正文

第11章 創(chuàng)新技術(shù)推動城市智慧化進程(4)

智慧城市之路:科學(xué)治理與城市個性 作者:中國電信智慧城市研究組


— 厚膜傳感器:是利用相應(yīng)材料的漿料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后進行熱處理,使厚膜成形。   

— 陶瓷傳感器:采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后,已成形的元件在高溫中進行燒結(jié)。

厚膜和陶瓷傳感器這兩種工藝之間有許多共同特性,在某些方面,可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術(shù)都有自已的優(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低,以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。

(6)按照應(yīng)用的材料劃分

按照傳感器所應(yīng)用的材料劃分,可將傳感器分成下列幾類:

— 按照其所用材料的類別,可分為金屬、 聚合物、陶瓷、混合物;

— 按材料的物理性質(zhì),可分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料;

— 按材料的晶體結(jié)構(gòu),可分為單晶、多晶、非晶材料。

2.無線傳感網(wǎng)概述

無線傳感網(wǎng)Wireless Sensor Network,簡稱WSN,是由部署在一定區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點組成的,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息,并發(fā)送給觀察者。

無線傳感網(wǎng)核心技術(shù)主要集中于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂萍夹g(shù)、多跳可靠數(shù)據(jù)交互技術(shù)、信道資源調(diào)度技術(shù)、物理層技術(shù)、協(xié)同計算與處理技術(shù)、分布式信息感知技術(shù)等。

無線傳感網(wǎng)以其智能化、低功耗、自組織的特性提供了全新的智能化通信、控制手段,是目前大范圍、低成本獲得傳感信息最有效的解決辦法。無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用范圍非常廣泛:一方面,它廣泛用于不方便鋪設(shè)線路的場合;另一方面,它可以替代傳統(tǒng)的有線產(chǎn)品,達到降低鋪設(shè)成本,便于設(shè)備維護和改裝的目的。目前,無線傳感網(wǎng)在能源、制造、交通、醫(yī)療、環(huán)境保護、安全生產(chǎn)、工業(yè)自動化等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。

無線傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)眾多,目前工業(yè)界已有的傳感網(wǎng)技術(shù)流派和聯(lián)盟主要包括Zigbee、Z-Wave、WirelessHART、ANT/ANT+、Wibree、Insteon,另外也有使用Wi-Fi/WiMax和Bluetooth應(yīng)用的實例。

無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機部署在檢測區(qū)域內(nèi)部或附近,能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點檢測的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點逐跳地進行傳輸,其傳輸過程可能經(jīng)過多個節(jié)點處理,經(jīng)多跳后到達匯聚節(jié)點,最后通過互聯(lián)網(wǎng)等方式達到管理節(jié)點,用戶通過管理節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理,發(fā)布檢測任務(wù)及收集檢測數(shù)據(jù)。

如圖11-5所示,一個典型的傳感節(jié)點由傳感器板(S)和處理器(M)共同構(gòu)成,傳感器板(S)主要負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù),將現(xiàn)實世界的各種數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,而更多的數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)戎悄苓\算則依靠處理器(M)完成,處理器(M)實際是由嵌入式處理芯片構(gòu)成的。

傳感器的高性能體現(xiàn)在高運算能力、高處理智能和高度集成,高性能的傳感器依賴傳感器板(S)自動采集數(shù)據(jù),依賴處理器(M)處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù),與計算機系統(tǒng)緊密配合,更科學(xué)準(zhǔn)確地提供結(jié)果,因此傳感器的高性能很大程度上要依賴芯片技術(shù)和嵌入軟件技術(shù)的發(fā)展;同樣,低能耗也要依賴嵌入式技術(shù)的發(fā)展,在進一步提高芯片處理能力的同時,不斷降低芯片的能源消耗;傳感器的微型化和低成本則要依賴微加工技術(shù)、納米技術(shù)和材料技術(shù)的進步,使得嵌入式芯片不但越來越小,而且加工生產(chǎn)的成本也越來越低。

傳感器技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的研究重點之一,而嵌入式技術(shù)的進步對推動傳感器技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

3.無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

(1)RFID

射頻識別技術(shù)(RFID)是自動識別技術(shù)的一種,即通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,對目標(biāo)進行識別。

基本的RFID系統(tǒng)主要由三部分組成:電子標(biāo)簽(tag)、天線、識讀器。

電子標(biāo)簽是指由IC芯片和無線通信天線組成的標(biāo)簽。標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。存儲在芯片中的數(shù)據(jù),可以由識讀器以無線電波的形式非接觸地讀取,并通過識讀器的處理器,進行信息解讀。不同的電子標(biāo)簽,其讀寫特性不同。有的標(biāo)簽只允許讀;有的標(biāo)簽允許寫一次;有的標(biāo)簽允許多次讀寫。

根據(jù)標(biāo)簽是否帶有電源,將標(biāo)簽分為兩種:主動標(biāo)簽(Active tag)和被動標(biāo)簽(Passive tag)。被動標(biāo)簽借助識讀器發(fā)出的信號發(fā)送信息,主動標(biāo)簽借助自帶電池能主動持續(xù)發(fā)出比被動標(biāo)簽更強的信號。


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