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1、 物理系 2011届 电子信息工程专业 毕业论文传感器在物联网中的应用摘 要 传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑,传感器感知了物体的信息,RFID赋予它电子编码,传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。 物联网近年来受到了越来越多的人的关注。本文主要介绍了物联网的概念、发展状况、基本特征及面临的问题，传感器在自动抄表系统中的应用实例及其他领域中的应用，无线传感网的概念及技术,传感器在物联网中的应用很广泛，例如农业、工业、医疗、军事等。关键词 物联网； 传感器； 无线传感网1 绪论物联网是信息技术发展催生的一个新的概念，通过物联网可在传统工业、生产安全、工程控制、交通管
2、理、城市管理、农牧业生产、商业流通等领域，建立随时能在物体与物体之间沟通的智能系统。物联网是互联网应用拓展重点，物联网是泛在网的起点，物联网是信息化与工业化融合的切入点，物联网应用推广种突破行业进入壁垒是难点，物联网是低碳经济的支撑点，物联网是战略性新兴产业的增长点，物联网是民生服务的新亮点，物联网是国际竞争的新热点。2 物联网2.1物联网的概念与定义 物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、
3、跟踪、监控和管理。 现在对物联网的定义至少有几十种,都是不同领域专家从不同领域定义的,我们取几种有代表性的供大家参考: (1).英语中“物联网”一词:Internet of Things,可译成物的互联网。 (2).2005年ITU关于物联网的定义:是一个具有可识别,可定位的传感网络。 (3).经过与无线网络(也含固定网络)连接,使物体与物体之间实现沟通和对话,人与物体之间实现沟通与对话。能实现上述功能的网称为物联网。 (4).作者比较赞成一种基于泛网及其多制式、多系统、多终端等综合的物联网的定义或称为广义物联网。 2.2 国内外物联网发展现状【11】 从国际上看,欧盟、美国、日本等国都十分重
4、视物联网的工作,并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝,所以非常重视物联网和互联网的发展,它的核心是利用信息通信技术(ICT)来改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等),改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。按欧盟专家讲,欧盟发展物联网先于美国,确实欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。在北京全球物联网会议上,他们介绍了欧盟物联网行动计划(Internet of things-Anactionplan for Europe)其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。 我国在“物联网”的启动和发展上与国际相比并不落后,我国中
5、长期规划新一代宽带移动无线通信网中有重点专项研究开发“传感器及其网络”,国内不少城市和省份已大量采用传感网解决电力、交通、公安、农渔业中的“M2M”等信息通信技术的服务。 在温总理关于“感知中国”的讲话后我国“物联网”的研究、开发和应用工作进入了高潮,江苏省无锡市一马当先率先提出建立“感知中国”研究中心,中国科学院、运营商、知名大学云集无锡共同协力发展我国的物联网。3 无线传感网络【9】3.1无线传感网络与物关联网的关系【5】虽然,物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。但是,作为“金字塔”的塔座,传感器将会是整个链条需求总
6、量最大和最基础的环节。“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑,传感器感知了物体的信息,RFID赋予它电子编码,传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。” 物联网在欧美被称为(IOT)，强调/anythings connection。中国科学院姚建铨院士指出：凡是由传感器、传感技术及利用某种物体相互作用而感知物体的特征，按约定的协议，来实现任何时刻、任何地点、任何物体、任何人，实现所有人与人，物与物，人与物之间互联、互通，进行信息交换和通讯，实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，即可称为物联网。因此，物联网是传感网与因特网、移动通信网，/三网高效融合的产物，
7、是信息系统与物理系统高效融合的产物(又称为信息物理融合系统)。它可以广泛应用于军事与安全、科研与教育、环境与交通、医疗、制造等各领域。物联网正在实现世界上物与物、人与物、人与自然之间的对话与交互。通过装置在各类物体上的射频识别电子标签 (RFID)【14】、二维码、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等组成的智能传感器，经过接口与无线通信网络、因特网互联，以实现人与物、物与物相互间智能化地获取、传输与处理信息。典型的物联网由三大部分组成，即RFID系统、中间件Savant系统和Internet系统。其中RFID系统主要包括RFID电子标签(tag)、阅读器(reader)及数据交换和管理系统
8、(processor)软件；中间件savant系统由Savant服务器、ONS(objectnamingservice)服务器、 PML(physicalmarkuplanguage)服务器及相应的数据软件等组成；Internet系统通常由计算机系统和网络服务器等组成。物联网的组成方式，使得它具有如下基本技术特征： (1)全面与主动感知特征。物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。利用 RFID，传感器，二维码等随时随地主动获取、感知物体的存在并获取有关/物的状态、位置等信息。实现的原理则是在物体上植入各种微型感应芯片，用这些传感器获取物理世界的各种信息，再通过局部的无
9、线网络、互联网、移动通信网等各种通信网络传递交互，从而感知世界。 (2)可靠与完整传递特征。物联网中不同的应用可能会使用传感器采集到的部分信息，存储的时候则必须保证信息的完整性。物联网可以通过有线、无线等不同的传输方式将物体的实时信息进行分门别类的管理，再准确、可靠、有指向性地传输给信息处理设备与环境，以适应不同的应用需求。(3)海量与多视角处理特征。在物联网中会存在难以计数的传感器，每个传感器都是一个信息源。传感器按一定的频率周期性的采集环境信息，每做一次新的采集就得到新的数据。面对采集的海量数据，必须通过多视角分析和处理才能实现智能化。随着物联网应用的发展、终端数量的增长，可借助云计算处理
10、海量信息，进行辅助决策。 (4)智能服务特征。物联网给整个移动通信、互联网都带来了一个全新服务的体系，它把通信或者是传输的业务扩展成从感知、传输到处理的一个综合服务。物联网应用需要具有常规应用无法比拟的智能特征，不仅具有超越人类常规视觉、嗅觉和触觉范围的高灵敏度，还具备大海捞针、感知规律、进行预判的智者风范，为人类提供更灵敏、更智能的服务。智能化服务是体现物联网应用价值的关键表现，也是推动物联网商业模式成功的动力。3.2无线传感器技术3.2.1无线传感器技术的概念【7】 无线传感器网络(WirelessSensorNetworksWSNs)是由众多传感器节点构成的无线网络。其目的是感知、采集和
11、转发网络覆盖的感知对象的各种信息，并发送给观测者。传感器节点、感知对象和观测者是无线传感器网络的3个组成部分：无线网络是传感器之间、传感器节点与观测者之间的通信基础，用于在传感器与观测者之间建立通信路径；感知、采集、处理、发送感知信息是传感器网络的基本功能。传感器网络中的部分或全部节点可以移动。传感器网络的分布形状也会随着节点的移动而不断地动态变化。传感器节点由电源、传感器元器件、处理器CPU、存储器、通信部件和软件几部分构成。与传统的数据采集技术相比，无线传感器网络系统的优势主要体现在：感知范围扩大、容错性能提高、测量的准确性提高、成本降低，此外，由于无线传感器网络具有很高的智能性，部署方便
12、，可以长期在无人干预的环境中自主工作。大大降低了使用和维护的成本。 3.2.2无线传感器技术的特点 近年来无线网络技术取得了突飞猛进的发展，从人工操作的无线电报网络到使用扩频技术的自动化无线局域网络。无线网络的应用领域随着技术的进步不断地扩展。目前主流的无线网络技术如：IEEE8O2.11、IEEE802.15.3(Bluetooth)、IEEE802.15.4(ZigBee)都是为了数据传输而设计的。 无线传感器网络的主要特点如下： 规模大：传感器网络可能包含多达成千上万个节点。 高冗余：为了保证网络的可用性和生存能力，传感器网络通常具有较高的点和网络链路冗余，以及采集的数据冗余。 拓扑易变
13、化：除了节点移动带来的网络拓扑变化外，传感器节点的功率控制和剩余电量下降等因素也会导致网络拓扑变化。另外，根据应用需要，网络中有些节点可能进入休眠状态，从而引起工作节点在数目和分布上的变化，导致拓扑改变。 专用：传感器网络是针对某种数据采集需求而专门建立的。 空间位置寻址：用户往往不关心数据采集于哪一个节点，而关心数据所属的空间位置，因此可采取空间位置寻址方式，而不必采用Internet的IP寻址方式。 自组织：网络的建立和节点间通信不依赖于固定的通信基础设施。传感器节点通过分布式网络拓扑协议实现组网，网络能够自动调整以适应节点的移动、添加和退出、剩余电量和无线传输范围的变化等。 流量不均衡：
14、传感器网络流向处理中心的数据量往往远大于反方向的流量。数据流向处理中心且在处理中心集中，会出现离处理中心越近，节点负载越重的现象。4物联网是互联网的拓展【12】物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络
15、把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别，进而通过开放新的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。物联网可以以以电子标签和EPC（Electronic Product Code,产品电子代码）码为基础，建立在计算机互联网基础上形成实物互联网络，其宗旨是实现全球物品信息的实时共享和互通。物联网的系统结构由信息采集系统、PML信息服务器、产品命名服务器(ONS)和应用管理系统四部分组成。它们的功能如下：信息采集系统。信息采集系统包括产品电子标签、读写器、驻留有信息采集软件的上位机组成，主要完成产品的识别和产品EPC码的采集和处理。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感
16、应区域时，产品EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化EPC信息采集，采集的数据将交由上位机信息采集软件进行进一步的处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用。PML信息服务器。PML(Physical Markup Language，实体描述语言)信息服务器由产品生产商建立并维护，他们根据事先 规定的原则对产品进行编码，并利用标准的XML对产品的详细信息进行描述。PML服务器在物联网中的作用在于以通用的格式提供对产品原始信息的描述，便于其他节点的访问。产品命名服务器(ONS)。产品命名服务器ONS (Object Name Service)在
17、各信息采集节点与PML信息服务器之间建立联系，实现从产品EPC码到产品PML描述信息之间的映射。应用管理系统。应用管理系统通过和信息采集软件(如 Savant)之间的接口获取产品EPC信息，并通过ONS找到产品的PML信息服务器，从而获取产品详细信息 以实现诸如入库管理、产品路径跟踪等应用功能。 图4-1实例框图 物联网通过Internet信息世界 的互联实现物理世界任何产品的互联，实现在任何地方、任何时间可识别任何产品，使产品成为附有动态信息的“智能产品”，并使产品信息流和物流完全同步，从而为产品信息共享提供了一个高效、快捷的网络平台。5传感器在自动抄表系统中的应用【2】 随着计算机技术、现
18、代通信技术和自动控制技术的迅速发展,智能化建筑在许多国家应运而生。智能小区是在智能化大楼的基本含义中扩展和延伸出来的,它通过对小区建筑群四个基本要素(结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联)优化考虑,提供一个投资合理, 又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的居住环境。自动抄表系统是正趋于大力发展中的智能建筑、楼宇自动化的重要组成部分,是家庭自动化的必然,因而日益受到关注。随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通讯技术的发展,改变传统的人工上门抄表收费方式已成为可能,研制自动抄表系统便提到日程上来了。在这个发展过程中,由于人们过于重视微机系统的先进性,忽视了传感器及其接口电路的可靠
19、性,导致许多系统虽微机系统运行正常,却失去了准确采集数据的作用。而将水、电、气的物理量转换成电信号,是一个关键而复杂的过程,实践证明,在自动抄表的整个系统中,它不像微机系统那样只决定了系统的档次和水平,而是决定着整个系统的成败, 有经验的系统技术人员对此深信不疑。因此,有必要专门对自动抄表进行分析研究,以取得更好的应用效果。5.1 自动抄表系统的基本原理自动抄表系统的基本结构构成如图5-1所示。它由煤气表、电表、水表,及相应的传感器及其接口、单片机、通讯接口及网络、计算机管理控制中心等部分构成。根据各表的不同特性,在数据采集中应采用不同的传感器及其接口电路,通讯介质可为电话线、电力线、双绞线或
20、无线电波等。传感器及其接口电路和单片机、通讯接口电路应内置于基表内,以便于安装管理。计算机管理控制中心承担各用户用电量、气量、水量的统计处理、费用结算、显示、 打印、查询、报表等管理工作。图5-1 自动抄表机的基本结构5.2 采集部分的设计【15】目前,自动抄表基本上是在原有机械基表上加装传感电路形成的。原因有三:(1)三种基表在整个国际应用历程中已达到了非常成熟的程度,精密、可靠,不可随意改动。(2)能够方便地在不影响基于性能的情况下加装远传电路。(3)加装远传电路后即具备了机械与远传两套显示,且显示具备一致性的条件。也正因为如此,我们在设计自动抄表系统时,因多考虑传感器及远传电路设计,而不
21、是重新设计一个新表。在实际设计时,一是要选取适当的微功耗传感器和单片机; 二是要选取抗干扰性强的传感器;三是应该为采集部分加一磁屏蔽,防止周围杂散电磁场的干扰以准确计数。5.3 自动抄表系统中几种传感器的应用5.3.1 光电传感器的应用【8】【3】【1】在电表中可采用光电传感器。电表的铝盘在电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转。采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。在电表的光亮的铝盘上局部涂黑,再配以反射式光电发射接收对管,则当铝盘旋转时,在局部涂黑处便产生脉冲,并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数,并经光电耦合隔离电路,送至单片机的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可有效地
22、防止干扰信号进入微机。图5-2为光电传感器检测示意图。图5-2光电传感器检测示意图图中D1和P1组成光电发射接收对管, P1接收涂黑部分的反射光而在A点处将产生的电脉冲输入到光电耦合隔离器01,01以发光二极管为输入端、光敏三极管为输出端。01的输出信号则输入到单片机的T0端。T0端为单片机 MSP430的并行口P3.4的第二功能端! 定时器/计数器0计数脉冲外部输入端,接收传感器的计数脉冲输入。MSP430的串行输入、输出口 RXD、TXD ( P3.0、P3.1的第二功能)在控制指令指挥下工作。RXD为接收端, TXD为发送端,工作于一定方式。若在电表的铝盘上加工一狭缝隙或小孔,则可用透射
23、式光电发射接收对管,同样可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数,后续电路与上相同。测得铝盘的转数N,即可检测出用户消耗的电能。与在电表中相似,在煤气表中,可将机械式基表的计数齿轮局部涂黑或加工一狭缝隙或小孔。测得计数齿轮的转数N,即可检测出用户消耗的气量。这样组成的煤气表就构成了脉冲煤气表。5.3.2 霍尔传感器的应用【6】霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ) ,耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。按照
24、霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量,后者输出数字量。霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达um级)。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达- 55-150。霍尔开关电路又称霍尔数字电路,由稳压器,霍尔电压发生器(霍尔片),差分放大器,史密特触发器和集电极开路输出级组成,能将变化的磁场讯号转换成数字电压输出。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过导通阈值BOP时,霍尔电路输出管导通,输出低电平。之后, B再增加, 仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时,输出管截止,输出
25、高电平。我们称BOP为工作点, BRP为释放点,BOP- BRP= BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。锁定型霍尔开关电路的特点是:当外加磁场B正向增加,达到BOP时,电路导通,之后无论B增加或减小,甚至将B除去,电路都保持导通态,只有达到负向的BRP时,才改变为截止态,因而称为锁定型。霍尔开关电路的功能框见图5-3(a)。图5-3(b)表示普通霍尔开关的输出特性,图5-3(c) 表示锁定型霍尔开关的输出特性。(a) 霍尔开关电路的功能框(b) 开关型输出特性 (c) 锁定性输出特性图5-3 霍尔开关电路的功能框和输出特性在电表、煤气表、水表中都可采用霍尔开关器件,机械式的基表
26、驱动小磁铁,当磁铁经过霍尔开关器件的表面时就可得到输出信号。输出信号输入到单片机的T0端。从单片机中测得的计数齿轮的转数N,即可检测出用户消耗的气量或水量。这样组成的煤气表或水表就构成了脉冲煤气表或脉冲水表。图5-4(a)为霍尔开关检测示意图,图5-4(b)为霍尔开关转数检测电路【4】。而当我们需要用户数据时,通过远传线路在中心管理计算机上就可以进行实时监控。(a)霍尔开关检测示意图(b)霍尔开关转数检测电路图5-4 霍尔开关转数检测电路5.3.3 零功耗磁敏传感器这种零功耗磁敏传感器是利用韦根德效应制成的,又名韦根德传感器。其工作原理是利用磁性双稳态功能合金材料中的磁畴在磁场中的运动特性制作
27、而成的。当外磁场发生变化时, 磁畴磁化方向瞬间发生翻转,而当外磁场撤离后,它又瞬间恢复到原有的磁化方向,由此在合金材料周围的检测线圈中会感生出电脉冲信号,实现磁电转换。此传感器工作时无须使用外加电源,适用于微功耗仪表。经试验当传感器触发磁感应强度大于50 Gs时,以双磁极交替触发方式工作,触发零功耗磁敏传感器工作时输出一对正负双向脉冲电信号,信号周期为磁场交变周期,幅值大于2V,电流大于2uA,可满足单片机的要求。且无触点、耐腐蚀、防水,寿命很长。因为传感器输出信号电流很小,所以后级信号处理可为晶体管、场效应管,也可以和比较器或各种运算放大器直接连接。适当注意也可和低功耗单片机连接。磁路设计时
28、要特别注意磁场空间分布,平行于传感器敏感区的磁场分量一定要满足触发磁感应强度的要求(50 Gs)。零功耗磁敏传感器和小磁钢常用的两种安装方法如图5-5( a)所示。在电表、煤气表、水表中都可采用零功耗磁敏传感器器件,机械式的计数齿轮驱动小磁铁,当磁铁经过传感器的表面时就可得到输出的一对正负双向脉冲电信号。输出信号输入到单片机的T0端。只有当单片机采集到一对正负脉冲时,单片机的计数器才加“1”。从单片机中测得的计数齿轮的转数N,即可检测出用户消耗的气量或水量。图5-5( b)为零功耗磁敏传感器检测电路。【10】(a) 零功耗磁敏传感器和磁钢常用的两种安装方法(b) 零功耗磁敏传感器检测电路图 5
29、 -5 零功耗磁敏传感器和磁钢常用的两种安装方法及其检则电路5.3.4几种传感器的比较从前面的分析我们可以看出,光电式传感器和霍尔开关式传感器工作时,都需要供电,电流一般为毫安级,这将导致供电电池的极大耗费;如果改用供电电源,在煤气表中又将引起安全方面的问题。而零功耗磁敏传感器工作时无须使用外加电源,适用于微功耗仪表,在自动抄表系统中是较好的采集用传感器。在有强磁干扰时,霍尔开关式传感器有可能只输出高电平或低电平,将导致单片机不再计数。而零功耗磁敏传感器有较强的抗干扰性能,工作时传感器输出一对正负双向脉冲电信号,信号周期为磁场交变周期。也就是说,如果磁钢的N极接近时,输出正脉冲电信号;磁钢的
30、S 极接近时,输出负脉冲电信号。那么,当传感器输出正脉冲电信号时,有一个和小磁钢的N 极同方向的干扰时,传感器将输出一个正脉冲电信号,对单片机计数没有影响;而此时,如果有一个和小磁钢的S极同方向的干扰时,传感器将输出一个负脉冲电信号,单片机计数,在以后的工作中由于干扰磁场方向和强度不变,单片机继续计数,单片机比正常时多计了一个数。如果,干扰磁场方向和强度是变化的,将导致单片机更多的计数,对于那些想通过强磁干扰盗用煤气水和电的人来说是得不偿失的。在计数方面,如果采用光电式传感器和霍尔开关式传感器工作,当煤气表或水表的计数齿轮反转时,会发生单片机错误计数,而如果采用零功耗磁敏传感器工作,在单片机编
31、程时可采取只有收到正负两个脉冲后计数器才计数。这样,传感器的抗干扰性也有一定程度上的提高。单片机编程流程图如图5-6 所示。图5-6 自动抄表机的基本结构通过几种传感器的比较,零功耗磁敏传感器不仅结构简单,使用方便,可靠性强,响应速度快,可进行连续和无触点测量,而且测量精度较高。在抗干扰性上,零功耗磁敏传感器要比霍尔式传感器有很大提高,所以它可用于自动抄表系统转数的测量。6传感器在物联网中其他领域的应用（1）在教学中的应用利用传感网络，可实现教学环境的实时信息反馈。目前，多数高校已经实施多媒体教学设施进课堂，利用物联网，可对课堂教学设备实现智能控制。例如：在教学楼里安装上万个传感器并用IPV6
32、网络进行连接，可根据教室光线强弱自动调节教室光源和投影机的流明度；也可根据教室环境温湿度，通过红外感应设备自动控制教室空气的更换率；更可利用物联网识别技术，建立教师和对应授课教室的关联授权，智能控制教学仪器的使用等。这种方式的应用，已在部分研究机构中得以实现，例如：在北京，西门子总部里面所有的灯光都是通过物联网智能控制的，员工在进入办公室后头顶上的灯自动打开，离开位置后头顶上的光源则自动关闭。如果外面的阳光太过强烈，窗帘则自动拉下，各个光源都是通过传感设备连接到电脑上，由电脑进行操控。与此同时，笔者也认为，利用物联网构建的智能教学环境的应用应远不止于此。利用物联网信息完整与可靠传输特性，可实现
33、教学环境的真正交互。例如：物联网的介入可以为实验教学提供一个安全的、共享的、智能化的实验教学环境。在教师的授课过程中，随时可以控制远在实验室中的教学仪器，通过网络视频设备，将实验过程与结果实时的显示在课堂教学中，学生也可实时控制远程设备，自行得到正确的实验结果。改变现行多媒体教学中，实验过程模拟化，实验效果非直观的弊病。通过将大型科研设备纳入物联网，可有效改变目前教研资源不平衡问题，经过授权后的研究者可以在全球范围内控制该设备，科研过程数据也可以被实时采集并以适当的方式提供，最终实现教学科研的数字化、网络化与智能化。此方面的先例有TAMU和MIT近期实施的 CSAIL计划，该计划是利用一群实验
34、室机器人与嵌入在盆栽植物中的传感器的通信。机器人和传感器之间的交流可以允许每棵植物要求额外的水分和养分，并进行实时存储。成熟的西红柿被识别之后，机器人能准确地从植物上摘除。TAMU的研究人员可以利用MIT在物联网领域的研究优势，直接获取该研究成果数据。 此外，利用嵌入了传感芯片的教学设施，不但能够像多媒体设施一样，对教学中的结构化信息进行处理，也可对常规多媒体设施所不能处理的非结构化信息，诸如学生的思维、体会、情感、意志等进行整合，从而真正实现教学环境的智能和交互。（2）在工业中的应用物联网在工业领域里应用，制造业供应链、生产环境检测、生产过程用料与工艺优化、设备管理、以及对员工管理，智能交通
35、也有很大应用，汽车上的传感器、雷达可以感知防止交通事故，还有智能收费系统也是物联网的功能汽车本身是一个计算机网络，从另一个角度汽车又是网络里头的一个节点，利用网络很多监控视频传感器可以发现优化交通流量。智慧物流，在货物上面可以装入传感器，每个环节都可以通过传感器实现在途货品跟踪。智能电网，时时监控用电量，实施发电、配电、用电平衡。还有建筑节能，不同房间在不同时间由于人量不一样，需要空调不同，集中空调不能识别这些地方，日本在建筑物中安装两万个传感器并使用IPV6，节约运动能耗30%。互联网可以应用生态环境监控、环保检测，美国统计过每16000个病人输血会发生一个输血错误，利用物联网传感器可以存到
36、网上识别人与血浆的对应性，这样有效地避免了医疗上的很多差错。安全监控，现在很多轨道交通是用视频监控，还有很多司法对象监外执行利用GPS手机可以实现对其监控。在很多机场也利用传感器系统，前不久发生了一些变态分子杀小孩的，现在对学校和幼儿园监控也成为一个重要环节。家庭安保也是一个重要方面，在上班时间如果有人进入，通过家里的摄象头可以拍摄及时传到手机上，也可以通知小区保安及时解决（3）物联网在农业中的应用 传统农业中，人们根据自我感知判断是否该施肥、浇水、施药，全凭农民经验，消耗了大量的人力、物力与时间。在进行农作活动中，也会对农田环境产生一定的影响。为了保证作物的最佳生长环境，越来越多的信息化技术
37、被引用到农业中来。精准施肥、施药、灌溉系统的应用，有效克服了传统农业容易过多、过少供给的弊病，既提高了农作物的品质，也减少了因肥药过多而导致的环境污染，有助于土地资源的可持续利用。 农业物联网就是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的具体应用。具体讲就是运用各类传感器，广泛地采集环境、土壤、果蔬、水产、畜、禽等农业相关信息。如温度传感器、湿度传感器、PH 值传感器、光传感器、土壤养分传感器、土壤水分传感器、CO2 传感器等检测环境中的温度、相对湿度、PH 值、光照强度、土壤养分、CO2 浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的
38、、适宜的生长环境。 物联网技术具有空间分布广泛性及可多参数嵌入的特点，另外它还具有低成本、环境适应性强、可靠性强、微功耗、安全性强、操作简单等优点，可以进行全面感知、可靠传递，非常适合在高效的农业领域里进行推广应用。在未来，农业物联网的应用必将普及全球！农业生产即将进入物联网时代!（4）环境的监测和保护 随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州大鸭岛上的气候，用来评价一种海燕巢的条件
39、。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以应用在精细农业中控制工程网版权所有，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。（5）医疗护理 无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一个环节开发的。该
40、系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事EricDishman称，在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域。 （6）军事领域 【13】由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行智
41、能尘埃传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测：智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。 传感器节点是传感器网络的基本构成单位，由其组成的硬件平台和具体的应用要求密切相关，因此节点的设计将直接影响到整个传感器网络的性能。（7） RFID可以预警地震 物联网最主要的本质就是RFID标签技术，目前有英国科学家正在研究使用RFID和传感器来监控地震中的房屋。他们把已建成在希腊的原型称为自治愈房屋。这种房屋在墙中专门设计了缝隙空间，并且墙体中加入了可在强压下变为流体的材料。如果受到地震引起的压力，流体回流到缝隙中，不会对固体墙面产生影响。其结
42、果是，房屋依旧存在，但可能会移动位置。如果建筑没有坍塌，通过RFID和传感器收集的数据会用来判别位置偏移量。此外，建筑中的RFID标签和传感器可以共同构建一套警报系统，来预警即将到来的地震。 7结语物联网的产生是社会发展的强烈需求，物联网的全球发展形势将可能提前推动人类进入物联时代，物联时代的到来将给人类社会带来翻天覆地的变化，任何事物可以在任何时间、任何地点互联，实现智能互动，对人类的健康、安全有着不可估量的现实意义和社会意义。物联网已经在很多领域中应用，如环境保护、安全防范、卫生安全、商务金融、交通事业物流配送、电力系统、城市社区、教育娱乐、工业生产、农林畜牧、司法行政、国防军事、医疗健康
43、等。作为一个新兴产业，物联网的发展受到很多因素的制约，有观念、体制、机制、技术、安全等方面的因素。目前制约物联网亟待解决的主要问题包括以下五个方面：安全问题、高成本问题、物联网的相关政策问题、技术标准问题、管理平台问题。参考文献1 康华光.电子技术基础数字部分，北京， 高等教育出版社, 19882 梁福平, 刘国忠. 传感器在电能表自动抄表系统中的应用 M . 北京: 北京机械工业学院学报, 1998, 4( 6) : 24 26.3 杨素行，模拟电子技术基础简明教程，北京，高等教育出版社，19984 邱关源，电路，北京，高等教育出版社，19995贾灵，王薪宇，郑淑军，无线传感网原理与实践，北
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46、partment of Physics ,Dezhou University,Dezhou,253023)Abstract sensor is the Internet of Things technical support, and applications of the Internet Support and future pan-810, the sensor has the support of the objects entrusted to it information, RFID electronic coding, sensor networks to the Interne
47、t of Things is the evolution of information technology development phase . In recent years the Internet are more and more attention. This article introduces the concept of the Internet of Things, and state of development, basic features, the sensor and the problems facing the automatic meter reading
48、 in other areas of application examples and applications in wireless sensor networks, the concept and technology, sensors in the Internet of Things in a wide range of applications, such as agriculture, industrial, medical, military, and so on.Keywords the internet of things; Sensors; Wireless sensor network