传感器原理期中论文物联网与传感器的发展历史与趋势

1、传感器原理期中论文物联网与传感器的发展与趋势摘 要文章概括地论述了当前it 界和社会备受关注的热点：物联网和传感器的产生、发展与趋势，阐述了物联网与传感器汇聚所引发的it 第三次浪潮对社会发展和人们生活的影响与作用；文中提出了物联网和智慧地球的新理念，分析了物联网智能化发展趋势和发展过程中面临的机遇和挑战；引出了传感器在信息产业中的重要作用，系统介绍了传感器的分类和原理，以及其微型化、智能化、多功能化、无线网络化的发展趋势。关键词: 物联网；传感器；应用；发展趋势目录前言3一 物联网的探究4（一）物联网的概念与定义4（二）物联网的发展史4（三）物联网的应用与发展前景4（四）物联网面临的挑战5二

2、 传感器的探究7（一）传感器的定义与分类7（1）电阻式传感器7（2）电容式传感器7（3）电感式传感器8（二）生活中的传感器8（三）传感器的发展趋势8（1）微型化8（2）智能化9（3）多功能化 9（4）无线网络化9三 结论11前言21世纪是信息的世纪，在生活节奏快捷以及科技发达的今天，人们希望通过各类网络的接入，在无人干预的情况下，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。面对各种各样海量的信息，不仅需要传感器能捕捉、识别各种物理信息，还需要网络层对收集到的数据分类和管理，更需要一个强大的数据处理中心。为了这些应对问题，物联网(internet of things)

3、的概念应运而生。物联网是继计算机、互联网的应用与普及之后，蓬勃兴起的世界信息技术革命的第三次浪潮，是二十世纪人类社会以信息技术应用为核心的技术。纵观全球，欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作，并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝，所以非常重视物联网和互联网的发展。我国对“物联网”的关注和重视丝毫不亚于其他国家，自2009年8月温家宝总理提出“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。一 物联网的探究“物联网”(internet of things)被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。it界专家认为，物联网不仅可以提高经济效益，

4、大大节约成本，还极大的可能为全球经济的复苏提供强有力的技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网，信息技术正处于新一轮重大技术突破的前夜。美国橡树岭国家实验室曾在2002年断言，it时代正在从“computer is the network”(计算机网络)向“sensor is the network ”(无线传感网络)转变。物联网与传感网络技术已被世界各国当作振兴经济、确立全球竞争优势的关键战略。（一） 物联网的概念与定义物联网(the internet of things)的概念是在1999年提出的,它的定义很简单：把所有物品通过射频识别(rfid)、红外感应器、全球

5、定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网是利用感知设备获取无处不在的现实世界的信息，实现物与物、物与人之间的信息交流，支持智能的信息化应用，实现信息基础设施与物理基础设施的全面融合，最终形成统一的智能基础设施。（二） 物联网的发展史l 1999年mit auto-id center提出物联网概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。l 2008年11月 ibm提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此作为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理

6、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。l 2009 年1 月，奥巴马就任总统后第一次举行的美国工商业领袖圆桌会上，ibm 总裁兼ceo 彭明盛提出“智慧地球”(smart earth )的新理念，建议投资新一代智慧型基础设施，奥巴马给予积极的回应。l 2009 年9 月11 日，传感网国家标准工作组在京成立。“感知中国”高峰论坛召开，中国移动称：物联网是“万亿”级产业。（三） 物联网的应用与发展前景物联网无疑是当今世界备受瞩目的焦点之一，它是未来世界改变生活模式的新思路。许多物联网技术已经进入百姓的生活，让人们感受到高科技带来的

7、便利和神奇。物联网有广阔的应用领域，遍及智能运输、智能建筑、遥感勘测、环境保护、工业自动化、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集、移动pos、气象、林业、水务、金融等诸多领域。很多人会以为物联网是一个高端的科技，与自己的生活没有交集，但物联网已经悄然走进了我们的生活，比如二代身份证、etc（electronic toll collection 电子不停车收费系统）、营运车辆监控和调度、无线pos等等。我国物联网的典型应用雏形也已经逐渐呈现。如上海世博会的门票系统就是一张物联网，不论是内嵌射频识别芯片的普通门票，还是采用有源

8、射频识别芯片的手机门票，都能与所有闸机、预约机进行信息交流。在重庆已有近7000台出租车将进入物联网管理时代：出租车在哪儿上客、下客，车上装了几个人，有没有打表等信息，通过管理平台就能一目了然，遇到超速、车辆故障等还能自动提醒。利用物联网实现“智能家居”并不是遥不可及的，物联网带来的新奇远不止于此。在南京，智能家居系统已经走进了数十人的生活，户主只需要在临下班时，通过手机发条短信，家里的电饭煲就可以煮饭，洗衣机就可以洗衣服，空调也自动提前开放，调节到人体舒适温度等等。智能家居的奇妙之处不仅在于可通过手机远程指挥家里的电器设备，而且如果忘记关灯、关门，系统会自动发短信提醒，如果家中有火情发生，还

9、会及时报警。也许它带来的神奇正如一句话说的“没有你做不到的，只有你想不到的”，英国生命信托基金会计划构建拥有全智能化系统的老年公寓，使老人在未来可以不受养老院束缚，在自己家中过上高质量生活。公寓将采用电脑技术、无线传输技术等手段，在地板和家电中植入电子芯片装置，使老人的日常生活处于远程监控状态。如果老人走出房屋或摔倒，地面安全传感器会立即通知医护人员或亲属；冰箱里的牛奶翻倒撒出，或是锅在炉灶上无人看管，冰箱和厨房的传感器也会发出警报；自动化“药剂师”会提醒老人准时吃药；娱乐传感器则在老人进门时自动播放主人喜爱的音乐，并适时调节暖气和灯光。我们可以相信这样的构想并不是空中楼阁，因为物联网打造的就

10、是“无物不联，物物相连，物能感应，物皆能知。”的世界。（四） 物联网面临的挑战总结来说，物联网面临着五大挑战： 物联网的政策和法规； 技术标准的统一与协调； 管理平台的形成； 安全体系的建立与形成； 应用的开发。我们面临的既是机遇也是挑战，唯一确定的是，物联网的发展应以需求为导向，努力实现整个产业链的联动发展，最终实现“互联网+物联网=智慧地球”。二 传感器的探究物联网的体系构架主要有三层：应用层、网络层和感知层，而传感器作为物联网采集信息的终端工具，就如同是物联网的“眼睛”、“鼻子”和“耳朵”，是感知层的关键技术，在物联网的发展过程中，传感器技术已成为其最重要的支柱技术之一。传感器不仅在物联

11、网的发展过程中起着举足轻重的作用，毫无疑问，传感器已经成为当今世界不可或缺的成分。大到楼房、汽车、电脑、公路，小到手机、相机、随身听、ic卡，都依赖着传感器来支持其功能的实现。传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。（一）传感器的定义和分类国家标准gb7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的

12、规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。根据传感器的定义，我们可以将传感器大致分为三大主流：电阻传感器、电容传感器和电感传感器。（1）电阻式传感器电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器和锰铜压阻传感器等。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。电阻应变式传感器是现代传感器技术的重要组成部分。它是利用安装在弹性体上的应变片，在外载荷作

13、用下，弹性体得变形与其引起的应变片的电阻变化之间呈线性关系的原理，制成测量各种物理量（如力、重量、压力、位移、加速度及扭矩等）的传感器的统称，它是应变式传感器中的一类。（2）电容式传感器把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为a，式中为极间介质的介电常数，a为两电极互相覆盖的有效面积,为两电极之间的距离。、a、 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来

14、测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。（3）电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。（二）生活中的传感器现代家用电器中普遍应用着传感器。传感器在电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电熨斗、微波炉、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、相机、电冰箱、彩色电视机、录像机、录音机、收音机、电唱机及家

15、庭影院等方面得到了广泛的应用。传感器在汽车上的应用也极其广泛，如汽车安全气囊系统、雨刷系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、排气循环装置、电子燃料喷射装置及汽车“黑匣子”等都依赖于了传感器的功能。通过计算机与无线传感器网络的配合，还可以实现智能农业，对农产品生长的环境进行监控，并实现相应的控制。 温度：模拟农产品所处的环境温度。 湿度：模拟农产品所处的环境湿度。 光电：模拟农产品所处的环境照度。 继电器：模拟开闸放水。（三）传感器的发展趋势（1）微型化由于信息时代信息量激增，要求传感器能捕捉处理海量的信息的能力日益加强；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，

16、因此还要求传感器必须配有标准的输出模式，而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。当前微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响。传感器体积越来越小功能越来越强大归功于当前计算机技术、辅助设计(cad)技术和集成电路技术、微机电系统(mems)技术的快速发展。（2）智能化智能化传感器是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探

17、测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面直颇受欢迎，产生的影响较大。智能化传感器是指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。智能化传感器相对普通传感器的优势是不容质疑的，智能化传感器将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。可以预见，新兴的智能化传感器将会在全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。（3）多功能化如前所述，通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映

18、客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器是一种体积小巧而多种功能兼备的新代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件组装在同种材料或单独块芯片上的一体化多功能传感器。（4）无线网络化无线网络对我们来说并不陌生，比如手机，无线上网，电视机。传感器对我们来说也不陌生，比如温度传感器。但是，把二者结合在起来，提出无线传感器网络(wireless sensor networks, wsn)这个概念，却是近门

19、年才发生的事情。上海世博会的电子围栏就是以无线传感网为基础，由一个个微小传感器组织成网，可以防范人员侵入和物体抛入。传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、危险区域远