物联网技术导论 第3版 课件 第0-4章 课程导学、绪论、体系架构-标识与定位

11物联网技术导论（第0章课程导学）课程思政版

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2最近大家讨论最多的IT技术是什么？ChatGPT？OpenAI百度百科AI离不开什么？数据的感知和获取数据的存储和分析物联网在其中的作用？ChatGPT（全名：ChatGenerativePre-trainedTransformer），OpenAI

公司研发的聊天机器人程序

，于2022年11月30日发布

。ChatGPT是人工智能技术驱动的自然语言处理工具，它能够通过学习和理解人类的语言来进行对话，还能根据聊天的上下文进行互动，真正像人类一样来聊天交流，甚至能完成撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码，写论文等任务。思考：看到机器狗，你最先想到的是什么？人工智能？物联网？大数据？移动通讯？

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4无人值守停车场包括哪些技术？右边是什么？自主缴费停车，需要：车牌自动识别【图像】，记录车牌号抬杆进场，开始计时无线通讯云存储二维码缴费或刷卡缴费自动抬杆离场

5您在日常生活中使用最多的是ABCD提交EFGA、校园一卡通【就餐/考勤】B、身份证【进站乘车/登记住宿】C、二维码支付（扫码/出示二维码）D、一维码【超市物品扫描结账】E、刷脸【进小区/进校】F、指纹【开锁/解锁】G、得好好想想吧投票最多可选1项

6课程大纲描述本课程是“物联网工程专业”的第一门专业主干课程。主要从物联网的应用视角，介绍物联网的基本原理。包括物联网的概念、体系结构、关键技术和典型应用。具体内容包括：物联网感知技术（含传感器原理、射频标识原理和空间定位原理）物联网传输技术（含短距离无线术，移动通信技术和卫星通信技术）物联网数据处理技术（含大数据存储、分析与利用技术）物联网安全技术（含信息安全、层次安全技术）(本课不讲)物联网应用实例。

6你为什么选择物联网工程专业？【物联网代表新一代信息技术发展方向】家长建议自主选择被动选择不知道为什么选择ABCD提交

7投票最多可选1项

8物联网工程专业与计算机类各类专业的差异专业视野不同【物联网工程专业培养架构师】专业方向不同计算机：计算机系统本身软件工程：软件设计物联网工程：应用系统架构物联网工程：应用系统设计CPU、OS、编译器计算机系统应用设计计算机软件编程

8计算机类专业家族【超级兴旺呀】计算机类（0809）属于工学门类（08），据《普通高等学校本科专业目录（2020年版）》文件，计算机类包括17个专业。现在18个了？080901计算机科学与技术（工学、理学）080902软件工程080903网络工程080904K信息安全（工学或理学或管理学）080905物联网工程080906数字媒体技术080907T智能科学与技术（工或理或管理学）080908T空间信息与数字技术080909T电子与计算机工程080910T数据科学与大数据技术（2015）080911TK网络空间安全（2015）080912T新媒体技术（2016）080913T电影制作（2016）080914TK保密技术（2017）080915T服务科学与工程（2019）080916T虚拟现实技术（2019）080917T区块链工程（2019）特设专业和国家控制布点专业分别在专业代码后加“T”和“K”表示，以示区分。

9课程教学组织：线上线下混合

10课程参考教材

11考核方式单元测验15%线上作业5%线上讨论5%线下环节75%课程的总分=单元测验分数*15%+单元作业*5%+在线讨论*5%+线下学习*75%；1）单元测验分数（15％）：每次测验题型为单选题、判断题，每题2分。每次测验需要在20-30分钟内完成，允许尝试2次，有效得分为最高分值。本课程一共有7次章节测验；2）作业分数（5％）：要求学生在观看教学视频和阅读延伸文献的基础上，经过调研和分析，撰写书面作业。具体要求参见每次作业说明。作业采取学生互评的方式评分，作业互评最少个数为5个。互评完成度的奖惩计分规则为，未参与互评的学生将获0分。系统默认互评下的学生作业成绩，每个得分项去掉最低最高分取平均分，然后相加。本课程一共有2次作业；3）在线讨论（5％）：要求学生参与课程学习过程中的讨论环节，对老师设置的讨论问题进行有效回复，总数量不少于5；4）线下学习（75％）：包扩线下讨论和期末考试两部分，其中线下讨论环节占15%，期末考试（笔试）占60%。http:///course/XJTU-1207110808

课程资源在线学习方式在线学习方式在线学习方式在线学习方式在线学习方式在线学习方式课程的MOOC内容组织前沿探索基本概念关键技术课程结构第一章：物联网的起源和发展第二章：物联网的概念和特征第三章：物联网传感与检测技术第四章：物联网标识与定位技术第五章：物联网通信技术第六章：物联网数据处理技术第七章：物联网信息安全第八章：物联网前沿技术认知感知层传输层应用层

20课程的MOOC内容第一章主要介绍物联网的起源和发展，涉及知识点包括：物联网的起源、物联网的发展历程、物联网与其他技术的关系等，目的是建立物联网整体概念，为进一步学习奠定基础。章名节名时长第1章物联网的起源和发展

第1讲：物联网的起源（比尔盖茨的梦想）11’54”第2讲：物联网的发展6’46”第3讲：物联网与第四次工业革命

7’37”第4讲：物联网与中国制造20258’02”第5讲：物联网与大数据、人工智能7’45”本课程MOOC内容第二章主要介绍物联网的概念和特征，涉及知识点包括：物联网相关概念、层次架构、关键技术、代表性应用等，目的是建立物联网的知识框架，明确不同知识单元的逻辑结构。章名节名时长第2章物联网的概念和特征第1讲：物联网的概念4’17”第2讲：物联网的技术特征15’09”第3讲：物联网模型与架构9’39”第4讲：物联网的知识体系15’0”第5讲：物联网的典型应用6’52”

22本课程MOOC内容章名节名时长第3章传感与检测技术3.1物联网的感知模型9’32”3.2传感器的基本特性8’45”3.3传感器分类7’14”3.4电阻式传感器原理与应用6’43”3.5电容式传感器原理与应用11’3.6电感式传感器原理与应用9’53”3.7传感器在智能手机中的应用8’25”3.8传感器与无线传感网11’29”3.9无线感知网络的关键技术8’34”3.10cc25308’29”3.11无线感知网络的路由协议12’05”3.12无线传感网络与应用9’31”

23本课程MOOC内容章名节名时长第4章标识与定位技术4.1物联网的标识技术9’57”4.2商品条码—UPC8’53”4.3商品条码—EAN6’29”4.4二维码—QR码8’11”4.5QR码的编码原理10’07”4.6条码的典型应用10’21”4.7RFID识别技术10’46”4.8RFID的工作原理13’37”4.9

RFID防碰撞技术8’35”4.10RFID的典型应用9’57”4.11卫星定位技术8’53”4.12蜂窝定位技术6’29”4.13无线室内定位技术10’21”第四章主要介绍物联网感知层关键技术之一标识与定位技术，涉及知识点包括：一维码、二维码、RFID、卫星室外定位无线室内定位等，目的是使学生掌握常见EAN、UPC、QR码的组成结构、RFID识别技术、各种定位技术与原理。本课程MOOC内容章名节名时长第5章物联网通信技术5.1物联网通信技术体系6’42”5.2近距离无线通信技术——WiFi14’19”5.3近距离无线通信技术——蓝牙7’53”5.4近距离无线通信技术——ZigBee11’26”5.5移动通信技术5’08”5.6卫星通信技术12’11”5.7有线网络技术：传输介质12’16”5.8局域网技术——以太网12’59”5.9计算机网络技术——网络体系结构6’42”5.10计算机网络技术——若干重要网络协议14’19”第五章主要介绍物联网传输层关键技术物联网的技术，涉及知识点包括：WIFI、ZigBee、蓝牙、NB-IoT、UWB等，目的是使学生掌握物联网近距离无线通信技术的协议与原理。本课程MOOC内容章名节名时长第6章物联网数据处理技术6.1物联网数据处理+物联网数据概述11’44”6.2物联网数据处理+物联网数据的存储15’08”6.3物联网数据处理+物联网数据的存储14’14”6.4物联网数据处理+物联网的虚拟化9’07”6.5物联网数据分析与挖掘7’30”6.6物联网数据分析与挖掘9’44”6.7物联网数据分析与挖掘10’03”6.8renderv2物联网数据分析与挖掘11’17”6.9物联网的数据检索8’51”6.10.物联网的数据检索9’54”6.11大数据分析结果10’22”第六章主要介绍物联网应用层关键技术数据处理技术，涉及知识点包括：并行计算、分布式计算、数据挖掘、数据检索等，目的是使学生掌握大数据基本概念，常见大数据处理技术与典型工具。本课程MOOC内容章名节名时长第7章物联网信息安全7.1物联网威胁安全9’35”7.2物联网安全体系8’26”7.3RFID的安全与隐私保护（上）7’23”7.4

RFID的安全与隐私保护(下)6’36”7.5

物联网感知安全10’26”7.6

物联网传输安全（1）9’16”7.7

物联网传输安全7’47”7.8

物联网应用安全7’17”7.9

物联网隐私保护6’54”第七章主要介绍物联网应用层关键技术信息安全技术，涉及知识点包括：数据加密、访问控制、数字签名、隐私保护等，目的是使学生掌握常见物联网的安全威胁和安全保护机制。

27THANKS！物联网原理-课程思政版

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2929物联技术导论（第1章绪论-概念与发展）2024-课程思政版西安交通大学计算机科学与技术学院

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30第一章绪论

物联网的概念与发展西安交通大学

30我们的生活为什么越来越便利？

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31下面哪些系统可以理解为物联网系统？上课考勤(刷一卡通?)汽车进小区自动抬杠(刷车牌?)身份证进高铁站(刷脸/RFID)购物扫码支付(二维码？）ABCD提交

32多选题2分我们的生活为什么越来越便利？一卡通上课考勤？身份证刷卡进高铁站？刷支付宝坐公交和地铁？开车过门禁、进小区？手机拍照？手机导航？手机输入（语音）？（手写）？发朋友圈？用雨课堂在线授课？我们身边到处都是物联网

33请思考西安交通大学梧桐苑二楼就餐自动结账原理

33农业现代化离不开物联网哪个国家是最大的农业国？哪个国家是最大农产品出口国？

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34农业现代化离不开物联网传感器

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35物联网的本质：将物理世界与信息世界

有机连接声光电…模拟信号高铁进站、小区门禁、环境监控…数字信号二进制…

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371.1物联网的起源物联网概念的起源可以追溯到1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中对信息技术未来的发展进行了预测1《未来之路》：如果您的孩子需要零花钱，您可以从电脑钱包中给他转帐5美元。此外，当您驾车驶过机场大门时，电脑钱包将会与机场购票系统连接，检验您是否购买了机票。2《未来之路》：音乐销售将出现新的模式。那些对光盘和磁带等耗材产品感到头疼的用户将不会再受到磨损的困扰，未来的音乐将存储在一台服务器上，供用户通过互联网下载。课程思政：理想是创新的源泉

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38物联网的起源3《未来之路》：未来您将可以选择收看自己喜欢的节目，而不是被动的等着电视台播放。4《未来之路》：一对邻居在各自家中收看同一部电视剧，然而在中间插播电视广告的时段，两家电视中却出现完全不同的节目。中年夫妻家中的电视广告节目是退休理财服务广告，而年轻夫妇的电视中播放的是假期旅行广告。5《未来之路》：如果您计划购买一台冰箱，您将不用再听那些喋喋不休的推销员唠叨，因为电子公告板上有各种正式和非正式的评价信息。课程思政：理想是创新的源泉

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39物联网的起源6《未来之路》：未来人们在观看电影《飘》时，可以用自己的面孔替换片中的嘉宝等知名演员，实实在在体会一下当明星的感觉。7《未来之路》：用户遗失或遭窃的照相机将自动发回信息，告诉用户所处的具体位置，甚至当它已经身处不同的城市。8《未来之路》中写道：可以亲自进入地图之中，方便的找到每一条街道或每一座建筑。《未来之路》，通俗易懂，然而充满睿智、远见。它成为1996年度全球最畅销书。书中涉及的内容与我们生活休戚相关。课程思政：理想是创新的源泉

39比尔.盖茨之所以能够成功，你认为最主要的原因是什么？学习文凭社会机遇刻苦耐劳创新意识ABCD提交

40多选题1分

41物联网的发展物联网的发展1998年，MIT提出基于RFID技术的唯一编号方案，即产品电子代码（ElectronicProductCode，EPC），并以EPC为基础，研究从网络上获取物品信息的自动识别技术。物联网概念的正式提出是在国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：“TheInternetofThings”》报告中。

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42物联网的发展2007年，美国率先在马萨诸塞州剑桥城打造全球第一个全城无线传感网。2009年1月IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”的概念2009年6月，欧盟委员会正式提出了《欧盟物联网行动计划》

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43物联网的发展1999年，中科院就启动了传感网的研究2009年8月7日，时任总理在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话，提出了“感知中国”的理念2010年，教育部设立物联网工程本科新专业。

43-4444物联网工程专业学什么？物联网工程专业的知识体系物联网工程专业除了数学、物理、人文社科等通识知识外，依据物联网本身的特点，将本专业的知识体系划分为专业基础知识域、专业核心知识域、领域应用知识域。本专业的基础知识包括：算法与程序设计（离散数学、算法设计、数据结构、程序语言）电路与电子技术（数电、模电、电路）计算机系统（组成、系统结构、操作系统、微机与接口）计算机网络（网络原理、网络安全）数据库系统（数据、数据库原理、数据处理）嵌入式系统（MCU、嵌入式操作系统）物联网工程专业的知识体系专业的核心知识最小集：物联网技术体系（体系、功能、逻辑结构）标识、感知、定位（RFID、条码、GPS）数据传输（短距离、无线、互联网）数据处理（大数据存储、分析、管理）反馈控制（反馈、智能控制）隐私与信息安全（数据安全、隐私安全）项目设计（集成、创新、实践）-4545

46物联网的发展脉络。。。？46共同点:融合各种信息技术，突破互联网的限制，将物体接入信息网络，实现“物联网”在网络泛在的基础上，将信息技术应用到各个领域，从而影响到国民经济和社会生活的方方面面未来信息产业的发展在由信息网络向全面感知和智能应用两个方向拓展、延伸和突破。日本：2009年8月i-Japan战略中国：2009年8月感知中国欧盟：2009年6月物联网行动计划美国：2008年底IBM向美国政府提出的”智慧的地球”战略强调传感等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全在u-Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务应用中国与世界同步

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47全面感知、可靠传送、智能处理物联网：实现人与自然和谐相处物联网=物理世界与信息网络的无缝连接智能交通远程医疗智能家居环境监测公共安全绿色农业工业监控47物联网是指通过信息传感设备按照约定的协议，把任何物品与信息网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，它是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。物流管理

47物联网：支撑第四次工业革命人机物深度融合物体信息融合系统2000CPS系统

48物联网：支撑第四次工业革命物联网技术的出现开创了第四次工业革命。第四次工业革命的核心是“人-机-物”深度融合。门禁系统人脸识别、语音识别、车牌识别。一卡通：刷卡用餐身份证：刷卡进高铁站微信、支付宝：刷二维码坐公交和地铁手机拍照、手机导航、手写、发朋友圈高速ETC?交通测速?路面摄像头？智能电饭锅？智能洗衣机？智能扫地机？

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50物联网支撑万物互联（中国）

50物联网：支撑中国制造2025借鉴德国版工业4.0计划，我国推出了“中国制造2025”。“中国制造2025”的基本思路是，借助两个IT的结合（IndustryTechnology&InformationTechnology，工业技术和信息技术），改变中国制造业现状，令中国到2025年跻身现代工业强国之列。物联网实现中华民族伟大复兴

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51物联网：支撑中国制造2025【课程思政】最近几年，中国制造取得了辉煌成就。包括：中国研发了空中造楼机，挑战超高层建筑，世界第一。使用诸多传感与控制器的空中造楼机，拥有4000多吨的顶升力，使用它在千米高空进行施工作业毫无难度。而且它还能在八级大风中平稳进行施工，四天一层的施工速度更是让国内外惊艳，这台空中造楼机完美的展现了中国超高层建筑施工技术，在全世界领先的地位。

52中国研发了全球最牛的穿隧道架桥机，让世界震撼。近几年，中国高铁的发展速度令世人瞩目，逢山开路、遇水架桥，中国速度的背后，离不开一种独一无二的机械装备，穿隧道架桥机。架桥机上，前后左右共有上百个传感器，负责转向、防撞、测速等功能。根据这些传感器数据，可以判断架桥机的运行情况，进行精准控制。

53架桥机视频物联网：支撑中国制造2025【课程思政】中国的“挖隧道神器”——隧道掘进机。2015年12月24日，我国首台双护盾硬岩隧道掘进机研制成功，该机器具有掘进速度快、适合较长隧道施工的特点。每台隧道掘进机上包括使用物联网技术的探测系统和控制系统，如激震系统、接收传感器、破岩震源传感器、噪声传感器等。

54中国在如下哪个时代与国际发达国家同步，并实现弯道超车？工业1.0工业2.0工业3.0工业4.0ABCD提交

55单选题2分物联网：促进云计算、大数据和人工智能快速发展物联网产生海量数据海量数据需要高效存储（云计算）数据具有4V或5V特征，需要深度分析（大数据）通过数据分析，实现人机物高效融合（智能控制）物联网

云计算

大数据

人工智能，一脉相承。

56新一代信息技术物联网云计算大数据人工智能物联网产生海量数据；海量数据需要云存储

57人工智能：人脸识别

58人工智能：自动驾驶

591.2物联网的概念早期，物联网是指一个将所有物体连接起来所组成的物-物相连的互联网络（或系统）。尽管物联网从2008年开始经过多年发展，但物联网的确切定义尚未统一。物联网一般的英文名称为“InternetofThings（IoT）”。随著人机物融合的深入，物联网也称为“InternetofEverythings（IoE）”。

601.2物联网的概念顾名思义，物联网，作为新一代信息技术，定义还是千差万别的。一个普遍被大家接受的定义为：物联网是通过使用射频识别（RFID）、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，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络（或系统）。

61什么是“智能物联网”？什么是物联网？什么是智能物联网？智能物联网，有人将其称为AIoT。AIOT=AI（人工智能）+IoT（物联网）？AIOT≥AI（人工智能）+IoT（物联网）？AIoT融合AI技术和IoT技术，通过物联网产生、收集来自不同维度的、海量的数据，并存储于云端、边缘端，再通过大数据分析，以及更高形式的人工智能，实现万物数据化、万物智联化。

62物联网跟智能物联网有何异同？通过定义可以发现，两者没明显、或本质区别。2012年,《物联网技术导论》所描述的物联网，实际就是包含智能的物联网。物联网是通过使用RFID、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，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络（或系统）物联网的定义，将“检测与控制”、“传输与通信”、“计算机有机融合在一起”，是典型的3C融合新技术。物联网实现

物理世界与信息网络的无缝连接。

631.3物联网的技术特征

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651.3物联网的技术特征1．全面感知“感知”是物联网的核心。

651．全面感知

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671．全面感知感知是指对客观事物的信息直接获取并进行认知和理解的过程。人们对于信息获取的需求促使其不断研发新的技术来获取感知信息，如传感器、RFID、定位技术等。

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691.3物联网的技术特征2．可靠传递数据传递的稳定性和可靠性是保证物-物相连的关键。为了实现物与物之间信息交互，就必须约定统一的通信协议。由于物联网是一个异构网络，不同的实体间协议规范可能存在差异，需要通过相应的软、硬件进行转换，保证物品之间信息的实时、准确传递。

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701.3物联网的技术特征3．智能处理物联网的目的是实现对各种物品（包括人）进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。需要通过云计算、人工智能等智能计算技术，对海量数据进行存储、分析和处理，针对不同的应用需求，对物品实施智能化的控制。

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71云计算技术物联网聚集海量数据海量数据需要有效组织、管理、存储高效数据处理时物联网的核心需要运用的云计算技术处理海量数据虚拟化Map-reduce。。。。

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72云计算--低成本的海量信息处理技术云计算资源池存储能力统一监控管理计算能力SaaS(SoftwareasaSevice)软件即服务物联网应用不再是单纯的卖硬件或软件，而是针对长尾市场中各行各业的需求，通过能力开放与组合，形成个性化、差异化的优质服务。云计算(Cloudcomputing)利用大规模低成本运算单元通过网络相连而组成的运算系统，为物联网海量的信息处理提供低成本计算能力。72

72THANKS！物联网原理-课程思政版

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7474物联技术导论（第2章物联网体系结构）2024-课程思政版西安交通大学计算机科学与技术学院

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75第二章物联网体系结构西安交通大学

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76第2章：知识图谱772.1物联网的基本模型物联网的C3SD技术结构。如图所示。即建立在传感系统（sensornetwork）上通信（communication）、计算（computation）、控制（control）、数据海（dataocean）集成的架构。可见，物联网由五大技术系统支撑系统视角2.1物联网的基本模型技术视角

782.1物联网的基本模型物联网六域模型（国标GB/T33474-2016）应用视角

792.2物联网的体系架构

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812.3物联网的核心技术一维条形码二维条形码电子标签技术（RFID）传感器空间定位

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82为什么出示二维码可以实现支付？如何实现二维码支付？出示二维码支付跳过信用卡时代依赖移动通讯技术

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83为什么扫描二维码可以实现支付？如何实现扫描二维码支付？扫描二维码支付跳过信用卡时代依赖移动通讯技术

83主动式扫码支付模式商家事先按支付宝或微信支付协议生成支付二维码（即图中的步骤1和步骤2），将二维码信息打印在纸上进行张贴。用户再用支付宝或微信钱包客户端的“扫一扫”功能完成对商家二维码的扫描（即图中的步骤3）。用户APP扫描、识别商家二维码，将二维码中的商家信息（如网络链接）和支付价格（用户自行输入）发送到支付机构（即微信和支付宝平台）（即图中的步骤4）。商家对支付进行验证，然后向支付系统发起支付请求（即图中的步骤5）。支付系统完成支付结算后，将支付结果通知用户和商家，告知支付结果（即图中的步骤5、6）。该模式适用于餐馆、酒店、停车场、医院挂号等没有专人值守的应用场景。

84如何通过RFID，进行身份识别？如何读取无源RFID中的信息？

85从无源RFID读取信息时，电从何而来？RFID内部自带电池由RFID读卡器直接供电RFID切割磁场产生电荷以上都不是ABCD提交

86单选题1分无源RFID的信息是如何读出的？作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂可为此题添加文本、图片、公式等解析，且需将内容全部放在本区域内。正常使用需3.0以上版本RFID读卡器形成磁场，当RFID卡靠近读卡器是，由RFID卡片切割RFID读卡器的磁场产生微小电荷。微小电荷激活RFID内部芯片，将其内部信息无线发出。答案解析答案解析

87主观题3分北斗卫星导航系统（课程思政）中国北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。2020年7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。BDS系统的运行对于保护国家安全等都具有重要意义。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力。测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。北斗卫星定位系统由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。

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892.4已有物联网相关应用架构目前，具有代表性的物联网架构主要可以分为三类：(1)基于传感器技术的无线传感网体系结构WSN；(2)基于互联网和射频识别技术的EPC/UID系统；(3)基于一维条形码的EAN/UPC系统；(4)学术界和企业提出的M2M、CPS系统框架。下面我们就分别介绍这些相关应用框架。

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90（1）WSN

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91（2）EPC/UID系统

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92EPC编码体系有EPC-64，EPC-96和EPC-256三种。使用较多的是EPC-64编码体系，而新一代的EPC标签将采用EPC-96编码体系，其具体结构如表2-19所示。体系标头厂商识别代码对象分类代码

序列号EPC-968282436

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93（4）M2M系统M2M的定义可以分为广义和狭义两种。广义上包括Machine-to-Machine、Man-to-Machine以及Machine-to-Man。它是指是人与各种远程设备之间的无线数据通信。狭义上的M2M是Machine-to-Machine的简称，指一方或双方是机器且机器通过程序控制，能自动完成整个通信过程的通信形式

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94M2M系统从右至左可以划分为M2M设备域、M2M网络域、M2M应用域。

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952.5物联网的反馈与控制“某日小张正在公司上班，突然手机收到震动了铃声提示……原来是家中无人时门被打开，门磁侦测到有人闯入，则将闯入报警通过无线网关发送给主人小张的手机，手机收到信息发出震动铃声提示，小张确认后发出控制指令，电磁门锁自动落锁并触发无线声光报警器发出报警。”这一场景成果实现了物联网的感、联、智、控四种属性。这四种属性形成了一个完整的反馈控制系统。

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962.5物联网的反馈与控制感知器控制器控制对象（门、杆）物联网通信系统物联网计算系统

96智能控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的程序运行。闭环控制开环控制

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98闭环控制/反馈控制定义其实，人的一切活动都体现出反馈控制的原理，人本身就是一个具有高度复杂控制能力的反馈控制系统。例如，人用手拿桌上的书，汽车司机操纵方向盘驾驶汽车沿公路平稳行驶等，这些日常生活中习以为常的动作都渗透着反馈控制的深奥原理。

98下面通过解剖手从桌上取书的动作过程，透视一下它所包含的反馈控制机理。（1）在这里，书的位置是手运动的指令信息（一般称为输入信号）。取书时，首先人要用眼睛连续目测手相对于书的位置，并将这个信息送入大脑（称为位置反馈信息），然后由大脑判断手与书之间的距离，产生偏差信号，并根据其大小发出控制手臂移动的命令（称为控制作用或操纵量），逐渐使手与书之间的距离（即偏差）减小。显然，只要这个偏差存在，上述过程就要反复进行，直到偏差减小为零，手便取到书了。（2）通过对这个例子的分析发现，大脑控制手取书的过程是一个利用偏差（手与书之间距离）产生控制作用，并不断使偏差减小直至消除的运动过程；同时，为了取得偏差信号，必须有手位置的反馈信息，两者结合起来，就构成了反馈控制。（3）显然，反馈控制实质上是一个按偏差进行控制的过程，因此，也称为按偏差的控制。反馈控制原理就是按偏差控制的原理。

99物联网控制与传统控制的区别与传统自动控制系统相比，物联网建立在互联网络之上，同时需要区分不同的被控对象，因此更加复杂，控制系统的表现更加多样，计算机可以实现的各种控制也更加灵活。但是，由于网络是连接各个部件的途径，因此控制的结果具有很强的不确定性。所以，研究物联网控制系统的控制特性与传统的控制系统特性有较大区别。

100物联网控制系统的应用刷卡乘车系统电子不停车收费系统

1012.6物联网的典型应用

102智能家居

103

104文物监控物联网感知层：感知层的主要功能是通过探测器、传感器采集关键区域的特定信息。探测器的感知能力是影响系统性能优劣的关键因素，设备主要包括：摄像机、烟感、红外、震动、温/湿度传感器、CO2传感器等各种探测感知器。数据汇聚层：数据汇聚层是系统的基础，它的主要功能是通过不同接口的接入和不同协议的转换，实现各种探测器、传感器的有效接入。对上层而言，屏蔽了异构数据之间的差异，使上层对下层的透明管理。

104矿井监控物联网

105核电厂监控物联网

106军用物联网

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108工业流程管理物联网石油钢管云平台

108农业监控物联网

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110智能安防系统石油钢管

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111大国重器-----敬请观看【课程思政】《大国重器》以独特的视角记录了中国装备制造业创新发展的历史。该片将镜头对准了普通的产业工人和装备制造业企业转型升级创新中的关键人物，真实记录了他们的智慧，生活和梦想，通过人物故事和制造细节，鲜活地讲述了充满中国智慧的机器制造故事，再现了中国装备制造业从无到有，赶超世界先进水平背后的艰辛历程，展望了中国装备制造业迈向高端制造的未来前景。

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112大国重器-----敬请观看

112线下讨论课安排：设想，准备PPT，每组15分钟组1：智能电线杆组2：智能拐杖组3：智能头盔/眼镜组5：智能就餐系统组4：共享单车/汽车组6：智能停车系统

113THANKS！物联网原理-课程思政版

114物联网技术导论（第3章传感与检测技术）西安交通大学

116传感器作用在人们的生产和生活中，我们经常要和各种物理量和化学量打交道，例如经常要检测长度、重量、压力、流量、温度、化学成分等。在生产过程中，生产人员往往依靠仪器、仪表来完成检测任务。这些检测仪表都包含有或者本身就是敏感元件，能很敏锐地反映待测参数的大小。在为数众多的敏感元件中，我们把那些能将非电量形式的参量转换成电参量的元件叫作传感器。传感器的通用原理传感器输出电量有很多种形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原理确定。通常，传感器由敏感元件和转换元件组成敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路进行放大、运算调制等。随着IC发展，传感器的信号调理转换电路与敏感元件通常会集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。传感器的通用原理辅助电源敏感元件转换元件转换电路被测量电量敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。物理、化学、生物信息传感器的通用原理由于从物理变量获得的信号通常是模拟形式的，所以传统的传感器包括两种类型的处理技术，即模拟信号处理技术和数字信号处理技术。传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和控制。信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预处理的装置，使信号适于显示或控制。主要技术：电子技术——运算放大器传感器的通用原理直流电源测量系统信号调理电路现场物理量传感器可用信号显示装置信号发生器示波器控制装置万用表图：典型测量系统的组成

121传感器的特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出/输入关系。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。传感器的动态特性往往可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。

传感器的静态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出/输入关系衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。定义：传感器特性：指输入x（被测量）与输出y之间的关系静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时的关系动态特性：当输入量随时间较快地变化时的关系通常，要求传感器在静态情况下的输入与输出保持线性关系，实际上，很难满足理想的线性关系，一般用多项式表示：

只有当二阶以上的项为0时，才满足理想的线性关系

测量范围和量程传感器所能测量到的最小被测量（输入）xmin与最大被测量（输入）xmax之间的范围称为传感器的测量范围（measuringrange）,表示为YFS或（xmin，xmax）。传感器测量范围的上限值与下限值之差xmax－xmin称为量程（span）。例如一温度传感器的测量范围是-30～+120℃,那么该传感器的量程为150℃

线性度输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度称为线性度。一般用非线性误差表示可用下式表示：输出量Y输入量X灵敏度传感器的灵敏度是其在稳态下输出增量与输入增量的比值。常用来表示：对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图所示，即：YXM点0N点迟滞传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。迟滞差值：正反行程的差值。迟滞误差：传感器在全量程范围内最大迟滞差值⊿Hmax与满量程输出值之比式中△Hmax—正反行程间输出的最大差值0yx⊿HmaxyFS迟滞特性重复性重复性是指传感器在输入按同一方向做全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。重复性误差可用正反行程的最大偏差表示yx0⊿Rmax2⊿Rmax1△Rmax1正行程的最大重复性偏差△Rmax2反行程的最大重复性偏差

128传感器的发展趋势当前传感器技术的发展趋势主要是微型化、智能化、多样化，主要形式有微型传感器、智能传感器、纳米传感器等

129传感器的应用领域传感器在军事、交通、化学、环保、能源、海洋开发、遥感、宇航等不同领域的需求与日俱增，其应用的领域已渗入到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中。例如要使机器人和人的功能更为接近，以便从事更高级的工作，要求机器人具有判断能力，这就要给机器人安装物体检测传感器，特别是视觉传感器和触觉传感器，使机器人通过视觉对物体进行识别和检测，通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动和重量的感觉。这类机器人被称为智能机器人，它不仅可以从事特殊的作业，而且一般的生产、事务和家务，全部可由智能机器人去处理。

130传感器的分类传感器一般是根据物理学、化学、生物学等特性、规律和效应设计而成的，同一种被测量可以用不同类型的传感器来测量，而同一原理的传感器又可测量多种物理量因此传感器有许多种分类方法。

131传感器的分类根据被测对象进行划分，常见的有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器。按照原理分类:电学式传感器：电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。

132传感器技术原理传感器技术是一门知识密集型技术，涉及多种学科，其技术原理各种各样。根据传感器工作原理我们可以分为：应变式、电容式、压电式、磁电式等。电阻应变式传感器电阻应变传感器是目前应用最广泛的传感器之一。它的原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，通过电阻应变片将应变转换为电阻变化。所谓的电阻应变就是当由金属丝、箔、薄膜制成的电阻应变片在外界应力作用下其电阻值会发生变化。当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件的变形会引起敏感元件的电阻值变化，通过转换电路转变成电量输出，电量值的大小反映了被测物理量的大小。应变电阻器可用来测量位移、加速度、力、力矩、等物理量。电阻应变式传感器

电阻应变式传感器的工作原理是基于电阻应变效应的，金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应，如图所示。金属丝在未受力情况下，其原始电阻为：

电阻应变式传感器

我们称KS为金属丝的灵敏系数。灵敏系数受两个方面影响：一是受力后材料几何尺寸的变化，即；另一个是受力后材料电阻率发生的改变，即。大量实验证明，在金属拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即KS为常数。应变式传感器应用种类电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。它具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。它的主要缺点是响应较慢，不宜于快速动态测量。电感式传感器种类很多，根据感知原理可分为自感式、互感式和电涡流式等。自感式传感器电涡流式传感器电感式传感器自感传感器的基本工作原理演示☞气隙变小，电感变大，电流变小线圈自感线圈匝数磁路总磁阻电感式传感器式中：Li——各段导磁体的长度；μi——各段导磁体的导磁率；Si——铁芯材料的截面积；δ——气隙的厚度；μ0——空气的导磁率；S——空气隙的截面积；对于变隙式传感器,因为气隙δ很小,所以可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损,则磁路总磁阻：R空气气隙>>R导磁体忽略导磁体磁阻δ电感式传感器自感传感器分为三种类型：a）δ－变间隙式b）S－变面积式c）螺管式磁路磁阻随着衔铁插入深度不同而变化电感式传感器根据法拉第电磁感应原理,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。电涡流效应与被测金属间的距离及电导率、磁导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率等参数有关。通过电路可将被测金属参数转换成电压或电流变化。电涡流传感器根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。Z:高频涡流传感器线圈阻抗ρ:电导率μ:导磁率r：线圈半径等几何尺寸I:线圈电流f:频率x:距离电容式传感器电容式传感器以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再由转换电路(测量电路)转换为电压、电流或频率，以达到检测的目的常见的电容传感器的应用有电容式位移传感器、电容式指纹传感器等电容器电容器被测物理量电容变化量电参量U、I、f电容式传感器电容式传感器不仅能测量荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量，还能测量压力、液面、料面、成分含量等热工量。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态特性好等一系列优点，在机电控制系统中占有十分重要的地位。

由物理学可知，当忽略电容器边缘效应时，由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，其电容量为：由公式可知，在三个参量中，改变其中任意一个量，均可使电容量C改变。也就是说，如果被检测参数(如位移、压力、液位等)的变化引起三个参量中之一发生变化，就可利用相应的电容量的改变实现参数测量。据此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。电容式传感器工作原理电容量C的变化决定于参数S、d

和ε，因而有三种基本类型的电容传感器。εd

S

ε：介质介电常数

εr—极板间介质的相对介电常数

ε0—真空的介电常数

=8.85×10-12F/mS

：极板面积

d

：极板间距离电容式传感器变极板间距离（d）型极板1固定不动的极板2沿间隙方向平行位移εδS1定极板2动极板ε：极板间介质介电常数ε0：真空介电常数εr

：极板间介质相对介电常数δ

：极板间距离S

：极板面积电容式传感器电容变化分析：变面积电容传感器：常用的有角位移型和线位移型两种，与变间隙型相比，适用于较大角位移及直线位移的测量

1463.4常见传感器介绍温度传感器是一种能够将温度变化转换为电信号的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性进行测温的，如将温度变化转换为电阻、热电动势、磁导率变化以及热膨胀的变化等，然后再通过测量电路来达到检测温度的目的。

147温度传感器

148湿敏传感器湿敏传感器是能够感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号的器件。湿度检测较之其他物理量的检测显得困难，这首先是因为空气中水蒸气含量要比空气少得多；另外，液态水会使一些高分子材料和电解质材料溶解，一部分水分子电离后与溶入水中的空气中的杂质结合成酸或碱，使湿敏材料不同程度地受到腐蚀并加速老化

，从而丧失其原有的性质；

149光电式传感器光电式传感器就是将光信号转化成电信号的一种器件，简称光电器件。要将光信号转化成电信号，必须经过两个步骤：一是先将非电量的变化转化成光量的变化；二是通过光电器件的作用，将光量的变化转化成电量的变化，这样就实现了将非电量的变化转化成电量的变化

150光电式传感器

151光纤传感器光纤传感器有两种类型，一种是传光型光纤传感器，光纤在传感器中起光的传输作用，又称为光纤式光电传感器。另一种是功能性光纤传感器，光在光纤内部传输过程中，受到外界物理因素（如温度、压力、电场、磁场等）的影响，会引起光纤中光的强度、相位、波长或偏振态等的变化，只要测出这些参量随外界物理因素的变化关系，就可以用它作为传感器来测量一些物理量的变化。

152CCD图像传感器图像传感器是采用光电转换原理，用于摄取平面光学图像并使其转换为电子图像信号的器件。三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相CCD传感器机，以产生高的分辨率和光谱色阶。CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。每个像元就是一个MOS电容器(大多为光敏二极管)，它是在P型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A～15CCD传感器00A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅)，在衬底和金属电极间加上1个偏置电压，就构成1个MOS电容器。当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子－空穴对，电子－空穴对在外加电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。这些信号电荷储存在由电极形成的“势阱”中。

153CCD

154

155气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度或成分的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。一般对气敏传感器有下列要求：能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度，能长期稳定工作，重复性好，响应速度快，共存物质所产生的影响小等。

156压力传感器压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制成的，这样的传感器称为压电传感器。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计，它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点，在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。

157加速度传感器加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。常见加速度传感器都是压电式、压阻式、电容式和谐振式。应变式加速度传感器如图3-16所示，其测量原理是将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体沿某一方向以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到，从而使应变片的电阻发生变化。电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压，即可得出加速度a值的大小。

159智能传感器所渭智能式传感器就是一种带行微处理机的，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。

160本章小结本章首先详细介绍了传感器的基本概念、相关特性和发展趋势；其次，根据传感器的工作原理将传感器分为应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器和磁电式传感器等，并对这些传统类型传感器的工作原理、技术特点等进行了介绍；最后，介绍了目前和我们日常工作密切相关的一些常见的传感器，例如用来测量温度、湿度、光照度等传感器，分别介绍了传感器的工作原理、分类标准以及在相关领域的应用。

161161物联网技术导论（第4章物联网标识与定位技术）课程思政版西安交通大学计算机学院

161

162如何标识物体的身份？随着商品经济快速发展，物品标识与管理逐渐形成一门科学。在物联网系统中，如何标识物体的身份是一项重要工作。本章重点阐述物联网的主要标识技术：一维条形码、二维条形码技术和RFID技术。

163标识人、机、物等身份的方法有哪些？人（姓名、身份证）同名问题一台计算机、一台服务器（IP地址？MAC）IP地址冲突问题一种水、一瓶水；一件衣物、一类衣物分类标识还是分件标识？一粒沙子？如何编码？编码的长度如何选取？需求、兼顾效率，采用渐进式方法。。。所以得有相关协议或标准来规范化。往往有多种。每个人机物对象得有身份

164三种物品编码技术的迭代与演化电子产品编码(EPC96-512)一维条形码8-13位二维条形码内容很丰富

165物品编码技术的主要异同RFID========一卡被多读写器阅读多卡被并发阅读无线射频方式冲突解决？条形码=======一码一读光电阅读模式一维码容错差二维码容错高

166你认为下面哪种物体标识技术更有应用前景？为什么？一维条形码二维条形码RFID各有优缺点ABCD提交还要想一想E投票最多可选2项

167目录4.1条形码4.2RFID4.3空间定位

167

1684.1一维条形码:概念条形码（BarCode)技术是集条形码理论、光电技术、计算机技术、通信技术、条形码印制技术于一体的物品身份自动识别技术。条形码是由宽度不同、反射率不同的条（黑色）和空（白色），按照一定的编码规则编制而成的，用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符。条形码技术具有速度快、准确率高、可靠、寿命长、成本低廉等特点，因而广泛应用于商品流通、工业生产、图书管理、仓储标证管理、信息服务等领域。

169条形码的发展条形码作为自动识别技术中应用较早的一类，诞生于上个世纪50年代的美国，并于70年代在国际上得到推广和应用。1949年，美国工程师乔·伍德兰德和伯尼·西尔沃在一个食品项目中设计了一种同心圆的特殊编码，被称“公牛眼”。1970年，美国选定IBM公司的条形码方案为美国通用商品代码（即UPC码）。1976年，欧洲十二个国创立了欧洲物品编码协会（EAN），制订了欧洲物品编码标准，即EAN-8码和EAN-13码，推动了商品编码国际化的发展。

1701994年，日本电装公司发明了世界上首个二维条形码QR码，并应用于汽车零部件追溯系统。1980年左右，我国开始引入条形码的自动识读技术。1988年成立中国物品编码中心，专门负责国内商品的编码分配和日常管理工作。1991年，中国物品编码中心正式成为国际物品编码协会的会员。

171一维条形码的特征一维条形码的特征主要包括码制、字符集、双向可读性和自校验特性等。码制：EAN码、39码、交插25码、UPC码、128码、93码，及Codabar（库德巴码）。字符集：数字字符0到9。39条形码可表示26个英文字母：A~Z以及一些特殊符号。双向可读性：从左、右两侧均可读。自校验特性：检错、容错

172条形码符号的结构一个完整的一维条形码的符号结构如图所示，从左到右依次是左侧空白区、条形码符号、右侧空白区。条形码符号又包括起始符、终止符、数据字符、校验符（可选）以及供人识读的字符几部分组成。

173一维条形码的编码方式1、宽度调节编码法宽单元应该至少是窄单元的2~3倍，同时，两个相邻的二进制数位，无论是由空到条或者是由条到空，都应该有印刷明显的边界。交叉25码、库德巴码和39码都属于宽度调节编码法的一维条形码。表示“3185”的交叉/交插25条形码

174交叉25条形码（也叫交插、穿插25码）：只能表示数字0－9，长度可变，条形码呈连续性，所有条与空都表示代码第一个数字由条开始，第二个数字由空组成。条形码的识读率高，可用于固定扫描器的可靠扫描，在所有一维条形码中的密度最高。

库德巴条形码(Codabar)：可表示数字0－9，字符$、+、－，还有只能用作起始和终止符的a、b、c、d四个字符，非连续性条形码、条形码长度可变，没有校验位，主要应用于血库管理。

175一维条形码的编码方式2、模块组配编码法每个字符由若干（7个）模块组成。每个模块是指一个“条”或一个“空”。条、空对应二进制的”1”、”0”（或反之），宽度相同。每个模块有标准宽度，如0.33mm

175左边：某字符的七个模块为0011001右边：某字符的七个模块为0011011条白白黑黑白白黑

176典型的一维条形码当前国际上总共有200种以上的条形码标准，每一类都采取独立的编码规则，定义每个编码数据的条空排列组合方式。应用最广泛的一维条形码制有39码、128码、EAN和UPC商品码、ISBN码和ISSN码等

177一维条形码：EANEAN码又称为欧洲商品条形码(EuropeanArticleNumber)，诞生于1977年，是当时的欧洲各个工业国为了提高商品在国家之间流通的便利性，联合开发并推广使用了这种一维商品码。国家代码占3位厂商代码占4位产品代码占5位校验码占1位

178EAN-13商品码构成左侧空白区域：>9个空起始符：由“条空条”三个模块单元组成左侧数据符：6个数字，42个模块单元。字符集选择中间分隔符：空条空条空。右侧数据符：5个数字共有35个模块单元。字符集C校验符：1位，字符集C左侧字符的编码规则为：前置码为0-4时，7个模块字符集依次为AAAAAA、AABABB、AABBAB、AABBBA、ABAABB；前置码为5-9时，7个模块的字符集依次为ABBAAB、ABBBAA、ABABAB、ABABBA、ABBABA。

179EAN-13编码规则三类字符集EAN-13商品码包括三套独立的编码字符集，称作字符集A、字符集B和字符集C，其编码规则见下表。

179例如，采样字符集A时，数字0的7个模块为：空空空条条空条，对应二级制为0001101；采样字符集B时，数字0的7个模块为：空条空空条条条，对应二级制为0100111；采样字符集B时，数字0的7个模块为：条条条空空条空，对应二级制为1110010。

180EAN-13编码规则三类字符集在编程实现时，我们只需要关注编码的二进制串。然后再将二进制串转换为黑白条（这个由程序容易实现）。

180对应

181EAN-13商品码的编码规则实例分析：采用字符集A编码，给出字符串“903244”的二进制序列

181字符903244字符编码000101100011010111101001001101000110100011

182给出EAN-13码6966090118206的二进制编码。作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂提示：分成四段6,966090,11820,6是不是有点繁琐？最好使用程序来实现主观题10分

183EAN-13商品码的绘制问题求解：EAN-13码6966090118201的二进制编码为：00000000010100010110000101000010101001110001011000110101010110011011001101001000110110011100101100110101000000000“0”为白；“1”为黑

183我们可以使用EAN的编码规则自己生成一维码，也可以调用Python库生成一维码。EAN-13编码的Python库程序调用

显然，基于EAN-13编码规则实现条形码生成，程序程序较为复杂。实际上，为了简化编程，我们也可以直接引用Python中pyStrich库来实现条形码的生成。具体方法如下：（1）安装pyStrich库（pipinstallpyStrich）；（2）引用pyStrich库中EAN13编码器；（3）输入条码；（4）调用EAN13Encoder()函数；（5）生成条形码图形。具体程序如下所示。

184EAN-13编码的Python库程序调用

185

186EAN-13商品码的绘制（库调用）6最后1位校验码是要计算的

187EAN-13商品码的校验算法在EAN-13中，有1位校验码用来验证编码的可靠性。该校验码的计算方法如下：

187红字

188计算EAN-13码696609011821X的最后一位校验码。并说明校验码的主要作用是什么？

[填空1]

作答正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂填空题1分

189EAN-13商品码的校验算法在EAN-13中，有1位校验码用来验证编码的可靠性。校验码的计算实例如下：

189基于规则的EAN-13编码的Python程序实现

为了实现EAN-13条形码编码程序，首先，需要为EAN-13的编码规则设置一个数据结构，这里用列表类型rule表示；然后，为三个字符集A、B、C设置一个数据结构，这里用列表类型charset表示。具体如下：

190最后，设计一个EAN编码函数EAN13()。具体Python程序如左。

191EAN-13编码的Python程序实现

192EAN-13编码的可视化实现

193

194一维条形码：UPCPC商品码(UniversalProductCode)，又名通用产品码，是美国统一编码协会最早研制的一种商品条形码，目前主要应用在加拿大和美国。根据数据结构的不同，UPC可划分为五个不同的子类，其中应用最为广泛的就是UPC-A码和UPC-E码.

195一维条形码：UPC支持：0~9的10数字。字符编码长度最多为12个。前置字符为0。支持一个校验字符。编码内容分为左右两个部分，左侧5个数据符及右侧5个数据符，使用不同的编码机制。

196UPC的编码法则UPC-A左侧的5个编码字符均由EAN字符集A中的条形码字符表示，而右侧的5个编码字符均由EAN字符集C中的条形码字符表示。UPC-A的校验码计算算法与EAN-13商品码相同。

197UPC-A编码实例例如：求出UPC-A码09032498101?的二进制序列，并编程画出该条形码。解：首先将UPC-A分成4段：090324981017第1位“0”表示前缀码为0；“90324”为五位左则数据符；“98100”为五位右侧数据符；最后一位“7”为校验码。

197前置码固定为0，左边每个字符的7个模块编码使用的字符集为AAAAAA

198UPC-A编码实例UPC-A编码规则，5位的左侧数据码。