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采集裝置及感知層主要信號傳輸技術(shù)，對各種裝置和技術(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)計提供了有價值的參考。

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)將檢測信息轉(zhuǎn)換為電信號，并傳輸?shù)叫畔⒋鎯?、處理平臺，實(shí)現(xiàn)對物品的實(shí)時監(jiān)控和自動管理。而這種功能得以實(shí)現(xiàn)，離不開各種技術(shù)的協(xié)調(diào)合作。目前信號采集主要涉及的技術(shù)有傳感器技術(shù)、射頻識別技術(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 感知層主要信號采集裝置

2.1 傳感器

做為一種檢測裝置，傳感器會先感知外界信息，然后將這些信息通過特定規(guī)則轉(zhuǎn)換為電信號，最后由傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接嬎銠C(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)信號轉(zhuǎn)換為電信號;電子線路作為轉(zhuǎn)換電路可以調(diào)節(jié)信號，將電信號轉(zhuǎn)換為可供人和計算機(jī)處理、管理的有用電信號。

2.2 射頻識別裝置

射頻技術(shù)是無線自動識別技術(shù)之一，人們又將其稱為電子標(biāo)簽技術(shù)。利用該技術(shù)，無需接觸物體就能通過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射頻識別系統(tǒng)，該識別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫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)存儲著物品的基本信息，以便于被物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備識別;讀寫器有三個作用，一是讀取電子標(biāo)簽中有關(guān)待識別物品的信息，二是修改電子標(biāo)簽中待識別物品的信息，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，是一種信息識別技術(shù)。二維碼通過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，圖形與計算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)相對應(yīng)，人們通過掃描槍就能將二維碼輸入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的識別和處理。

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圖像進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換成電腦所能識別的數(shù)字信號，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)既可在移動設(shè)備之間配對使用，也可在固定設(shè)備之間配對使用，還可在固定和移動設(shè)備之間配對使用。該技術(shù)將計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，解決了在無電線、無電纜的情況下進(jìn)行短距離信息傳輸?shù)膯栴}。藍(lán)牙集合了時分多址、高頻跳段等多種先進(jìn)技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的信息交流，又能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)的信息交流。藍(lán)牙在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面已經(jīng)相對成熟，相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺，例如，其傳輸頻段就采用了國際統(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，通信的距離有所不同，若功率為0dBm和20dBm，對應(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，也是一種短距離無線通信技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù)的相關(guān)特性來看，它介于藍(lán)牙技術(shù)和無線標(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所采用的公共無線頻段也是2.4GHz，同時也采用了跳頻、分組等技術(shù)。但ZigBee的可使用頻段只有三個，分別是2.4GHz（公共無線頻段）、868MHz（歐洲使用頻段）、915MHz（美國使用頻段）。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，其速率只有28Kbit/s，不過，值得一提的是，ZigBee處于該速率時的傳輸可靠性會變得更高。采用ZigBee技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)幾百個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，最高可達(dá)254個之多。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、家居自動化等。然而，ZigBee只能完成短距離、小量級的數(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

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)計的過程，主要考慮信號采集裝置和信號傳輸技術(shù)這兩個要點(diǎn)，根據(jù)具體項(xiàng)目需求選擇相應(yīng)的信號采集裝置及信號傳輸裝置，通過各種技術(shù)的協(xié)調(diào)合作，實(shí)現(xiàn)對物品的實(shí)時監(jiān)控和自動管理，為整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性打下基礎(chǔ)。

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