《物联网技术导论》教案ppt课件

1、教案教案2013授课类型：课堂讲授授课类型：课堂讲授参考书目：物联网导论参考书目：物联网导论 魏旻魏旻 人民邮电人民邮电 物联网技术导论物联网技术导论 桂小林桂小林授课内容，教学方法，及作业其他见每小节授课内容，教学方法，及作业其他见每小节第一节第一节 绪绪 论论课堂讲授：课时课堂讲授：课时4 4难点：物联网的发展难点：物联网的发展内容如下：内容如下：思考题：物联网的应用思考题：物联网的应用1.1 1.1 物联网的概念物联网的概念 1.1.1 1.1.1 物联网的定义物联网的定义 定义：定义：物联网是通过使用射频识别（物联网是通过使用射频识别（Radio Frequency Identific

2、ationRadio Frequency Identification，RFIDRFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，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。现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。1.1 1.1 物联网的概念物联网的概念 1.1.2 1.1.2 物联网的特征物联网的特征u全面感知全面感知u可靠传递可靠传递u智能处理智能处理 1.1.3

3、 1.1.3 “物物”的含义的含义1.1 1.1 物联网的概念物联网的概念 1.1.4 1.1.4 物联网概念辨析物联网概念辨析u EPC EPC系统系统u 信息物理系统信息物理系统u 传感器网络传感器网络u M2M M2M技术技术1.2 1.2 物联网的起源与发展物联网的起源与发展 1.2.1 1.2.1 物联网的起源物联网的起源u 国际发展现状国际发展现状u 国内发展现状国内发展现状 1.2.2 1.2.2 物联网的发展物联网的发展u 物联网发展面临的问题物联网发展面临的问题1.3 1.3 物联网的应用物联网的应用u 智能交通智能交通u 智能物流智能物流u 环境监测环境监测u 智能电网智能

4、电网u 医疗健康医疗健康u 智能家居智能家居1.4 1.4 小结小结第二节第二节 物联网体系结构物联网体系结构课堂讲授课时：课堂讲授课时：4 4难点：物联网的体系结构与计算机网络体系结构的区别难点：物联网的体系结构与计算机网络体系结构的区别内容如下：内容如下：作业：复习计算机网络相关内容作业：复习计算机网络相关内容2.1 2.1 物联网体系结构概述物联网体系结构概述 2.1.1 2.1.1 意义和功能意义和功能 物联网的最终目的是建立一个满足人们生产、生活以及对资源、信息更高需求的综合平台，管理跨组织、跨管理域的各种资源和异构设备，为上层应用提供全面的资源共享接口，实现分布式资源的有效集成，提

5、供各种数据的智能计算、信息的及时共享以及决策的辅助分析等。图 物联网2.1 2.1 物联网体系结构概述物联网体系结构概述 2.1.2 2.1.2 设计原则设计原则u 以以“用户为中心用户为中心”u 时空性时空性u 互联互通互联互通u 开放性开放性u 可管理性可管理性u 安全性安全性u 鲁棒性鲁棒性2.1 2.1 物联网体系结构物联网体系结构 2.1.1 2.1.1 组成模块组成模块图 USN结构2.1 2.1 物联网体系结构物联网体系结构 2.1.1 2.1.1 组成模块组成模块图 物联网体系结构2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.1 2.2.1 组成模块组成模块u 感知控制

6、层感知控制层u 数据传输层数据传输层u 数据的动态组织与管理层数据的动态组织与管理层u 应用决策层应用决策层 数据的实时采集数据的实时采集 信息的有效传递信息的有效传递 信息的智能化处理信息的智能化处理2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.2 2.2.2 感知控制层感知控制层u 传感技术传感技术 传感器是将能感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。u 标识技术标识技术标识技术是通过RFID、条形码等设备所感知到的目标外在特征信息 来证实和判断目标本质的技术来。u 定位技术定位技术定位技术是测量目标的位置参数、时间参数、运

7、动参数等时空信息的技术，它利用信息化手段来得知某一用户或者物体的具体位置。2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.2 2.2.2 感知控制层感知控制层图 定位技术2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.3 2.2.3 数据传输层数据传输层图 数据传输技术u 短距离通信技术短距离通信技术u 广域网通信技术广域网通信技术2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.3 2.2.3 数据的动态组织与管理数据的动态组织与管理图 云计算架构2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.4 2.2.4 数据的动态组织与管理数据的动态组织与管理u 智能计算技术智能

8、计算技术u 海量数据的存储海量数据的存储u 服务计算服务计算2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.5 2.2.5 应用决策应用决策u 监控型应用监控型应用图 基于RFID的物流跟踪2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.5 2.2.5 应用决策应用决策u 控制型应用控制型应用图 智能交通2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.5 2.2.5 应用决策应用决策u 扫描型应用扫描型应用图 手机钱包2.3 2.3 物联网关键技术物联网关键技术图 物联网关键技术2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.1 2.4.1 无线传感网无线传感网图 WSN2.4 2

9、.4 已有架构已有架构 2.4.1 2.4.1 无线传感网无线传感网图 WSN体系结构2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.2 EPC/UID 2.4.2 EPC/UID图 EPC的组成2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.2 EPC/UID 2.4.2 EPC/UID图 EPC2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.3 CPS 2.4.3 CPS图 CPS2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.4 M2M 2.4.4 M2M图 M2M2.5 2.5 物联网的反馈与控制物联网的反馈与控制 2.5.1 2.5.1自动控制的基本原理与方式自动控制的基本原理与方式 u 自动控制的概念及应

10、用自动控制的概念及应用u 反馈控制原理反馈控制原理u反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成u自动控制系统的基本控制方式自动控制系统的基本控制方式物联网中的“感、智、控”分别构成了物联网控制系统的测量、比较、执行等三大部件，这三大部件又在“联”这种网络平台上得以相互作用，形成了“控制系统”，最终实现了“控”的目的。联联鲁棒性鲁棒性保安性保安性可信性可信性时延性时延性物联网的控制系统一定是一个计算机参与的离散控制系统，将离散控制理论的分析方法引入物联网系统的分析、研究和设计过程中，能够使这一过程更加科学、合理，对系统的各种性能将有一个更准确的判断，同时也便于进行仿真分析。第三、四章第三、四章

11、 传感器及传感器及RFIDRFID技术技术课堂讲授：课时课堂讲授：课时8 8重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及二维码，重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及二维码，RFIDRFID等等传感技术传感技术具体如下：具体如下：思考题：思考题：RFIDRFID系统组成，生物识别技术与物联网的联系。系统组成，生物识别技术与物联网的联系。3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.1.1 3.1.1 传感器的功能传感器的功能 u 物理世界的物理世界的“感觉器官感觉器官”u 从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换 成电信号的变换器成电信号的变换器u 从广义角度

12、来看，传感器是指在电子检测控制设从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设 备输入部分中起检测信号作用的器件备输入部分中起检测信号作用的器件3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.1.3 3.1.3 传感器的发展趋势传感器的发展趋势 u 微型化微型化u 智能化智能化u 多样化多样化u 网络化网络化u 集成化集成化u 新型材料新型材料u 高精度、高可靠高精度、高可靠3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.1.3 3.1.3 传感器的应用领域传感器的应用领域 u 工业检测和自动化控制系统工业检测和自动化控制系统u 智能家居智能家居u 环境保护环境保护u 医疗医疗u 航空航天航空航天u 智能机器

13、人智能机器人3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.1 3.2.1 根据测试对象根据测试对象u 温度传感器温度传感器u 湿度传感器湿度传感器u 压力传感器压力传感器u 位移传感器位移传感器u 加速度传感器加速度传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.2 3.2.2 根据原理根据原理u 电学式传感器电学式传感器u 磁性式传感器磁性式传感器u 电势型传感器电势型传感器u 光电式传感器光电式传感器u 电荷传感器电荷传感器u 半导体传感器半导体传感器u 谐振式传感器谐振式传感器u 电化学式传感器电化学式传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.3 3.2.3 根

14、据输出信号根据输出信号u 模拟式传感器模拟式传感器u 数字式式传感器数字式式传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.4 3.2.4 根据能量根据能量u 有源传感器有源传感器u 无源传感器无源传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类传感器分类转换原理传感器名称典型应用转换形式中间参量电参数电阻移动电位器角点改变电阻电位器传感器 位移改变电阻丝或片尺寸电阻丝应变传感器、半导体应变传感器微应变、力、负荷利用电阻的温度效应热丝传感器气流速度、液体流量电阻温度传感器温度、辐射热热敏电阻传感器温度电容改变电容的几何尺寸电容传感器力、压力、负荷、位移改变电容的介电常数液位、厚度、含水量

15、改变磁路几何尺寸、导磁体位置电感传感器位移3.3 3.3 传感器的技术原理传感器的技术原理 3.3.1 3.3.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器3.3 3.3 传感器的技术原理传感器的技术原理 3.3.1 3.3.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器u 应变片电阻值应变片电阻值u 绝缘电阻绝缘电阻u 应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数 u 机械滞后机械滞后 u 零漂和蠕变零漂和蠕变 u 极限极限 u 横向效应横向效应 3.4 3.4 常见传感器常见传感器 3.4.1 3.4.1 温度传感器温度传感器u 按材料分类按材料分类图 热电偶传感器图 热电阻传感器3.4 3.4 常见传感器常见传感器

16、3.4.7 3.4.7 智能传感器智能传感器l 自校准功能l 自补偿功能l 自诊断功能l 数据处理功能l 双向通信功能l 信息存储和记忆功能l 数字信号输出功能4.1 4.1 条形码技术条形码技术 4.1.1 4.1.1 一维条形码技术一维条形码技术 条形码 (bar code，简称条码)技术是集条码理论、光电技术、计算机技术、通信技术、条码印制技术于一体的一种自动识别技术。 条形码也叫条码。它是一种以光电扫描识读的信息图形标识符。u 条码条码图 条码的组成4.1 4.1 条形码技术条形码技术 4.1.2 4.1.2 二维条形码技术二维条形码技术图 二维码的分类4.1 4.1 条形码技术条形码

17、技术 4.1.2 4.1.2 二维条形码技术二维条形码技术u 信息容量大信息容量大u 编码范围广编码范围广u 纠错能力强纠错能力强u 可加密可加密u 寿命长、易打印、成本低寿命长、易打印、成本低u 识读方便识读方便4.2 RFID4.2 RFID技术技术u 快速扫描快速扫描u 体积小、多样化体积小、多样化u 抗污染、耐久性好抗污染、耐久性好u 可重复使用可重复使用u 可穿透可穿透u 容量大容量大u 安全性高安全性高4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类 RFID技术是无线电广播技术和雷达技术的结合。无线电广播技术是一种使用无

18、线电波发射、传播和接收语音、图像、数字、符号的技术，而雷达技术是一种应用无线电波的反射理论的技术。图 RFID4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类RFID系统包含射频标签(Tag)、读写器(Reader)和数据管理系统组成图 RFID的组成u RFID的组成的组成4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类ISO/IEC、EPC global、Ubiquitous ID Center、AIM global和IP-Xu RFID的分类的分类u RFID的标准的标

19、准 工作频率标签读写方式藕合原理4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类u RFID的关键问题的关键问题 标准成本技术安全4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术u RFID标签标签图 低频标签图 高频标签4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术u RFID标签标签图 标签分类工作频率协议读 写 距离受 方 向影响芯 片 价格数据传输率普及率125kHzISO11784/11785ISO18000-2

20、无一般慢大量使用13.56MHzI S O / I E C14443无一般较慢大量使用I S O / I E C15693单向全向无低较快大量使用860930MHzI S O / I E C18000-6一般一般读快写慢 大量使用2.45GHzI S O / I E C18001-3一般较高较快使用较少5.8GHzI S O / I E C18001-5以上一般较高较快使用一般4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术u RFID阅读器阅读器图 RFID阅读器4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2

21、 RFID的核心技术的核心技术u RFID阅读器阅读器图 RFID模拟部分的发送与接受4.3 4.3 定位技术定位技术 4.3.1 4.3.1 卫星定位技术卫星定位技术u GPS GPS定位原理定位原理图图4-29 GPS4-29 GPS定位原理示意图定位原理示意图4.3 4.3 定位技术定位技术 4.3.1 4.3.1 卫星定位技术卫星定位技术u GPS GPS的应用的应用1 1 定位导航定位导航2 2 勘察测绘勘察测绘3 3 应急救援应急救援4 4 精确制导精确制导第五，六章第五，六章 无线传感网络及通信技术无线传感网络及通信技术课堂讲授：课时课堂讲授：课时6 6重点难点：该章为本书重点之

22、一，主要涉及重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及zigbeezigbee技术技术技术技术具体如下：具体如下：思考题：思考题：zigbeezigbee技术的特点。无线传感网络及通信技术的特技术的特点。无线传感网络及通信技术的特征。征。现代通信技术现代通信技术5.1 5.1 近距离无线通信技术近距离无线通信技术 5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 5.1.3 ZigBee 5.1.3 ZigBee技术技术5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 Wi-Fi Wi-Fi采用的协议标准采用的协议标准 u IEEE 802.11b

23、 IEEE 802.11b标准标准 u IEEE 802.11a IEEE 802.11a标准标准 u IEEE 802.11g IEEE 802.11g标准标准 u IEEE 802.11n IEEE 802.11n标准标准 5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 Wi-Fi Wi-Fi特点特点 u 覆盖范围广覆盖范围广 u 传输速度快传输速度快 u 建网成本低，使用便捷建网成本低，使用便捷 u 更健康、更安全更健康、更安全 5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 Wi-Fi Wi-Fi组网技术组网技术 Wi-FiWi-Fi应用前景应用前景 u Ad-hoc Ad

24、-hoc模式模式 u 接入点模式接入点模式 图图5-2 基于接入点模式的基于接入点模式的Wi-Fi组网示意图组网示意图5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙协议栈蓝牙协议栈 图图5-4 基于基于802.15版本的蓝牙协议栈结构示意图版本的蓝牙协议栈结构示意图5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙组网技术蓝牙组网技术 图图5-5 蓝牙组网示意图蓝牙组网示意图 5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙应用服务蓝牙应用服务 蓝牙技术应用环境蓝牙技术应用环境 应用名说明一般访问（GenericAccess）针对链路管理的应用服务发现（ServiceDiscovery）用于发现所提供的服务串行端口（SerialPort）用于代替串行端口电缆一般的对象交换（GenericObjectExchange）为对象移动过程定义客户服务器关系LAN访