《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件

《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件,傳感器及檢測(cè)技術(shù),傳感器,檢測(cè),技術(shù),配套,PPT,課件 PPT模板下載： 檢測(cè)系統(tǒng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目錄1 1任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)2 2任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)3 3任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 項(xiàng)目九 檢測(cè)系統(tǒng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握檢測(cè)系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)的工作原理。了解并掌握系統(tǒng)各部分的作用和工作原理。了解干擾的種類和來(lái)源。了解抗干擾的措施。了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和組成。了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)一、檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖如圖9-1所示。任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)二、檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理 在一個(gè)通常的檢測(cè)（控制）系統(tǒng)中，首先由傳感器將被測(cè)的非電量，如溫度、壓力、位移等轉(zhuǎn)換為電量，再由信號(hào)調(diào)理電路將傳感器輸出的電量進(jìn)行適當(dāng)處理后進(jìn)入微處理器。通過(guò)微處理器的分析處理后，一路在顯示記錄器上輸出；若有控制輸出，則另一路由數(shù)模轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)信號(hào)變換或者直接由數(shù)字量輸出去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)二、檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理1.傳感器輸出模擬信號(hào) 當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)為微弱的小信號(hào)時(shí)，要經(jīng)過(guò)放大、濾波、采樣保持、再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入微機(jī)進(jìn)行處理；對(duì)于傳感器輸出較大的模擬電壓信號(hào)時(shí)，需要使用限幅電路進(jìn)行幅度限制后，再送模數(shù)轉(zhuǎn)換器。任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)二、檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理2.傳感器輸出開(kāi)關(guān)量或頻率信號(hào) 當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)量或頻率信號(hào)時(shí)，若符合TTL電平要求，可以直接送入微機(jī)；若不符合TTL電平要求，則要經(jīng)過(guò)放大、整形和變換后再送入微機(jī)。任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹 通常，檢測(cè)信號(hào)的放大采用集成運(yùn)算放大器。集成運(yùn)放具有電壓增益高、輸入阻抗大、輸出阻抗小、使用方便、穩(wěn)定可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。（一）信號(hào)的放大任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹1.反相放大器反相放大器如圖9-2所示。（一）信號(hào)的放大任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹2.同相放大器同相放大器如圖9-3所示。（一）信號(hào)的放大任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹3.測(cè)量放大器 測(cè)量放大器如圖9-4所示，由三個(gè)運(yùn)放組成。其中第一級(jí)是兩個(gè)對(duì)稱的同相放大器，它不僅提高了輸入阻抗和共模抑制比，而且變雙端輸入為單端輸出。（一）信號(hào)的放大任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（一）信號(hào)的放大任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹 在檢測(cè)系統(tǒng)中一般存在著一定的非線性誤差，這些誤差主要來(lái)自傳感器本身，例如溫度測(cè)量中，熱電偶的輸出電勢(shì)與溫度、熱電阻的阻值與溫度之間都是非線性關(guān)系。為了提高系統(tǒng)精度，要對(duì)傳感器進(jìn)行線性化處理，處理方法分為硬件方法和軟件方法兩種。（二）傳感器線性化處理任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。當(dāng)被測(cè)量變化很快時(shí)，為了使ADC的輸入信號(hào)在轉(zhuǎn)換期間保持不變，需要使用采樣保持器。采樣保持器原理如圖9-5所示。當(dāng)模式控制電壓為采樣電平時(shí)，開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通，電容CH充電，輸出電壓uO隨輸入電壓Ui的變化而變化。（三）采樣保持電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（三）采樣保持電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹1.選擇ADC的要點(diǎn) 通常所說(shuō)的A/D轉(zhuǎn)換器是指將模擬信號(hào)進(jìn)行量化、編碼，轉(zhuǎn)換為n位二進(jìn)制數(shù)字量信號(hào)的集成電路。實(shí)際上，量化、編碼是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)完成的，并無(wú)明顯界線。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換原理和特點(diǎn)的不同，可把它分成兩大類：直接A/D轉(zhuǎn)換（直接ADC）和間接A/D轉(zhuǎn)換（間接ADC）。（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹2.ADC與單片機(jī)的接口電路（1）8位ADC與單片機(jī)的接口電路 ADC0808/0809芯片是8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。兩種芯片的主要區(qū)別在于精度不同，ADC0808的最大不可調(diào)誤差為1/2LSB，而ADC0809的最大不可調(diào)誤差為1LSB。它們與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖9-7所示。（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（2）12位ADC與單片機(jī)的接口電路 AD574A是12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它的轉(zhuǎn)換速度最大為35 s，轉(zhuǎn)換精度005，是應(yīng)用廣泛、價(jià)格適中的芯片。它與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖9-8所示。（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（3）雙積分型ADC與單片機(jī)的接口電路 5G14433是3位半雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。它具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高（相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù)）、自動(dòng)較零、自動(dòng)極性輸出、自動(dòng)量程控制信號(hào)輸出、動(dòng)態(tài)字位掃描BCD碼輸出、單基準(zhǔn)電壓、外接元件少、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。但其轉(zhuǎn)換速度慢，為110次/s。它與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖9-9所示。（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹1.DAC的分類 根據(jù)D/A工作原理的不同，可把它分成兩大類：直接D/A轉(zhuǎn)換和間接D/A轉(zhuǎn)換。直接DAC是將數(shù)字代碼直接轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；間接ADC是先將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成中間變量，再將中間變量轉(zhuǎn)換成模擬量。（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹2.DAC與單片機(jī)的接口電路（1）8位DAC與單片機(jī)的接口電路 DAC0830/0831/0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，三種芯片可相互代換。這個(gè)系列芯片具有價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等特點(diǎn)。它與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖9-10所示。（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（2）12位DAC與單片機(jī)的接口電路 DAC1208/1209/1210系列是12位D/A轉(zhuǎn)換器。它與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖9-11所示。（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng)三、檢測(cè)系統(tǒng)各部分介紹（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)一、干擾與噪聲 噪聲的產(chǎn)生和存在是不受接收者的影響、與有用信號(hào)無(wú)關(guān)而獨(dú)立的。干擾是相對(duì)有用信號(hào)而言的，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值，并和有用信號(hào)一起進(jìn)入儀器并影響其正常工作時(shí)才形成干擾。噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過(guò)程。干擾在滿足一定條件時(shí)，可以消除。但噪聲一般情況下，難以消除，只能減弱。（一）干擾與噪聲的區(qū)別任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)一、干擾與噪聲1.噪聲源產(chǎn)生噪聲信號(hào)的設(shè)備被稱為噪聲源，如變壓器、電機(jī)、高壓電線等產(chǎn)生了空中電磁信號(hào)。2.傳播途徑傳播途徑是指噪聲源發(fā)出的信號(hào)的傳播路徑。3.接收載體接收載體是指受影響的設(shè)備的某個(gè)環(huán)節(jié)，由于吸收了噪聲信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生了影響。（二）形成干擾的條件任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測(cè)量干擾 差模干擾是信號(hào)接收器的一個(gè)輸入端子的電位相對(duì)另一個(gè)輸入端子的電位發(fā)生變化，即干擾信號(hào)與有用信號(hào)疊加在一起。常見(jiàn)的差模干擾有：外交變磁場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行電磁耦合，外高壓交變電場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行漏電耦合等。（一）差模干擾任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測(cè)量干擾抗差模干擾的措施有：合理設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)并采用屏蔽措施，防止外界進(jìn)入干擾和內(nèi)部寄生耦合干擾。信號(hào)傳輸采取抗干擾措施，針對(duì)具體情況可以采用雙絞信號(hào)傳輸線、傳感耦合端加濾波器、金屬隔離屏蔽線等措施來(lái)消除差模干擾。采用電流或數(shù)字量進(jìn)行傳送。（一）差模干擾任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測(cè)量干擾 共模干擾是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)地（接地點(diǎn)），在信號(hào)接收器的兩個(gè)輸入端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響測(cè)量結(jié)果，但是當(dāng)信號(hào)接收器的輸入電路參數(shù)不對(duì)稱時(shí)將會(huì)引起測(cè)量誤差。（二）共模干擾任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測(cè)量干擾抗共模干擾的措施有：對(duì)于由敏感元件組成橋路的傳感器，為了減小供電電源所引起的共模干擾，可采用正負(fù)對(duì)稱的電源供電，使電橋輸出端形成的共模干擾電壓接近于零。測(cè)量電流采用輸入端對(duì)稱電路或用差分放大器來(lái)提高抑制共模干擾的能力。采用合理的接地系統(tǒng)，減小共模干擾形成的干擾電流流入測(cè)量電路。（二）共模干擾任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制 屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料把元器件、傳輸導(dǎo)線和電路等包起來(lái)，以隔離內(nèi)、外電磁場(chǎng)的相互干擾。屏蔽可分為三種，即電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。電場(chǎng)屏蔽主要用來(lái)防止元器件或電路間因分布電容耦合形成的干擾。磁場(chǎng)屏蔽主要用來(lái)消除元器件或電路間因磁場(chǎng)寄生耦合產(chǎn)生的干擾，磁場(chǎng)屏蔽的材料一般都選用高磁導(dǎo)系數(shù)的磁性材料。電磁屏蔽主要用來(lái)防止高頻電磁場(chǎng)的干擾。（一）屏蔽任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制 電子設(shè)備或傳感器中的地指的是一個(gè)等電位點(diǎn)，它是電路的基準(zhǔn)電位點(diǎn)，與基準(zhǔn)電位點(diǎn)相連接，就是接地。1.地線的種類（1）保護(hù)地線出于安全防護(hù)的目的將電子設(shè)備的外殼屏蔽層接地用的地線叫做保護(hù)地線。（二）接地任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制（2）信號(hào)地線電子設(shè)備中的地線，除特別說(shuō)明接大地外，一般都是指電信號(hào)的基準(zhǔn)電位的信號(hào)地線。信號(hào)地線又分為模擬信號(hào)地線和數(shù)字信號(hào)地線兩種。（3）信號(hào)源地線傳感器可看作是測(cè)量設(shè)備的信號(hào)源，信號(hào)源地線是傳感器本身的零信號(hào)電位基準(zhǔn)公共線。由于傳感器在現(xiàn)場(chǎng)，二次儀表在控制室內(nèi)，因此兩者接地要求是不同的。（二）接地任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制（4）負(fù)載地線負(fù)載的電流一般較前級(jí)信號(hào)電流大很多，負(fù)載地線上的電流在地線中產(chǎn)生的干擾也大，因此對(duì)負(fù)載地線和信號(hào)地線有不同的要求。有時(shí)為了可靠工作，兩種地線完全隔離，通過(guò)磁耦合和光耦合來(lái)傳輸信號(hào)。（5）屏蔽層地線（機(jī)殼地線）屏蔽層地線是為了防止靜電干擾或電磁干擾而設(shè)置的地線。（二）接地任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制2.地線的處理（1）強(qiáng)電地線與信號(hào)地線分開(kāi)設(shè)置強(qiáng)電地線是指電源地線、大功率負(fù)載地線等，它流過(guò)的電流大，在地線電阻上會(huì)產(chǎn)生毫伏級(jí)或伏級(jí)電壓降。若這種地線與信號(hào)地線公用，將產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。因此信號(hào)地線與強(qiáng)電地線要分開(kāi)設(shè)置。（2）模擬信號(hào)地線與數(shù)字信號(hào)地線分開(kāi)設(shè)置數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，且是交變的脈沖，流過(guò)地線的電流也呈脈沖，而模擬信號(hào)一般較弱。（二）接地任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制（3）低頻電路要一點(diǎn)接地“一點(diǎn)接地”就是把多個(gè)接地點(diǎn)用導(dǎo)線連接到一點(diǎn)，再將該點(diǎn)接地。采用一點(diǎn)接地，可以有效克服地電位差的影響和共有地線的共同阻抗引起的干擾。（4）高頻電路要多點(diǎn)接地對(duì)于高頻電路，地線上因具有電感而增加了地線阻抗，同時(shí)各地線間又產(chǎn)生互感耦合。若地線較長(zhǎng)，應(yīng)采用多點(diǎn)接地。（二）接地任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制 浮置又稱為浮空、浮接，是測(cè)量?jī)x表的輸入信號(hào)放大器公共地不接機(jī)殼或大地。浮置阻斷了干擾電流的通路，測(cè)量系統(tǒng)浮置后，明顯加大了系統(tǒng)信號(hào)放大器公共線與大地或外殼間的阻抗，因此浮置能大大減小共模干擾電流，提高共模干擾抑制能力。（三）浮置任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制 當(dāng)電路信號(hào)在兩端接地時(shí)，容易形成地環(huán)路電流，引起噪聲干擾。一般常采用隔離的方法，把電路的兩端從電路上隔開(kāi)。隔離的方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離。在兩個(gè)電路之間加入隔離變壓器可以切斷地環(huán)路，實(shí)現(xiàn)前后電路的隔離，變壓器隔離只適用于交流電路。在直流或超低頻測(cè)量系統(tǒng)中，常采用光電耦合的方法實(shí)現(xiàn)電路的隔離。（四）隔離任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制 濾波是抑制噪聲干擾的最有效手段之一，特別是對(duì)抑制由導(dǎo)線耦合到電路中的噪聲干擾，它是一種被廣泛采用的技術(shù)手段。所謂濾波法，就是用電容和電感線圈或電容和電阻組成濾波器接在測(cè)量電路輸入端、放大器輸入端或測(cè)量橋路與放大器之間，以阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器，使干擾信號(hào)衰減。常用的有RC型、LC型及雙T型等形式的濾波器。（五）濾波任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)四、內(nèi)部干擾的抑制 將變壓器一次側(cè)繞組進(jìn)行屏蔽，并將屏蔽接地，二次側(cè)繞組也應(yīng)同時(shí)屏蔽，如圖9-12所示。（一）采用隔離措施任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)四、內(nèi)部干擾的抑制 圖9-13所示為隔離變壓器供電示意圖。使用隔離變壓器應(yīng)將一次側(cè)、二次側(cè)繞組屏蔽，二次側(cè)繞組屏蔽與中間抽頭相連接，隔離變壓器與線路之間的相互連接線包括屏蔽線（因?yàn)檫@些屏蔽線是處在信號(hào)屏蔽的延伸之中）必須完全封閉，如果封閉不嚴(yán)密，則隔離變壓器的屏蔽受到影響；若用配線管，則必須進(jìn)行屏蔽處理，不允許與其他的地接觸。（二）采用隔離變壓器供電任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)四、內(nèi)部干擾的抑制（二）采用隔離變壓器供電任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是利用一組集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)感知、采集和監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域中對(duì)象的信息，用自帶的微處理器對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過(guò)自組織的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式傳送，使終端用戶得到需要的信息。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：1.傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node）傳感器節(jié)點(diǎn)由內(nèi)置傳感器、微處理器、無(wú)線通信及小型電池等組成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點(diǎn)。它把有效探測(cè)區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和待測(cè)對(duì)象物理參數(shù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶終端。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念2.自組織網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開(kāi)無(wú)需依賴任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過(guò)分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，開(kāi)機(jī)后節(jié)點(diǎn)就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念3.動(dòng)態(tài)拓?fù)?無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，部分節(jié)點(diǎn)附著檢測(cè)物體隨處移動(dòng)；部分節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障而退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；部分節(jié)點(diǎn)因彌補(bǔ)失效節(jié)點(diǎn)和增加監(jiān)測(cè)精度而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣M織功能。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能事件檢測(cè)監(jiān)測(cè)事件的發(fā)生并估計(jì)事件發(fā)生過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)。目標(biāo)監(jiān)測(cè)用于區(qū)分被監(jiān)測(cè)對(duì)象。如在用于交通管理的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可檢測(cè)車輛的車型。目標(biāo)跟蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的跟蹤。如在交通管理的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可跟蹤肇事逃逸車輛的行動(dòng)軌跡，從而幫助及時(shí)破案。參數(shù)計(jì)算計(jì)算在給定區(qū)域中相關(guān)參數(shù)的值。如在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，需要確定溫度、濕度、大壓力、光照度和PM2.5等參數(shù)。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 隨著微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，為開(kāi)發(fā)低功耗、小體積、低價(jià)格，同時(shí)集成有微傳感器、微處理器和無(wú)線通信等多種功能部件的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)提供了重要技術(shù)條件，使得開(kāi)發(fā)類似“灰塵”的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)成為可能。（一）傳感器節(jié)點(diǎn)的低功耗、微型化、高集成度和低價(jià)格任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 通過(guò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域密集布設(shè)大量相同或不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)，可以獲取密集的空間信息或針對(duì)同一現(xiàn)象的多維信息，對(duì)這些信息進(jìn)行分布式處理后，可以有效地提高檢測(cè)或識(shí)別目標(biāo)的準(zhǔn)確度，并降低對(duì)單一傳感器節(jié)點(diǎn)的精度要求。通過(guò)節(jié)點(diǎn)的密集布設(shè)，可以在同一區(qū)域內(nèi)存在大量冗余節(jié)點(diǎn)，由此提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了單一傳感器節(jié)點(diǎn)的可靠性要求。（二）傳感器節(jié)點(diǎn)的密集布設(shè)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用協(xié)作式信息采集、處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)取Ｍㄟ^(guò)協(xié)作，多個(gè)相同或不同類型傳感器從不同位置或不同角度共同感知對(duì)象，能獲得更精確和完整的信息、能處理更復(fù)雜的任務(wù)、能延伸通信距離和改善通信質(zhì)量等。（三）協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織主要包括自組織通信、網(wǎng)絡(luò)功能的自調(diào)度以及網(wǎng)絡(luò)的自管理等。由于傳感器節(jié)點(diǎn)是采用隨機(jī)性布設(shè)，如通過(guò)飛機(jī)播撒、炮彈攜帶或人工隨意放置的方式，節(jié)點(diǎn)的位置和相鄰關(guān)系是不能預(yù)先確定的。（四）自組織網(wǎng)絡(luò)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 傳感器節(jié)點(diǎn)采用無(wú)線方式進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間、傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通信，這種方式大大提高了網(wǎng)絡(luò)布設(shè)及應(yīng)用的靈活性，通信線纜的節(jié)省降低了整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本。（五）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成 典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9-14所示。大量傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)在監(jiān)測(cè)對(duì)象周圍，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)自組織快速形成一個(gè)感知網(wǎng)絡(luò)，在感知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，節(jié)點(diǎn)之間既是信息的采集和發(fā)送者，又是信息的路由者，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多跳傳遞到sink節(jié)點(diǎn)（匯聚點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)）。（一）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成（一）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成 傳感器節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要環(huán)節(jié)，其基本組成如圖9-15所示。它包括如下幾個(gè)單元：（二）傳感器節(jié)點(diǎn)任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成傳感器模塊絕對(duì)值相等、符號(hào)相反的誤差在多次重復(fù)測(cè)量中出現(xiàn)的可能性相等，即正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相同。處理器模塊絕對(duì)值很大的誤差出現(xiàn)的概率趨于零，即誤差有一定的實(shí)際限度。無(wú)線收發(fā)模塊相同條件下，當(dāng)n時(shí)，隨機(jī)誤差的代數(shù)和等于零。能量供應(yīng)模塊絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的概率大，絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的概率小。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)（sink）和傳感器節(jié)點(diǎn)的協(xié)議棧如圖9-16所示，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五部分組成，與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對(duì)應(yīng)。同時(shí)由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的特殊性，協(xié)議棧增加了能量管理、移動(dòng)管理、任務(wù)管理三個(gè)平臺(tái)，使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠以高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。（三）傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究起源于軍事領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍涵蓋軍事應(yīng)用、工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、智能建筑、交通控制等領(lǐng)域。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目前由于技術(shù)等方面的制約，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，但已有不少的系統(tǒng)投入了使用，主要集中在以下領(lǐng)域：1.軍事應(yīng)用（1）戰(zhàn)場(chǎng)偵察在敵方陣地附近部署各種類型傳感器，了解敵方部隊(duì)動(dòng)向、布防、武器裝備等相關(guān)信息。（2）核、生、化監(jiān)測(cè)利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可發(fā)現(xiàn)和獲取己方陣地上核、生、化污染的數(shù)據(jù)，及早防護(hù)，減小損失。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（3）安全警戒利用紅外、振動(dòng)等類型傳感器組成網(wǎng)絡(luò)代替哨兵，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化安全警戒。（4）物資管理利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)裝備、彈藥、物資管理的“可視化”，保障戰(zhàn)場(chǎng)需要。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2.環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù) 隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)高密度地獲取數(shù)據(jù)提供了方便，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式給環(huán)境帶來(lái)的侵入式破壞。（1）森林防火 在重要林區(qū)布設(shè)溫度、煙塵等類型傳感器節(jié)點(diǎn)，可提前有效預(yù)測(cè)火災(zāi)的發(fā)生以及火勢(shì)的蔓延方向等。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（2）洪災(zāi)預(yù)警通過(guò)在河流、水壩、山區(qū)等關(guān)鍵觀測(cè)點(diǎn)布置一些水壓、濕度、雨量等類型傳感器節(jié)點(diǎn)，可在洪水到來(lái)之前預(yù)警，及時(shí)預(yù)防和排除險(xiǎn)情，減少損失。（3）水源水質(zhì)監(jiān)測(cè)通過(guò)在城市飲用水源布設(shè)檢測(cè)水位、水的各種含量的傳感器節(jié)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)掌握水質(zhì)情況。（4）生物生態(tài)研究通過(guò)布設(shè)紅外、攝像、氣壓、濕度、光等類型的傳感器節(jié)點(diǎn)，研究人員可在不驚擾某些珍稀動(dòng)物的前提下，觀察它們的生活環(huán)境和生活習(xí)性，為生物生態(tài)研究提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用3.醫(yī)療監(jiān)護(hù) 通過(guò)在患者身上佩戴血壓、脈搏、體溫等類型傳感器節(jié)點(diǎn)，醫(yī)生可以實(shí)時(shí)監(jiān)視患者的生命參數(shù)和位置，一旦有異常，醫(yī)生可及時(shí)救援。通過(guò)這種方法，可以對(duì)一些冠心病、腦溢血等病人進(jìn)行24h監(jiān)控，又不妨礙病人的日常起居和生活質(zhì)量。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用4.建筑物監(jiān)測(cè)（1）古建筑保護(hù) 對(duì)珍貴的古建筑進(jìn)行保護(hù)，是一個(gè)長(zhǎng)期重要的工作。將溫度、濕度、壓力、加速度、光照等類型傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)在重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象周圍，無(wú)需拉線鉆孔，便可有效地對(duì)建筑物進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控。任務(wù)三 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（2）橋梁監(jiān)測(cè) 通過(guò)布設(shè)壓電、加速度、超聲、濕度等類型傳感器節(jié)點(diǎn)，可有效構(gòu)建三維立體的防護(hù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)測(cè)橋梁、高架橋的各種參數(shù)。對(duì)一些老舊的橋梁，橋墩長(zhǎng)期受到水流的沖刷和侵蝕，傳感器節(jié)點(diǎn)可實(shí)時(shí)獲得橋梁的振動(dòng)幅度、橋墩結(jié)構(gòu)及溫濕度的參數(shù)，及時(shí)預(yù)防和減少損失。