傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

前言

　　隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，日常生活中各式各樣的非電量需要轉(zhuǎn)換為電量，因此用于完成轉(zhuǎn)換的傳感器技術(shù)日趨重要，傳感器廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮著不可或缺的作用。在汽車行業(yè)中，傳感器的應(yīng)用推動(dòng)著汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，使得汽車更加安全、舒適和節(jié)能?！　∧壳?，傳感器技術(shù)已滲透到生活的方方面面，如果要解決在檢測(cè)過程中遇到的問題，就必須熟悉傳感器技術(shù)，同時(shí)要掌握如何選擇合適的傳感器，并清楚其應(yīng)用的場(chǎng)合。　　本書主要介紹典型傳感器的工作原理及其應(yīng)用，同時(shí)加入了最新的信息技術(shù)——物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在編寫過程中，始終注意以下兩點(diǎn)：一是通俗易懂，二是貼近實(shí)際。全書共分為11章，第1章介紹傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)；第2～9章分別介紹熱電偶式、電阻式、電感式、電容式、壓電式、霍爾式、光電式、新型傳感器的原理及應(yīng)用，在基本知識(shí)的基礎(chǔ)上加入了汽車傳感器的相關(guān)內(nèi)容，并且引入汽車傳感器的4個(gè)技能實(shí)訓(xùn)，以提高學(xué)生對(duì)汽車傳感器的興趣及實(shí)踐能力；第10章介紹傳感器信號(hào)的處理；第11章介紹最新的信息技術(shù)——物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?！　”緯勺鳛殡娮有畔㈩悓I(yè)本科、高職高專的教材，也可作為相關(guān)從業(yè)人員、中等職業(yè)學(xué)校老師的參考資料。本書作為高等學(xué)校電子信息類專業(yè)教材，要求學(xué)生具有電工、電子的基本知識(shí)。本書作為教材使用時(shí)，應(yīng)該將教學(xué)重點(diǎn)放在傳感器原理及應(yīng)用部分，在理論的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。　　本書在編寫過程中參閱了大量相關(guān)資料，并引用了部分參考文獻(xiàn)中的內(nèi)容，由于時(shí)間倉(cāng)促，未能與著作者一一聯(lián)系，在此表示衷心的感謝?！　¤b于傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，加之編者水平有限，書中難免有疏漏和不足，懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材·汽車類高端技能人才實(shí)用教材：傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》內(nèi)容包括傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)、傳感器的原理和應(yīng)用、傳感器信號(hào)的處理和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)四個(gè)部分，此外還引入了在汽車中使用的傳感器知識(shí)，加入了汽車傳感器的技能實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。第一部分介紹傳感器的基本概念、靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性、標(biāo)定和校準(zhǔn)。第二部分介紹熱電偶式、電阻式、電感式、電容式、壓電式、霍爾式、光電式、新型傳感器的原理及應(yīng)用，其中包括汽車傳感器的原理及技能實(shí)訓(xùn)。第三部分介紹傳感器信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、放大、轉(zhuǎn)換、非線性修正和干擾抑制。第四部分介紹物聯(lián)網(wǎng)的定義、背景及發(fā)展現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)組成、支撐技術(shù)以及應(yīng)用。本書為任課教師提供電子課件?！　　镀胀ǜ叩冉逃笆濉币?guī)劃教材·汽車類高端技能人才實(shí)用教材：傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》內(nèi)容通俗易懂，貼近實(shí)際應(yīng)用，可以作為電子信息類本科、高職高專教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 傳感器概述 1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)與傳感器 1.2 傳感器的概念 1.2.1 傳感器的定義和組成 1.2.2 傳感器的分類 1.2.3 傳感器的代號(hào) 1.3 傳感器的基本特性 1.3.1 靜態(tài)特性 1.3.2 動(dòng)態(tài)特性 1.4 傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 1.4.1 傳感器的標(biāo)定 1.4.2 傳感器的校準(zhǔn) 本章小結(jié) 習(xí)題1 第2章 熱電偶傳感器 2.1 熱電偶傳感器的工作原理 2.1.1 熱電效應(yīng) 2.1.2 熱電偶的基本定律 2.2 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式及材料 2.2.1 常用熱電偶的基本結(jié)構(gòu)形式 2.2.2 熱電偶材料 2.3 熱電偶的冷端補(bǔ)償 2.3.1 補(bǔ)償導(dǎo)線法 2.3.2 冷端恒溫法 2.3.3 計(jì)算修正法 2.3.4 電橋補(bǔ)償法 本章小結(jié) 習(xí)題2 第3章 電阻式傳感器 3.1 電阻應(yīng)變式傳感器 3.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理 3.1.2 電阻應(yīng)變片的類型和結(jié)構(gòu) 3.1.3 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 3.1.4 電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 3.2 熱電阻式傳感器 3.2.1 金屬熱電阻式傳感器 3.2.2 半導(dǎo)體熱敏電阻式傳感器 3.2.3 熱電阻式傳感器的應(yīng)用 3.3 氣敏電阻式傳感器 3.3.1 氣敏電阻式傳感器的工作原理 3.3.2 氣敏電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)和分類 3.3.3 氣敏電阻式傳感器的應(yīng)用與檢測(cè) 3.4 濕敏電阻式傳感器 3.4.1 大氣濕度與露點(diǎn) 3.4.2 濕敏電阻式傳感器的工作原理及類型 3.4.3 濕敏電阻式傳感器的應(yīng)用 3.5 技能實(shí)訓(xùn)一 3.5.1 進(jìn)氣溫度傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 3.5.2 進(jìn)氣溫度傳感器的電路連接圖 3.5.3 進(jìn)氣溫度傳感器的檢測(cè)方法 3.6 技能實(shí)訓(xùn)二 3.6.1 氧傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 3.6.2 氧傳感器的電路連接圖 3.6.3 氧傳感器的檢測(cè)方法 本章小結(jié) 習(xí)題3 第4章 電感式傳感器 4.1 自感式傳感器 4.1.1 自感式傳感器的工作原理 4.1.2 自感式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 4.1.3 自感式傳感器的應(yīng)用 4.2 差動(dòng)變壓器式傳感器 4.2.1 差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理 4.2.2 差動(dòng)變壓器式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 4.2.3 差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用 4.3 電渦流式傳感器 4.3.1 電渦流效應(yīng) 4.3.2 電渦流式傳感器的工作原理 4.3.3 電渦流式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 4.3.4 電渦流式傳感器的應(yīng)用 本章小結(jié) 習(xí)題4 第5章 電容式傳感器 5.1 電容式傳感器的工作原理 5.1.1 變面積式電容傳感器 5.1.2 變極距式電容傳感器 5.1.3 變介電常數(shù)式電容傳感器 5.2 電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 5.2.1 電橋電路 5.2.2 調(diào)頻電路 5.2.3 運(yùn)算放大器電路 5.2.4 二級(jí)管雙T型電橋電路 5.3 電容式傳感器的應(yīng)用 5.3.1 電容測(cè)厚儀 5.3.2 電容式壓差傳感器 5.3.3 電容式油量表 5.3.4 電容式接近開關(guān) 本章小結(jié) 習(xí)題5 第6章 壓電式傳感器 6.1 壓電效應(yīng)和壓電材料 6.1.1 壓電效應(yīng) 6.1.2 壓電材料 6.2 壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 6.2.1 壓電式傳感器的等效電路 6.2.2 壓電式傳感器的測(cè)量電路 6.3 壓電式傳感器的應(yīng)用 6.3.1 壓電式力傳感器 6.3.2 壓電式加速度傳感器 6.3.3 彎曲式壓電加速度傳感器 6.3.4 火炮堂內(nèi)壓力測(cè)試 6.3.5 壓電式血壓傳感器 6.3.6 監(jiān)測(cè)結(jié)冰狀況的冰傳感器 6.4 技能實(shí)訓(xùn)三 6.4.1 爆震傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 6.4.2 共振型壓電式爆震傳感器的電路圖 6.4.3 共振型壓電式爆震傳感器的檢測(cè) 本章小結(jié) 習(xí)題6 第7章 霍爾傳感器 7.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件 7.1.1 霍爾效應(yīng) 7.1.2 霍爾元件 7.2 霍爾傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 7.2.1 霍爾傳感器的基本電路 7.2.2 霍爾傳感器的集成電路 7.2.3 基本誤差及補(bǔ)償 7.3 其他磁傳感器 7.3.1 磁阻元件 7.3.2 磁敏二極管 7.3.3 磁敏三極管 7.4 霍爾傳感器的應(yīng)用 7.4.1 霍爾壓力傳感器 7.4.2 霍爾加速度傳感器 7.4.3 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 7.4.4 霍爾計(jì)數(shù)器 7.4.5 霍爾無觸點(diǎn)開關(guān) 7.5 技能實(shí)訓(xùn)四 7.5.1 霍爾式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 7.5.2 霍爾式曲軸位置傳感器的信號(hào)特性 7.5.3 霍爾式曲軸位置傳感器的檢測(cè)方法 本章小結(jié) 習(xí)題7 第8章 光電式傳感器 8.1 光電效應(yīng)與光電元件 8.1.1 光電效應(yīng) 8.1.2 光電元件 8.2 光電元件的基本應(yīng)用電路 8.2.1 光敏電阻的基本應(yīng)用電路 8.2.2 光敏二極管的基本應(yīng)用電路 8.2.3 光敏三極管的基本應(yīng)用電路 8.3 新型光電傳感器 8.3.1 色彩傳感器 8.3.2 紅外傳感器 8.3.3 圖像傳感器 8.4 光電傳感器的應(yīng)用 8.4.1 光電式濁度計(jì) 8.4.2 反射式煙霧報(bào)警器 8.4.3 光電式帶材跑偏檢測(cè)器 8.4.4 光電器件在車載網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用 本章小結(jié) 習(xí)題8 第9章 新型傳感器 9.1 光纖傳感器及其應(yīng)用 9.1.1 光纖的基本概念 9.1.2 光纖傳感器的工作原理 9.1.3 光纖傳感器的分類 9.1.4 光纖傳感器的應(yīng)用 9.2 超聲波傳感器及其應(yīng)用 9.2.1 超聲波的物理性質(zhì) 9.2.2 超聲波傳感器的應(yīng)用 9.3 微波傳感器及其應(yīng)用 9.3.1 微波的物理性質(zhì) 9.3.2 微波傳感器的工作原理 9.3.3 微波傳感器的分類 9.3.4 微波傳感器的應(yīng)用 本章小結(jié) 習(xí)題9 第10章 傳感器的信號(hào)處理 10.1 調(diào)制與解調(diào) 10.1.1 調(diào)制與解調(diào)的概念 10.1.2 幅值調(diào)制與幅值解調(diào) 10.1.3 頻率調(diào)制與頻率解調(diào) 10.2 信號(hào)的放大 10.2.1 比例放大器 10.2.2 電橋放大器 10.2.3 線性放大器 10.2.4 交流電壓同相放大器 10.2.5 測(cè)量放大器 10.2.6 隔離放大器 10.3 信號(hào)在傳輸過程中的轉(zhuǎn)換技術(shù) 10.3.1 A/D轉(zhuǎn)換 10.3.2 D/A轉(zhuǎn)換 10.4 信號(hào)的非線性校正 10.4.1 校正曲線的求取 10.4.2 模擬量的非線性校正 10.4.3 數(shù)字量的非線性校正 10.5 干擾抑制技術(shù) 10.5.1 干擾的產(chǎn)生 10.5.2 干擾的來源 10.5.3 電磁干擾概述 10.5.4 差模干擾和共模干擾 10.5.5 抗干擾的措施 本章小結(jié) 習(xí)題10 第11章 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 11.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義 11.1.1 什么是物聯(lián)網(wǎng) 11.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)術(shù)語 11.1.3 物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)的定義 11.2 物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的背景及發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.1 IT行業(yè)新的革命 11.2.2 物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的背景 11.2.3 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 物聯(lián)網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò) 11.3.1 傳感器與RFID 11.3.2 傳感器與傳感網(wǎng) 11.3.3 傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng) 11.3.4 泛在網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng) 11.3.5 互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng) 11.4 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)組成 11.5 物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù) 11.5.1 傳感器技術(shù) 11.5.2 RFID技術(shù) 11.5.3 EPC技術(shù) 11.5.4 攝像頭 11.5.5 ZigBee技術(shù) 11.5.6 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 11.5.7 終端設(shè)備 11.5.8 MEMS技術(shù) 11.5.9 智能技術(shù) 11.6 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 11.6.1 智能家庭 11.6.2 智能物流 11.6.3 智能醫(yī)療 11.6.4 智能電網(wǎng) 11.6.5 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例 11.6.6 物聯(lián)網(wǎng)到車聯(lián)網(wǎng) 本章小結(jié) 習(xí)題11 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   11.1.1 什么是物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是“Internet of Things”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這里有兩層含義：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)：第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。 這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：①要有相應(yīng)信息的接收器；②要有數(shù)據(jù)傳輸通路；③要有一定的存儲(chǔ)功能；④要有CPU；⑤要有操作系統(tǒng)；⑥要有專門的應(yīng)用程序；⑦要有數(shù)據(jù)發(fā)送器；⑧遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；⑨在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識(shí)別的唯一編號(hào)。 物聯(lián)網(wǎng)將新一代的IT技術(shù)融入在各行各業(yè)，在鐵路、公路、隧道、橋梁、電網(wǎng)等系統(tǒng)中嵌入感應(yīng)器，感應(yīng)器感應(yīng)到的信息送入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物體信息的交互。在整個(gè)過程中，需要足夠強(qiáng)大的計(jì)算能力，用于控制網(wǎng)絡(luò)中的人員、機(jī)器、設(shè)備等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的智能控制。 11.1.2物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)術(shù)語 物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義就會(huì)想到是關(guān)于物體之間關(guān)系的一種網(wǎng)絡(luò)。但是由于其涉及的技術(shù)知識(shí)非常廣泛，而且與生活息息相關(guān)，各個(gè)行業(yè)的從業(yè)人員都從自已行業(yè)的角度，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)做出界定，相關(guān)人員對(duì)這個(gè)概念出現(xiàn)了“盲人摸象”的狀態(tài)。 物聯(lián)網(wǎng)的定義在英文百科里的說法是：“The Internet of Things refers to a network ofobjects，such as household appliances.”如果翻譯成中文就是：像家用電器一樣的物體的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。“物聯(lián)網(wǎng)”基本上就是英文“Internet of Things”的中文直譯。Internet在英文中是由“INTER-NET working”縮寫得來的，不管是中文還是英文，都很順口?！拔锫?lián)網(wǎng)”（Internet of Things）并非縮寫而來，因此不是很順口，在英文的場(chǎng)合中物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)常被其他的詞匯代替，如傳感網(wǎng)（Sensor Networks）、M2M（Machine to Machine）、智慧地球（Smart Planet或Smart Earth）、泛在計(jì)算（Pervasive Computing）等。 據(jù)考證，“Internet of Things”這個(gè)詞最早應(yīng)該是MIT研究RFID的Auto-ID中心主任Ashton教授1999年提出來的。同年，在美國(guó)召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議也提出：“傳感網(wǎng)是21世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）2005年的報(bào)告對(duì)“Internet of Things”這個(gè)詞的普及起到了推波助瀾的作用，進(jìn)一步具體描繪了“物聯(lián)網(wǎng)”的時(shí)代圖景。 在美國(guó)，專業(yè)技術(shù)人員更習(xí)慣把物聯(lián)網(wǎng)叫做M2M，就和大家熟悉的B2B、B2C一樣。而在國(guó)內(nèi)，M2M這個(gè)詞不大被人們所接受，而“數(shù)字城市”、“兩化融合”等名詞卻受到大家的認(rèn)可。 11.1.3 物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)的定義 目前在國(guó)內(nèi)被普遍認(rèn)為的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過視頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。 這個(gè)定義不是很全面，也不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)可以存在于內(nèi)網(wǎng)和專網(wǎng)中間，而且目前還占大部分，“把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來”的說法不是很準(zhǔn)確。

編輯推薦

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