第11章 创新技术推动城市智慧化进程(4)

— 厚膜传感器:是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。   

— 陶瓷传感器:采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。

厚膜和陶瓷传感器这两种工艺之间有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。每种工艺技术都有自已的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

(6)按照应用的材料划分

按照传感器所应用的材料划分,可将传感器分成下列几类:

— 按照其所用材料的类别,可分为金属、 聚合物、陶瓷、混合物;

— 按材料的物理性质,可分为导体、绝缘体、半导体、磁性材料;

— 按材料的晶体结构,可分为单晶、多晶、非晶材料。

2.无线传感网概述

无线传感网Wireless Sensor Network,简称WSN,是由部署在一定区域内的大量传感器节点组成的,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。

无线传感网核心技术主要集中于网络拓扑控制技术、多跳可靠数据交互技术、信道资源调度技术、物理层技术、协同计算与处理技术、分布式信息感知技术等。

无线传感网以其智能化、低功耗、自组织的特性提供了全新的智能化通信、控制手段,是目前大范围、低成本获得传感信息最有效的解决办法。无线传感网的应用范围非常广泛:一方面,它广泛用于不方便铺设线路的场合;另一方面,它可以替代传统的有线产品,达到降低铺设成本,便于设备维护和改装的目的。目前,无线传感网在能源、制造、交通、医疗、环境保护、安全生产、工业自动化等领域都有很好的应用前景。

无线传感网标准众多,目前工业界已有的传感网技术流派和联盟主要包括Zigbee、Z-Wave、WirelessHART、ANT/ANT+、Wibree、Insteon,另外也有使用Wi-Fi/WiMax和Bluetooth应用的实例。

无线传感网系统通常包括传感器节点、汇聚节点、管理节点。大量传感器节点随机部署在检测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。传感器节点检测的数据沿着其他节点逐跳地进行传输,其传输过程可能经过多个节点处理,经多跳后到达汇聚节点,最后通过互联网等方式达到管理节点,用户通过管理节点对网络进行配置和管理,发布检测任务及收集检测数据。

如图11-5所示,一个典型的传感节点由传感器板(S)和处理器(M)共同构成,传感器板(S)主要负责感知数据,将现实世界的各种数据进行模数转换,而更多的数据处理、传输等智能运算则依靠处理器(M)完成,处理器(M)实际是由嵌入式处理芯片构成的。

传感器的高性能体现在高运算能力、高处理智能和高度集成,高性能的传感器依赖传感器板(S)自动采集数据,依赖处理器(M)处理数据、传输数据,与计算机系统紧密配合,更科学准确地提供结果,因此传感器的高性能很大程度上要依赖芯片技术和嵌入软件技术的发展;同样,低能耗也要依赖嵌入式技术的发展,在进一步提高芯片处理能力的同时,不断降低芯片的能源消耗;传感器的微型化和低成本则要依赖微加工技术、纳米技术和材料技术的进步,使得嵌入式芯片不但越来越小,而且加工生产的成本也越来越低。

传感器技术的发展是当前物联网的研究重点之一,而嵌入式技术的进步对推动传感器技术的发展至关重要。

3.无线传感网关键技术

(1)RFID

射频识别技术(RFID)是自动识别技术的一种,即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标进行识别。

基本的RFID系统主要由三部分组成:电子标签(tag)、天线、识读器。

电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的标签。标签中保存有约定格式的电子数据。存储在芯片中的数据,可以由识读器以无线电波的形式非接触地读取,并通过识读器的处理器,进行信息解读。不同的电子标签,其读写特性不同。有的标签只允许读;有的标签允许写一次;有的标签允许多次读写。

根据标签是否带有电源,将标签分为两种:主动标签(Active tag)和被动标签(Passive tag)。被动标签借助识读器发出的信号发送信息,主动标签借助自带电池能主动持续发出比被动标签更强的信号。

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