID 产业市场规模达 110 亿元 相比 2008 年增长 36 8 已用于物流 城市交通 工业生产 食品追溯 移动支付等方面 特别是随着 3G 网络开始运营 各运营商推出了移 动支付方式 如中国移动于 11 月宣布采用 RFID 技术的 SIM 卡 在 星巴克和上海世博园园区内将可以通过手机近端刷卡消费 在 M2M 方面 电信运营商积极开展 M2M 应用 如中国移动从 2004 年开始发 展 M2M 业务 2008 年 M2M 终端数量发展了 229 万 目前已超过 300 万部 预计未来年增长率将超过 60 在智能楼宇 路灯监控等方 面得到广泛应用 国内在传感器网络方面则处于发展初级阶段 基 本上还是依托于科研项目 科研成果的示范 使用的协议也 还是专 用协议 1 5 3 全社会对物联网的内涵尚未取得共识 虽然物联网受到全社会的普遍关注 但目前物联网的概念和技术 架构缺乏统一的清晰描述 全社会对物联网的内涵尚未取得共识 有的认为物联网就是传感网 有的认为物联网必然与 RFID 相关 有 的认为 EPC 网络就是物联网 有的认为物联网不是网络 而是应用 还有的 认为物联网太过遥远 只是一个概念 本报告所提出的观 点 物联网从广义上认为是深度信息化 狭义上认为是此深度信息 化的承载网络 这其中的 深度 体现在与当前信息化的三大显著 不同特征上 仅是一家之言 还需要与业内人士共同探讨 不断发 展完善 二 物联网相关技术简介二 物联网相关技术简介 2 1 物联网技术 物联网技术 的核心和基础仍然是 互联网技术 是在互联 网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术 其用户端延伸和扩展 到了任何物品和物品之间 进行信息交换和通讯 因此 物联网技 术的定义是 通过射频识别 RFID 红外感应器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 将任何物品与互联网 相连接 进行信息交换和通讯 以实现智能化识别 定位 追踪 监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术 2 1 1 射频识别 RFID 射频识别即 RFID Radio Frequency IDentification 技术 又称电子标签 无线射频识别 是一种通信技术 可通过无线电讯 号识别特定目标并读写相关数据 而无需识别系统与特定目标之间 建立机械或光学接触 RFID 是一种简单的无线系统 只有两个基本 器件 该系统用于控制 检测和跟踪物体 系统由一个询问器 或 阅读器 和很多应答器 或标签 组成 2 1 2 RFID 的基本组成部分 标签 Tag 由耦合元件及芯片组成 每个标签具有唯一的电子 编码 附着在物体上标识目标对象 阅读器 Reader 读取 有时还可以写入 标签信息的设备 可 设计为手持式或固定式 天线 Antenna 在标签和读取器间传递射频信号 2 1 3 RFID 技术的基本工作原理 RFID 技术的基本工作原理并不复杂 标签进入磁场后 接收解 读器发出的射频信号 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯 片中的产品信息 Passive Tag 无源标签或被动标签 或者由标 签主动发送某一频率的信号 Active Tag 有源标签或主动标签 解读器读取信息并解码后 送至中央信息系统进行有关数据处理 一套完整的 RFID 系统 是由阅读器 Reader 与电子标签 TAG 也就是所谓的应答器 Transponder 及应用软件系统三个部份所组成 其工作原理是 Reader 发射一特定频率的无线电波能量给 Transponder 用以驱动 Transponder 电路将内部的数据送出 此时 Reader 便依序接收解读数据 送给应用程序做相应的处理 以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看 大致上可以分成 感应耦合 Inductive Coupling 及后向散射耦合 Backscatter Coupling 两种 一般低频的 RFID 大都采用第一种 式 而较高频大多采用第二种方式 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读 写装置 是 RFID 系统信息控制和处理中心 阅读器通常由耦合模块 收发模块 控制模块和接口单元组成 阅读器和应答器之间一般采用半双工通 信方式进行信息交换 同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量 和时序 在实际应用中 可进一步通过 Ethernet 或 WLAN 等实现对 物体识别信息的采集 处理及远程传送等管理功能 应答器是 RFID 系统的信息载体 目前应答器大多是由耦合原件 线圈 微带天线 等 和微芯片组成无源单元 2 1 4 RFID 标签的类别 RFID 标签分为被动 半被动 也称作半主动 主动三类 被动式 被动式标签没有内部供电电源 其内部集成电路通过接收到的电 磁波进行驱动 这些电磁波是由 RFID 读取器发出的 当标签接收到 足够强度的讯号时 可以向读取器发出数据 这些数据不仅包括 ID 号 全球唯一标示 ID 还可以包括预先存在于标签内 EEPROM 中的 数据 由于被动式标签具有价格低廉 体积小巧 无需电源的 优点 目前市场的 RFID 标签主要是被动式的 半被动式 一般而言 被动式标签的天线有两个任务 第一 接收读取器所 发出的电磁波 藉以驱动标签 IC 第二 标签回传信号时 需要靠 天线的阻抗作切换 才能产生 0 与 1 的变化 问题是 想要有最好 的回传效率的话 天线阻抗必须设计在 开路与短路 这样又会使 信号完全反射 无法被标签 IC 接收 半主动式标签就是为了解决这 样的问题 半主动式类似于被动式 不过它多了一个小型电池 电 力恰好可以驱动标签 IC 使得 IC 处于工作的状态 这样的好处在 于 天线可以不用管接收电磁波的任务 充分作为回传信号之用 比起被动式 半主动式有更快的反应速度 更好的效率 主动式 与被动式和半被动式不同的是 主动式标签本身具有内部电源供 应器 用以供应内部 IC 所需电源以产生对外的讯号 一般来说 主 动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读 取器所传送来的一些附加讯息 射频识别技术包括了一整套信息技术基础设施 包括 射频识别 标签 又称射频标签 电子标签 主要由存有识别代码的大规模集 成线路芯片和收发天线构成 目前主要为无源式 使用时的电能取 自天线接收到的无线电波能量 射频识别读写设备以及 与相应的信 息服务系统 如进存销系统的联网等 2 1 5 工作频率指南和典型应用 目前定义 RFID 产品的工作频率有低频 高频和超高频的频率范 围内的符合不同标准的不同的产品 而且不同频段的 RFID 产品会有 不同的特性 其中感应器有无源和有源两种方式 下面详细介绍无 源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用 低频 从 125KHz 到 135KHz 其实 RFID 技术首先在低频得到广泛的应 用和推广 该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作 也就是在 读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用 通过读写器交 变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流 可作供电电压使用 磁场区域能够很好的被定义 但是场强下降的太快 特性 1 工作在低频的感应器的一般工作频率从 120KHz 到 134KHz TI 的工作频率为 134 2KHz 该频段的波长大约为 2500m 2 除了金属材料影响外 一般低频能够穿过任意材料的物品而 不降低它的读取距离 3 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制 4 低频产品有不同的封装形式 好的封装形式就是价格太贵 但是有 10 年以上的使用寿命 5 虽然该频率的磁场区域下降很快 但是能够产生相对均匀的 读写区域 6 相对于其他频段的 RFID 产品 该频段数据传输速率比较慢 7 感应器的价格相对与其他频段来说要贵 主要应用 畜牧业的管理系统 汽车防盗和无钥匙开门系统的 应用 马拉松赛跑系统的应用 自动停车场收费和车辆管理系 统 自动加油系统的应用 酒店门锁系统的应用 门禁和安 全管理系统 高频 工作频率为 13 56MHz 在该频率的感应器不再需要线圈进行绕 制 可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线 感应器一般通过负载 调制的方式进行工作 也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断 开促使读写器天线上的电压发生变化 实现用远距离感应器对天线 电压进行振幅调制 如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开 那么这些数据就能够从感应器传输到读写器 特性 1 作频率为 13 56MHz 该频率的波长大概为 22m 2 除了金属材料外 该频率的波长可以穿过大多数的材料 但 是往往会降低读取距离 感应器需要离开金属一段距离 3 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制 4 感应器一般以电子标签的形式 5 虽然该频率的磁场区域下降很快 但是能够产生相对均匀的 读写区域 6 该系统具有防冲撞特性 可以同时读取多个电子标签 7 可以把某些数据信息写入标签中 8 数据传输速率比低频要快 价格不是很贵 主要应用 图书管理系统的应用 瓦斯钢瓶的管理应用 服装生 产线和物流系统的管理和应用 三表预收费系统 酒店门锁的管理 和应用 大型会议人员通道系统 固定资产的管理系统 医药物流 系统的管理和应用 智能货架的管理 超高频 工作频率为 860MHz 到 960MHz 之间 超高频系统通过电场来传 输能量 电场的能量下降的不是很快 但是读取的区域不是很好进 行定义 该频段读取距离比较远 无源可达 10m 左右 主要是通过 电容耦合的方式进行实现 特性 1 在该频段 全球的定义不是很相同 欧洲和部分亚洲定义的 频率为 868MHz 北美定义的频段为 902 到 905MHz 之间 在日本建 议的频段为 950 到 956 之间 该频段的波长大概为 30cm 左右 2 目前 该频段功率输出目前统一的定义 美国定义为 4W 欧 洲定义为 500mW 可能欧洲限制会上升到 2W EIRP 3 超高频频段的电波不能通过许多材料 特别是水 灰尘 雾 等悬浮颗粒物资 相对于高频的电子标签来说 该频段的电子标签 不需要和金属分开来 4 电子标签的天线一般是长条和标签状 天线有线性和圆极化 两种设计 满足不同应用的需求 5 该频段有好的读取距离 但是对读取区域很难进行定义 6 有很高的数据传输速率 在很短的时间可以读取大量的电子 标签 主要应用 供应链上的管理和应用 生产线自动化的管理和应用 航空包裹的管理和应用 集装箱的管理和应用 铁路包裹的管理和 应用 后勤管理系统的应用 有源 RFID 技术 2 45GHz 5 8G 有源 RFID 具备低发射功率 通信距离长 传输数据量大 可靠 性高和兼容性好等特点 与无源 RFID 相比 在技术上的优势非常明 显 被广泛地应用到公路收费 港口货运管理等应用中 射频识别作为一种新兴的自动识别技术 在中国拥有巨大的发展 潜力 射频识别技术 RFID Radio Frequency Identification 实 际上是自动识别技术 AEI Automatic Equipment Identification 在无线电技术方面的具体应用与发展 该项技术的基本思想是 通 过采用一些先进的技术手段 实现人们对各类物体或设备 人员 物 品 在不同状态 移动 静止或恶劣环境 下的自动识别和管理 2 1 6 RFID 技术的典型应用 物流和供应管理 生产制造和装配 航空行李处理 邮件 快运 包裹处理 文档追踪 图书馆管理 动物身份标识 运动计时 门禁 控制 电子门票 道路自动收费 城市一卡通的应用 高校手机一卡 通的应用 案例 博物馆利用 RFID 技术拓展参观者体验 美国 加州技术创新博物馆正使用 RFID 技术来拓展和增强参 观者的参观体验 他们给前来参观的访问者每人一个 RFID 标签 使 其能够在今后其个人网页上浏览此项展会的相关信息 这种标签还 可用来确定博物馆的参观者所访问的目录列表中的语言类别 或许 在未来的某天 美国的技术创新博物馆将会开发出一种展示品 用 来探测 RFID 技术对于整个世界的影响 但是现在 位于加州的该博 物馆正使用 RFID 技术来拓展和增强参观者的参观体验 该博物馆成 立于 1990 年 自成立以来 就成为了硅谷有名又受欢迎的参观地 并吸引了很多家庭和科技爱好者前来参观访问 每年大约能接待 40 万参观者 从参观者所做出的积极良好的反应看来 使用 RFID 标签 是成功的 博物馆对于那些对人类科学 生命科学及交流等做出贡 献的科学技术将会进行永久性的展列 并将对硅谷的革新者等所做 出的业绩进行详细的展示 一个名为 Genetics Technology With a Twist 的生命科学展会于 2004 年 3 月举行 在此会上 该博物馆 展示了使用 RFID 标签的方案 即给前来参观的访问者每人一个 RFID 标签 使其能够在今后其个人网页上浏览采集此项展会的相关 信息 这种标签还可用来确定博物馆的参观者所访问的目录列表中 的语言类别 由于其他参观者的影响以及时间限制等问题 参 观者并不能够像其所期望的能够很好的了解和学习较多的与展示相 关的知识 事实上 美国明尼苏达州的科技博物馆曾对此进行调查 并指出平均每个参观者参观科技博物馆中的每个陈列展品所用的时 间约为 30 秒钟 通过使用 RFID 标签来自动的创造出个人化的信息 网页 参观者便可以选择在其方便的时候在网页上查询某个展示议 题的相关资料 或者找寻博物馆中的相关资料文献 在参观结束之后 参观者还可以在学校或家中通过网络访问网站 并键入其标签上一个 16 位长的 ID 号码并登陆 这样他们就可以访 问其独有的个人网页了 很多家美国及其它国家的博物馆都打算在 卡片或徽章的同一端上使用 RFID 技术 至少丹麦的一家自然历史博 物馆以 PDA 的形式将识读器交到前来参观者手中 并将标签与展示 内容结合起来 但是据技术创新博物馆的副馆长 Greg Brown 所知 其博物馆是第一家使用 RFID 技术腕圈的博物馆 博物馆认为这是 参观了解博物馆的一种最好的方法 因为这样参观者能够实现与展 示会之间的互动 这种 RFID 腕圈很像一个带有饰物的手链 它是 由一个三英寸长一英寸宽的黑色橡皮圈将该博物馆的标签固定住的 每一个 RFID 标签都有一个特有的 16 位长的数字密码粘贴在饰物上 面 数字密码被刻在一个薄膜状的蓝绿色铝制金属薄片天线上 天 线中央是一个十分显眼的数字配线架 日立公司推出的 Chip 这种仅 0 4 平方毫米大的 chip 是目前来说最小的用于标 识日期的 RFID 芯片 工作频率为 2 45GHz 其最适合用于像技术创 新博物馆的应用程序之类的闭环系统 对于用户来说 他们根 本不需要提供任何的邮箱地址或其它类似的信息 他们只需要提供 一个 16 位长的数字密码就可以直接登陆到他们的个人网页 因此 据 Brown 说 使用这种标签并没有引发破坏隐私等问题 实际上 许多前来参观的高新技术的爱好者都对此做出的良好的反应 Brown 又接着说到 这种技术与前来参观者的个人品格简直是完美结合 人们确实很想要更多的了解它到底是怎样工作的 博物馆当下已拥 有约 40 个此种标签站点且数目一直在增加中 而在每一个站点都设 有向参观者介绍怎样使用该种标签的招牌和标语 这样就可以使每 一个标签都进入 RFID 识读器天线的识读区域内 但有时候 这样的 操作说明会显示在一台手动监测器上面 当参观者看到显示灯闪了 一下或者听到一声操作音后 便知道他们的标签已经被识读过了 2 2 全球定位系统 Global Positioning System 简称 GPS 在物联网技术里充 当着相当基础性的作用 已经深入我们的生活 2 2 1 GPS 构成分为以下部分 空间部分 GPS 的空间部分是由 24 颗工作卫星组成 它位于距地表 20200km 的上空 均匀分布在 6 个轨道面上 每个轨道面 4 颗 轨道倾角为 55 此外 还有 3 颗有源备份卫星在轨运行 卫星的分布使得在 全球任何地方 任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星 并能在卫星 中预存的导航信息 GPS 的卫星因为大气摩擦等问题 随着时间的 推移 导航精度会逐渐降低 地面控制系统 地面控制系统由监测站 Monitor Station 主控制站 Master Monitor Station 地面天线 Ground Antenna 所组成 主控制站位 于美国科罗拉多州春田市 Colorado Spring 地面控制站负责收集 由卫星传回之讯息 并计算卫星星历 相对距离 大气校正等数据 用户设备部分 用户设备部分即 GPS 信号接收机 其主要功能是能够捕获到按 一定卫星截止角所选择的待测卫星 并跟踪这些卫星的运行 当接 收机捕获到跟踪的卫星信号后 就可测量出接收天线至卫星的伪距 离和距离的变化率 解调出卫星轨道参数等数据 根据这些数据 接 收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算 计算出 用户所在地理位置的经纬度 高度 速度 时间等信息 接收机硬 件和机内软件以及 GPS 数据的后处理软件包构成完整的 GPS 用户设 备 GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分 接收机一 般采用机内和机外两种直流电源 设置机内电源的目的在于更换外 电源时不中断连续观测 在用机外电源时机内电池自动充电 关机 后 机内电池为 RAM 存储器供电 以防止数据丢失 目前各种类型 的接受机体积越来越小 重量越来越轻 便于野外观测使用 其次 则为使用者接收器 现有单频与双频两种 但由于价格因素 一般使用 者所购买的多为单频接收器 2 2 2 GPS 功用 全球定位系统的主要用途 1 陆地应用 主要包括车辆导航 应急反应 大气物理观测 地球物理资源勘探 工程测量 变形监 测 地壳运动监测 市政规划控制等 2 海洋应用 包括远洋船 最佳航程航线测定 船只实时调度与导航 海洋救援 海洋探宝 水文地质测量以及海洋平台定位 海平面升降监测等 3 航空航天 应用 包括飞机导航 航空遥 感姿态控制 低轨卫星定轨 导弹制 导 航空救援和载人航天器防护探测等 2 3 红外线感应器 2 3 1 红外线感应器原理 红外线感应器是根据红外线反射的原理研制的 属于一种智能节 水 节能设备 包括感应水龙头 自动干手器 医用洗手器 自动 给皂器 感应小便斗冲水器 感应便器 这是标准的称呼 也有称 为热红外人体感应器 通过红外线反射原理 当人体的手或身体的某一部分在红外线区 域内 红外线发射管发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红 外线接收管 通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电 磁阀 电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制头出水 当 人体的手或身体离开红外线感应范围 电磁阀没有接受信号 电磁 阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制的关水 2 4 嵌入式系统技术 定义可从几方面来理解嵌入式系统 1 嵌入式系统是面向用户 面向产品 面向应用的 它必须与 具体应用相结合才会具有生命力 才更具有优势 因此可以这样理 解上述三个面向的含义 即嵌入式系统是与应用紧密结合的 它具 有很强的专用性 必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用 2 嵌入式系统是将先进的计算机技术 半导体技术和电子技术 和各个行业的具体应用相结合后的产物 这一点就决定了它必然是 一个技术密集 资金密集 高度分散 不断创新的知识集成系统 所以 介入嵌入式系统行业 必须有一个正确的定位 例如 Palm 之 所以在 PDA 领域占有 70 以上的市场 就是因为其立足于个人电子 消费品 着重发展图形界面和多任务管理 而风河的 Vxworks 之所 以在火星车上得以应用 则是因为其高实时性和高可靠性 3 嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪 满足应用 系统的功能 可靠性 成本 体积等要求 所以 如果能建立相对 通用的软硬件基础 然后在其上开发出适应各种需要的系统 是一 个比较好的发展模式 目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几 K 到几十 K 微内核 需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减 但是由于微内核的存在 使得这种扩展能够非常顺利的进行 实际上 嵌入式系统本身是一个外延极广的名词 凡是与产品结 合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统 而且 有时很难以给它下一个准确的定义 现在人们讲嵌入式系统时 某 种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统 本文在进 行分析和展望时 也沿用这一观点 一般而言 嵌入式系统的构架可以分成四个部分 处理器 存储 器 输入输出 I O 和软件 由于多数嵌入式设备的应用软件和操 作系统都是紧密结合的 在这里我们对其不加区分 这也是嵌入式 系统和 Windows 系统的最大区别 三 物联网相关产品及解决方案三 物联网相关产品及解决方案 3 1 物联网的终端产品分类 类别类别内内 容容应用应用备注备注 识别技术终端RFID 条形码 智能卡 生物识 别等 物流 门禁 传感技术终端温度 湿度 压力 速度等表 现物体状态属性的参数 农林数据监控控制 交通监控预警 任何物质的各种属性 参数 数据技术终端行业数据采集工商 税务的相关 认证 3 2 物联网产品的层次关系 物物互联的精髓是感知 感知包括传感器的信号采集 协同处理 智能组网 甚至信息服务 以达到控制 指挥的目的 否则就没有意义 识别模块 传感器 1 RFID 条码 智能 IC 卡识别模块 2 指纹 声纹 虹膜 图像识别技术模块 3 温度 湿度 压力 加速度 陀螺等各种物体属性传感器 4 红外检测 气体检测特种生化传感器来鉴别物质 数据采集器 1 识别数据采集器 2 传感器多路数据采集器 3 传感器数据采集处理器 通讯互联 无线短传无线短传基站传输基站传输卫星传输卫星传输 蓝牙 905M 433M 无线短传组网2G 3G 网络 运营商提供北斗 海事卫星 短距离传输 用于集群组网有运营商服务的场合广袤的未知世界 为用户提供相关的组网服务 对 原有设备的改造 结合运营商的服务内容提供通讯 终端 3G 模块 深入具体行业 做 SP 运营 对特种行业 特殊环境下的应用 采用卫星信道可以增强保密性 普及使用范围 对其中产品进行 运营和生产 3 3 相关产品举例 RIFD 主要产品 服装 rfid 无源 rfid rfid 芯片 rfid 打印 机 rfid 读写器 rfid 读卡器 rfid 标签 rfid 手持机 rfid 模 块 rfid 阅读器 rfid 射频标签 rfid 手持终端 rfid 远距离读 写器 rfid 射频卡 rfid 吊牌等等 传感器主要产品 传感器 常用传感器 压力传感器 称重传感 器 温度传感器 液位传感器 光电传感器 电流传感器 扭矩传 感器 数字式传感器 空调压力传感器 防爆传感器等等 射频产品 射频产品 无线射频产品 射频识别产品 射频卡产 品 射频微波产品 rf 产品 射频芯片 射频调制器 电视射频线 射频读卡器等等 3 4 物联网解决方案 所谓解决方案 就是基于一种需要的实际情况出发 根据现有的 所有技术设备条件 整合出的一套有实际作用能够实现的方案 物联网是互联网的延伸 也是互联网的发展方向 其应用的领域非 常广泛 目前 物联网在公共安全 工业生产 智能交通 智能家 居 绿色农业 煤炭生产 医疗诊断 应急指挥等行业均能提供丰 富的应用 将来 物联网在各行业都将承担越来越多的重要应用 应用案例举例 1 物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得 到应用 系统铺设了 3 万多个传感节点 覆盖了地面 栅栏和