物联网传感器技术.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,*,物联网传感器技术,物联网传感器技术,第1页,第3章 物联网传感器技术,物联网传感器技术,第2页,传统传感器基础知识,几个惯用传感器介绍,智能传感器,MEMS技术,4,1,2,3,传感器接口技术,5,物联网传感器技术,第3页,3,.1,传统传感器基础知识,物联网传感器技术,第4页,1,传感器技术,：,是物联网基础技术之一，处于物联网构架感知层,。,2,传感器,：,是一个能把特定被测信号，按一定规律转换成某种可用信号输出器件或装置，以满足信息传输、处理、统计、显示和控制等要求。,。,物联网传感器技术,第5页,是物联网基础技术之一，处于物联网构架感知层,。,互联互通。,传感器技术,3,传感器,作用,：,传感器处于研究对象与检测系统接口位置，是感知、获取与检测信息窗口，它提供物联网系统赖以进行决议和处理所必需原始数据。,物联网传感器技术,第6页,按被测量分类,物理量,传感器,力学量,压力传感器、力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、位移传感器、位置传感器、尺度传感器、密度传感器、粘度传感器、硬度传感器、浊度传感器,热学量,温度传感器、热流传感器、热导率传感器,光学量,可见光传感器、红外光传感器、紫外光传感器、照度传感器、色度传感器、图像传感器、亮度传感器,磁学量,磁场强度传感器、磁通传感器,电学量,电流传感器、电压传感器、电场强度传感器,声学量,声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器,射线,x,射线传感器、,射线传感器、,射线传感器、辐射剂量传感器,化学量,传感器,离子传感器、气体传感器、湿度传感器,生理量,传感器,生物量,体压传感器、脉搏传感器、心音传感器、体温传感器、血流传感器、呼吸传感器、血容量传感器、体电图传感器,生化量,酶式传感器、免疫血型传感器、微生物型传感器、血气传感器、血液电解质,物联网传感器技术,第7页,物联网传感器技术,第8页,静态特征,：,指被测量值处于稳定状态时输,出和输入关系。,衡量静态特征主要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。,动态特,性：,输出对随时间改变输入量响应特征。,物联网传感器技术,第9页,1.,工业自动化系统：以传感器一微机为关键自动检测与控制系统,2.航空航天：飞行速度方向、飞行姿态进行检测,3.资源探测与环境保护：大气、水质污染、放射性、噪声检测,4.医学领域：人体温度、血压及腔内压力、血液,5.家用电子产品,6.军事领城,物联网传感器技术,第10页,3.2,几个惯用传感器介绍,物联网传感器技术,第11页,温度传感器,湿度传感器,超声波传感器,气敏传感器,物联网传感器技术,第12页,基本介绍：,1,温标,：,用来,度量,物体温度数值标尺。,2,敏感元件与被测介质接触是否，分为：,接触式温度传感器,非接触式温度传感器,3,材料及电子元件特征，分为：,热电阻,热电偶,物联网传感器技术,第13页,基本介绍：,1,绝对湿度：,是大气中水汽密度，即单位大气中所含水汽质量。,2,绝对湿度：,相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压百分比。湿空气绝对湿度与相同温度下可能到达最大绝对湿度之比。,3,露点：,使大气中原来所含有未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低温度值。,物联网传感器技术,第14页,分类：,物联网传感器技术,第15页,选择注意事项：,在选择温度传感器时，应考虑,到很多原因，如被测对象湿度,范围、传感器灵敏度、精度和,噪声、响应速度、使用环境、,价格等。,物联网传感器技术,第16页,电阻,湿度,传感器,敏感元件为湿敏电阻，其主要材料普通为电介质、半导体、多孔陶瓷、有机物及高分子聚合物。,电容,湿度,传感器,敏感元件为湿敏电容，主要材料普通为高分子聚合物、金属氧化物。这些材料对水分子有较强吸附能力，吸附水分多少随环境湿度而改变。,物联网传感器技术,第17页,利用超声波特征研制而成；,一个振动频率高于声波机械波；,频率高、波长短、绕射现象小；尤其是方向性好、能够成为射线而定向传输对液体、固体穿透本事很大，尤其是在阳光不透明固体中它可穿透几十米深度。,超声波碰到杂质或分界面，会产生显著反射，形成反射成回波碰到活动物体能产生多普勒效应。,广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。,超声波传感器,物联网传感器技术,第18页,被测气体种类繁多，它们性质也各不相同。所以不可能用一个方法来检测各种气体，其分析方法也随气体种类、浓度、成份和用途而异。,气敏传感器,1,气敏传感器：,指将被测气体浓度转换为与其成一定关系电量输出装置或器件。,物联网传感器技术,第19页,主要参数与特征：,灵敏度：气敏元件对气体敏感程度,响应时间,：,气敏元件反应速度,选择性,：气敏元件对不一样气体有不一样灵敏度,稳定性,：气敏元件输出特征保持不变能力,物联网传感器技术,第20页,应用,半导体气敏元件，因为含有灵敏度高、响应时间长、恢复时间短、使用寿命长和成本低等候点，所以半导体气敏传感器有很广应用。,物联网传感器技术,第21页,3.3 智能传感器,物联网传感器技术,第22页,基本概念：,1,智能传感器,：（intelligent sensor）,含有信息处理功效传感器。智能传感器带有微处理机，含有采集、处理、交换信息能力，是传感器集成化与微处理机相结合产物。,2,三个优点：,经过软件技术可实现高精度信息采集，而且成本低；,含有一定编程自动化能力；,功效多样化。,物联网传感器技术,第23页,系统组成,物联网传感器技术,第24页,功效,自赔偿和计算,自诊疗功效,复合敏感功效,强大通讯接口功效,现场学习功效,提供模拟和数字输出,数值处理功效,掉电保护功效,物联网传感器技术,第25页,特点,一定程度人工智能是硬件和软件结合体，可实现学习功效，更能表达仪表在控制体统作用。能够依据不一样测量要求，选择适当方案，并能对信息进行综合处理，对系统状态进行检测。,多敏感功效将原来分散、各自独立单敏传感器集成为含有多敏功效传感器，能同时测量各种物理量和化学量，全方面反应被测量综合信息。,精度高、测量范围宽，随时检测出被测量改变对检测元件特征影响，并完成各种运算，其输出信号更为准确，同时其量程比可达,100:1,，最高达,400:1,，可用一个智能传感器应付很宽测量范围，尤其适用要求量程比大控制场所。,通信功效可采取标准化总线接口，进行信息交换，这事智能传感器标志之一。,物联网传感器技术,第26页,基于IEEE 1451网络化智能传感器,1,IEEE 1451,：,一个新通用智能化传感器接口标准，它为即插即用智能传感器与现有各种总线提供了通用接口标准。,2,标准目标,：,开发一个软硬件连接方案，将智能变送器连接到网络或直接支持现有各种网络技术，包含各种现场总线、因特网等；为不一样厂家生产传感器提供含有即插即用功效智能传感器接口。,物联网传感器技术,第27页,IEEE 1451,系列准则,代号,名称与描述状态,EEE P1451.0,智能变送器接口标准,IEEE 1451.1-1999,网络适配处理器信息模型,IEEE P1451.1,网络适配处理器信息模型修订版,IEEE 1451.2-1997,变送器与微处理器通信协议和,TEDS,格式,IEEE P1451.2,变送器与微处理器通信协议和,TEDS,格式修订版,IEEE 1451.3-,分布式多点系统数字通信与,TEDS,格式,IEEE 1451.4-,混合模式通信协议与,TEDS,格式颁布标准,IEEE P1451.5,无线通信协议与,TEDS,格式,IEEE P1451.6,CAN,开放式协议变送器网络接口,IEEE P1451.7,系统通信协议和变送器电子数据表格式,物联网传感器技术,第28页,IEEE 1451,体系内容,建立网络化智能传感器软件模型，包含信息与通,信模型；,定义网络化智能传感器硬件模型，包含网络适配,器,NCAP,、智能变送器接口模块,STIM,及二者间有线、,无线接口；,定义,NCAP,中封装不一样网络通信协议接口，支持各种,网络模式及总线标准；,对智能传感器数据传输、寻址、中止、触发等做,详细要求；,定义电子数据表格,TEDS,及其数据格式。,物联网传感器技术,第29页,该标准要求软件接口,对象模型,该标准经过定义每个对象类接口和行为定义每个对象类。系统中，该标准定义,4,种对象类：块类、组件类、服务类和非本标准要求对象类。,经过对象模型、数据模型和网络通讯模型3种模型实现,:,物联网传感器技术,第30页,数据模型,该模型规范了符合,IEEE 1451,标准网络化智能传感器所包括数据类型，含基本和结构类型、物理数量和对象属性类型及与网络通讯相关类型。,物联网传感器技术,第31页,网络通信模型:,包含对象模型、数据模型和网络通信模型，这,3,种模型为传感器、网络适配器、通信网络间确定对应软件接口。,物联网传感器技术,第32页,网络化智能变送器模型,物联网传感器技术,第33页,IEEE 1451.2,协议,1,IEEE 1451.2协议,：,一个网络化智能传感器接口标准。,2,IEEE 1451.2协议,：,提出了一个数字化点到点智能接口模块到网络适配器有线传输接口方案。,3,IEEE 1451.2协议,：,要求智能传感器由网络适配器和智能传感器接口模块两部分组成。,物联网传感器技术,第34页,传感器独立接口是智能传感器接口模块和网络适配器接口，实现网络适配器对智能传感器接口模块控制和二者之间通信。,IEEE 1451.2,协议,物联网传感器技术,第35页,经过提供标准智能传感器接口模块（,STIM,）、,STIM,和,NCAP,间接口即,TII,，统一网络化智能传感器基本结构，处理标准不统一问题，厂商可依需求扩展。该标准将网络化智能传感器分为智能传感器接口模块（含电子数据表格,TEDS,）、网络适配器及,STIM,与,NCAP,间,TII,接口。,IEEE 1451.2,协议,物联网传感器技术,第36页,TEDS,：,提供对传感器、缓存传感器、数据序列传感器、事件序列传感器及执行器等模型支持，含有自动识别传感器或执行器能力。,STIM模块,：,变送器（传感器或执行器）、信号调理与信号转换电路、TEDS、微处理器和存放器，可连接单一传感器或多传感器组成传感器网络,。,物联网传感器技术,第37页,TII,接口示意图,物联网传感器技术,第38页,TII,接口逻辑信号和功效定义,分组,信号线,逻辑,驱动源,功效,数 据,DOUT,正逻辑,STIM,由,STIM,向,NCAP,传送数据,DIN,正逻辑,NCAP,由,NCAP,向,STIM,传送数据和地址,DCLK,正逻辑,NCAP,上升沿锁定DIN和DOUT数据,NIOE,负逻辑,NCAP,使能数据传输和结束数据帧传输信号,触发,NTRIG,下降沿,NCAP,触发功效,辅 助,POWER,无,NCAP,通常,+5V,供电,COMMON,无,NCAP,信号地,NACK,下降沿,STIM,触发应答和数据传输应答,NSDET,负逻辑,STIM,NCAP据此信号检测STIM存在,中止,NINT,下降沿,STIM,NCAP响应STIM服务请求,物联网传感器技术,第39页,智能传感器标准体系,物联网传感器技术,第40页,标准体系中最主要就是第三部分智能传感器产品标准。,按照智能传感器组成，分为硬件系统、软件系统和产品技术要求。,物联网传感器技术,第41页,硬件系统,：,包含敏感元件、网络接口规范、内部接口规范、供电标准、防爆要求、封装要求。其中，敏感元件按照其物理特征分为温度、湿度、压力、流量、加速度等，并对各种不一样原理产品特征指标、封装形式给出详细要求。网络接口规范分别要求了智能传感器物理接口和数据接口要求。内部接口规范要求可智能传感器实现IEEE 1451标按时通信接口要求。,物联网传感器技术,第42页,产品技术要求：,按照被测参数不一样，分为温度传感器、流量传感器、压力传感器、变送器等详细技术要求，比如自校验、自诊疗、信息决议等。,软件系统：,包含系统软件规范和数据共享。其中，系统软件规范指智能传感器编程规范等，数据共享指源数据和编码格式要求、信息分类等，是与物联网衔接时主要组成部分。,物联网传感器技术,第43页,应用,三个层次：,一个是传感网络，以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”识别；,二是传输网络，即经过现有互联网。广电网、通信网或下一代互联网，实现数据传输和计算；,三是应用网络，即输入输出控制终端，包含手机等终端。,物联网传感器技术,第44页,智能传感器发展趋势,（,1,）向高精度发展,（,2,）向高可靠性、宽温度范围发展,（,3,）向微型化发展,（,4,）向微功耗及无源化发展,（,5,）向智能化数字化发展,（,6,）向网络化发展,物联网传感器技术,第45页,3.4 MEMS技术,物联网传感器技术,第46页,MEMS,定义,1,MEMS,：,由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成一体化微型器件系统。,2,MEMS,目标：,把信息获取、处理和执行集成在一起，组成含有多功效微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提升系统自动化、智能化和可靠性水平。,物联网传感器技术,第47页,MEMS,特点,3,MEMS,特点：,体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异、功效强大、能够批量生产等,。,物联网传感器技术,第48页,微机械压力传感器,微加速度传感器,微机械陀螺仪,微流量传感器,微气体传感器,微机械温度传感器,惯用MEMS传感器,物联网传感器技术,第49页,微,加速度传感器,物联网传感器技术,第50页,微气体传感器,物联网传感器技术,第51页,3.5 传感器接口技术,物联网传感器技术,第52页,传感器输出信号,特点,(1)输出信号比较微弱有传感器输出电压仅有0.1V。这就要求接口电路必须有一定放大能力。,(2)输出阻抗比较高这么会使传感器信号输入到测量电路时产生较大信号衰减。,(3)输出信号动态范围很宽。输出信号伴随输人物理量改变而改变，但它们之间关系不一定是线性百分比关系。,物联网传感器技术,第53页,传感器与微机接口普通结构,物联网传感器技术,第54页,输入通道特点：,输入通道结构类型取决于传感器送来信号大小和类型。,输入通道主要技术指标是信号转换精度和实时性，后者为实时检测和控制系统特殊要求。,输入通道是一个模拟、数字信号混合电路，其功耗小，普通没有功率驱动要求。,被测信号所在现场可能存在各种电磁干扰。,物联网传感器技术,第55页,输出通道特点：,通道结构取决于系统要求，其中信号有数字量和模拟量两大类，要用到转换器件是,D,A,转换器。,微机输出信号电平和功率都很小，而被控装置所要求信号电平和功率往铰比较大，所以在输出通道中要有功率放大，即输出驱动步骤。,输出通道连接被控装置执行机构，各种电磁干扰会经通道进人被控装置，所以必须在输出通道中采取抗干扰办法。,物联网传感器技术,第56页,物联网传感器技术,Thank You!,物联网传感器技术,第57页,