物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要點(diǎn)研究

金佛榮

摘 要：論述了物聯(lián)網(wǎng)感知層的主要技術(shù)組成，分別論述了感知層主要信號(hào)采集裝置及感知層主要信號(hào)傳輸技術(shù)，對(duì)各種裝置和技術(shù)的特點(diǎn)、主要參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明及比較，為工程技術(shù)人員進(jìn)行物聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);感知層;傳感器;ZigBee

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.143

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)感知層主要實(shí)現(xiàn)將檢測(cè)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸?shù)叫畔⒋鎯?chǔ)、處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)管理。而這種功能得以實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)各種技術(shù)的協(xié)調(diào)合作。目前信號(hào)采集主要涉及的技術(shù)有傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、二維碼技術(shù)、圖像采集技術(shù)、感知層信息傳輸技術(shù)主要有藍(lán)牙技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)。

2 感知層主要信號(hào)采集裝置

2.1 傳感器

做為一種檢測(cè)裝置，傳感器會(huì)先感知外界信息，然后將這些信息通過(guò)特定規(guī)則轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后由傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，供人們或人工智能分析和利用。傳感器的物理組成包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件以及電子線路三部分。敏感元件可以直接感受對(duì)應(yīng)的物品，轉(zhuǎn)換元件也叫傳感元件，主要作用是將其他形式的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);電子線路作為轉(zhuǎn)換電路可以調(diào)節(jié)信號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可供人和計(jì)算機(jī)處理、管理的有用電信號(hào)。

2.2 射頻識(shí)別裝置

射頻技術(shù)是無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)之一，人們又將其稱為電子標(biāo)簽技術(shù)。利用該技術(shù)，無(wú)需接觸物體就能通過(guò)電磁耦合原理獲取物品的相關(guān)信息。物聯(lián)網(wǎng)中的感知層通常都要建立一個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)，該識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器以及中間信息系統(tǒng)三部分組成。其中，電子標(biāo)簽一般安裝在物品的表面或者內(nèi)嵌在物品內(nèi)層，標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)著物品的基本信息，以便于被物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備識(shí)別;讀寫(xiě)器有三個(gè)作用，一是讀取電子標(biāo)簽中有關(guān)待識(shí)別物品的信息，二是修改電子標(biāo)簽中待識(shí)別物品的信息，三是將所獲取的物品信息傳輸?shù)街醒胄畔⑾到y(tǒng)中進(jìn)行處理;中央信息系統(tǒng)的作用是分析和管理讀寫(xiě)器從電子標(biāo)簽中讀取的數(shù)據(jù)信息。

2.3 二維碼掃描

二維碼（2-dimensional bar code）又稱二維條碼、二維條形碼，是一種信息識(shí)別技術(shù)。二維碼通過(guò)黑白相間的圖形記錄信息，這些黑白相間的圖形是按照特定的規(guī)律分布在二維平面上，圖形與計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)相對(duì)應(yīng)，人們通過(guò)掃描槍就能將二維碼輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別和處理。

2.4 攝像頭

攝像頭具有視頻攝像/傳播和靜態(tài)圖像捕捉等基本功能，它是借由鏡頭采集圖像后，由攝像頭內(nèi)的感光組件電路及控制組件對(duì)圖像進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換成電腦所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后借由并行端口或USB連接輸入到電腦后由軟件再進(jìn)行圖像還原。

3 感知層主要信號(hào)傳輸技術(shù)

3.1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是典型的短距離無(wú)線通訊技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)感知層得到了廣泛應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)感知層重要的短距離信息傳輸技術(shù)之一。藍(lán)牙技術(shù)既可在移動(dòng)設(shè)備之間配對(duì)使用，也可在固定設(shè)備之間配對(duì)使用，還可在固定和移動(dòng)設(shè)備之間配對(duì)使用。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，解決了在無(wú)電線、無(wú)電纜的情況下進(jìn)行短距離信息傳輸?shù)膯?wèn)題。藍(lán)牙集合了時(shí)分多址、高頻跳段等多種先進(jìn)技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息交流，又能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的信息交流。藍(lán)牙在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面已經(jīng)相對(duì)成熟，相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，例如，其傳輸頻段就采用了國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz頻段。另外，該頻段之外還有間隔為1MHz的特殊頻段。藍(lán)牙設(shè)備在使用不同功率時(shí)，通信的距離有所不同，若功率為0dBm和20dBm，對(duì)應(yīng)的通信距離分別是10m和100m。

3.2 ZigBee技術(shù)

ZigBee指的是IEEE802.15.4協(xié)議，它與藍(lán)牙技術(shù)一樣，也是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù)的相關(guān)特性來(lái)看，它介于藍(lán)牙技術(shù)和無(wú)線標(biāo)記技術(shù)之間，因此，它與藍(lán)牙技術(shù)并不等同。

ZigBee傳輸信息的距離較短、功率較低，因此，日常生活中的一些小型電子設(shè)備之間多采用這種低功耗的通信技術(shù)。與藍(lán)牙技術(shù)相同，ZigBee所采用的公共無(wú)線頻段也是2.4GHz，同時(shí)也采用了跳頻、分組等技術(shù)。但ZigBee的可使用頻段只有三個(gè)，分別是2.4GHz（公共無(wú)線頻段）、868MHz（歐洲使用頻段）、915MHz（美國(guó)使用頻段）。ZigBee的基本速率是250Kbit/s，低于藍(lán)牙的速率，但比藍(lán)牙成本低，也更簡(jiǎn)單。ZigBee的速率與傳輸距離并不成正比，當(dāng)傳輸距離擴(kuò)大到134m時(shí)，其速率只有28Kbit/s，不過(guò)，值得一提的是，ZigBee處于該速率時(shí)的傳輸可靠性會(huì)變得更高。采用ZigBee技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)幾百個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，最高可達(dá)254個(gè)之多。這些特性決定了ZigBee技術(shù)能夠在一些特定領(lǐng)域比藍(lán)牙技術(shù)表現(xiàn)得更好，這些特定領(lǐng)域包括消費(fèi)精密儀器、消費(fèi)電子、家居自動(dòng)化等。然而，ZigBee只能完成短距離、小量級(jí)的數(shù)據(jù)流量傳輸，這是因?yàn)樗乃俾瘦^低且通信范圍較小。

4 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)感知層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)感知層設(shè)計(jì)的過(guò)程，主要考慮信號(hào)采集裝置和信號(hào)傳輸技術(shù)這兩個(gè)要點(diǎn)，根據(jù)具體項(xiàng)目需求選擇相應(yīng)的信號(hào)采集裝置及信號(hào)傳輸裝置，通過(guò)各種技術(shù)的協(xié)調(diào)合作，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)管理，為整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性打下基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：金佛榮（1982-），男，甘肅天水人，碩士研究生，講師，研究方向：測(cè)控技術(shù)。