《电信专业电子系统课程设计A》

课程设计报告

系    别：      信息科学与工程学院        

专业班级：       电子信息工程1101           

学生姓名：             杨琳                 

学    号：          20111186024           

指导教师：            郑佑轩                

（课程设计时间：20##年 12月26日——20##年1月6日）

华中科技大学武昌分校

电信专业电子系统课程设计A课程设计任务书

目  录

1课程设计目的 ……………………………………………………………1

2课程设计题目描述和要求 ………………………………………………1

3. RFID实验  ………………………………………………………………2

3.2RFID实验系统各组成部分工作原理 …………………………………3

3.3实验程序代码 …………………………………………………………4

3.4实验步骤 ………………………………………………………………6

3.5高频振荡器的检测与调试………………………………………………6

3.6  高频功率放大器的检测与调整………………………………………6

3.7 应答器电路的检测与调整……………………………………………7

4．总结     …………………………………………………………………9

·附  成绩评定表

1.课程设计目的

（1）熟悉和掌握RFID的一般组成和工作原理；

（2）认识RFID技术的特点及优势；

（3）初步了解到RFID的应用现状和前景；

（4）通过实验熟练掌握RFID实验系统各工作部分的工作原理、高频电路的一般调试方法；

（5）进一步巩固实际动手能力，培养严谨的实验作风。

2．课程设计题目描述和要求

（1）RFID实验系统组成

（2）RFID实验系统工作过程

接通阅读器电源后，高频振荡器产生13.56MHz方波信号，经功率放大器放大后输送到天线线圈，在阅读器的天线线圈周围会产生高频强电磁场。当应答器线圈靠近阅读器线圈时，一部分磁力线穿过应答器的天线线圈，通过电磁感应，在应答器的天线线圈上产生一个高频交流电压，该电压经过应答器的整流电路整流后再由稳压电路进行稳压输出直流电压作为应答器单片机的工作电源，实现能量传送。

应答器单片机在通电之后进入正常工作状态，会不停的通过输出端口向外发送数字编码信号。单片机发送的有高低电平变化的数字编码信号到达开关电路后，开关电路由于输入信号高低电平的变化就会相应的在接通和关断两个状态进行改变。开关电路高低电平的变化会影响应答器电路的品质因素和复变阻抗的大小。通过这些应答器电路参数的改变，会反作用于阅读器天线的电压变化，实现ASK调制（负载调制）。

在阅读器中，由检波电路将经过ASK调制的高频载波进行包络捡波，并将高频成分滤掉后将包络还原为应答器单片机所发送的数字编码信号送给阅读器上的解码单片机。解码单片机收到信号后控制与之相连的数码管显示电路将该应答器所传送的信息通过数码管显示出来，实现信息传送。

3.1 RFID实验系统电路图

（1）阅读器电路图

（2）应答器电路图

3.2 RFID实验系统各组成部分工作原理（阅读器部分）

①高频振荡器

本实验系统采用的石英晶体与门电路构成的多谐振荡器。多谐振荡器是一种自激振荡电路，该电路接通电源后利用电容的充放电，当输入电压达到与非门的阀值电压VT时，门的输出状态即13.56MHz载波信号产生模块 发生变化继而产生一定频率和幅值的矩形脉冲和方波。

②高频功率放大器

高频功率放大器是为应答器提供能量的电路，因此是整个RFID系统最重要的部分。衡量功率放大器的指标有两个：一个是要求输出功率大；一个是要求集电极的耗散功率低，效率高。非线性丙类功率放大器的电流导通角，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1％或更小)，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。

③包络检波电路

大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲电压的

检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲电压的目的。

④比较电路

比较器主要是用来对输入波形进行整形，可以将正弦波或任意不规则的输入波形整形为方波输出。滤除检波波形中杂波的干扰，避免因为电压太小而造成单片机会因为无法识别而不能解码或解码错误。

 ⑤RFID实验系统的编解码

RFID实验系统的编码由应答器单片机U5通过软件编码方式完成，解码由阅读器单片机U4通过软件解码方式完成。U4和U5均采用美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机AT89C2051芯片。

3.3实验程序代码

1.应答器发码程序

MOV  TMOD ,#20H                     ;设置工作方式2

MOV  TH1  ,#0B2H                    ;设置波特率150

MOV  TL1  ,#0B2H

MOV  SCON ,#0C0H                    ;设置工作方式3，禁止串行接收

MOV  PCON ,#00H                     ;设置波特率不加倍

CLR  R1                             ；清零接收中断标志位

SETB EA                             ；打开总中断

SETB TR1                            ;打开定时器1

LOOP: MOV A,#34H                       ;立即数送累加器A

      MOV C,P                          ；奇偶校验位送进位位

      MOV TB8，C                       ; 送发送数据位

      MOV SBUF,A                       ;数据给SBUF，启动发送

      JNB  TI,$                        ;查询是否发送完毕

      CLR TI                          ；发送完毕后，清零发送中断标志位

      SJMP  LOOP

DELAY:MOV R7 ,#0AH                    ;延迟

DEL  :MOV R6，#0FFH

      DJNZ R6，$

      DJNZ  R7，DEL

      RET

    END

     

2.阅读器解码程序

ORG  000H

LJMP MAIN

ORG  0023H

LJMP INTERUPUT

MAIN:  MOV P1,#00H                             ；系统初始化

        MOV R0，#12H                    ; 阅读器赋初值，数码管显示12

        MOV TMID,#20H                    ;设置定时器方式2

      MOV TH1，#0B2H                 ;设置波特率

      MOV TL1，#0B2H      

      SETB F0                          ;置位标志位

LOOP: SETB EA                      ；开总中断

      SETB TR1                       ;开定时器中断

      SETB ES                         ；开串口中断

      MOV SCON，#0D0H                 ;设置串口工作方式3

      ACALL  DISPLAY                 ;调用显示模块

SEC : CJNE A,44H, TEMP              ；第二次接收的正确数据与第一次比较

      MOV R0, 44H                   ;如果相等就送显，且关中断

      CLR  EA

      CLR  TR1

      CLR   ES

      SJMP DISPLAY

INTERUPUP:  CLR RI                ;接送中断标志清零

       MOV A,SBUF                 ；读取接收数据

       MOV C,P                  

       JNC  LPO                  ;C=0，去LPO

       JNB  RB8，TEMP           ;C=1.RB8=0，去TEMP

       JNB  F0，SEC              ;C=1，RB8=1，F0=1，去SEC

       MOV 44H,A                 ;C=1，RB8=1，F0=0，则将数据送入44H

       CPL F0                     ;标志位取反

       RETI                       ;中断返回

LP0：  JB RB8，TEMP              ;C=0，RB8=1，去TEMP

        JNB F0，SEC               ;C=0，RB8=0，F0=0，去SEC

        MOV 44H ,A                ;C=0.RB8=0，F0=1，将接收数据送44H

        CPL F0                     ;标志位取反

        RETI

DISPLAY：CLR C                   :显示部分

        MOV A,R0                 

        CLR P1 .4                    ;片选

        SETB P1 ,.3

        RRC  A

        MOV P1.0，C

        RRC  A

        MOV  P1.6，C

        RRC  A

        MOV  P1.5,C

        RRC  A

        MOV P1.1，C

        LCALL  DELAY

        CLR  P1.3

        SETB  P1.4

        RRC A

         MOV P1.0 ,C

         RRC  A

         MOV P1.6

         RRC  A

         MOV P1.5 ,C

         RRC  A

         MOV  P1.1，C

         LCALL  DELAY         

DELAY:  MOV R2，#0AH                  ;延时

DEL:     MOV R3，#0FFH

DEL1:    DJNZ R3,DEL1

          DJNZ R2,DEL

          RET

          END       

3.4实验步骤

1检测元件好坏，根据原理图查找芯片的有关资料；

2综合查找的相关资料以及实验原理图绘制RFID实验系统的的线路图

3根据线路图焊接电路板.；

4测量电路各静态工作点；

5完成程序设计、接通电路，并进行调试检测电路是否正常；

6设计外观；

7封装。

3.5高频振荡器的检测与调试

高频振荡器主要检测其输出信号的频率和波形及幅度，可用XJ4452型数字存储示波器在电路输出端（图2－5中U1B-12脚）进行检测。 输出信号的频率应为13.56MHz，输出信号的幅度（峰－峰值）应为3VP-P左右。如果信号的频率有误差，可在C5上并联一只5~30P的可调电容进行调整。该点的信号波形不是标准的正弦波，但经过高频功率放大后在谐振线圈上可以得到波形很好的正弦波。

3.6  高频功率放大器的检测与调整

（1）高频功率放大管工作点的调整：

① 将数字存储示波器探头接在高频功率放大管T1的C极检测该点的信号电压，选择5V/格档，加电后观察信号幅度，调整可调电阻RP2,使该点信号幅度达到最大，该点信号幅度应为20VP-P～30VP-P。

② 检测高频功率放大管T1的e极直流电压Ve，该电压应为3V左右。

③ 断开电源，检测高频功率放大管T1的e极对地电阻值Re，计算高频功率放大管直流工作电流Ic≈Ie＝Ve/Re和直流耗散功率Pc＝IcVce，Pc应不大于400mW，否则，高频功率放大管会发热烧坏。

（2）输出谐振回路的调整：

 将数字存储示波器探头接在输出谐振回路元件C9//C10与L2连接点，检测该点的信号电压，选择10V/格档，加电后观察信号幅度，调整可调电容C9，使该点信号幅度达到最大，该点信号幅度应为55VP-P ～80VP-P。

3.7 应答器电路的检测与调整

（1）应答器耦合信号的检测：

 数字存储示波器探头接在应答器天线L4耦合信号输入端a（图2－13），检测该点的信号电压，选择2V/格档，将应答器天线L4靠近阅读器天线线圈L2，加电后观察信号幅度，该点信号幅度应为10VP-P～15VP-P。

（2）芯片供电电路的检测：

 用数字示波器或万用表直流电压档10V档分别测量LS7805的1端整流输入和3端稳压输出电压值，整流输入电压应为5～7V, 稳压输出电压应为3.5~5V。

（3）编码脉冲信号的检测：

数字存储示波器探头接在应答器调制开关管T4的b极，检测单片机输出的编码脉冲信号，选择500mV/格档, 该点信号幅度应为1VP-P左右。

（4）ASK调制信号的检测：

数字存储示波器探头接在应答器调制开关管T4的c极，选择2V/格档，调整应答器天线L4与阅读器天线线圈L2的相对位置，应观察到图所示的ASK调制信号，该信号幅度应为10VP-P～15VP-P。

4.总结

   期末考试后就开始了RFID课程设计，在上课的老师就说过，这是我们课设最难的一个，所以我对它既有期待也有紧张，这个实验通过首先根据电路图的理解然后设计电路并且在电路板上进行元件焊接并且电路设计，与之前的所有的焊接不同的是，这次课设是完全自己设计电路，不像之前的电路板上有电路，所以，这是第一步难点，元件焊接完后，进行布线，数码管周围的布线是最复杂的，在一下午焊接之后，终于布线成功，但是，在调试时，果然数码管不能亮，在调试之后，只能亮一半。而且电路无法起振，这是第二个难点，但是在后来的调试中，检查电路，更换集成块，终于起振成功，这是我们的第一步成功，但是后面的调试还是不怎么如意。不过通过这次课设，我和伙伴一起完成了这次课设，虽然完成的并不完美，但是对于我们这学期来说，是一次很棒的收获，很感谢老师和同学们对于实验中遇到困难的帮助。

课程设计成绩评定表

 

第二篇：多媒体技术实验报告

 多媒体课程设计报告

        

      设计题目：物联网

         

          学    院：计算机科学与信息学院  

          专    业： 计科                  

          班    级： 计科101               

          学    号：                         

          学生姓名：                          

          指导教师：                          

20##年 11 月 21日

目录

摘要······································································································ 3

第一章  物联网简介及发展历程······························································· 3

1.1 什么是物联网·············································································· 3

1.2  物联网的发展历程······································································ 3

1.3  物联网的网络架构······································································ 5

第二章  物联网关键技术········································································· 6

2.1  RFID技术················································································· 6

2.2  传感器技术··············································································· 7

2.3  纳米技术··················································································· 9

2.4  智能嵌入（Embedded Intelligence）技术······································ 10

第三章  物联网的典型应用···································································· 11

3.1  智能交通················································································· 11

3.2  智能医疗················································································· 13

3.3  智能物流················································································· 15

3.4  智能家居················································································· 16

第四章  物联网发展存在的问题······························································ 19

4.1网络信息安全············································································· 19

4.2缺乏应用的统一标准··································································· 20

4.3亟待掌握核心技术······································································· 20

4.4商业模式尚未成熟······································································· 20

4.5管理平台的建设·········································································· 20

第五章  我国物联网发展的前景展望······················································· 21

5.1物联网列入国家发展战略 政府高度重视········································ 21

5.2物联网在高校的发展··································································· 21

5.3十大城市“十二五”规划全面布局物联网·········································· 22

参考文献······························································································ 23

摘要

物联网的定义是：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

从技术上理解，物联网理解是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。

从应用上理解，物联网是指把世界上所有的物体都连接到一个网络中，形成“物联网”，然后“物联网”又与先有的互联网结合，实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和生动的方式管理生产和生活。物联网作为一种新的网络形式，相关理论研究和实践应用正在探索过程中。本文介绍了物联网的概念，给出了基于智能物体层、数据传输层、信息关联层、应用服务层的物联网四层体系架构，最后探讨了物联网在实现过程中所面临的问题和挑战。

关键词：物联网，RFID

第一章  物联网简介及发展历程

1.1 什么是物联网

目前在国际上对于物联网尚没有一个公认的定义，比较广泛的解释是，物联网是指将各种信息传感设备，如无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）节点、射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）装置、红外感应器、移动手机、PDA、全球定位系统（GPS，Global Positioning System）、激光扫描器等各种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。在这个网络中，物品变得“有感觉，有思想”，能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质就是将传感器等装置嵌入物体并进行联网以最终接入互联网，通过使物体具有“智慧”，从而延伸人类感知、控制外部世界的能力。

1.2  物联网的发展历程

早在1999年，美国麻省理工学院在建立“自动识别中心”时就前瞻性地提出了“万物均可通过网络互联”的观点，物联网（IOT，The Internet of Things）的概念由此产生。

 

            

                 图1—1  信息交换维度图

20##年11月17日，国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union）在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS，World Summit on the Information Society）上，发布了《ITU互联网报告2005：物联网》（ITU Internet Report 2005: The Internet of Things）。在这份报告中，ITU指出无所不在的物联网通信时代即将来临，泛在通信（Ubiquitous Communication）的形式已经从短距离的移动收发设备扩展到长距离的设备和日常用品，从而促成了人和人、物和物之间的新的通信形式的诞生。信息技术和通信技术的世界中加入了新的维度：由过去的任何人（anyone）之间在任何时间（anytime）、任何地点（any place）的信息交换，发展成了任何物体（anything）之间、任何人之间在任何时间、任何地点的信息交换。

20##年11月，IBM董事长兼CEO彭明盛（Palmisano）在纽约召开的外国关系理事会上，正式提出“智慧地球”（Smart Planet）。IBM指出，世界的基础结构正在朝着“智慧”的方向发展，联网对象即构成物联网的车辆、设备、摄像头、车道、管道等的数量正在迈向一万亿大关。“智慧地球”战略提出要将传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓物联网，再通过超级计算机和云计算将物联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。

20##年01月28日，奥巴马总统在和工商领袖举行的圆桌会议上，对IBM提出的“智慧地球”概念给予积极回应。其中，要形成智慧型基础设施物联网，已被美国人认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。 20##年08月07日，温家宝总理在无锡新区调研时，深入阐述了感知中国、智慧中国的新理念，对无锡市微纳传感网工程技术研究中心给予高度关注，并提出了“把传感网络中心设在无锡、辐射全国”的想法。温家宝总理指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。11月03日上午，温家宝总理又在人民大会堂向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话，讲话中指出，未来要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。这清晰地指明物联网已经上升为国家战略，其相关技术将得到大力发展。

1.3  物联网的网络架构

图1—2  物联网架构图

在物联网的网络结构中，包括四个层次：

最底层是传感器网络层，即以传感器、RFID以及各种手机、PDA等机器终端为主，完成对底层信息的全面感知和采集功能；

第二层是传输网络层，即通过现有的互联网、广电网络、无线通信网等网络，实现数据的汇聚和传输功能；

第三层是中间件层，通过构建中间件来屏蔽各类传输网络的差异性，为上层应用提供统一的数据调用接口，同时对传输网络层汇聚上来的信息进行理解、推理和决策；

最上层是应用和服务层，即通过对调用数据的处理和解决方案来管理和控制手机、PC等终端设备，实现人们所需要的应用服务；或者与行业专业技术深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化。

第二章  物联网关键技术

ITU在《ITU互联网报告2005：物联网》报告中预测RFID技术、传感器技术、纳米技术和智能嵌入技术将在物联网时代得到更加广泛的应用。

2.1  RFID技术

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。

RFID的基本组成部分如下：

（1）标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；

（2）阅读器（Reader）：读取（有时也可以写入）标签信息的设备，可设计为移动式或固定式；

（3）天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。

图2—1  RFID基本组成图

RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收到阅读器发出的射频信号，无源标签或被动标签（Passive Tag）凭借射频电磁波束中所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，有源标签或主动标签（Active Tag）则主动发送某一频率的信号；阅读器读取信息并解码后，将信息送至中央信息系统进行相关数据处理。

RFID的关键技术如下：

（1）标签的能量供应

有源标签自带电池，用于给数据载体供电。而无源标签工作所需能量则从射频电磁波束中获取，和有源射频识别系统相比，无源系统需要较大的发射功率，射频电磁波在标签上经射频检波、倍压、稳压、存储电路处理，转化为标签工作所需的工作电压。

（2）标签到阅读器的数据传输 标签回送到阅读器的数据传输方式可归结为三类：

（a）利用负载调制的反射或反向散射方式（反射波的频率与阅读器的发送频率一致）；

（b）利用阅读器发送频率的次谐波传送标签信息（标签反射波与阅读器的发送频率不同，为其高次谐波（n倍）或分谐波（1/n倍））；

（c）其它形式。

（3）数据传输的完整性与安全性 由于数字信号在传输的过程中会受到干扰，故其传输至接收端可能发生误判，为保证数据的完整性，可以使用校验和法来识别传输错误并进行校正，最常用的是奇偶校验法以及冗余校验法。在与安全相关的领域，例如出入系统、售票系统越来越多地应用射频识别系统，在数据传输的过程中难免不受到攻击，因此必须采取一定的防范措施保证数据安全，例如可以通过在阅读器与标签之间建立密钥来对要传输的数据进行加密，达到安全的目的。

（4）多目标识别技术（反碰撞算法）

当阅读器信号作用范围内存在多个标签，同一时刻有两个或两个以上的标签向阅读器返回信息时，将产生冲突。解决冲突的算法称为反碰撞算法。传统无线电技术（如通信卫星、移动电话网）已有空分多路法、频分多路法、时分多路法以及码分多路法来解决类似问题。但在射频识别系统中，由阅读器和标签构成的无线网络有以下特征：

（a）规模：每个阅读器工作区域内可能存在大量标签；

（b）体积：标签附着在各种商品上，体积不能太大；

（c）成本：粘贴标签的商品本身价值可能很低，所以标签的成本不能太高；

（d）通信量：标签内包含的信息量很少，阅读器与标签间的通信时间很短。 所以解决射频识别技术标签冲突的反碰撞算法存在与传统无线电技术不同之处。现有的反碰撞算法主要是ALOHA算法、分隙ALOHA算法、二进制搜索算法等。

2.2  传感器技术

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其它装置或器官。国家标准GB7665－87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。根据传感器工作原理，可将其分为三大类：

（1）物理传感器

物理传感器应用某些物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，将被测信号量的物理量转换成便于处理的电信号。

（2）化学传感器

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

（3）其它

几种常见的传感器如下：

（a）电阻式传感器

电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换成电阻值的器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器。

（b）电阻应变式传感器

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类。

（c）压阻式传感器

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在基片上经扩散电阻而制成的器件。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥会产生相应的不平衡输出。

（d）热电阻传感器

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。

（e）温度传感器

室温管温传感器：室温传感器用于测量室内和室外的环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度。排气温度传感器：排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度。

（f）光敏传感器

光敏传感器是最常见的传感器之一，在自动控制和非电量电测技术中占有重要地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处时就会产生电流。 我国近年来在传感器的设计、关键工艺、可靠性、产品开发等方面均有不同程度的突破与创新。

（1）“九五”攻关完成的传感器CAD技术，可以实现传感器的全过程设计；

（2）微机械加工技术，在国内首次实现了用微机械加工工艺批量生产压力传感器；

（3）建成了目前国内唯一具有上世纪90年代国际先进制造设备、工艺及规模化生产能力的微机械加工传感器的生产线；

（4）可靠性技术的开展, 使传感器的成品率普遍提高10％、可靠性水平提高一到二个等级。

传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高。传感器技术的发展趋势可以从四个方面概括：

（1）开发新材料、新工艺和开发新型传感器 随着光纤材料、纳米材料、超导材料、人工智能材料的不断发展，制造传感器的材料逐渐具备能够感知环境条件变化的功能，识别和判断功能，发出指令和自采取行动功能。利用这些材料能够研制无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器。

（2）传感器的多功能和集成化

多功能是指一个传感器能够检测两个或两个以上的参数；集成化能够实现软件和硬件的集成，数据的集成与融合，传感器阵列的集成和多功能、多参数的复合传感器。

（3）传感硬件系统与元器件的微小型化参考集成电路微小型化的经验，实现传感技术硬件系统的微小型化可以提高其可靠性，加快处理速度，降低成本，节约资源与能源，减少对环境的污染。

（4）通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化传感器与多学科交叉融合将推动无线传感器网络的发展。无线传感器网络是由大量具有无线通信能力与计算能力的微小传感

器节点构成的自组织分布式网络系统。利用微传感器与微机械、通信、自动控制、人工智能等多学科的综合技术，实现传感器的无线网络化，使其能根据环境自主完成指定任务。

2.3  纳米技术

纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的使用可以使得物联网中的物体变得“更轻、更高、更强”。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，传感器等感知设备的制备体积更小更轻盈；“更高”是指纳米材料具备更高的光、电、磁、热性能；“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能（如强度和韧性等）。

纳米技术主要包含以下四个方面：

（1）纳米材料

纳米材料是一种既具不同于原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能材料。当物质到纳米尺度后，约为0.1－100纳米，其性能就会发生突变。纳米材料的制造主要采用纳米技术。纳米技术是利用光刻及腐蚀等技术，从宏观尺度自下而上的自组装的制造材料。

（2）纳米动力学

在动力学上，纳米技术主要运用于微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS），如有传动机械的微型传感器、光纤通信系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等。MEMS系统采用类似集成电器设计和制造的新工艺，其特点是部件尺寸小，刻蚀深度达数十至数百微米，宽度误差小。

（3）纳米生物学和纳米药物学

纳米生物学一方面利用新兴的纳米技术研究生物学问题；另一方面利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造类似生物大分子的分子机器。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。

（4）纳米电子学

在电子学领域，纳米技术的应用包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光／电性质、原子操纵和原子组装等。电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更小是指器件和电路的尺寸要更小；更快是指响应速度要更快；更冷是指单个器件的功耗要更小。纳米技术的应用能够使电子技术的发展更快地达到这些要求。

2.4  智能嵌入（Embedded Intelligence）技术

嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的技术，即将软件固化集成到硬件系统中，将硬件系统与软件系统一体化。嵌入式具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点。嵌入式技术的关键在于核心芯片的选择，核心芯片的特点有：

（1）有可扩展的处理器结构，能最迅速地开发出满足应用的高性能嵌入式微处理器；

（2）嵌入式微处理器必须功耗很低；

（3）对实时多任务有较强的支持能力；

（4）具有功能很强的存储区保护功能。 嵌入式技术的应用，使得系统的架构更加清晰简捷。系统的软件采用分层设计，不仅方便维护，而且大大提高了代码的利用率，缩短了开发周期。

第三章  物联网的典型应用

3.1  智能交通

                         图3—1  智能公共交通系统示意图

智能交通是指采用先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、控制技术和计算机技术，使车辆和道路智能化，以实现安全快速的道路交通环境，从而达到缓解道路交通拥堵、减少交通事故、节约交通能源和减轻驾驶疲劳等目的。智能交通是一个综合性体系，包含的子系统分为以下几个方面：

（1）交通管理系统

该系统包括：

（a）在途驾驶员信息

（b）交通状况监视

（c）车流量管理

（d）交通指挥控制

（e）突发事件管理系统

（2）公共交通运营系统

该系统包括：

（a）公共运输管理

（b）途中换乘信息

（c）满足个人需求的非定线公共交通

（3）电子收费系统

该系统通过电子卡或RFID电子标签由计算机实现自动收费，大大提高车辆通行能力，降低收费口拥堵风险。

                

图3—2  电子收费不停车系统图

（4）旅行信息系统

该系统包括：

（a）出发前的出行信息

（b）出行中的实时交通线路引导

（c）出行中的拥挤区域规避建议

（5）运营车辆高度管理系统

该系统通过汽车的车载电脑、管理中心计算机与GPS、传感器等设备联网，实现驾驶员与调度管理中心之间的双向通信、信息查询、自动售票和车辆自动定位等功能，来提高商业车辆、公共汽车和出租汽车的运营效率。

（6）紧急事故处理系统

该系统包括：

（a）紧急告警与人员安全

（b）应急车辆管理

（c）危险品应急处理

（d）应急响应和疏散

（7）车辆控制和安全系统

该系统包括：

（a）车辆的纵向、侧向、交叉口避撞

（b）事故安全保护

（c）道路周边危险预警，例如提前感知弯道、上下坡、限高通行区或者前方不明物体穿越等。

（d）自动驾驶

（8）道路天气管理系统

该系统包括：

（a）道路天气信息发布

（b）路面情况监视

（c）前方路面情况预测

（9）驾驶员帮助系统

该系统包括：

（a）导航帮助

（b）疲劳驾驶告警

（c）恶劣环境下的安全驾驶，例如低能见度时驾驶员主动视觉增强和湿滑路面的速度控制等。

在以上众多智能交通子系统中，有两点功能为每个系统所共有且必备：首先要求每个智能交通控制系统需要具备数据感知和采集功能，其次要求每个系统需要具备数据分析处理和汇总分发功能。

根据国家未来的发展规划，智能交通系统的建设将继续加大发展力度，主要从以下几个方面进行建设：

（1）在50个左右的大城市推广交通信息服务平台建设，提供交通信息查询、交通诱导等服务；

（2）在200个以上的城市发展城市智能控制信号系统，形成智能化的交通指挥系统；

（3）在100个以上的大城市推进大城市公共交通区域调度和相应的系统的建设，加大电子化票务的建设与应用。

智能交通系统的发展趋势将表现为综合化、社会化的发展模式。由于智能交通体系涉及相关的市民、公安交通管理、交通部门车辆管理、城市建设、通信等相关部门，因而未来智能交通必然是一个涉及以交通与公安为主的多部门驱动的发展过程。

3.2  智能医疗

智能医疗利用无线传感器技术、短距离通信技术（ZigBee、WiFi）、蜂窝移动通信网（2G/3G）、互联网技术等先进通信技术，促进医疗设备的微型化和网络化，促进医疗信息的共享化，同时促进医疗模式向预防为主的方向发展。在未来的智能化医疗信息系统中，病患基本信息、病历记录、各种实验室检验信息，乃至财务信息都将被整合在其中。

智能医疗发展的三个阶段如下：

（1）医院管理信息化（HMIS，Hospital Manager Information System）阶段。

在HMIS阶段，通过建设医院内部部门级信息化管理、全院级信息化管理、人力资源管理等系统，实现医院内部各部门之间信息的共享。

（2）临床管理信息化（HCIS，Health Care Information System）阶段

在HCIS阶段，要建设电子病历、电子处方、影像管理、重症监护等系统，以病患信息的采集、存储、展现、处理为中心，为临床医护人员和医技科室服务。

例如电子处方应用能有效避免医疗事故并实现对用药成本的控制。在使用电子处方时，医生用电脑或者数字手持设备，通过一个加密网络将处方直接传送至后台，在医院、药店和卫生管理当局联网共享的数据平台上进行统一登记和共享查询，电子处方系统可以非常方便地查询到病患的用药史和过敏源，还可以避免药物间的相互冲突引发的不良反应。同时，医生也可以通过电子处方系统了解到病患的药费负担，选择相应价位的药品。由于电子处方系统直接与医保系统联网，病患还能对自身的财务负担进行估计，决定是否选择某些不在报销目录之内的新药、特效药。

电子病历系统可以帮助为病患进行诊断的任意医生，通过登录该系统来了解病患的过往病史和医学诊断材料，如X光片、化验结果和用药历史等等，免去重复诊断、化验的过程。这样不但可以节省救治时间，还可以降低高昂的仪器诊断费用。

（3）区域医疗卫生服务（GMIS，Global Medical Information Service）阶段

在区域医疗卫生服务阶段，将以电子处方系统和电子病历系统为基础，整合成为个人电子健康档案，然后进行联网，再拓展到单个医院之外的社区、城市乃至更大范围内的医疗信息共享，以实现“区域医疗信息网络”和“整合医疗平台”。

区域医疗信息网络将实现从科室和医院的医疗信息孤岛到跨医院、跨社区的整合的信息共享的转变。在此网络中，信息能够自由地在医院间得到必要的共享，特别是在查找和获得外部信息（如其它医院中的特色专科）和病患在医院间转诊时。通过各医院的系统，病患信息能够得到及时必要的收集和存储并被添加到个人健康档案中，供今后区域医疗系统范围内的各医疗机构调用。

图3—3  区域整合医疗图

3.3  智能物流

智能物流是将RFID技术、数据通信传输技术、控制技术及计算机技术等应用在物流配送系统中，帮助实现物品跟踪与信息共享，提高物流企业的运行效率，实现可视化供应链管理，提升物流信息化程度。

其中，RFID作为前端的自动识别和数据采集技术，被应用在物流的零售、存储、运输、配送／分销和生产等各主要作业环节，是实现智能物流的重点。

图3—4  智能物流示意图

（1）提高物流基础设施的信息化和自动化水平

通过将RFID标签放置在货柜、集装箱、车辆等物流基础设施内，在物流企业仓库内部、出入库口、物流关卡等安装RFID读写器，实现物品自动化出入库、盘点、交接环节中的RFID信息采集，达到对物品库存的透明化管理。通过RFID技术与物流运输设备的结合，可以进行物流基础设施信息化的升级，提高其信息化和自动化水平。

（2）促进物流功能的整合

通过RFID技术整合物流系统的功能，提升原系统效率。RFID有助于实现物流系统内部多个业务环节之间的信息共享和自动化，整合多个业务功能，从而有效提升系统的整体运作效率。

（3）提高物流市场流通效率，规范物流市场秩序

RFID技术能够快速、准确地采集相关数据，保证企业及供应链内数据信息的及时性、可靠性、有效性和安全性，实现对各类数据信息的全程监管，改善诸多领域（如粮食物流、应急物流、食品安全）缺乏有效监管的现状。此外，将RFID与传感器技术及无线通信技术相结合，还能够实现对重要物品（如危险品、药品）的在途监控，便于进行管理和监督。

智能物流的发展重点：

（1）货运集装箱追踪与管理

实时记录箱、货、流信息，开关箱时间和地理位置信息，实现集装箱物流信息的全程实时在线监控。

（2）货运车辆的跟踪与管理

为道路货运车辆贴上RFID标签，标签中记录车牌号、运输起讫地点、运输线路、车辆所属运输企业、货物基本信息等。

（3）配送中心管理

在货品包装箱外加贴RFID标签，并在配送中心收货处、仓库入口／出口处等地安装固定RFID读写器，在搬运设备上安装移动RFID读写器，以及配合使用手持读写器，实现对配送中心货物的出入库管理。

（4）航空集装设备及行李追踪

通过使用RFID电子标签和读写设备，机场可以建立起自动管理行李的新流程，用以追踪旅客行李，保证其安全流动，同时缩短行李处理时间，提升行李标签的识别率。

3.4  智能家居

智能家居（Smart Home）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音频视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

智能家居有两层含义，一层含义是指住宅环境，即单个住宅中的智能家居或小区中实施的基于智能小区平台的智能家居项目；另外一层含义是指智能家居系统产品，包括硬件、软件、集成与安装服务、售后在内的一个完整服务过程。与传统家居相比，智能家居除了具有传统的居住功能，提供舒适安全、宜人的家庭生活空间之外，最大的特点是将传统家居的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，降低家庭能耗。

图3—5  智能家居应用场景图

智能家居系统目前所包含的主要子系统有：

（1）家居布线系统

家居布线系统是一个安装在住宅内，根据家居布线标准实施的布线系统，主要支持语音、数据、视频、家居自动系统、环境管理、保安、警报及对讲机等服务。家居布线系统是智能家居其它子系统相互连接和对外连接的通道，是实现智能家居的前提。

（2）家庭网络系统

家庭网络系统主要包括三方面功能：网络通信、媒体娱乐和家庭控制。家庭网络在家庭范围内（可扩展至邻居、小区）将家电、安全系统、照明系统通过有线或无线方式与广域网相连。

（3）中央控制管理系统

智能家居的中央控制管理系统相当于电脑的CPU，所有的子系统都会接入到这个控制中心。中央控制管理系统通常通过智能家居管理软件完成设备管理、场景设置、能源管理、日程管理、安防布撤防、安防监控、物业管理等操作。

（4）照明控制系统

家居照明控制系统可以根据环境变化、用户个性需求等条件自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断，对分析结果按要求的形式存储、显示、传输，进行相应的工作状态信息反馈控制，以达到预期的控制效果。

家居照明系统是一套控制系统，包括调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器等用于控制和管理的设备。

（5）家庭安防系统

家庭安防系统是指为家庭设备与成员的安全而安装的防护保全与报警系统，例如可视对讲、家庭监控、防盗防护、周界探测与入侵报警。家庭安防系统可以通过在家中安置温度、煤气或烟感等探测器，视频监控设备，门磁和窗磁，紧急求救按钮等设备，结合语音告警、图像传输等手段来实现防护与报警。

（6）家庭影院与多媒体系统

家庭影院与多媒体控制系统在智能家居中是发展较为成熟的子系统之一。一套家庭影院的设备通常包括DVD播放器、功放机、音箱、大屏幕的显示系统。

（7）背景音乐系统

背景音乐系统通过家居布线，将声音源信号接入家庭中任何需要背景音乐的地方，通过控制面板独立控制铺设在不同地点的背景音乐专用音箱，让每个房间都能独立地实现音乐播放、音乐选择和音量控制等功能。

智能家居的发展趋势：

（1）整体智能家居系统功能

所谓整体智能家居系统，就是对更多智能家居子系统采用统一的协议标准，进行统一的控制、管理和联动。例如只用一个遥控器，或者用电脑就能统一控制任何一个智能家居子功能，并能实现各子功能之间的相互功能。

（2）控制傻瓜化

通过智能设备的逻辑判断与人工智能的功能，真正让人享受轻松、自由、安全的智能生活。例如触摸式、声控式、感应式等更多人性化的技术将会被广泛应用。

第四章  物联网发展存在的问题

4.1网络信息安全

物联网的核心和基础仍然是互联网，在物联网快速发展的今天，国内大型企业、政府机构，如果与国外机构，进行项目合作，如何确保企业商业机密、国家机密不被泄漏。这不仅是一个网络信息方面的技术问题，甚至还涉及到国家安全问题，必须引起高度重视。

4.2缺乏应用的统一标准

我们知道，互联网如今之所以已经普及到世界每个角落，是因为互联网发展到今天，标准化问题解决的非常好，全球进行传输的协议TCP/IP协议，路由器协议，终端的构架与操作系统，都解决的非常好，很方便上网。在物联网核心层面是基于TCP/IP协议，但是在接入层面，协议种类很多，如GPRS、短信、传感器、TD.SCDMA等，物联网需要一个统一的协议基础。

4.3亟待掌握核心技术

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并将探知的信息传递给其他装置或器官。如果把物联网比作人，那么传感器就像人体的五官。目前在传感器技术领域我国尚无话语权。我国的传感器芯片，从技术到制造工艺，都落后于美国等发达国家。传感器是物联网的基础，没有它，物联网就是无源之水、无本之木。

4.4商业模式尚未成熟

物联网产业的发展，商业模式最为重要，也就是说只有解决了谁为应用买单的问题，物联网才能实现可持续发展。煤炭行业因为对安全生产的重视，所以应用得比较多。现在不少地方政府都在建设物联网示范工程，但示范之后，能否使产业形成自身的生存发展能力，关键还是看能不能找到合适的商业模式。另外，现在大家都在做具体的行业应用，但是如果在更高层的公共平台没有建立统一的标准，还是难以实现物联网的真正效用，这需要各级政府和产业界共同推动。

4.5管理平台的建设

物联网技术的相关应用已经越来越普遍。但对应于每一种具有实际管理要求和应用的物联网，都需要开发与之相关的管理平台或服务，这使物联网的应用受到一定的限制和影响。开发一种通用的物联网管理平台，可以用于所有不同的异构网络，并且实现对该网络资源的管理将会使物联网的应用更加普遍和灵活。没有这个平台，各自为政的结果一定是效率低，成本高，很难发展起来，也很难起到效果。

第五章  我国物联网发展的前景展望

有人预测，如果物联网全部构成，其产业要比互联网大30倍！物联网将会成为下一个万亿元级的通信业务。专家预测10年内，物联网就可能大规模普及，将广泛运用于智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域，一个上万亿元规模的高科技市场就此诞生。20##年，中国物联网产业呈现出一片欣欣向荣的发展态势。

5.1物联网列入国家发展战略 政府高度重视

20##年对于中国RFID与物联网产业，是极其重要和具有里程碑意义的一年。从年初到年末，一系列推动物联网发展的举措频频出台。业界所期盼已久的中国RFID与物联网产业发展的春天正在到来。这一年中国RFID与物联网

产业的发展呈现出八大特点。

特点一：物联网发展被正式列入国家发展战略，开始真正得到各级政府部门的高度重视和关注。

特点二：各级政府加快物联网发展布局，物联网发展十二五规划相继出台。

特点三：世博会带动物联网应用示范项目发展、中国物联网应用基础已初步形成。

特点四：物联网市场热浪汹涌，物联网概念继续得到热炒。

特点五：物联网相关产业联盟迅速涌现，从业人数快速增长。

特点六：物联网标准制定工作引起各方关注，推进步伐正在加快。

特点七：物联网核心技术突破仍是难题，领先产品依旧贫乏。

特点八：物联网商业模式仍处于探索阶段，物联网发展仍处于初期阶段期。

5.2物联网在高校的发展

物联网作为国家重点培育的战略性新兴产业，被纳入“十二五”规划，受到各界普遍重视，为加快物联网产业发展，各地纷纷建设物联网产业基地，物联网产业园区，出台物联网产业扶持鼓励政策;与物联网相关的企业则跃跃欲试，欲在产业发展初期占领一席之地，夺得商机;各高校则抓紧物联网产业人才培养工作，纷纷向教育部申报物联网工程等相关专业课程，在申报物联网工程专业的140余所高校中有30余所高校获批，物联网工程专业被社会普遍看好，成为物联网产业发展的后备军。高校在物联网产业发展过程中的推动作用不可小觑。在短短一年内，各大高校积极活跃在各大物联网论坛及物联网产业研究院，成为产业发展的助推器。

5.3十大城市“十二五”规划全面布局物联网

近日，我国各大城市的“十二五”规划纲要纷纷正式发布，对“新一代信息技术产业”发展进行了全面准确地定位，清晰地规划了城市物联网未来五年发展之路。同时，根据各城市新兴产业的“十二五”发展目标，重点对智慧城市、三网融合和云计算等方面进行了不同程度的优化布局。在“十二五”开局之际，中国物联网对我国十大城市的“物联网”规划进行简单盘点，各个城市物联网在未来五年将走出自己的产业特色。北京“十二五”将推动物联网应用实践，全力推进创新成果产业化，突破一批关键核心技术。积极承接和推进国家重大科技专项和科技基础设施，在后3G移动通信、物联网、云计算等领域攻克核心关键技术，为国家布局战略性新兴产业提供科技支撑，形成更多的创新成果。上海“十二五”将推进物联网产业自主发展，“十二五”期间，上海将实施物联网、智能电网等一批专项工程，建设战略性新兴产业应用示范区，促进物联网技术、智能电网等科技成果的规模化应用，并有序推进"三网融合"，构建适应云计算、物联网发展的基础设施环境，大力推进物联网产业自主发展。广州“十二五”将重点推进“智慧广州”建设，广州"十二五"规划明确提出，要积极推进"智慧广州"建设，实现"三网融合"，推动物联网等新一代信息技术与制造业、服务业全面融合，推进天河智慧城和南沙智慧岛建设。重庆“十二五”将建设城市物联网基础平台，"十二五"期间，重庆将重点发展电子信息产业，形成物联网产业集群，打造国家电子信息产业基地。重庆物联网应用试点工程、"智能重庆"工程均列入信息基础设施重点工程，"智能重庆"工程包括：智能电网、智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能环保；物联网应用试点工程：建设基于物联网技术和下一代移动通信技术的城市物联网基础平台，推进物联网在工业、交通、物流、医疗、家居等有关领域的应用。重庆要建设宽带城市，加快3G网络建设，升级改造广电网络，建设下一代广电网络（NGB）。建设国际重要的离岸云计算数据处理中心，构建高速数据通道，积极推进宽带电信网、下一代互联网和数字电视网的共建共享和高层业务应用融合。建设基于物联网技术和下一代移动通信技术的城市物联网基础平台，推进物联网应用试点。建设重庆数字媒体中心和综合信息服务平台。

参考文献

1、周洪波《物联网：技术、应用、标准和商业模式》电子工业出版社.2010.7

2、胡汉辉《传感器技术及应用》科学出版社.2009.2

3、无线龙《现代无线传感网概论》冶金工业出版社.2011.8

4、赵军辉《射频识别技术与应用》机械工业出版社.2008.7

5、王永华等《现场总线技术及应用教程》机械工业出版社.2007.1