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1、- 1 传感器、物联网的背景及战略意义1.1 传感器、物联网背景传感器技术作为现代科技的前沿技术,同计算机技术与通信技术组成现代信息技术的三大基础,也为当今物联网的发展铺平了道路,传感器更是物联网在工业领域应用的关键。(1)传感器。根据ＧＢ/Ｔ7665—2005“传感器通用术语”国家标准,传感器的定义为:能感受规定的被测量,并按照一定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。(2)传感器节点。传感器节点通常由3部分组成:传统意义上的传感器、微处理器、网络接口。根据不同要求,这3部分可采用不同芯片的组合,也可以是单片式的。首先由传感器将被测物理量转换为电信号,通过Ａ/Ｄ
2、转化为数字信号,经微处理器数据处理(滤波、校准)后,由网络接口模块完成与网络的数据交换。(3)智能传感器(ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｅｎｓｏｒ,ＳｍａｒｔＳｅｎｓｏｒ)。智能传感器这一慨念是由国外引进的,通常定义为:带有微处理器,具有信息处理功能的传感器。这里的“处理功能”主要包括:自检测、自修正、自保护功能。如自动采集数据、自检验、自处理、自动存贮和记忆;自校零、自校正、自标定、自补偿;自寻故障、自修正等。判断、决策、思维功能。能根据输入信息进行判断和制定决策、通过软件控制做出多种决定。双向通信、标准化数字输出或符号输出功能。智能传感器的结构原理框图如图1所示。(4)物联网(Ｉｎｔｅｒｎ
3、ｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ)。物联网尚无统一定义,根图1 智能传感器结构图据有关资料,比较能接受的定义是:通过信息传感设备(器),按照约定的协议,把任何物品与网络连接,实现信息的智能化管理与监控的一种网络。物联网的特征是:联网中的物品均可寻址、可控制、可通信。物联网的核心基础仍是互联网,是互联网的延伸和拓展。互联网是全球性的,物联网往往是行业性的或区域性的。有人认为与其说物联网是网络,不如说物联网是业务或应用。物联网的支撑技术主要包括:传感技术(传感器技术、ＲＦＩＤ技术、感知/识别技术)、计算机技术(云计算)、通信技术(低功耗高带宽无线通信技术、移动通信技术)、网络技术(无线数传网络、ＷＳＮ技
4、术)、电源技术等。1.2 传感器在物联网中的战略意义1.2.1 物联网对传感器的特性要求为了满足物联网大规模、低成本、无人值守、环境复杂、电池供电等外界环境条件,智能传感器需满足以下条件:微型化:物联网的特点要求传感器微型化。要求传感器的 .--- 2 ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ.2010 特征尺为μｍ级或ｎｍ级,质量为ｇ或ｍｇ级,体积为ｍｍ3级。低成本:低成本是物联网大规模应用的前提。在传感器设计时采用低成本设计方法,提高传感器成品率,突破产业化生产技术,实现产业化生产。低功耗:因物联网是靠电池长期供电,为节约能源,传感器必须采用低功耗供
5、电。采用低功耗设计原则,在技术路线上采用太阳能、光能、生物能作为传感器电源。抗干扰:能抗电磁幅射、雷电、强电场、高湿、障碍物等恶劣环境。灵活性:传感器节点在物联网中应用时,节点通过提供一系列的软、硬件标准,能实现面向应用的灵活编程要求。1.2.2 传感器在物联网中的战略意义传感器是物联网的重要组成之一,是物联网系统中的关键组成部分。传感器的性能决定物联网性能。传感器是物联网中获得信息的唯一手段和途径,传感器采集信息的准确、可靠、实时将直接影响到控制节点对信息的处理与传输。传感器的特性、可靠性、实时性、抗干扰性等性能,对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。传感器升级提升了网络升级。传感
6、器技术的升级换代将提升网络的升级换代。当信息采集用第一代模拟传感器时,产生第一代传感器网络;当信息采集仍用第一代模拟传感器,控制站之间采用数字通信,产生第二代传感器网络;当信息采集采用第二代数字传感器或第三代智能传感器时,控制和通信采用全数字化技术,则产生第三代传感器网络;当信息采集采用第四代网络化智能传感器时,则产生物联网。传感器是物联网发展的瓶颈。我国传感器产业面临许多突出问题:技术创新能力很弱,企业的技术创新主体难以确立,国家研发投入严重不足;产业结构不合理,产业链失衡,重研发、轻应用,产品附加值不高;体制机制不完善,创业投资机制不健全,政策环境不适应产业化发展;国际分工地位较低,
7、不具备有国际竞争力的高技术企业,无知名产品、无知名品牌、无知名企业;传感技术人才短缺,特别是高技术人才匮乏。相对于计算机技术、通信技术,传感器技术在国内处于弱势地位,存在问题众多,与国外的差距在进一步扩大。传感器产业化决定物联网市场应用前景。未来10年,物联网将有上万亿元的高科技市场,其产业要比互联网大3倍,在大力发展物联网的同时,如果不发展传感器技术,则大量传感器势必从国外进口,传感器市场被国外占有,不仅经济损失巨大,而且国家安全
