物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)

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1、物聯(lián)網(wǎng)概論物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)傳感器是各種信息處理系統(tǒng)獲取信息的一個(gè)重要途徑。在物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的作用尤為突出，是物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的主要設(shè)備。作為物聯(lián)網(wǎng)中的信息采集設(shè)備，傳感器利用各種機(jī)制把被觀測(cè)量轉(zhuǎn)換為一定形式的電信號(hào)，然后由相應(yīng)的信號(hào)處理裝置來(lái)處理，并產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)作。2.1常見傳感器簡(jiǎn)介常見的傳感器包括溫度，壓力，濕度，光電，霍爾磁性傳感器，等等。2.1.1溫度傳感器常見的溫度傳感器包括熱敏電阻，半導(dǎo)體溫度傳感器，以及溫差電偶。熱敏電阻主要是利用各種材料電阻率的溫度敏感性，根據(jù)材料的不同，熱敏電阻可以用于設(shè)備的過(guò)熱保護(hù)，以及溫控報(bào)警等等

2、。半導(dǎo)體溫度傳感器利用半導(dǎo)體器件的溫度敏感性來(lái)測(cè)量溫度，具有成本低廉，線性度好等優(yōu)點(diǎn)。溫差電偶則是利用溫差電現(xiàn)象，把被測(cè)端的溫度轉(zhuǎn)化為電壓和電流的變化；由不同金屬材料構(gòu)成的溫差電偶，能夠在比較大的范圍內(nèi)測(cè)量溫度，例如-200℃~2000℃。溫差電偶熱敏電阻半導(dǎo)體溫度傳感器下面介紹鉑電阻溫度傳感器的原理與特性鉑電阻溫度傳感器是一種用途廣泛的高精度溫度傳感器具有溫度敏感性，其外觀以及典型電阻-溫度特性如下圖所示如上圖中的電阻-溫度特性曲線所示，鉑電阻在很寬的溫度范圍內(nèi)，其電阻與溫度具有良好的線性特性，非常適合作為溫度傳感器來(lái)使用。對(duì)于PT

3、100系列鉑電阻溫度傳感器，在0~850℃范圍內(nèi)，電阻阻值與溫度的關(guān)系為其中2.1.2壓力傳感器常見的壓力傳感器在受到外部壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形或位移，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電特性的改變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。一種車用電容式壓力傳感器Honeywell24PC壓力傳感器及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.3濕度傳感器濕度傳感器主要包括電阻式和電容式兩個(gè)類別。電阻式濕度傳感器也成為濕敏電阻，利用氯化鋰，碳，陶瓷等材料的電阻率的濕度敏感性來(lái)探測(cè)濕度。電容式濕度傳感器也稱為濕敏電容，利用材料的介電系數(shù)的濕度敏感性來(lái)探測(cè)濕度。一種電容式濕敏傳感器結(jié)構(gòu)圖一種電阻式陶

4、瓷濕敏傳感器結(jié)構(gòu)圖幾種濕度傳感器2.1.4光傳感器光傳感器可以分為光敏電阻以及光電傳感器兩個(gè)大類。光敏電阻主要利用各種材料的電阻率的光敏感性來(lái)進(jìn)行光探測(cè)。光電傳感器主要包括光敏二極管和光敏三極管，這兩種器件都是利用半導(dǎo)體器件對(duì)光照的敏感性。光敏二極管的反向飽和電流在光照的作用下會(huì)顯著變大，而光敏三極管在光照時(shí)其集電極、發(fā)射極導(dǎo)通，類似于受光照控制的開關(guān)。此外，為方便使用，市場(chǎng)上出現(xiàn)了把光敏二極管和光敏三極管與后續(xù)信號(hào)處理電路制作成一個(gè)芯片的集成光傳感器。光傳感器的不同種類可以覆蓋可見光，紅外線（熱輻射），以及紫外線等波長(zhǎng)范圍的傳感應(yīng)用

5、。光敏電阻結(jié)構(gòu)圖與實(shí)物光敏三極管集成光傳感器2.1.5霍爾（磁性）傳感器霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁性傳感器?；魻栃?yīng)是指：把一個(gè)金屬或者半導(dǎo)體材料薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，由于形成電流的電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而收到磁場(chǎng)的作用力，會(huì)使得材料中產(chǎn)生與電流方向垂直的電壓差?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量霍爾傳感器所產(chǎn)生的電壓的大小來(lái)計(jì)算磁場(chǎng)的強(qiáng)度?；魻栃?yīng)霍爾傳感器霍爾傳感器結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)，能夠間接測(cè)量電流，振動(dòng)，位移，速度，加速度，轉(zhuǎn)速等等，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值?；诨魻柶骷木茈娏鱾鞲衅骰魻栟D(zhuǎn)速傳感器霍爾液位傳感器霍爾流速傳感器2.2微機(jī)電（M

6、EMS）傳感器微機(jī)電系統(tǒng)的英文名稱是Micro-Electro-MechanicalSystems，簡(jiǎn)稱MEMS，是一種由微電子、微機(jī)械部件構(gòu)成的微型器件，多采用半導(dǎo)體工藝加工。目前已經(jīng)出現(xiàn)的微機(jī)電器件包括壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等等。微機(jī)電系統(tǒng)的出現(xiàn)體現(xiàn)了當(dāng)前的器件微型化發(fā)展趨勢(shì)。2.2.1微機(jī)電壓力傳感器某輪胎壓力傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外觀如下圖所示。該壓力傳感器利用了傳感器中的硅應(yīng)變電阻在壓力作用下發(fā)生形變而改變了電阻來(lái)測(cè)量壓力；測(cè)試時(shí)使用了傳感器內(nèi)部集成的測(cè)量電橋。傳感器外形MEMS壓力傳感器結(jié)構(gòu)傳感

7、器中集成的測(cè)量電橋2.2.2微機(jī)電加速度傳感器微機(jī)電加速度傳感器主要通過(guò)半導(dǎo)體工藝在硅片中加工出可以在加速運(yùn)動(dòng)中發(fā)生形變的結(jié)構(gòu)，并且能夠引起電特性的改變，如變化的電阻和電容。應(yīng)變電阻式MEMS加速度傳感器的平面與刨面結(jié)構(gòu)圖電容式MEMS加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖2.2.3微機(jī)電氣體流速傳感器以下圖片中的氣體流速傳感器可以用于空調(diào)等設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制。氣體流速傳感器顯微照片氣體流速傳感器結(jié)構(gòu)圖無(wú)氣流時(shí)的溫度分布有氣流時(shí)的溫度分布2.3智能傳感器智能傳感器（smartsensor）是一種具有一定信息處理能力的傳感器，目前多采用把傳統(tǒng)的傳感器與微處

8、理器結(jié)合的方式來(lái)制造。如下圖所示，在傳統(tǒng)的傳感器構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)中，傳感器所采集的信號(hào)通常要傳輸?shù)较到y(tǒng)中的主機(jī)中進(jìn)行分析處理；而由智能傳感器構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)中，其包含的微處理器能夠?qū)Σ杉男盘?hào)進(jìn)行分析處理，然后把處理結(jié)果發(fā)送