无线传感器演示文稿

无线传感器演示文稿当前1页，总共34页。无线传感器当前2页，总共34页。无线传感器传感器无线传感器无线传感器网络发展问题无线传输方式无线传感器技术面临的挑战当前3页，总共34页。传感器介绍传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。传感器主要用来检测设备所需要的信息，用于对设备进行检测监控和控制。没有传感器，最现代化的电子计算机也无法充分发挥其作用。也将无法充分发挥其应有的作用。当前4页，总共34页。传感器面临的问题而在现实生产中，一些设备越来越分散，各个设备独立的监控已经跟不上监控的要求，于是出现了分布式控制监控系统，该系统以计算机网络为基础，各个分散的系统信息通过网络相互传递，为集中监测提供了可能。但是，在很多情况下，要对现场的设备进行传感器监测的工业现场是一些比较分散或比较遥远偏僻的场所，对其进行实时的监测比较复杂，例如：采用有线网络进行监测，布线不但复杂，而且成本很高。而且很多环境如高温、高压不适合于布线。当前5页，总共34页。无线传感器的产生随着通讯技术发展，远程监测技术在生产实践中使用越来越广泛。这种情况下，采用无线传感器不但能够实时的了解现场的情况，而且降低了成本。不光在工业现场，无线传感器还广泛用在其他的领域。无线传感器是实现设备监控和信息化管理必不缺少的环节。当前6页，总共34页。无线传感器当前7页，总共34页。无线传感器应用应用：感知战场状态（军事应用）、环境监控（如气候、地理、污染变化的监控）、物理安全（如建筑和结构的）监控、城市道路交通监控、安全场所的视频监控等。当前8页，总共34页。无线传感器网络由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息并发送给观察者就组成了无线传感器网络（Wirelesssensornetwork,WSN）。当前9页，总共34页。无线传感器网络体系结构无线传感器网络系统通常包含传感器节点、汇聚节点和管理节点。大量传感器节点随机部署在检测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。当前10页，总共34页。无线传感器网络体系结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。当前11页，总共34页。发展问题无线传感器或者说无线传感器网络的发展受限于无线传输技术，但总体来讲，其大致思路相差无几，绝大多数都是通过微处理器来采集信号，再通过无线模块来传输，国内所设计的无线传感器的方案中，最大的不同是无线传输模块的选择与应用。无线传输方式有：近距离：（1）PTR8000（2）超宽带UWB（3）ZigBee等远距离：（1）GSM（2）CDMA等当前12页，总共34页。PTR8000专为点对多点无线通信设计，多频道多频段，1.6~3.6V低电压工作，待机功耗2uA。超小体积内置环行天线，性能稳定且不受外界影响，对电源不敏感，距离更远。最大发射功率+10dBm，高抗干扰GFSK调制，可跳频，数据速率50kbps，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。可以工作在433／868／915MHz三个频段，内置完整的通信协议和CRC，只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输，无线通信如同SPI通信一样方便。当前13页，总共34页。PTR8000当前14页，总共34页。PTR8000应用领域:遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、信息家电、无线232、无线422/485数据通信等。当前15页，总共34页。超宽带UWBUWB(UltraWideband)无线通信是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信的方式，也称做脉冲无线电(ImpulseRadio)、时域(TimeDomain)或无载波(CarrierFree)通信。与普通二进制移相键控(BPSK)信号波形相比，UWB方式不利用余弦波进行载波调制而发送许多小于1ns的脉冲，因此这种通信方式占用带宽非常之宽，且由于频谱的功率密度极小，它具有通常扩频通信的特点。当前16页，总共34页。超宽带UWB特点：传输速率高，系统容量大，抗干扰性能强。UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s。带宽极宽。UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。消耗电能小。UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。保密性好。采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。系统结构的实现简单。UWB不使用载波，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功率放大器和混频器。在接收端，也不需要中频处理。当前17页，总共34页。超宽带UWBUWB模块当前18页，总共34页。超宽带UWB技术应用:主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙体、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种技术适用于对速率要求非常高的局域网。最具特色的应用于视频消费娱乐方面的无线个人局域网。具有一定的相容性和高速、低成本、低功耗的有点使得UWB较适合家庭无线消费市场的需要。当前19页，总共34页。ZigBeeZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协定，底层是采用标准规范的媒体存取层与实体层。ZigBee协定层从下到上分别为实体层（PHY）、媒体存取层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。当前20页，总共34页。ZigBeeZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。当前21页，总共34页。ZigBee技术特点：（1）数据传输速率低。只有10Kb/s-250Kb/s，专注于低速率传输应用。（2）功耗低。在待机模式下，普通两节5号电池可以使用6个月以上，这也是ZigBee的一个独特优势。（3）成本低。因为其数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。（4）网络容量大，每个ZigBee网络最多可以支持255个设备（5）有效范围小。有效覆盖范围在10m-75m之间，具体依据发射功率的大小和使用模式而定。（6）工作频段灵活。当前22页，总共34页。ZigBee该产品已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能交通、智能家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。。当前23页，总共34页。GSM国内还采用了基于GSM的无线传感器。GSM网络属于第二代移动通讯技术，作为远程通讯技术代表，该技术经过多年发展己十分成熟。该网络覆盖范围广泛，可以达到绝大多数的地域．并且其短信业务(SMS)费用十分便宜。目前国内采用该无线传感器网络设计报警系统，例如火火、烟雾等报警系统。当前24页，总共34页。GSMGSM是GlobalSystemForMobileCommunications的缩写，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，它的空中接口采用时分多址技术。GSM是一个蜂窝网络，也就是说移动数据要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸：巨蜂窝，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。巨蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种。微蜂窝则是那些天线高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市区内。微微蜂窝则是那种很小的蜂窝只覆盖几十米的范围，主要用于室内。伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。当前25页，总共34页。GSM系统组成：GSM系统主要由移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成。移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。基站子系统是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。移动网子系统主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。当前26页，总共34页。GSM操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。特点：GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、耗电量低、机卡分离。当前27页，总共34页。CDMA国内有些地方也采用了使用范围更广泛的无线传感器。基于CDMA的无线传感器已经投入到医疗检测中。在一些偏远的地方。行医很不方便，一种基于CDMA的传感器能实时的将病人的呼吸、血压等生理参数报告到远程的医疗中心。远程专家系统根据生理参数，可以实时了解病人情况，从而供远程指导。当前28页，总共34页。CDMACDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision)问题。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗获的能力大大增强。

当前29页，总共34页。CDMA原理：CDMA系统是基于码分技术（扩频技术）和多址技术的通信系统，系统为每个用户分配各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性，从而在时间、空间和频率上都可以重叠；将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有的数据信号的带宽被扩展，接收端进行相反的过程，进行解扩，增强了抗干扰的能力。CDMA系统属于自干扰系统。CDMA系统只接收地址码一样的部分，其他部分变成噪音。当前30页，总共34页。CDMA技术特点：

（1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。（2）宽带传输，抗衰落能力强。（3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。（4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。（5）多个用户同时接收，同时发送。当前31页，总共34页。无线传感器的挑战1.电源能量有限传感器体积微小，只能携带能量十分有限的电池。由于电源能量的原因经常失效或废弃。电池能源约束是传感器网络应用的障碍。2.通信能力有限节点带宽有限，而且经常变化。节点通信覆盖范围只有几十至几百米，而且经常变化。当前32页，总共34页。无线传感器的挑战3.计算和存储能力有限传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处理器和存储器，具有计算能力。但是，处理器性能、存储器容量和能源都很有限，导致传感器的计算能力十分有限。4.节点移动、断接频繁节点可能移动，某些节点甚至频繁移动。节点间