传感器概述 || 了解物联网的耳眼口鼻

广义的定义：

狭义的定义：

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：

新韦式大词典中定义为：

由以上定义，我们可知传感器有这样三层含义：

传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路三部分组成。

敏感元件感受被测量，转换元件将响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。

传感器的核心部分是转换元件，转换元件决定传感器的工作原理。
     特征：由传统的分立式朝着集成化、数字化、多动能化、微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。

     输出：电量输出。
根据我国的传感器分类体系表，主要还是分为物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器三大类。
按工作原理分类

按技术分类

按应用分类

为什么会发展缓慢？主要是因为基础研究现在还无法跟上。
这个方向一直是我在跟踪和关注的，传感器开发和数据处理应该算是我的老本行。要想知道物联网究竟是什么，以及为什么发展会如此缓慢，就要了解它的技术沿革和发展历程。
物联网并不是一个很新的技术，它的本质便是上个世纪学术界开始兴起传感器网络、自组织及多跳网络（wireless sensor network, ad-hoc network, wireless multi-hop network）。RFID在智能物流上的应用只是最为基本的应用场景，当前的研究远比这个更为复杂。
随着微电子技术尤其是MEMS器件的高速发展，无线射频模块已经高度集成化、微型化且更加稳定，同时，使用传感器组网实现分布式数据采集有了现实的需求，尤其是在一些环境恶劣人工采集成本较高的场景当中（如森林、火灾场景、高压输电线、战场、太空，以及人工较难采集的情况，例如跟踪野生动物、空气检测等）。在人工检测成本较高的场景中的应用，是物联网技术发展的主要方向。
但是，回到最开始，要想实现一个分布式传感器采集网络即sensor network，看起来简单，但实际上却不是那么容易的事情。传统的无线网络如蜂窝、WLAN等等，在高速移动的情况下优化路由和带宽分配策略可以达到较好的通信质量。但是相应的方案放在传感器网络上就存在问题：
1、无线传感器网络的传感器节点往往处于不能直接供给能量的场景，也就是经常性只能使用电池或者太阳能供电，因此，传感器网络设计的重点在于保证功能完整情况下最大化地节能和增加网络的生存周期；、
2、无线模块发射距离和发射功率正相关，当通信的两节点之间的距离大于最大发射距离该怎么办？
3、当无线节点没有电怎么解决？
应该说能源供给问题是无线传感网络的研究中最核心的问题，这个领域最经典的理论都是在解决这三个基本问题。虽然现在学术界开始玩大数据，弄几个sensor，组个网采点数据，来个大数据分析看起来很高大上，但是如果这三个核心问题不解决，那么物联网这个东西就离商业化还很遥远。
回到这三个问题，第一个路由策略问题学术界已经有很多研究了，平面路由策略比如泛洪（Flooding）、SPIN、定向扩散等等。
第二个，当两个无线节点之间的通信距离太远，或者这个通信距离会消耗大量能量怎么办？为了解决这个问题，出现了多跳网络（multi-hop），以及自组织网络（ad-hoc），即，为了最大程度降低节点的无线发射距离从而减少能量消耗，节点会将数据包先发送给最近的一个节点，然后再发送给另外一个，以这种多节点中继和接力棒的方式进行通信，从而最大程度减少通信的能量消耗，这是多跳；自组织就更加复杂了，在ad-hoc里面，每一个节点既是网络节点又是路由器，每一个节点都可以当成是网关和外网通信，同时也可以转发数据包，从而使得无线传感网络在数据传输上更具有d性、能源消耗最大程度优化。但是组网和多跳策略是个挑战，如何选择最优化的路由和hop的方式是个问题。
第三个问题，节点如何供能？最先想到的应该是太阳能，但是太阳能电池板在面积有限的情况下供电能力有限。因此后来又出现了温差供能等等奇葩方式。最简单的方式其实应该是换电池。前年，U Washington的Gollakota组实现了backscatter应该是未来的大方向，这个组实现了一种无源传感器网络，即不需要供电，通过反向散射链路调制空间中的电磁信号进行供能和通信，从而彻底解决了供电问题。这应该算是一个突破，但是离商用还有些工作需要做。
无论当前物联网的概念炒作得多么火、如何花哨，它的实质就是实验室的这些东西，RFID这种东西在智能物流上的应用只是最基础的场景，而学术界的研究主要经历了三个阶段，第一个阶段是基于MEMS技术的小型化节点，最典型的代表是伯克利David Culler组的Smart Dust智能灰尘，节点之间采用散射光进行通信，传感器节点仅1mm³大小；第二个阶段是解决组网问题，即ad-hoc和multi-hop方式的自组织和多跳网络；到了第三个阶段，学术界开始于寻找应用场景，开始跟大数据结合，玩一些看起来“好玩的东西”。实际上，大数据概念最早的提出，也是因为物联网的兴起，传感器接入网络之后，大大增加了可以挖掘的数据量，网络上的数据不但包括社交网络这种来自用户的数据，还有了来自物理世界的数据。
这个方向的很多大牛都转向mobile computing或者进入工业界了。随着传感器网络方向开始式微，国内的物联网产业也开始降温了，其根本原因在于：
1、供能瓶颈太大，用过智能手机的应该体会很深，当前锂电池供电能力有限；
2、传感器微型化遇到瓶颈，虽然MEMS给传感器微型化提供了一个有效的技术思路，但是这个也依赖于工艺的提升，数字器件可以用很小的制程，但是模拟器件，尤其是CMOS，微型化还是有困难；
3、无线传感网络，以及这中间出现的自组织和多跳网络的典型系统，如Smart Dust，M³实际上还是比较适合于特种应用，如军事和火灾营救、太空中等等，商业应用需要挖掘更多的应用场景，前几天百度投资的Indoor Atlas采用监测地磁的方式做室内定位，这是一个好的场景，但是当前主流的室内定位技术实际上并没有很大的发展，一直存在技术瓶颈。
总之，物联网也好，CPS也好，这个方向在未来毋庸置疑有着广阔的发展前景，但是当前基础研究和相关技术还有待发展，因此看起来发展缓慢，其实就是停滞，都在等待一个颠覆性应用可以让sensor network诈尸。

物联网时代，是基于情景感知的个性化定制的体验时代。在社群经济发展的背景下，风险单位呈现出微型化及细分趋势，原有的大而全的保险产品必然要随之变革，个性化定制保险将成为新的保险产品提供方式和保险服务方式。个性化定制保险，首先要分解、细化原有保险产品，从全时型向短时型转变，从突出多功能向突出专一功能转变，从面向多方位朝着面向单一方位转变，预测、估算风险要更精确。其次要无缝对接各消费平台、消费场景，直接获取用户行为和场景数据信息，尤其要了解碎片化消费可能发生的风险。再次运用保险科技高效筛选并精确分析市场需求数据，准确判断用户需求，即时推送保险产品和服务。
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目前我国处于工业产业结构升级的重要发展阶段，未来工业制造业将逐渐向高端发展，这使得传感器等自动化相关产品迎来良好的发展机会。传感技术早已走进人类 社会 的方方面面，不仅是工业生产，连日常生活也离不开传感技术。

工业电子领域，在生产、搬运、检测、维护等方面均涉及智能传感器，如机械臂、AGV导航车、AOI检测等装备。在消费电子和医疗电子产品领域，智能传感器的应用更具多样化。如智能手机中比较常见的智能传感器有距离传感器、光线传感器、重力传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘等。可穿戴设备最基本的功能就是通过传感器实现运动传感器，通常内置MEMS加速度计、心率传感器、脉搏传感器、陀螺仪、MEMS麦克风等多种传感器。智能家居（如扫地机器人、洗衣机等）涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测、安防感应等传感器等技术。

传感材料、MEMS 芯片、驱动程序和应用软件是智能传感器实现这些功能的核心技术，特别是 MEMS 芯片，由于其具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高并能与微处理器集成等特点，已成为智能传感器的重要载体。

MEMS全称Micro Electromechanical System，即微机电系统，是将微电子与精密机械结合发展的工程技术，尺寸在1微米到100微米量级，核心功能是将物理信号转换为电子设备能够识别的电信号，主要用于传感器。这需要MEMS器件具有通道、孔、悬臂、膜、腔等一系列结构以测量环境变量，涵盖机械（移动和旋转）、光学、电子（开关和计算）、热学、生物等功能结构，涉及众多交叉学科。

一个真正意义上的智能传感器应该具有如下功能：

1）自校准、自动标定和自动补偿功能；

2）自动采集数据、逻辑判断和数据处理功能；

3）自动调整、自适应功能；

4）一定程度的存储、识别和信息处理功能；

5）双向通信、标准数字化输出或者符号输出功能；

6）算法判断、决策处理的功能。

下面以光学传感器为例，介绍基于MEMS的智能传感器技术进展。

光学传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多、传感器的结构简单，因此光学传感器的应用领域非常广泛，如LED照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。非接触和非破坏性测量是光学传感器的一大优势，在电子产品检测领域应用较多。

从技术和产品趋势看，MEMS传感器正在向四化——智能化、集成化、低功耗化、微型化演进。

加入信号处理功能，实现智能化。现代传感器作为电子产品的“感知中枢”，通过加入微控制单元和相应信号处理算法，还可以承担自动调零、校准和标定等功能，实现终端设备的智能化。

传感器呈现多项功能高度集成化和组合化。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩，在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。

传感器低功耗化需求日趋增加。随着物联网等应用对传感需求的快速增长，传感器使用数量急剧增加，能耗也将随之翻倍。降低MEMS功耗，增强续航能力的需求将会伴随传感器发展的始终，且日趋强烈。

微型化不可逆，MEMS向NEMS演进。与MEMS类似，NEMS（纳机电系统）是专注纳米尺度领域的微纳系统技术，只不过尺寸更小。而随着终端设备小型化、种类多样化，MEMS向更小尺寸演进是大势所趋。

随着新材料，新技术的广泛应用，基于各种功能材料的新型传感器件得到快速发展，其对制造的影响愈加显著。未来，智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高灵敏度、高可靠性将是新型传感器件的发展趋势，新型传感材料与器件将是未来智能传感技术发展的重要方向。

传感网 传感网 定义：随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。 功能：借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。 以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，它给我们的生活带来了深刻的变化，然而在目前，网络功能再强大，网络世界再丰富，也终究是虚拟的，它与我们所生活的现实世界还是相隔的，在网络世界中，很难感知现实世界，很多事情还是不可能的，时代呼唤着新的网络技术。传感网络正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术，它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等等技术，可以预见，在不久的将来，传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。 无线传感网 无线传感网络技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术，可以广泛应用于GF军事、国家安全、环境科学、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息化建设等领域。无线传感器网络(WSNs)是由许许多多功能相同或不同的无线传感器节点组成，每一个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/AC能量转换器)等组成。近期微电子机械加工(MEMS)技术的发展为传感器的微型化提供了可能，微处理技术的发展促进了传感器的智能化，通过MEMS技术和射频(RF)通信技术的融合促进了无线传感器及其网络的诞生。传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化，正经历着一个从传统传感器(Dumb Sensor)→智能传感器(Smart Sensor)→嵌入式Web传感器(Embedded Web Sensor)的内涵不断丰富的发展过程。 国际上比较有代表性和影响力的无线传感网络实用和研发项目有遥控战场传感器系统(Remote Battlefield Sensor System，简称 REMBASS --伦巴斯)、网络中心战(NCW)及灵巧传感器网络(SSW))、智能尘(smart dust)、IntelMote、Smart -Its项目、SensIT、SeaWeb、行为习性监控(Habitat Monitoring)项目、英国国家网格等。尤其是今年最新试制成功的低成本美军“狼群”地面无线传感器网络标志着电子战领域技战术的最新突破。俄亥俄州正在开发“沙地直线”(A Line intheSand)无线传感器网络系统。这个系统能够散射电子绊网(tripwires)到任何地方，以侦测运动的高金属含量目标。民用方面，美日等发达国家在对该技术不断研发的基础上在多领域进行了应用。 英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校正领导着微尘技术的研究工作。他们成功创建了瓶盖大小的全功能传感器，可以执行计算、检测与通信等功能。2002年，英特尔研究实验室研究人员将处方药瓶大小的32个传感器连进互联网，以读出缅因州“大鸭岛”上的气候，评价一种海燕巢的条件。而2003年第二季度，他们换用150个安有D型微型电池的第二代传感器，来评估这些鸟巢的条件。他们的目的是让世界各国研究人员实现无入侵式及无破坏式的、对敏感野生动物及其栖居地的监测。该公司开发出了用于家庭护理的无线传感器网络系统。根据演示，试制系统通过在鞋、家具，以及家用电器中嵌入半导体传感器，帮助老年人、阿尔茨海默氏病患者，以及残障人士的家庭生活。该系统利用无线通信将各传感器联网，可高效传递必要的信息，从而方便病人接受护理，还可以减轻护理人员的负担。该无线传感器网络系统是英特尔公司在阿尔茨海默氏病患者家庭的合作下，历时一年研究完成的，2004年下半年开始试用。 日立制作所与YRP泛在网络化研究所2004年11月24日宣布开发出了全球体积最小的传感器网络终端。该终端为安装电池的有源无线终端，可以搭载温度、亮度、红外线、加速度等各种传感器。设想应用于大楼与家庭的无线传感器以及安全管理方面。 三菱电机日前开发成功了一种设想用于传感器网络的小型低耗电无线模块。能够使用特定小功率无线构筑对等(Ad-hoc)网络。目标是取代目前利用专线构筑的家用安全网络，计划2005年～2006年达到实用水平。具体而言，与红外线传感器配合，检测是否有人、与加速度传感器配合，检测窗玻璃和家具的振动、与磁传感器配合，检测门的开关，等等。 在旧金山，200个联网微尘已被部署在金门大桥。这些微尘用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离—可以精确到在强风中为几英尺。当微尘检测出移动距离时，它将把该信息通过微型计算机网络传递出去。信息最后到达一台更强大的计算机进行数据分析。任何与当前天气情况不吻合的异常读数都可能预示着大桥存在隐患。 我国现代意义的无线传感网及其应用研究几乎与发达国家同步启动，1999年首次正式出现于中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的信息与自动化领域研究报告中，作为该领域提出的五个重大项目之一。随着知识创新工程试点工作的深入，2001年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心，引领院内的相关工作，并通过该中心在无线传感网的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目，参加单位包括上海微系统所、声学所、微电子所、半导体所、电子所、软件所、中科大等十余个校所，初步建立传感网络系统研究平台，在无线智能传感网络通信技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统等方面取得很大的进展，2004年9月相关成果在北京进行了大规模外场演示，部分成果已在实际工程系统中使用。国内的许多高校也掀起了无线传感器网络的研究热潮。清华大学、中国科技大学、浙江大学、华中科技大学、天津大学、南开大学、北京邮电大学、东北大学、西北工业大学、西南交通大学、沈阳理工大学和上海交通大学等单位纷纷开展了有关无线传感器网络方面的基础研究工作。一些企业如中兴通讯公司等单位也加入无线传感器网络研究的行列。 传感网在民用方面，涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。国内从事传感网应用的大企业目前为数不多，小企业呈现蓬勃发展的势头。北京鼎天软件有限公司，主要从事城市公共安全应急指挥系统建设，已经承担扬州电子政务和扬州应急指挥系统。上海电器科学研究院主要从事智能交通方面的工程，已经承担上海市内、外环智能交通工程。嘉兴中科无线传感网科技有限公司在数字航道、城市应急系统、机场监控等方面有较好的技术背景，相关项目工程正在进行中。沈阳东软、北大青鸟、亿阳信通等企业也传感网应用方面有所涉足，目前主要在电子政务方面，正在向公共安全应急指挥系统进发。 物联网 所谓“物联网”（Internet of Things），指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置 [1] 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结 合起来而形成的一个巨大网络。其目的，是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。 物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的其中非常重要的技术是RFID电子标签技术 以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。在这个网络中，系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。 物联网又称“传感网”，以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，它给我们的生活带来了深刻的变化，然而在目前，网络功能再强大，网络世界再丰富，也终究是虚拟的，它与我们所生活的现实世界还是相隔的，在网络世界中，很难感知现实世界，很多事情还是不可能的，时代呼唤着新的网络技术。 无线传感网络正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术，它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等等技术，可以预见，在不久的将来，无线传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。 定义：随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。 英文名：Wireless Sensor Networks；缩写：WSN 功能：借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。 目前较为成型的分布式网络集成框架是EPCglobal提出的EPC网络。EPC网络主要是针对物流领域，其目的是增加供应链的可视性（visibility）和可控性（control），使整个物流领域能够借助RFID技术获得更大的经济效益。 EPC网络的关键技术包括： EPC编码：长度为64位、96位和256位的ID编码，出于成本的考虑现在主要采用64位和96位两种编码。EPC编码分为四个字段，分别为：①头部，标识编码的版本号，这样就可使电子产品编码采用不同的长度和类型；②产品管理者，如产品的生产商；③产品所属的商品类别；④单品的唯一编号。 Savant，介于阅读器与企业应用之间的中间件，为企业应用提供一系列计算功能。它首要任务是减少从阅读器传往企业应用的数据量,对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集、计算等 *** 作，同时Savant还提供与ONS、PML服务器、其他Savant互 *** 作功能。 对象名字服务，类似于域名服务器DNS，ONS提供将EPC编码解析为一个或一组URLs的服务，通过URLs可获得与EPC相关产品的进一步信息。 信息服务，以PML格式存储产品相关信息，可供其他的应用进行检索，并以PML的格式返回。存储的信息可分为两大类，一类是与时间相关的历史事件记录，如原始的RFID阅读事件（记录标签在什么时间，被哪个阅读器阅读），高层次的活动记录如交易事件（记录交易涉及的标签）等；另一类是产品固有属性信息，如产品生产时间、过期时间、体积、颜色等。 物理标示语言，PML是在XML的基础上扩展而来，被视为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准。在EPC网络中，所有有关商品的信息都以物理标示语言PML来描述，是EPC网络信息存储和交换的标准格式。

嵌入式的机遇
无论是物联网三要素(感知行)，还是智慧地球3i，CPS的3C，实际上都是在讲一件事：人、机、物的和谐发展。这对嵌入式系统的要求是什么陈章龙教授认为：
第一要多功能化、低功耗、微型化，这些已经都在做了，比如无线传感器的结点的智能汇集，传感器的设计趋向一体化。由于嵌入式系统无处不在，有的可做得很小，例如智能灰尘，它里面的一些软件，即嵌入式软件也需要很小。
第二，嵌入式系统要网络化。假如现在就把互联网复制到物联网，这在技术上是行不通的，因为我们面向对象是数据，是连续的、动态的、是非结构化的。所以浏览就不能简单地设为嵌入式浏览器，因此需要在低端和高端之间建立信息中间件，OSGi (Open Service Gateway initiative)应运而生(图2)，是开放性的机构，专门针对汽车电子、家庭网络、移动设备和工业环境等特定领域的互联网中间件的应用。例如，OSGi联盟专门成立了一个名为汽车专家组(Vehicle Expert Group)的特别机构，为OSGi在汽车电子领域的应用制定规范 。

童鞋你好！

物联网是以计算机科学为基础，包括网络、电子、射频、感应、无线、人工智能、条码、云计算、自动化、嵌入式等技术为一体的综合性技术及应用，它要让孤立的物品(冰箱、汽车、设备、家具、货品等等）接入网络世界，让它们之间能相互交流、让我们可以通过软件系统 *** 纵himer、让himer鲜活起来。

科技创新改变生活，物联网以及延伸的人工智能必将为未来带来自便利的美好生活。

人类总是在追求自便利的美好生活，物联网很有前瞻性。

下一波的IT浪潮就是云计算、物联网、人工智能、生物技术。

目前物联网是新新事物，教学资源紧张是正常的，新新事物风险和机遇并存。

请相信机遇的东西确实是过了这个村，没了这个店，物联网目前就像初期的计算机专业一样，
等它成熟了，等你看到它的发展了，那时候你就落后，只能在前人后面捡烟头。

好好把握学习这个专业的机会，目前物联网处于发展初期，等你毕业刚好是大展拳脚的好时机！

请特别关注：
1、智能家居 2、智能交通 3、智能医疗 4、智能电网 5、
智能物流 6、智能农业 7、智能电力 8、智能工业 9、质量追溯
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来自:广州溯源—物联网、云计算、人工智能---构建绿色未来

B

试题分析：正确的意识是主观形式和客观内容的统一。意识是人脑的机能。人们不可以通过技术使物体具有意识。故②③项错误。物联网向人们展示的新的生活方式说明了意识具有能动作用。人们可以根据事物固有的联系建立新的联系。本题选B项。 点评：本题考查考生对材料的分析和理解，材料型的选择题，如果考生不理解材料，那就不知道该如何选起，所以考生一定要先弄懂材料的意思，然后再结合所学知识选择出对应的选项。此类题型是高考经常考查的题型。本题难度适中。

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