物联网工程技术--课程论文黄河科技学院选修课作业.doc
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1、物联网工程技术 课程论文 院(系)名称外国语学院 专业名称普本日语 学号 学生姓名2015年12月01日 物联网工程技术-课程论文 第11页 (一)论述物联网中的关键技术简单讲,物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。在物联网应用中有三项关键技术。1、传感器技术,这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道,到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。2、RFID标签也是一种传感器技术,RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。3、嵌入式系统技术:是综合了
2、计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用 。一、传感器技术传感技术大体可分3代,第1代是结构型传感器.它利用结构参量变化来感受和转化信号。例如:电阻应变式传感器,它是利用金属材料
3、发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。第2代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料某些特性制成的.如:利用热电效应、霍尔效应、光敏效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。70年代后期,随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展,出现集成传感器.集成传感器包括2种类型:传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化.例如:电荷藕合器件(CCD),集成温度传感器AD590集成霍尔传感器UGN3501等.这类传感器主要具有成本低、可靠性高性能好、接口灵活等特点集成传感器发展非常迅速,现已占传感器市场的2/3
4、左右,它正向着低价格、多功能和系列化方向发展。第3代传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器.所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力,是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。80年代智能化测量主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高,在传感器一级水平实现智能化,使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中,被作为一次仪表定位,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
5、换成另一形态的信息。具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换,一切准确的测试与控制都将无法实现,即使最现代化的电子计算机,没有准确的信息(或转换可靠的数据),不失真的输入,也将无法充分发挥其应有的作用。传感器种类及品种繁多,原理也各式各样。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置,其精度和范围度是根据需要来选定的,过高的精度要求对某种使用也无太大意义;过宽的范围度也会使测量精度降低,而且会造成成本过高及增加工艺上的困难;因
6、此,应根据测量对象的要求,恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器,均要求其性能稳定,数据可靠,经久耐用。为此,在研究高精度传感器的同时,必须重视可靠性和稳定性的研究。包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术,已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。一般情况下,由于传感器设置的场所并非理想,在温度、湿度、压力等效应的综合影响下,可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化,已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中,采取了温度补偿及密封防潮的措施,但它与应变片、粘帖胶本身的高性能化、粘帖技术的精确和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制
7、定均有密切的关系,哪一方面都不能忽视,都需精心设计和制作。同时,还须注意传感器的安装方法,支撑结构的设置,如何克服横向力等问题。作为一次仪表的传感器通常由敏感元件与转换元件组成。转换元件通常是精密的电桥。因此,测力秤重用电阻应变式传感器主要由弹性体、应变片、粘帖胶及各种补偿电阻构成。他的稳定性也必然是由这些元件的内、外因的综合作用所决定。本文就此问题进行探讨,谈些粗浅看法,与同行商榷。首先是弹性元件。弹性元件一般是由优质合金钢材及有色金属铝、铍青铜等加工成型,影响弹性体稳定性,主要是它经各种处理后的金相组织及残余应力。考虑到应力释放时的相互平衡关系及弹性体结构形式的约束,要想让残余应力释放,就
8、要进行时效处理,这在实际中若采用自然时效法,则释放缓慢、周期长,常常是不可取的,需要人为缩短时间,一般要消除弹性体表面残余应力的方法是:做真空回火处理和疲劳式脉动处理及共振。这样可大幅度地降低残余应力,在短时间内完成通常的长时间的自然时效,使组织性能更为稳定。其次,是应变片和粘接胶。影响应变片稳定性的是箔材本身,制造应变片的电阻合金种类很多,其中以康铜合金使用最广,它有较好的稳定性,高的疲劳寿命及小的电阻温度系数,是理想的丝栅制造材料。此外,制造应变片过程中应消除不良影响而造成的不稳定性。如:丝栅与基底胶的粘接强度,应变片与弹性体间的粘帖强度,基底胶内应力的释放等等,都是不稳定因素。另外,应变
9、片的粘帖,也是非常关键的要素之一,这一工作的好坏,直接影响胶的粘接质量,乃至测量精度,如果帖片不严格,技术不熟练,即使使用最好的应变片也无济于事。二、射频标签技术从结构上讲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。系统由一个询问器和很多应答器组成。最初在技术领域,应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块,近些年,由于射频技术发展迅猛,应答器有了新的说法和含义,又被叫做智能标签或标签。RFID电子标签的阅读器通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便
10、。在未来,RFID技术的飞速发展对于物联网领域的进步具有重要的意义。射频识别系统最重要的优点是非接触识别,它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签,并且阅读速度极快,大多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准。射频识别系统的主要厂商提供的都是专用系统,导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商的频率和协议标准,这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增长。许多欧美组织正在着手解决这个问题,并已经取得了一些成绩。标准化必将刺激射频识别技术的大幅度发展和广泛应
11、用。物流管理的本质是通过对物流全过程的管理,实现降低成本和提高服务水平两个目的。如何以正确的成本和正确的条件,去保证正确的客户在正确的时间和正确的地点,得到正确的产品,成为物流企业追求的最高目标。一般来说,企业存货的价值要占企业资产总额的25%左右,占企业流动资产的50%以上。所以物流管理工作的核心就是对供应链中存货的管理。在运输管理方面采用射频识别技术,只需要在货物的外包装上的安装电子标签,在运输检查站或中转站设置阅读器,就可以实现资产的可视化管理。与此同时,货主可以根据权限,访问在途可视化网页,了解货物的具体位置,这对提高物流企业的服务水平有着重要意义三、 嵌入式技术嵌入式系统本身是一个相
12、对模糊的定义。目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落,工业、服务业、消费电子,而恰恰由于这种范围的扩大,使得“嵌入式系统”更加难于明确定义。举个简单例子:一个手持的mp3是否可以叫做是嵌入式系统呢?答案肯定是“是”。另外一个PC104的微型工业控制计算机你会认为它是嵌入式系统吗?当然,也是,工业控制是嵌入式系统技术的一个典型应用领域。然而比较两者,你也许会发现二者几乎完全不同,除了其中都嵌入有微处理器。那是否可以说嵌入着微处理器的设备就是嵌入式系统?那鼠标中也有单片机,能叫嵌入式系统嘛?那到底什么是嵌入式系统?莫非嵌入式系统只是一个难以定义的抽象概念?嵌入式是一种专用的计算机系统,作为装
13、置或设备的一部分。通常,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式技术近年来得到了飞速的发展,但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛,彼此之间的特点也相当明显。例如很多行业:手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视手机领域:以手机为代表的移动设备可谓是近年来发展最为迅猛的嵌入式行业。甚至针对于手机软件开发,还曾经衍生出“泛嵌入式开发”这样的新词汇。一方面,手机得到了大规模普及,另一方面,手机的
14、功能得到了飞速发展,3、4年前的手机功能与价格与现在就不能同日而语。随着国内3G时代的脚步日益临近,可以预料到手机领域的软硬件都必将面临一场更大的变革。功耗、功能、带宽、价格等都是手机硬件领域的热门词汇。从软件技术角度来看,我认为手机的软件操作系统平台会趋于标准化和统一化。手机的应用会愈加丰富,除了最基本的通话功能外,逐渐会包括目前PDA、数码相机、游戏机等功能,更加趋向于成为个人手持终端。随着嵌入式系统和机器人技术的普及和发展,机器人本体功能越来越趋于模块化、智能化、微型化。同时,机器人的价格也在大幅度下降,使其在军事、工业、家庭和医疗等领域获得更广泛的应用。例如,国内最近开发了一种“医疗服
15、务机器人”,其核心部件主要由CPLD和多个EMCU组成。它可将大脑脱离机器人本体并置于母环境中,采用无线通信与本体进行交互;而服务机器人本体中的小脑具体实现接收机器人大脑发出的各种命令,控制机器人各个执行和感知机构,进而实现机器人本体各个功能模块之间相互协调配合的功能。军事国防历来就是嵌入式系统的重要应用领域。20世纪70年代,嵌入式计算机系统应用在武器控制系统中,后来用于军事指挥控制和通信系统。目前,在各种武器控制装置(火炮、导弹和智能炸弹制导引爆等控制装置)、坦克、舰艇、轰炸机、陆海空各种军用电子装备、雷达、电子对抗装备、军事通信装备、野战指挥作战用各种专用设备等中,都可以看到嵌入式系统的
16、身影。使用嵌入式技术的武器曾为美军在伊拉克战争中发挥重要的作用。嵌入式系统在医疗仪器中的应用普及率极高。在设计过程中,根据需要对嵌入式系统重新编程,可避免前端流片(NRE)成本,减少和ASIC相关的订量,降低芯片多次试制的巨大风险。此外,随着标准的发展或者当需求出现变化时,还可以在现场更新,而且设计人员能够反复使用公共硬件平台,在一个基本设计基础上,建立不同的系统,支持各种功能,从而大大降低生产成本。使产品具有较长的生命周期,可以保护医疗仪器不会太快过时,医疗行业的产品生命周期比较长,因此这一特性非常重要。现代数字医疗仪器设备不但包括诊疗设备,而且还有数据存储服务器和接口软件。嵌入式系统可为医
17、疗仪器设备设计、生产和使用提供先进的技术支持。(二)探讨物联网的发展前景挑战和机遇:物联网应用前景和发展展望物联网的发展代表了整个社会信息化的发展方向。就通信产业来说,长期的发展目标是 实现人与人之间无缝的联系和沟通。这个目标发展到现在,已经基本实现了。那么今后向什么方向发展?2009 年开始,以“物联网”、“智慧地球”为代表的信息化概念在全球范围内出 现,为通信产业未来的发展指明了方向。在全球金融危机后期的大背景下,物联网的本质是行业信息化,各国政府大力推动物联网发展的动力在于寻找新的经济增长点和创造就业。在这样的大背景下,在全球范围内,运营商成为了物联网的重要推动者。运营商将在物联网的发展
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