专业:测控技术与仪器
班级:08测控
姓名:单雨
目 录
引言 1
1传感器课程设计的目的和任务 2
11目的 2
12要求 2
2传感器设计方案的选择 3
21传感器种类的选择 3
22传感器支承的选择 4
23电级结构的选择 5
3传感器机械设计各部分的参数确定 7
31晶片的参数 7
311压电系数 7
312晶片的直径的确定 9
32验算 9
33电极的设计 12
34d簧设计 12
4传感器整体的结构设计 15
附录 16
参考书目 17
引 言
压电式压力传感器基于压电效应的压力传感器。它的种类和型号繁多，按d性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成（见图）。压电元件支撑于本体上，由膜片将被测压力传递给压电元件，再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号(见压电式传感器)。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。现代测量技术对传感器的性能出越来越高的要求。例如用压力传感器测量绘制内燃机示功图，在测量中不允许用水冷却，并要求传感器能耐高温和体积小。压电材料最适合于研制这种压力传感器。目前比较有效的办法是选择适合高温条件的石英晶体切割方法,例如XYδ（+20°～+30°）割型的石英晶体可耐350℃的高温。而LiNbO3单晶的居里点高达1210℃，是制造高温传感器的理想压电材料。
压电式压力传感器的结构类型很多，但它们的基本原理与结构仍与前述压电式加速度和力传感器大同小异。突出的不同点是，它必须通过d性膜、盒等，把压力收集、转换成力，再传递给压电元件。为保证静态特性及其稳定性，通常多采用石英晶体作压电元件。压电压力传感器种类及型号繁多，按d性敏感元件分，主要有两种，活塞式和膜片式。在压电式传感器中，常采用两或两片以上的压电元件组合、并联两种方式工作，并联时，输出电容大、电荷大，同时，时间常数τ= 大，宜于用于缓慢信号的测量，并宜用于以电荷作输出的场合。串联时，输出电压高，自身电容小，宜使用于输出为电压及测量电路的输入阻抗很高的场合。活塞式压力传感器也分为中压活塞式和高压活塞式传感器。根据要求选择的时活塞式直接支承并联式传感器。其主要是根据外界受力的变化来转变成电压的变化从而测到外界的压力的变化,压力与外接电压是一个线性变化的关系。下面就是压电式压力传感器的具体选择方案等说明书
1传感器课程设计的目的和任务
11目的
（1） 巩固所学知识，加强对传感器原理的进一步理解；
（2） 理论与实际相结合，“学以致用”；
（3） 综合运用知识，培养独立设计能力；
（4） 着重掌握典型传感器的设计要点，方法与一般过程；
（5） 培养学生精密机械与测控电路的设计能力。
12要求
(1)．设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、安全性、先进性及 *** 作维修方便。如果可以用比较简单的方法实现要求，就不必过份强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单纯考虑简单、经济；
(2)．独立完成作业。设计时可以收集、参考传感器同类资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；
(3)．在课程设计中，要随时复习传感器的工作原理。积极思考。不能直接向老师索取答案和图纸。
(4) 设计传感器测头机械机构方案,绘制总装图(CAD为工具),编写传感器设计说明书。
2传感器设计方案的选择
设计一台活塞式压电式压力传感器
设计的参数
1量程范围（压缩）40 MPa
2灵敏度为16×10-3pC/Pa
3固有频率≥40kHz
4线性度≤1％
5绝缘电阻≥1012Ω
压电式压力传感器的结构类型很多，但它们的基本原理与结构仍与前述压电式加速度和力传感器大同小异。突出的不同点是，它必须通过d性膜、盒等，把压力收集、转换成力，再传递给压电元件。为保证静态特性及其稳定性，通常多采用石英晶体作压电元件。其结构主要是由本体、d性敏感元件和压电转换元件组成。
21 传感器种类的选择
压电压力传感器种类及型号繁多，按d性敏感元件分，主要有两种，活塞式和膜片式。
活塞式压电式传感器的应用特点：
(1)灵敏度和分辨率高，线性范围大，结构简单、牢固，可靠性好，寿命长；
(2)体积小，重量轻，刚度、强度、承载能力和测量范围大，动态响应频带宽，动态误差小；
(3) 易于大量生产，便于选用，使用和校准方便，并适用于近测、遥测。
（a）中压活塞式 传感器 (b) 膜片式石英压力传感器结构图
图 1 压电式压力传感器结构图
图(a) 1本体 2活塞3d簧4晶片5绝缘套6晶片7电极 8绝缘套9晶体10垫块
图(b) 1街头 2绝缘套3芯体4绝缘管 5电极引线6本体7晶体8压块9绝缘管10压紧螺母11繁定螺母
22传感器支承的选择
(a) 直接支承 (b)间接支承
图 2 压电压力传感器结构简图
1本体 2支撑螺杆3压电转换元件4电极5压电转换元件6膜片
图1 中(a)为晶片直接支承在本体上 （b） 为晶片间接支承在本体上。这两种结构形式的谐振频率相差很大。
23 电级结构的选择
传感器的固有频率为 0¬2=K/m，为了使活塞活动灵活，必须增加长度，这样将使质量 增加而使 下降，一般取 0 30kHz 。如果采用导电胶粘接晶片和电极，可提高刚度K，使 0 提高至40kHz。
在压电式传感器中，常采用两或两片以上的压电元件组合、并联两种方式工作，如下图所示。
（a）并联方式 （b）串联方式
图3 压电式的连接方式
(1)并联结构
如图5（a）所示，负极集中在中间，正极为上、下两个面的串联，此种方式称为并联方式。
n片并联时，并联输出电容为
输出电压为
极板上电荷为
式中 n ¬——片数；
C1、U1、Q1——单片时的电容、电压、电荷量。
(2)串联结构
如图5（b）所示，上极板为正极，下极板为负极，中间正、负电荷抵消方式称为串联结构形式。
输出电荷量为
输出电压为
输出电容量为
由此可见：
（1） 并联时，输出电容大、电荷大，同时，时间常数τ= 大，宜于用于
慢信号的测量，并宜用于以电荷作输出的场合。
（2） 串联时，输出电压高，自身电容小，宜使用于输出为电压及测量电路的
入阻抗很高的场合。
根据要求选择的时活塞式直接支承并联式传感器
3传感器机械设计各部分的参数确定:
31晶片参数确定
311 压电系数
根据正压电效应原理可知，当一个平行于X轴的力Fx作用于垂直于X轴的压电元件的平面上时，则在该平面上产生的点和密度为
1=d11 1=d11=d11 （3-1）
式中 d11———压电系数：晶体受单位力作用时产生的电荷量；
1———Ax面上的作用应力。
所以，在d性限内电荷密度 1与应力（作用力）成正比。
如果同时在压电原件的x、y、z三个轴向上作用拉（压）力，对yz、xy、xz平面上作用切向力，则个平面上的电荷密度可用数学表达式表示如下：
1= d11 1+ d12 2+ d13 3+ d14 23+ d15 31+ d16 12
2= d21 1+ d22 2+ d23 3+ d24 23+ d25 31+ d26 12 （3-2）
3= d31 1+ d32 2+ d33 3+ d34 23+ d35 31+ d36 12
式中 1、 2、 3——Ax、Ay、Az 各平面上的电荷密度；
1、 2、 3——Ax、Ay、Az平面上作用的轴向应力；
23、 31、 12——切向应力；
dij——压电系数
将式（1-8）以矩阵形式表示，则有
1
2
1 3
2 =D 4
3 5
6
式中 4= 23， 5= 31， 6= 12
d11 d12 d13 d14 d15 d16
D= d11 d12 d13 d14 d15 d16 （3-3）
d11 d12 d13 d14 d15 d16
式（1-4）称为压电系数矩阵。实验得到石英晶体的压电系数矩阵为
231 -231 0 067 0 0
D= 0 0 0 0 -067 -462 （3-4）
0 0 0 0 0 0
由式（3-4）可知
（1） 压电系数矩阵是正确选择力—电转换方式和转换效率的重要依据；
（2） 石英晶体不是在任何方向都存在压电效应；
（3） 石英晶体的压电系数共有18个。但由于晶体的对称性，可以确定的压电系数只有两个。
对于右旋石英晶体， <0和 >0：对于左旋石英晶体则是 >0, <0，即
= 23× C/N, = 73× C/N
312晶片的直径的确定
为纵向灵敏度的计算公式为
SQ =nd11•A （3-5）
SQ=16×10-3 Pc/Pa=16×10-15C/Pa
所以 16× =2×23× ×A
A=348
A=
D=2106mm
晶片直径及厚度大于05mm
32验算
d性元件的材料应具有：
（1)强度高和耐蚀性好；
（2)d性模量要高；
（3)温度系数要低。
d性储能是衡量d性材料的一个重要指标。d性储能是指单位体积所吸收最大变形的功，它表示在d性元件的材料吸收最大变形功时，而不产生永久变形的能力。
最大变形功为
式中 W——最大d性变形功；
——d性极限；
E——d性模量。
由上式可见：
（1）要使W增加，则必使E减小；
（2）但d性元件要求有较高E值；
（3）以上两者矛盾，综合考虑，常取E值高的材料作d性元件；
（4）测量超高压时，选用超高强度的合金材料（ >1600MPa），如马氏体、不锈钢、镍钴钼合金等。
无论选用哪种材料，都要求具有良好的机械加工性能、热处理性能和焊接性能好等。
要保持具有良好的线性。
具有良好的线性关系必使在最大动态力作用下不脱离接触，此时，必须满足以下条件：在最大动态力作用下产生的变形 不超过预应力产生的变形x，即
最大动态力为 ，由胡克定律，由
因而，在此动态力作用下产生的变形为
在位移 下产生的d性力为
所以最小预用力为
显然， ，预应力的下限值应取 。
机械强度的设计计算
（1） 根据使用条件和测量要求合理选择材料；
（2） 合理设计整体结构和零件尺寸；
（3） 用于超高压测量的传感器要进行连接螺纹的强度校合，以满足整个传感器强度要求和可靠性。压力传感器的强度设计主要是对d性元件和转换元件。
设： 为被测最大压力；A为膜片有效受力面积；A’为压电转换元件（晶片）的面积； 为压电元件（晶片）的强度极限；[ ]为允许应力。则压电元件（晶片）上承受的最大力为
= •A
=40× ×348×
=139× N
33电极设计
纵向效应晶体组件的设计
晶体元件一般设计成机械串联（受力）、电气并联，以薄金属片做电极（图9-41），或以金属镀层做电极（图9-42）。
以金属片为电极的应用较为普遍，因其结构工艺简单。
（a）金属薄片式 (b)金属镀层式
图4 晶体元件组
34d簧设计
图5 d簧设计图
1d簧的作用：
保证测头与被测目标可靠接触。
2设计要求：
测量力要求：小于100g，不能太硬。
行程要求： 2mm，伸缩行程。
3关于材料的选择和参数计算：
d簧材料的选择，应根据d簧承受载荷的性质、应力状态、应力大小、工作温度、环境介质、使用寿命、对导电导磁的要求、工艺性能、材料来源和价格等因素确定。d簧材料除了注意其化学成分外，还应特别注意其冶金及热处理的工艺质量。相同成分的材料由于冶金及热处理工艺质量不同，其机械性能往往有很大差别。传感器内部d簧较小，选用经预先热处理的油淬火回火的d簧钢丝。
考虑最大工作负荷为 ，并且在低温下使用的d簧材料，应具有良好的低温韧性。碳素d簧钢丝、琴钢丝和 1Cr18Ni9 等奥氏体不锈钢d簧钢丝、铜合金、镍合金有较好的低温韧性和强度，本传感器还需要该材料膨胀系数变化极小。综上各因素，我们小组决定选取材料1Cr18Ni9，其许用切应力 ，通过查阅机械手册表，选取其d簧指数为C=14，则曲度系数
。
计算d簧丝径 ，选取标准值 。
d簧中径 。节距一般取 ，这里取 。根据量程 ，查机械手册表，选取d簧工作圈数的标准值 ，由此得d簧自由高度 。压缩高度 。
表1d簧设计所有参数
丝径 中径 载荷 压缩高度 自由高度
035 5 01kg 1225 4
为了进一步提高d簧的许用剪切应力，需对d簧采取强压处理。经强压处理后的d簧，可提高d簧的许用剪切应力，最高可增加25％左右。强压处理的基本原理是将d簧预制的比要求的自由高度高一些，然后压缩d簧至并紧，使其应力超过d簧材料的d性极限。强压处理过的d簧再加载时，其许用d性极限比强压处理前提高很多。强压处理方式采用长时间一次强压，保持时间为48h左右。
4传感器整体的结构设计
图6 活塞式压力传感器总设计图
总结
1•通过这次课程设计，我对传感器设计基础知识复习了一遍，而且更重要的是又学到了很多新的知识，获得了新的经验。我从中学会了根据具体的数据进行查表、筛选，从而进行设计。学会知道团队精神的重要性，在这次的课程设计当中，在一些材料的选用，数据的算法等方面与其他同学进行了交流，提高了自己的工作效率。
2•在如此短的时间内，依靠个人能力是不可能完成如此繁琐的资料查找与收集。所以，通过这次课程设计，加强了同学之间的交流，大大增进了我们组的凝聚力，协作的精神更强了。而且自己也学到了很多实际的有用的东西，相信对以后的工作一定会有很大的益处。
3•最后，在此对郭易老师的指导与教学表示感谢，通过老师的帮助使得我们的工作效率得到了很大的提高。
参考书目
[1] 黄贤武 ,郑筱霞 传感器原理与应用 北京：电子科技大学出版社 1995年 35-40
[2] 王化祥,张淑英传感器原理及应用天津：天津大学出版社 ,1999年 56-60
[3] 高晓蓉传感器技术西南交通大学出版社，2003年 66-70
[4] 郁有文，常健传感器原理及工程应用西安：西安电子科技大学出版社，2001年 75-80
[5]何希才传感器及其应用电路 北京:电子工业出版社 2001 90-100
[6] 陈杰 ,黄鸿传感器与检测技术 北京：高等教育出版社 2002年 100-103
[7] 于建红 传感技术学报 2007年 2-4一、培养目标和要求 11培养目标物联网专业面向现代信息处理技术，培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高等工程技术人才。本学科专业培养的学生德智体全面发展、知识结构合理、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的传感层，传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。 12基本要求物联网方向毕业生应具备以下知识和能力：（1）素质要求 1) 热爱物联网专业，对物联网学科的性质和发展具有正确的认知和责任感，初步形成正确的专业价值观和科研工程献身精神。 2) 具有高尚的道德和职业精神，具有全心全意为社会服务的精神。 3) 具有创新精神，树立终身学习的观念，具有主动获取新知识，不断进行自我完善和推动物联网发展的态度。 4) 具有良好的合作和团队精神。 （2）能力要求 1) 具备良好的表达能力，能准确传递物联网知识等信息的能力。 2) 具有熟练地运用多学科知识和评估技能，制定系统计划并对不同应用对象实施整体规划维护的基本能力。 3) 掌握基础物联网关键技术、了物联网主要技术标准，高频微波技术，嵌入式无线和有线系统设计技术、无线通信组网技术等，为用户对象提供符合质量要求的服务。 4) 具有物联网应用方案设计能力。 5) 具有自主学习、自我发展的基本能力，能够适应不断变化的未来物联网发展的需求。 6) 掌握文献检索、资料收集的基本方法，有效获取、评价和利用物物相连信息的基本技能，具有较强物联网科研的基本能力。 （3）知识结构要求 1) 掌握与物联网科相关的理工知识和基本理论和方法。 2) 掌握物联网基本知识和基本技能，了解物联网科技发展动态。 3) 熟悉国际国家关于物联网标准。 4) 掌握必需的传感器、电子、通信、单片机，高频微波，RFID技术等知识和专业技能。 5) 掌握基本物联网节点，网关，网络协议栈制，主要无线有线网络技术原理，自组织组网措施和主要无线有线网络拓扑和网络安全技术基础理论和关键技术。 6) 掌握信息采集、处理和融合、通讯传输等基本理论和方法。 7) 掌握物联网工程应用和科学研究方法和管理方面的基本知识。 13修业年限与授予学位标准学制：四年授予学位：工学学士 14主要涉及学科 高频微波，通信工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、检测技术，有线和无线网络技术，单片机和嵌入式设计技术； 15 无线龙教学方案组成和优点 无线龙物联网专业教学方案由教学大纲， 物联网技术课程规划，基础理论教材和实验实训设备组成，构成一套完整的物联网专业教学方案；这套教学方案具有如下特点： 1、囊括了当今世界物联网主流技术和最新核心技术和理论。 2、相关知识支撑体系和教材支撑体系兼顾基础，兼顾研究，方便实验和实训，涵盖主流物联网，传感网主要国际标准和产业标准。 3、平滑衔接原来的嵌入式，单片机，自动控制，计算机软件等专业基础课程。 4、容易升级和方便跟踪物联网/传感网最新技术进展和进行高级研究开发。 二、物联网专业（4年制）教学大纲无线龙物联网专业教学大纲按照物联网三层结构规划了培养目标：传感层：无线节点硬件和核心协议栈软件设计，RFID无源有源标签设计技术掌握，低功耗无线设计，基础无线网络技术掌握，安全和加密原理和设计。网络层：多种网络网关设计，HF,UHF －RFID读卡器设计，掌握主流无线和无线网络标准，主要路由算法掌握，网络监视和数据库设计。应用层：掌握应用系统设计技术关键，物联网应用软件开发；应用数据结构，数据流设计；能够独立设计不同需要的物联网应用系统。目前物联网联网技术发展很快，涉及到多种网络技术，不同网络各有特点，适用于不同的应用环境，所以，教学大纲要求掌握多种网络技术（3G、GPRS/蓝牙，WI-FI,ZIGBEE, 专用网络等）和网络间路由和数据处理，无线有线网关设计等新技术。 无线龙物联网专业教学大纲由7个主要的知识模块组成： 1、单片机和嵌入式知识模块知识点包括：从最基础的8051单片机到ARM嵌入式技术，由浅入深，知识点包括：微机原理，接口技术，微控制器体系和原理，实时 *** 作系统，C语言编程技术等等。 2、无线片上系统（SoC)知识模块知识点包括：无线单片机通讯接口设计，无线有线收发器原理和结构，通讯原理和结构，嵌入式软件基础等。 3、无线通讯和无线网络知识模块知识点包括：短距离无线数据通讯基础和原理，无线自组网技术，基本无线网络拓扑，ZIGBEE无线技术和80215,4无线标准，高级的ZIGBEE技术。网络安全和加密技术，C语言和无线网络算法高级技术原理。 4、高频微波知识模块知识点包括：高频微波技术基础，调制和解调技术，天线原理和设计，阻抗匹配和反射，高频仪器使用，微波放大器设计，无线单片机高频测试和调试方法和原理等。 5、RFID知识模块知识点包括：电磁技术基础，RFID标签防冲突算法，EPC和IS0-18000－6C通讯协议和原理；大功率RFID读卡器原理和设计，RFID和物联网数据库结构和原理等。 6、物联网传输层知识模块知识点包括：物联网网关原理和结构，GSM/GPRS技术原理，3G技术原理和结构，M2M 数据传输和远程通讯，嵌入式和高级实时 *** 作系统在物联网网关设计技术等。 7、高级无线网络知识模块知识点包括：微功耗80211标准WIFI传感器网络原理和结构，内置多ARM和WI-FI收发器的无线单片机，802151 蓝牙技术和低功耗蓝牙无线技术原理；Wi-Fi/蓝牙，ZIGBEE PRO 无线通讯协议栈原理和设计。七个知识模块，以无线SOC和无线单片机为中心进行串联，结合400多学时的实验和实训，让学生充分动手，接触各种无线有线通讯技术和实际训练，并且使用无线单片机设计微功耗无线网络节点，各种网络路由器，无线有线网关；最终达到能够独立使用无线单片机，构架设计各种物联网应用系统。物联网的核心技术是嵌入式软件技术，教学大纲强调嵌入式软件开发设计能力的重要性。具有较强的软件设计能力，对于掌握物联网网络协议栈和实现物联网通讯，非常重要；教学大纲要求学生掌握5000－10000行无线单片机C语言软件开发能力，并且能够全面掌握嵌入式、单片机。无线单片机软件和硬件技术。具体的课程教学大纲和计划，包括实验和实训规划，无线龙通讯将陆续向购买无线龙物联网教学实验室的高校提供；并且在无线龙即将举办的物联网专业骨干教师培训班上，采用该教学大纲，进行实验课程演示和培训。三、物联网专业（4年制）教学计划 31主要课程高校可以自己安排相关基础课程，包括，高等数学I，线性代数I，大学物理，大学英语，通信原理，嵌入式系统，集成电路设计，计算机网络，电子技术基础，数字信号处理，软件技术基础。 无线龙规划的物联网技术专业课程达到1845个学时，让学生全面掌握物联网相关最新技术和进行高达 437学时的动手实践和实验，最后独立完成自己的物联网应用方案和产品设计。 32教学计划各类课程学分和学时：总学分：220 课内教学和实验实训学分（学时）：200学分(2445学时) 其中：
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帖子 136 积分 687 等级 大师 2#发表时间 : 2010年09月10日 03:31:47
物联网技术相关课程学分(学时)： 84学分(1408学时) 其他学院安排课程学分(学时)： 76学分(600学时) 网络相关实验实训课时： 40学分（437学时）参加竞赛和毕业设计：实践性环节学分(学时)： 20学分 (20周) 物联网技术相关课程教学计划表 课程名称 课堂/实验学时 使用教材 实验实训设备 备注 物联网技术导论 40/ 3 《物联网：产业契机》人民邮电出版社出版40万字 无线龙物联网应用演示系统；无线龙物联网技术实验室； 单片机技术基础 100/ 32 高校自选教材 C51RF-DIY/ PS入门级教学平台或者任何无线龙实验箱； C语言程序设计 60/ 30 《C语言程序设计（第二版）》，谭浩强著，清华大学出版社 C51RF-DIY/ PS入门级教学平台 短距离无线通讯和无线网络基础 60/ 24 《短距离无线通讯入门与实战》北京航空航天大学出版社出版 C51RF-DIY/ PS入门级教学平台 模拟/数字电路和传感器设计基础 100/ 40 高校自选教材 物联网相关微波射频技术基础 40/ 16 无线龙多媒体电子教材 C51RF-DIY/ PS入门级教学平台 C语言和无线网络算法设计 64/ 12 无线龙多媒体电子教材 探索RF系列实验箱 8051内核无线SoC入门 80/ 42 《CC1110/CC2510 无线单片机和无线自组织网络入门与实战》 C51RF-DIY/ PS入门级教学平台 无线SoC和ZIGBEE技术 68/ 32 《ZIGBEE无线网络入门与实战》北京航空航天大学出版社出版 C51RF-WSN 教学系统 高级ZIGBEE 技术 44/ 12 《ZigBee2006无线网络与无线定位实战》北京航空航天大学出版社出版 C51RF-2431 无线定位教学系统 ARM微控制器嵌入式设计基础 120/ 30 《ARM9微控制器与嵌入式无线网络实战》北京航空航天大学出版社出版 ARMRF－WSN 教学系统 ARM内核无线SoC 80/ 40 《无线传感器网络概论》人民邮电出版社出版 探索系列 MC13224 实验箱 RFID基础技术 60/12 无线龙多媒体电子教材 WXL-HF RFID 实验套装无线龙感知RF 实验箱 UHF EPC RFID 高级技术 52/20 《EPC和RFID 技术概论》 WXL-EPC RFID 实验套装无线龙感知RF 实验箱 物联网和蓝牙技术 40/ 10 无线龙多媒体电子教材 无线龙感知RF 实验箱理想RF-E10 实验箱 微功耗WI-FI技术和传感器网络 140/ 30 无线龙多媒体电子教材 无线龙感知RF 实验箱 GS1010 开发系统 物联网传输层技术（3G/GPRS/GSM 以太网） 40/ 10 无线龙多媒体电子教材《物联网/传感网实验与实践》西南交通大学出版社 无线龙感知RF 实验箱理想RF-E10 实验箱 物联网网关设计技术 60/ 22 《物联网/传感网实验与实践》西南交通大学出版社 理想，感知RF 实验箱 物联网高级射频技术 40/ 12 无线龙多媒体电子教材 FLYRF系列放大功能长距离无线模块和评估系统 物联网应用层设计 40/10 无线龙多媒体电子教材 无线龙应用实训：智慧医院定位系统；智慧物流系统；路灯网络系统；智能家居系统； 无线龙物联网技术设计大赛 4周 《ZIGBEE技术概论》人民邮电出版社出版 无线龙系列教研设备 基于ARM嵌入式 *** 作系统的无线网关设计 50/20 无线龙多媒体电子教材 无线龙感知RF 2440实验箱 物联网应用系统设计方向的 毕 业设计 16周 两人或单人一组 无线龙系列教研设备
这些事高校的学习技能和知识，希望对你有帮助。面积大、干扰大、墙体多、设备多……这一切都有可能让WiFi信号产生死角，于是WiFi MESH网络来了，也火了。
WiFi Mesh网络产品最高发端于北美市场，国内市场的推出计划略有落后，但经历了这两年的野蛮生长，用“火爆”来形容也不为过。WiFi Mesh面世的背景是为了满足大户型用户对于网络覆盖的需求。WiFi Mesh网络产品依然是下一个最流行的无线技术趋势，对扩充整个WiFi生态圈的产品形态很有意义。为了帮助大家更好的理解WiFi Mesh网络及其产品，下面依旧做一些WiFi Mesh相关的科普。
WiFi Mesh网络(无线网状网)也被称为“多跳”的网络，是一个新的无线网络技术，与传统的WiFi网络有所不同。WiFi Mesh网络是一种基于多跳路由和对等网络的网络技术，是一种新的网络结构，具有移动宽带的特性，它可以动态扩展，自组织，自管理，自动修复和自我平衡的典型特点。最早应用于物联网领域，但是受限于当时的技术家用路由器领域一直未有出色的产品面世，直到这两年技术突破才迅速进入家用市场。
WiFi Mesh面世的背景是为了满足大户型用户对于网络覆盖的需求，那么具体什么样环境下需要我们选择一台WiFi Mesh路由产品呢，这里简单列举了几种情况供大家参考。
1、家里房子较大（面积较大或者是多层复式），现有的家庭路由存在WiFi信号死角，例如生活阳台、卫生间等旮旯位置；
2、无论采取什么措施，依然解决不了传统路由器的无线信号质量问题；
3、家里存在大量需要联网的智能家居设备；
4、你是一名喜欢追赶新技术潮流和新产品的消费者；
不可否认的是，能够实现全屋WiFi信号覆盖的并非只有WiFi Mesh路由一种解决方案，截至目前市面上一共有两种主流的全屋WiFi方案。
第一种：AC+AP，优点是稳定性好，酒店多数使用这种方案，无缝漫游；缺点是必须要提前布线，安装门槛较高；
第二种：Mesh网络，优点是部署简单灵活（可有线可无线），无缝漫游漫游；缺点是市面假Mesh路由较多，高端Mesh产品价格较贵，且兼容性有待提升；
如果说你家的装修已经很完善且短期不会重新装修的话，每个房间已经有布网线的话，那么两种方案可以任选，但方案一需要具备一定的技术基础，安装门槛相对较高；如果每个房间没有布网线呢？那么几乎没得选，只有方案二。
如果说你的房子正在装修或者还未装修，强烈建议布网线，并且是6类网线起，有了网线就回到了上面情况。
说了这么多，想必大家对WiFi Mesh路由已经有了一定了解，WiFi Mesh路由也正是凭借安装简单、新一代技术潮流、WiFi信号全无覆盖等优点获得了无数小伙伴的认可。而接下来我们便通过对网件RBK353 WiFi6 Mesh套装的体验评测来实地看看WiFi Mesh路由的表现。
网件RBK353发布于2021年的1月28日，是网件继RBK852和RBK752后的第三款Orbi系列产品。如果对网件Orbi路由没有足够了解的小伙伴可能对网件的产品名比较懵，为了便于大家理解这里简单介绍下。
以Orbi RBK353为例，其中RBK35X代表系列，截至目前已经有RBK35X、RBK75X和RBK85X三个系列，而数字越大意味着产品定位越高端，例如RBK75X和RBK85X均是三频路由，而RBK35X仅是双频路由，对于无线Mesh来说，三频和双频的区别在于双频没有专属回程频段信号，子路由的带宽会收一定影响；
而最后的数字则代表MESH套装内路由器的件数，RBK353就意味着整个包装内有三只路由（1只主路由+2只子路由），RBK352则整个包装内有两只路由（1只主路由+1只子路由）。
从定位上可以看出，网件Orbi RBK353属于入门级，但是不同于友商的做法，Orbi RBK353在硬件配置上直接选择了高通IPQ6000，集成4核心ARM Cortex A53 CPU，14nm工艺，18GHz主频，芯片定位在中上水平。
而在定价方面，不要奢望网件领势华硕三巨头会多么亲民，Orbi RBK353目前官方售价2199元，和性价比似乎没啥关系。虽然和性价比没关系，但不可忽略是Orbi RBK353一款简单、稳定、省心的成熟之作，适合对于路由器外形有较高要求又不喜欢（擅于）折腾的用户。
作为网件Orbi RBK产品线一员，网件RBK353在包装和产品上均延续了RBK85X系列的诸多特色，外观上可以说是像素级的继承，但是在产品外观设计上，RBK35再一次力求能够为用户带来颠覆感，细节上做了诸多改动，所以在网件Orbi RBK353身上还是有不少看点。
包装依旧是网件Orbi经典的蓝白色系，外层的蓝白硬纸壳材质来提升整个包装质感，内部的瓦楞纸材质为产品提供足够的支撑，以避免运输途中的破坏。正面右侧有产品渲染图，但从渲染图上就能感受到这货的高颜值，左侧便是产品系列名称，特地标明速率达到了18Gbps。
背面则是Orbi系列的一些特色功能介绍，不感兴趣的小伙伴可以直接忽略，不过看看有利于了解产品的一些特性。我此次入手的是国行国内版本，按照惯例来说无线地区会被锁区。所以大家后面想入手能够更换无线地区的网件路由产品，那么建议发布之后尽快入手，因为按照网件以往的调性，新品发布之后国内版本并不会马上出，此时国行货都是拿欧美等其他区域的货在售卖，这些版本是支持更换无线地区的（EU 欧洲、PR 中国、NA 北美 、AU 澳大利亚）。
打开包装里面就是家族式的快速上手指南，因为是国内版本，所以家族式的快速上手指南做了本土化。一直以来网件Orbi RBK包装内均没有对应说明书，而这恰好是Orbi的定位，上手简单。
Orbi RBK353采用的是两只装，所以包装内有三只路由，但需要注意的是这两只路由有主副之分，最快的分辨方式的看路由正面是否有贴有产品标签，有标签的则是主路由（RBR350），没有标签的就是子路由（RBS350）。
所有配件单独包装，有三个一模一样的电源适配器，网件的电源适配器一直被我吐槽，造型上过于传统，与友商相比颜值较差。电源输出标准是12V/15A，为适合国情，插头部分为两插固定式（海外为可拆可换设计）。
包装内还附赠有一根“面条”网线，从网线自身的标识可以看得出，这是一根超五类网线。面条线美观度上有绝对优势。但不得不说的是面条网线的强度和抗干扰能力都要弱于正常的超五类网线，虽说应付家中千兆网络问题不大，但是有条件的话还是建议更换。网线整体长度约为2m。
虽说Orbi RBK353的三只路由有主副之分，但是外观上两者的差异非常小，所以下面的路由外观讲解部分以主路由为主。
路由外观上延续了Orbi家族的一贯风格，采用立式设计，以白色为主色调。但是在细节上网件Orbi RBK353做了诸多优化。首先整体尺寸小了一圈，仅有仅为17814561mm（RBK852三维尺寸为25419057112mm），重量上主路由066Kg，子路由为053Kg。
造型上Orbi RBR350并不规则，整体扁平，但是相比RBK852要更加圆润，配合小一圈的体积，RBK353看起来更加的小巧，更易于融入家居环境。
整个机身正面除了Logo没有多余的元素，正反面的断层下方均隐藏的是散热孔，能够将散热孔优雅的设计成装饰点，可见网件PM的用心和对美感的追求。
其实在Logo下方的内凹散热孔中还隐藏有一个呼吸灯，根据灯光颜色等来指示路由当前的不同状态，同时起到装饰作用。
背面和正面差别不大，但机身所有的IO布局在背面，主路由RBR350从左到右分别是Sync组网按键、1G WAN口、3个千兆LAN口、电源接口和重置按键。
子路由RBS350背面的接口则变为Sync组网按键、2个千兆LAN口、电源接口和重置按键。其实在IO上方同样有大面积的散热格栅。
路由顶部采用的是圆润设计，两条缝隙为散热通道，冷空气从底部进入，从顶部流出。
底部是4块大面积的硅胶垫，为产品站立式时提供足够大的摩擦系数，中心位置有一张产品标签，产品的基础必要信息均在上面，例如型号、MAC地址、默认无线等信息。
处理器：Soc是高通的IPQ6000
5GHz频段为高通QCN5052，支持2x2 MU-MIMO，80MHz频宽，最高速率为1200Mbps；24GHz频段高通QCN5022，支持2x2 MU-MIMO，速率可达573Mbps；
内存：512MB Flash& 512MB RAM；
LAN口：数量3，全千兆；
WAN口：数量1，1Gbps；
发送/接受：24GHz 22；5 GHz-1 22
电源输入：12V/15A；
支持数据传输率：
80111ax（WiFi 6）24Ghz：573Mbps；
80111ax（WiFi 6）5Ghz：1200Mbps；
再回想起Orbi RBK353包装正面的“18Gbps”相信大家应该有所了解，18Gbps=1800Mbps=24Ghz ：573Mbps+5Ghz：1200Mbps。但是需要注意的是厂家宣称的路由器无线传输速度只是各频段下的理论值总和，这个值加起来很高但现实中很难实现，这里不是针对某一个品牌，是所有的路由品牌。
正如上文所说，网件的Orbi走的是高效、稳定、易用和覆盖广路线，体现在使用上自然是怎么简单怎么来，这点不管是在网页端还是手机APP端、是配网还是组网都得到了验证。
网页端一如既往的简单明了，但整个UI还是偏传统，虽说上手快， *** 作起来简单，但美观度上尚有提升空间。
为了进一步提升网络安全，网件引入了Armor Security，可以更好的保护你的网络和连接的设备，但是试用时间结束后需要自己购买，当然我们也可以手动关闭此功能。不过遗憾的是在国内版本上没有找到此选项。
RBR850同时支持AP模式，这对于高阶路由玩家提供了更多的设置空间。相对来说更多的设置需要在网页端完成。从这里可以看出网件的思路是APP满足日常的基本需求，更高阶的设置则依旧保留在网页端，和华硕有异曲同工之妙。
APP *** 作比较简单，首先需要在苹果应用商店或者谷歌商店下载对应的APP，然后创建一个账号进行登录，有了此账号后期可以实现远程 *** 控路由。正常登录账号后，添加对应的路由，然后通过手机镜头扫描RBR850机身正面的QR码即可连接新路由，然后进行常规设置即可完整配网步骤。
除了正常的账号密码登录外，“Orbi”应用还支持指纹登录，为防止账号遗失，在注册账号时还必须设置问题回答，安全机制等级较高。
进入到APP路由管理界面，能够直观的看到当前路由状态和分身状态，往下则是6个对应的常用功能模块，分别是设备管理器（查看当前Mesh系统的联网设备），网速（内置的是SpeedTest测速，从实际体验来看测速过程较慢）、Wi-Fi分析（能够直观的看到当前信号强度、查看信号的信道和相关干扰情况，对于有一定网络知识需要调试的小伙伴比较有用）、网络地图（Mesh系统的联网状况）、无线设置和访客网络。
按理说，Mesh组网是一个复杂而又极具技术含量的事， *** 作起来并不简单。但也正是因为它的复杂性，反而引起来路由工程师的重视，通过繁重的幕后工作换得了我们目前比较简单的Mesh组网方式。虽说各个路由品牌的Mesh组网都不难，但是网件Orbi也算是做到了极致。
只需要将主路由配网后，再将分身路由正常通电，待白灯稳定常亮按下分身背后的SYNC按钮，剩下的便是等待，约数十秒的时间，两只路由便自动组网成功。
网件Orbi RBK353优先组无线回程Mesh网络，如果想切换到有线回程，只需要通过网线连接主路由的LAN口和分身路由的LAN口，会自动切换到有线连接，拔掉网线又会自动回到无线回程。
关于无线回程，因为Orbi RBK353仅有双频信号，所以会使用58G与RBR350组建无线回程，并释放出24G和58G供用户使用，因为没有专属回程信号，所以在一定程度上会影响最大速率。
测试环境：建筑面积为81平的两室两厅两卫房子，户型示意图里的深褐色为承重墙。Orbi RBR350放置在图中红色标注位置，测试位置分别是A、B、C、D、E。A点与路由中间没有任何的遮挡物，距离为35米左右；B点相隔一面承重墙，距离为3米左右；C点相隔一面普通墙壁，距离为25米左右；D点相隔一道木门，距离为6米左右；E点相隔一面承重墙和两面普通墙，距离为75米左右。
负载情况：智能家居终端全部切换到测试路由，保持30个终端在线（不进行大流量交互），模拟真实环境；
测试设备：OPPO Reno 10倍变焦版手机；
信号强度：中国区；
测试网络：电信300M光纤；
（信号强度：图中顺序对应ABCDE位置）
尽管在五个不同位置信号出现了波动，但信号强度依旧处于正常范围内，由于E点距离路由较远同时阻隔墙壁较多，所以信号强度衰减到了-77dB，已经影响到日常使用，这就是为什么需要Mesh路由的重要原因之一。
（SpeedTest测速：图中顺序对应ABCDE位置）
从速度测试上也能清晰的看到各个位置的网络状况，AB两处在5G信号下基本是全速状态，而CD亮点由于信号强度衰减，速率也出现了对应衰减，E点此时已经难以保持正常的上网需求，只能维持最基础的网络通信。
其实只要下行速度超过300Mbps/s，上行超过30Mbps，基本就可以断定速度已经达到了满速，
之所以这样决定是因为下行速度超过200Mbps之后就很难断定是因为路由信号衰减而造成的速度下降还是因为电信光猫自身的压制作用。
网件Orbi RBK353主打网状网络技术，所以接下来我会将两个设备进行Mesh无线组网。
测试环境：建筑面积为81平的两室两厅两卫房子，户型示意图里的深褐色为承重墙。一个主路由Orbi RBR350放置在图中红色三角标注位置，一个分身路由Orbi RBS350放置在图中黑色三角标注位置，另一个分身路由Orbi RBS350放置在图中黑色三角标注位置。测试位置同样是A、B、C、D、E。A点与路由中间没有任何的遮挡物，距离为35米左右；B点相隔一面承重墙，距离为3米左右；C点相隔一面普通墙壁，距离为25米左右；D点相隔一道木门，距离为6米左右；E点相隔一面承重墙和两面普通墙，距离为75米左右；从日常的使用来看，E点是WiFi信号的重灾区。
可能有人会有疑问，为啥要求生活阳台有网络呢？生活阳台位置我放有智能洗衣机（需要联网）、吸顶灯（需要联网）等设备，所以也需要网络。
负载情况：智能家居终端全部切换到测试路由，保持30个终端在线（不进行大流量交互），模拟真实环境；
测试设备：OPPO Reno 10倍变焦版手机；
双频信号：双频合一
传输区域：中国，测试的房子不是很大，为了更好的漫游效果，将信号的发射功率调小了；
测试网络：电信300M光纤；
（5G信号强度：图中顺序对应ABCDEF位置）
从单个路由5G信号强度和Mesh网络5G信号强度的对比图上可以清晰的了解到房间每个位置的信号状况，可以看到D（书房）、E（生活阳台）两个位置的信号有了明显好转，信号强度要远远超过单个路由。之所以这样自然是移动终端自动漫游到了更好的信号源上。
（5G SpeedTest测速：图中顺序对应ABCDEF位置）
SPeedtest速度方面，在A点和B点，不管是单个路由还是Mesh组网网络，上行和下行均达到了满速状态；D和E点速率有了明显提升，但是按照信号强度来说，这样的速率表现肯定是不合格的，这里面主要是因为网件Orbi RBK352是双频路由，回程信号共用一个5G信号，导致子路由的整体吞吐有所下降。
漫游除了改善家中各个位置的信号状况，其中还有一个值得注意的点，那就是信号漫游时的网络状况，例如我们在《王者荣耀》中打得正酣，你需要从主卧到生活阳台去拿个物品，此时的走位一定会出现信号切换，如果漫游效果不佳的话，延迟掉线是必然的，所以接下来也简单测试下网件Orbi RBK353漫游时的具体表现。
测试环境：建筑面积为81平的两室两厅两卫房子，户型示意图里的深褐色为承重墙。一个主路由Orbi RBR350放置在图中红色三角标注位置，一个分身路由Orbi RBS350放置在图中黑色三角标注位置，另一个分身路由Orbi RBS350放置在图中黑色三角标注位置。测试位置同样是A、B、C、D、E。A点与路由中间没有任何的遮挡物，距离为35米左右；B点相隔一面承重墙，距离为3米左右；C点相隔一面普通墙壁，距离为25米左右；D点相隔一道木门，距离为6米左右；E点相隔一面承重墙和两面普通墙，距离为75米左右；从日常的使用来看，E点和F点均是WiFi信号的重灾区。
可能有人会有疑问，为啥要求生活阳台有网络呢？生活阳台位置我放有智能洗衣机（需要联网）、吸顶灯（需要联网）等设备，所以也需要网络。
负载情况：智能家居终端全部切换到测试路由，保持30个终端在线（不进行大流量交互），模拟真实环境；
测试设备：OPPO Reno 10倍变焦版手机；
双频信号：双频合一
传输区域：中国，测试的房子不是很大，为了更好的漫游效果，将信号的发射功率调小了；
测试网络：电信200M光纤；
走位情况：从D——A（第一次漫游），A——E（第二次漫游），E——A（第三次漫游），A——D（第四次漫游）；
第一次漫游：副路由（户型图黑色三角形位置路由）的5G信号切换到主路由（户型图红色三角形位置路由）的5G信号，耗时88ms；
第二次漫游：主路由（户型图红色三角形位置路由）的5G信号切换到厨房副路由（户型图黑色三角形位置路由）的5G信号，耗时35ms；
第三次漫游：厨房副路由（户型图黑色三角形位置路由）的5G信号切换到主路由（户型图红色三角形位置路由）的5G信号，耗时58ms；
第四次漫游：主路由（户型图红色三角形位置路由）的5G信号切换到副路由（户型图黑色三角形位置路由）的5G信号，耗时53ms；
而整个漫游过程中，丢包率为0。
如果说以上测试数据并没有太大感知，下面我便说说我自身的一下体验，确实有被Orbi RBK353的漫游实力惊艳到。应该说绝大多数路由厂商都会宣传自家的Mesh产品可根据当前的信号强度和速率来选择最佳的信号接入，但是实际体验并非如此，表现较好的是信号漫游比较及时（前提是漫游前的信号较弱），不丢包；表现差的会表现出漫游效果差，出现丢包等各种状况。但是通过实测发现，Orbi RBK353不仅漫游及时，并且在多个Mesh信号覆盖的区域，Orbi RBK353能够在最快的速度找到当前位置速率最佳的信号并自动切换过去。
网件Orbi的产品理念一直是简单、易用、高效、覆盖广，当第一代Orbi产品完成这个使命后，RBK353作为后续继承者，要做不可不仅仅是继承，而是发扬光大，而从实际体验来看，RBK353确实已经做到了。
例如在简单易用方面，网件RBK353只需插电、按下SYNC按钮即可自动完成MESH无线组网全过程，即使是没有任何网络技术基础的小伙伴也能单独完成；在信号覆盖范围伤，三支装的RBK353可以满足200平以上的房子，只要不是屈指可数的大土豪都可以满足，即使是大土豪也只能额外增加一些子路由即可；在定位方面，网件RBK353虽然是入门级，但是在用料上却不含糊，虽算不上性价比产品，但是却能够满足高负荷的网络环境，做到一劳永逸。
所以说，如果你是对路由有一定要求而又不想折腾，那么网件Orbi RBK系列绝对是一个不错的选择，相比之下，Orbi RBK353就是性价之选了。
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