物联网的目标是物理世界与数字世界的融合。物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输网络技术,例如射频标识(RFID)标签与用来识别RFID信息的扫描仪、视频采集的摄像头和各种传感器中的传感与控制技术、短距离无线通信技术(包括由短距离传输网络技术组成的无线传感网技术)。;2.1传感器技术;2.1.1传感器的定义;2.1.1传感器的定义;2.1.2传感器的组成;敏感元件;转换元件;;2.1.3常用传感器;1.电容传感器;变面积式电容传感器;变间隙式电容传感器;变间隙式电容传感器;;2.热电式传感器;热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成的。;对于单一导体,如果两端温度分别为T、TO,且TTO,如图所示。
导体中的自由电子,在高温端具有较大的动能,因而向低温端扩散,在导体两端产生了电势,这个电势称为单一导体的温差电势。;热电偶温度计;浸入式热电偶测量熔融金属温度;热电偶灵敏感应迅速切断燃气;3.霍尔传感器;实物演示霍尔开关工作;霍尔传感器技术在汽车上的应用;4.压电式传感器;压电传感器应用;测量汽车重量;2.2无线传感器网络;2.2.1无线传感器网络的结构;功能
无线传感器网络节点主要完成
信息采集、
数据处理
数据回传等。;组成:
传感器、
微处理器(微控制器MCU)、
通信系统
供电电源。;传感器;有许多传感器可供节点平台使用,使用哪种传感器往往由具体的应用需求以及传感器本身的特点决定。需要根据处理器与传感器的交互方式:通过模拟信号和通过数字信号,选择是否需要外部模数转换器和额外的校准技术。;常用传感器及其关键特性;微处理器是无线传感节点中负责计算的核心。
功能:
(1)是接收来自传感器的监测数据,对数据进行处理和计算并通过通信模块发送出去。
(2)是读取通信模块接收到的数据及控制信息,进行数据处理并对硬件平台或控制目标进行控制。
(3)第三是通信协议处理,完成无线传感器网络通信过程中的MAC、路由协议处理等。;组成:
微处理器芯片同时也集成了内存、闪存、模数转化器、数字IO等,这种深度集成的特征使得它们非常适合在无线传感器网络中使用。;关键性能:
影响节点工作整体性能的微处理器关键性能包括功耗特性,唤醒时间(在睡眠/工作状态间快速切换),供电电压(长时间工作),运算速度和内存大小;常用微处理器及其关键特性;通信功能:
传感器节点组网的必备功能,它使得独立的传感器节点之间可以相互连接,并能借助多跳将数据回传到汇聚节点。;通信芯片是无线传感节点中重要的组成部分,在一个无线传感节点的能量消耗中,通信芯片通常消耗能量最多,在目前常用的TelosB节点上,CPU在工作状态电流仅500uA,而通信芯片在工作状态电流近20mA。
低功耗的通信芯片在发送状态和接收状态时消耗的能量差别不大,这意味着只要通信芯片开着,都在消耗差不多的能量;通信芯片的传输距离是选择传感节点的重要指标。发射功率越大,接受灵敏度越高,信号传输距离越远。
常用通信芯片:
CC1000:可工作在433MHz,868MHz和915MHz;采用串口通信模式时速率只能达到19.2Kbps
CC2420:工作频率2.4GHz,是一款完全符合IEEE802.15.4协议规范的芯片;传输率250Kbps;常用通信芯片及其关键特性;供电单元是无线传感器网络的能量来源,供电技术的好坏决定了网络工作时间的长短和系统运行成本。在供电单元的选择上主要有高能量电池、燃料电池和能量转换电池等几种。;采用电池供电,使得节点容易部署。但由于电压、环境等变化,电池容量并不能被完全利用。
可再生能量,如太阳能。可再生能源存储能量有两种方式:充电电池,自放电较少,电能利用会比较高,但充电的效率较低,且充电次数有限;超电容,充电效率高,充电次数可达100万次,且不易受温度,振动等因素的影响。;2.传感器节点----操作系统;节点操作系统发展史;TinyOS;TinyOS;TimyOS开发环境结构;TinyOS代码举例;TinyOS代码举例;TinyOS;其他常用微型OS对比;2.2.2组网技术—选路指标;假设链路有ACKs和重传:
P(TXsuccess)=P(Datasuccess)?P(ACKsuccess)
LinkETX=1/P(TXsuccess)
=1/[P(Datasuccess)?P(ACKsuccess)]
实际计算ETX:
P(Datasuccess)?measuredfwddeliveryratiorfwd
P(ACKsucce