无线传感器原理及应用

　　本书根据信息技术发展的趋势，结合多年的教学、科研经验，从实用角度编写。其特点在于，介绍无线传感器核心技术——56个典型应用实例的电路组成特点，供读者参考、借鉴。 本书共9章，第1章介绍无线传感器的类型特点，第2章介绍传感器的组成、分类、静动态数学模型、特性与标定、选用方法与技巧，第3章介绍无线传感器的电波、遥控特点、频率范围、收发组成、专用器件，第4章介绍红外遥感特性、定律与传输方程、遥感载荷、光电管、热释电传感器，第5章介绍光敏电阻、光电池、发光二极管、光电晶闸管、磁控传感器应用技术，第6章介绍声传感器、超声传感器、语音传感器、音频传感器、专用集成块等应用技术，第7章介绍无线传感器网络结构特点、定位跟踪、网络安全、网络标准、传感器节点及网络设计技术，第8章介绍云计算、大数据、物联网技术，第9章介绍可与通信卫星相连的、常用的综合应用典型实例。每章末均有小结和习题。 本书理论与实践相结合，讲解56个典型应用案例，44道课后练习题，适合用作高等院校信息工程、计算机应用、自动控制、机械工程、化学工程、仪器仪表、应用物理、核物理工程、医学工程、机电一体化、精密仪器测量与控制、汽车与机械等专业的教材，也可以作为科研人员、工程技术人员及自学人员的参考用书。

　　张洪润 四川大学教授，曾兼任成都科达自动控制研究所所长，先后编著出版教材30多部。其中包括《传感器原理及应用》，《单片机原理及应用》，《智能技术》，《电工电子技术》，《电子线路与电子技术》，《电子线路及应用》等等。

第1章  概述 1
1.1  类型特点 1
1.1.1  无线传感器的类型 2
1.1.2  无线传感器的特点 3
1.1.3  5G/6G太赫兹 4
1.1.4  太赫兹的优势 5
1.2  发射与接收原理 6
1.2.1  无线发送设备的组成 6
1.2.2  无线接收设备的组成 8
1.3  遥控技术 9
1.3.1  有线和无线 9
1.3.2  系统的组合方式 10
1.3.3  遥控原理 11
1.3.4  遥控系统原理分析举例 12
1.3.5  无线系统的操作过程 13
1.4  应用前景 13
1.4.1  国防应用 13
1.4.2  工农业应用 14
1.4.3  日常生活应用 14
1.4.4  其他应用 14
1.4.5  发展前景 15
1.5  小结 16
1.6  习题 16
第2章  无线传感器基础 17
2.1  组成与分类 17
2.1.1  概念与组成 18
2.1.2  分类 19
2.2  理论基础 20
2.2.1  静态数学模型 21
2.2.2  动态数学模型 22
2.3  基本特性 23
2.3.1  静态特性 23
2.3.2  动态特性 26
2.4  标定 27
2.4.1  静态标定 27
2.4.2  动态标定 28
2.5  现状与发展方向 28
2.5.1  现状 28
2.5.2  发展方向 29
2.6  选用注意事项 30
2.6.1  选用要求 30
2.6.2  选用原则与方法 31
2.7  小结 34
2.8  习题 34
第3章  无线遥控技术 35
3.1  电波及遥控特点 35
3.1.1  无线电波 35
3.1.2  遥控特点与频率范围 36
3.2  发射器和接收器的组成 37
3.2.1  发射器的组成 37
3.2.2  接收器的组成 38
3.3  无线发射器 39
3.3.1  对发射器的要求 39
3.3.2  主振器 39
3.3.3  中频放大器 41
3.3.4  高频功率放大器 43
3.3.5  多调制电路 44
3.4  发射天线 46
3.4.1  鞭状发射天线 46
3.4.2  全向天线 47
3.4.3  定向天线 48
3.5  无线接收器 50
3.5.1  技术指标 50
3.5.2  接收电路 51
3.6  专用器件 53
3.6.1  RX5019-20发射—接收器件 53
3.6.2  LM555-C时基电路 54
3.6.3  TDC1808-09遥控专用器件 57
3.6.4  RCM1A-1B发射接收器件 57
3.7  工程应用案例 58
3.7.1  RX5019-20收发器 58
3.7.2  TDC1808-09收发器 59
3.7.3  RCM1A-1B收发器 60
3.7.4  儿童或老人丢失报警器 61
3.7.5  遥控窗帘器 62
3.7.6  音式收发装置 65
3.7.7  门铃收发装置 66
3.7.8  家电遥控装置 67
3.8  小结 69
3.9  习题 69
第4章  红外线遥控技术 70
4.1  概念与特性 70
4.1.1  基本概念 70
4.1.2  基本特性 71
4.2  红外遥感基础 71
4.2.1  辐射参数 71
4.2.2  辐射定律 73
4.3  辐射特性 76
4.3.1  太阳辐射特性 76
4.3.2  地表辐射特性 77
4.4  传输方程 80
4.4.1  大气成分及分布 80
4.4.2  大气吸收散射与辐射 80
4.4.3  大气辐射传输方程 82
4.4.4  辐射在大气中的传输 83
4.4.5  遥感传感器宽通道红外辐射传输方程 86
4.4.6  热红外辐射大气传输计算软件 88
4.5  遥感载荷 90
4.6  常用红外传感器 93
4.6.1  红外发光二极管 93
4.6.2  光电二极管 96
4.6.3  光电三极管 99
4.7  专用集成电路 101
4.7.1  集成块结构 101
4.7.2  工作原理 101
4.7.3  引脚参数设置 102
4.7.4  接收电路 102
4.8  遥控原理 102
4.8.1  红外线遥控的特性 103
4.8.2  红外线遥控的原理 103
4.8.3  常用的红外光发射器电路 104
4.9  设计方法 105
4.9.1  设计要点 105
4.9.2  发射器的设计要求 106
4.9.3  接收器的设计要求 107
4.9.4  发射器的造型设计 107
4.10  设计举例 107
4.10.1  设计题目与指标 107
4.10.2  红外线遥控发射电路 108
4.10.3  接收器件 108
4.10.4  接收电路 109
4.11  工程应用案例 110
4.11.1  单通道红外遥控 110
4.11.2  家用多路红外遥控 110
4.11.3  9功能遥控 111
4.11.4  商品语音介绍机 112
4.11.5  湿手烘干器 113
4.12  热释电红外传感器 114
4.12.1  工作原理 114
4.12.2  组成结构 115
4.12.3  传感器件 116
4.12.4  菲涅尔透镜 116
4.13  热释电传感器应用案例 117
4.13.1  人体移动检测 117
4.13.2  防盗报警 118
4.13.3  红外遥控 118
4.14  小结 120
4.15  习题 120
第5章  光磁遥控技术 122
5.1  转换原理 122
5.1.1  外光电效应 122
5.1.2  内光电效应 123
5.2  光敏电阻与光电池传感器 124
5.2.1  光敏电阻 124
5.2.2  光电池 126
5.3  发光二极管的特性与驱动 129
5.3.1  外形与符号 129
5.3.2  光谱与伏安特性 129
5.3.3  驱动电路 130
5.4  光电耦合器 132
5.4.1  结构原理 132
5.4.2  特性参数 133
5.4.3  选用要点 134
5.5  光电晶闸管 135
5.5.1  结构特性 135
5.5.2  原理类型 136
5.6  工程应用案例 137
5.6.1  台灯遥控 137
5.6.2  硅光电池遥控 138
5.6.3  心电图测量仪 138
5.6.4  传输自动线堵料监视 139
5.6.5  断料监视 139
5.6.6  玻璃瓶计数 140
5.6.7  太阳能热水器自动跟踪 141
5.6.8  鸡舍温度遥控 142
5.7  磁控传感器及工程应用 143
5.7.1  霍尔集成元件与应用 143
5.7.2  磁控式遥控 145
5.7.3  整经机（电机）磁控 145
5.7.4  保安监视 147
5.8  小结 147
5.9  习题 148
第6章  声控技术 149
6.1  声传感器 149
6.1.1  基本原理 149
6.1.2  压电陶瓷片与驻极体话筒 151
6.1.3  声控电路组成 156
6.2  声传感器应用案例 166
6.2.1  声控开关 167
6.2.2  脉搏跳动监视 168
6.2.3  车胎漏气检测仪 170
6.2.4  声控自动门 170
6.3  超声波传感器 172
6.3.1  基本概念 172
6.3.2  结构与特性 175
6.3.3  专用器件 178
6.3.4  遥控方式与组成 182
6.3.5  发射接收电路 184
6.4  超声传感器应用案例 187
6.4.1  超声开关 187
6.4.2  超声探测 188
6.4.3  超声波遥控电机调速 189
6.5  语音传感器 190
6.5.1  语音信号 190
6.5.2  语音信号的合成 193
6.5.3  语音识别 194
6.6  语音传感器应用案例 198
6.7  音频传感器 201
6.7.1  音频信号与执行器件 201
6.7.2  专用集成电路 203
6.8  音频传感器应用案例 206
6.8.1  音频开关 206
6.8.2  家电音频遥控 207
6.8.3  音频寻呼器 209
6.9  小结 214
6.10  习题 215
第7章  无线传感器网络 216
7.1  结构特点 216
7.1.1  体系结构 216
7.1.2  系统特征 218
7.2  定位跟踪 220
7.2.1  时间同步 220
7.2.2  定位算法 227
7.2.3  数据管理 232
7.2.4  目标跟踪 237
7.3  网络安全 243
7.3.1  安全分析 243
7.3.2  安全体系结构 245
7.3.3  协议栈的安全 245
7.3.4  密钥管理 249
7.3.5  入侵检测 255
7.4  网络标准 258
7.4.1  ISO/IEC JTC1 WG7标准 259
7.4.2  无线传感器网络相关标准 259
7.5  传感器节点及网络设计 265
7.5.1  传感器节点的分类 265
7.5.2  传感器节点硬件设计 265
7.5.3  网络开发测试平台 269
7.6  工程应用设计案例 274
7.6.1  智能家居系统 274
7.6.2  智能温室系统 278
7.6.3  智能远程医疗监护系统 281
7.7  小结 287
7.8  习题 287
第8章  云计算大数据应用 288
8.1  云计算的结构特点 288
8.1.1  类型特点 288
8.1.2  组成及关键技术 295
8.2  物联网中的云计算 303
8.2.1  云计算与物联网 303
8.2.2  云计算在物联网中的应用—医疗助手与120导航 305
8.3  大数据 306
8.3.1  类型特点 306
8.3.2  架构与关键技术 309
8.4  物联网中的大数据 311
8.4.1  大数据与物联网 311
8.4.2  大数据在物联网中的应用 312
8.5  小结 312
8.6  习题 313
第9章  综合应用举例 314
9.1  智能住宅安防系统 314
9.1.1  功能介绍 314
9.1.2  系统硬件 315
9.1.3  系统软件 317
9.2  水电红外智能遥控 318
9.2.1  工作原理 318
9.2.2  元器件的选择 320
9.2.3  安装与调试 320
9.3  微电脑红外空调遥控 320
9.3.1  遥控发射器 321
9.3.2  遥控接收器 323
9.4  百米多键遥控 326
9.4.1  遥控专用集成电路 326
9.4.2  遥控发射器 328
9.4.3  遥控接收器 329
9.5  光磁摸合体遥控 333
9.5.1  电路的工作原理 333
9.5.2  元件选择及装调 334
9.6  桥梁及粮仓监测 335
9.6.1  桥梁健康检测及监测 335
9.6.2  粮仓温湿度监测 336
9.7  其他监测 339
9.7.1  混凝土浇灌温度监测 339
9.7.2  地震监测 339
9.7.3  建筑物振动检测 339
9.7.4  无线抽水泵系统 339
9.7.5  无线模拟量与开关量检测 340
9.7.6  主从站多种信号检测 341
9.8  小结 342
9.9  习题 342
附录A  无线遥控专用集成器件型号 343
附录B  数字集成块与三端稳压集成块参数 346
附录C  SS0001遥控通用传感器参数 348
附录D  CC2530芯片简介 349
参考文献 351