傳感器及檢測技術(shù) 教學(xué)PPT課件,傳感器及檢測技術(shù),教學(xué)PPT課件,傳感器,檢測,技術(shù),教學(xué),PPT,課件 PPT模板下載： 檢測系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目錄1 1任務(wù)一 檢測系統(tǒng)2 2任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)3 3任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 項目九 檢測系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握檢測系統(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源。了解抗干擾的措施。了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和組成。了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。任務(wù)一 檢測系統(tǒng)一、檢測系統(tǒng)的組成框圖檢測系統(tǒng)的組成框圖如圖9-1所示。任務(wù)一 檢測系統(tǒng)二、檢測系統(tǒng)的工作原理 在一個通常的檢測（控制）系統(tǒng)中，首先由傳感器將被測的非電量，如溫度、壓力、位移等轉(zhuǎn)換為電量，再由信號調(diào)理電路將傳感器輸出的電量進行適當(dāng)處理后進入微處理器。通過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)過信號變換或者直接由數(shù)字量輸出去控制執(zhí)行機構(gòu)。任務(wù)一 檢測系統(tǒng)二、檢測系統(tǒng)的工作原理1.傳感器輸出模擬信號 當(dāng)傳感器的輸出信號為微弱的小信號時，要經(jīng)過放大、濾波、采樣保持、再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進入微機進行處理；對于傳感器輸出較大的模擬電壓信號時，需要使用限幅電路進行幅度限制后，再送模數(shù)轉(zhuǎn)換器。任務(wù)一 檢測系統(tǒng)二、檢測系統(tǒng)的工作原理2.傳感器輸出開關(guān)量或頻率信號 當(dāng)傳感器的輸出信號為開關(guān)量或頻率信號時，若符合TTL電平要求，可以直接送入微機；若不符合TTL電平要求，則要經(jīng)過放大、整形和變換后再送入微機。任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹 通常，檢測信號的放大采用集成運算放大器。集成運放具有電壓增益高、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，因此被廣泛應(yīng)用。（一）信號的放大任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹1.反相放大器反相放大器如圖9-2所示。（一）信號的放大任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹2.同相放大器同相放大器如圖9-3所示。（一）信號的放大任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹3.測量放大器 測量放大器如圖9-4所示，由三個運放組成。其中第一級是兩個對稱的同相放大器，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）信號的放大任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（一）信號的放大任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹 在檢測系統(tǒng)中一般存在著一定的非線性誤差，這些誤差主要來自傳感器本身，例如溫度測量中，熱電偶的輸出電勢與溫度、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，要對傳感器進行線性化處理，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 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時間。當(dāng)被測量變化很快時，為了使ADC的輸入信號在轉(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，開關(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 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（三）采樣保持電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹1.選擇ADC的要點 通常所說的A/D轉(zhuǎn)換器是指將模擬信號進行量化、編碼，轉(zhuǎn)換為n位二進制數(shù)字量信號的集成電路。實際上，量化、編碼是在轉(zhuǎn)換過程中同時完成的，并無明顯界線。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換原理和特點的不同，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 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹2.ADC與單片機的接口電路（1）8位ADC與單片機的接口電路 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 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（2）12位ADC與單片機的接口電路 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、價格適中的芯片。它與MCS51單片機的接口電路如圖9-8所示。（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（3）雙積分型ADC與單片機的接口電路 5G14433是3位半雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。它具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高（相當(dāng)于11位二進制數(shù)）、自動較零、自動極性輸出、自動量程控制信號輸出、動態(tài)字位掃描BCD碼輸出、單基準(zhǔn)電壓、外接元件少、價格低廉等特點。但其轉(zhuǎn)換速度慢，為110次/s。它與MCS51單片機的接口電路如圖9-9所示。（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（四）A/D轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(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；間接ADC是先將輸入的數(shù)字信號轉(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 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹2.DAC與單片機的接口電路（1）8位DAC與單片機的接口電路 DAC0830/0831/0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，三種芯片可相互代換。這個系列芯片具有價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等特點。它與MCS51單片機的接口電路如圖9-10所示。（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)一 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（2）12位DAC與單片機的接口電路 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 檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)各部分介紹（五）D/A轉(zhuǎn)換電路任務(wù)二 檢測系統(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、與有用信號無關(guān)而獨立的。干擾是相對有用信號而言的，只有噪聲達到一定數(shù)值，并和有用信號一起進入儀器并影響其正常工作時才形成干擾。噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個從量變到質(zhì)變的過程。干擾在滿足一定條件時，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)生噪聲信號的設(shè)備被稱為噪聲源，如變壓器、電機、高壓電線等產(chǎn)生了空中電磁信號。2.傳播途徑傳播途徑是指噪聲源發(fā)出的信號的傳播路徑。3.接收載體接收載體是指受影響的設(shè)備的某個環(huán)節(jié)，由于吸收了噪聲信號，并轉(zhuǎn)化為對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生了影響。（二）形成干擾的條件任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測量干擾 差模干擾是信號接收器的一個輸入端子的電位相對另一個輸入端子的電位發(fā)生變化，即干擾信號與有用信號疊加在一起。常見的差模干擾有：外交變磁場對傳感器的一端進行電磁耦合，外高壓交變電場對傳感器的一端進行漏電耦合等。（一）差模干擾任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測量干擾抗差模干擾的措施有：合理設(shè)計傳感器結(jié)構(gòu)并采用屏蔽措施，防止外界進入干擾和內(nèi)部寄生耦合干擾。信號傳輸采取抗干擾措施，針對具體情況可以采用雙絞信號傳輸線、傳感耦合端加濾波器、金屬隔離屏蔽線等措施來消除差模干擾。采用電流或數(shù)字量進行傳送。（一）差模干擾任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測量干擾 共模干擾是相對于公共的電位基準(zhǔn)地（接地點），在信號接收器的兩個輸入端子上同時出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響測量結(jié)果，但是當(dāng)信號接收器的輸入電路參數(shù)不對稱時將會引起測量誤差。（二）共模干擾任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、兩種測量干擾抗共模干擾的措施有：對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，可采用正負對稱的電源供電，使電橋輸出端形成的共模干擾電壓接近于零。測量電流采用輸入端對稱電路或用差分放大器來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量電路。（二）共模干擾任務(wù)二 檢測系統(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，以隔離內(nèi)、外電磁場的相互干擾。屏蔽可分為三種，即電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁屏蔽。電場屏蔽主要用來防止元器件或電路間因分布電容耦合形成的干擾。磁場屏蔽主要用來消除元器件或電路間因磁場寄生耦合產(chǎn)生的干擾，磁場屏蔽的材料一般都選用高磁導(dǎo)系數(shù)的磁性材料。電磁屏蔽主要用來防止高頻電磁場的干擾。（一）屏蔽任務(wù)二 檢測系統(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等電位點，它是電路的基準(zhǔn)電位點，與基準(zhǔn)電位點相連接，就是接地。1.地線的種類（1）保護地線出于安全防護的目的將電子設(shè)備的外殼屏蔽層接地用的地線叫做保護地線。（二）接地任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制（2）信號地線電子設(shè)備中的地線，除特別說明接大地外，一般都是指電信號的基準(zhǔn)電位的信號地線。信號地線又分為模擬信號地線和數(shù)字信號地線兩種。（3）信號源地線傳感器可看作是測量設(shè)備的信號源，信號源地線是傳感器本身的零信號電位基準(zhǔn)公共線。由于傳感器在現(xiàn)場，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 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制（4）負載地線負載的電流一般較前級信號電流大很多，負載地線上的電流在地線中產(chǎn)生的干擾也大，因此對負載地線和信號地線有不同的要求。有時為了可靠工作，兩種地線完全隔離，通過磁耦合和光耦合來傳輸信號。（5）屏蔽層地線（機殼地線）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）強電地線與信號地線分開設(shè)置強電地線是指電源地線、大功率負載地線等，它流過的電流大，在地線電阻上會產(chǎn)生毫伏級或伏級電壓降。若這種地線與信號地線公用，將產(chǎn)生很強的干擾。因此信號地線與強電地線要分開設(shè)置。（2）模擬信號地線與數(shù)字信號地線分開設(shè)置數(shù)字信號一般較強，且是交變的脈沖，流過地線的電流也呈脈沖，而模擬信號一般較弱。（二）接地任務(wù)二 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制（3）低頻電路要一點接地“一點接地”就是把多個接地點用導(dǎo)線連接到一點，再將該點接地。采用一點接地，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）高頻電路要多點接地對于高頻電路，地線上因具有電感而增加了地線阻抗，同時各地線間又產(chǎn)生互感耦合。若地線較長，應(yīng)采用多點接地。（二）接地任務(wù)二 檢測系統(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，是測量儀表的輸入信號放大器公共地不接機殼或大地。浮置阻斷了干擾電流的通路，測量系統(tǒng)浮置后，明顯加大了系統(tǒng)信號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 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、外部干擾的抑制 當(dāng)電路信號在兩端接地時，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。隔離的方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離。在兩個電路之間加入隔離變壓器可以切斷地環(huán)路，實現(xiàn)前后電路的隔離，變壓器隔離只適用于交流電路。在直流或超低頻測量系統(tǒng)中，常采用光電耦合的方法實現(xiàn)電路的隔離。（四）隔離任務(wù)二 檢測系統(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量電路輸入端、放大器輸入端或測量橋路與放大器之間，以阻止干擾信號進入放大器，使干擾信號衰減。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)繞組進行屏蔽，并將屏蔽接地，二次側(cè)繞組也應(yīng)同時屏蔽，如圖9-12所示。（一）采用隔離措施任務(wù)二 檢測系統(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（因為這些屏蔽線是處在信號屏蔽的延伸之中）必須完全封閉，如果封閉不嚴密，則隔離變壓器的屏蔽受到影響；若用配線管，則必須進行屏蔽處理，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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是利用一組集成化的微型傳感器協(xié)作地實時感知、采集和監(jiān)測覆蓋區(qū)域中對象的信息，用自帶的微處理器對信息進行處理，并通過自組織的無線通信網(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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的幾個術(shù)語：1.傳感器節(jié)點（sensor node）傳感器節(jié)點由內(nèi)置傳感器、微處理器、無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。它把有效探測區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和待測對象物理參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶終端。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念2.自組織網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，開機后節(jié)點就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念3.動態(tài)拓撲 無限傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，部分節(jié)點附著檢測物體隨處移動；部分節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其他故障而退出網(wǎng)絡(luò)運行；部分節(jié)點因彌補失效節(jié)點和增加監(jiān)測精度而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有動態(tài)拓撲組織功能。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能事件檢測監(jiān)測事件的發(fā)生并估計事件發(fā)生過程中的相關(guān)參數(shù)。目標(biāo)監(jiān)測用于區(qū)分被監(jiān)測對象。如在用于交通管理的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可檢測車輛的車型。目標(biāo)跟蹤實現(xiàn)對監(jiān)測對象的跟蹤。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軌跡，從而幫助及時破案。參數(shù)計算計算在給定區(qū)域中相關(guān)參數(shù)的值。如在進行環(huán)境監(jiān)測的傳感器網(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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，為開發(fā)低功耗、小體積、低價格，同時集成有微傳感器、微處理器和無線通信等多種功能部件的無線傳感器節(jié)點提供了重要技術(shù)條件，使得開發(fā)類似“灰塵”的無線傳感器節(jié)點成為可能。（一）傳感器節(jié)點的低功耗、微型化、高集成度和低價格任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 通過在監(jiān)測區(qū)域密集布設(shè)大量相同或不同類型的傳感器節(jié)點，可以獲取密集的空間信息或針對同一現(xiàn)象的多維信息，對這些信息進行分布式處理后，可以有效地提高檢測或識別目標(biāo)的準(zhǔn)確度，并降低對單一傳感器節(jié)點的精度要求。通過節(jié)點的密集布設(shè)，可以在同一區(qū)域內(nèi)存在大量冗余節(jié)點，由此提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了單一傳感器節(jié)點的可靠性要求。（二）傳感器節(jié)點的密集布設(shè)任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用協(xié)作式信息采集、處理、存儲和傳輸?shù)?。通過協(xié)作，多個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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 無線傳感器網(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)點是采用隨機性布設(shè)，如通過飛機播撒、炮彈攜帶或人工隨意放置的方式，節(jié)點的位置和相鄰關(guān)系是不能預(yù)先確定的。（四）自組織網(wǎng)絡(luò)任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 傳感器節(jié)點采用無線方式進行組網(wǎng)，實現(xiàn)傳感器節(jié)點之間、傳感器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點之間的無線通信，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)省降低了整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本。（五）無線網(wǎng)絡(luò)任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成 典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9-14所示。大量傳感器節(jié)點布設(shè)在監(jiān)測對象周圍，節(jié)點之間通過自組織快速形成一個感知網(wǎng)絡(luò)，在感知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，節(jié)點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)過多跳傳遞到sink節(jié)點（匯聚點/網(wǎng)關(guān)節(jié)點）。（一）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成（一）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成 傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要環(huán)節(jié)，其基本組成如圖9-15所示。它包括如下幾個單元：（二）傳感器節(jié)點任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成傳感器模塊絕對值相等、符號相反的誤差在多次重復(fù)測量中出現(xiàn)的可能性相等，即正負誤差出現(xiàn)的概率相同。處理器模塊絕對值很大的誤差出現(xiàn)的概率趨于零，即誤差有一定的實際限度。無線收發(fā)模塊相同條件下，當(dāng)n時，隨機誤差的代數(shù)和等于零。能量供應(yīng)模塊絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率大，絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率小。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點（sink）和傳感器節(jié)點的協(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)議相對應(yīng)。同時由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的特殊性，協(xié)議棧增加了能量管理、移動管理、任務(wù)管理三個平臺，使得傳感器節(jié)點能夠以高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點移動的傳感器網(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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 無線傳感器網(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、醫(yī)療監(jiān)護、智能建筑、交通控制等領(lǐng)域。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目前由于技術(shù)等方面的制約，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時日，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)場偵察在敵方陣地附近部署各種類型傳感器，了解敵方部隊動向、布防、武器裝備等相關(guān)信息。（2）核、生、化監(jiān)測利用無線傳感器網(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，減小損失。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（3）安全警戒利用紅外、振動等類型傳感器組成網(wǎng)絡(luò)代替哨兵，實現(xiàn)無人化安全警戒。（4）物資管理利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)裝備、彈藥、物資管理的“可視化”，保障戰(zhàn)場需要。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2.環(huán)境監(jiān)測和保護 隨著人們對環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機高密度地獲取數(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，可提前有效預(yù)測火災(zāi)的發(fā)生以及火勢的蔓延方向等。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（2）洪災(zāi)預(yù)警通過在河流、水壩、山區(qū)等關(guān)鍵觀測點布置一些水壓、濕度、雨量等類型傳感器節(jié)點，可在洪水到來之前預(yù)警，及時預(yù)防和排除險情，減少損失。（3）水源水質(zhì)監(jiān)測通過在城市飲用水源布設(shè)檢測水位、水的各種含量的傳感器節(jié)點，可實時掌握水質(zhì)情況。（4）生物生態(tài)研究通過布設(shè)紅外、攝像、氣壓、濕度、光等類型的傳感器節(jié)點，研究人員可在不驚擾某些珍稀動物的前提下，觀察它們的生活環(huán)境和生活習(xí)性，為生物生態(tài)研究提供翔實的數(shù)據(jù)。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用3.醫(yī)療監(jiān)護 通過在患者身上佩戴血壓、脈搏、體溫等類型傳感器節(jié)點，醫(yī)生可以實時監(jiān)視患者的生命參數(shù)和位置，一旦有異常，醫(yī)生可及時救援。通過這種方法，可以對一些冠心病、腦溢血等病人進行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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用4.建筑物監(jiān)測（1）古建筑保護 對珍貴的古建筑進行保護，是一個長期重要的工作。將溫度、濕度、壓力、加速度、光照等類型傳感器節(jié)點布設(shè)在重點保護對象周圍，無需拉線鉆孔，便可有效地對建筑物進行長期監(jiān)控。任務(wù)三 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（2）橋梁監(jiān)測 通過布設(shè)壓電、加速度、超聲、濕度等類型傳感器節(jié)點，可有效構(gòu)建三維立體的防護監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)測橋梁、高架橋的各種參數(shù)。對一些老舊的橋梁，橋墩長期受到水流的沖刷和侵蝕，傳感器節(jié)點可實時獲得橋梁的振動幅度、橋墩結(jié)構(gòu)及溫濕度的參數(shù)，及時預(yù)防和減少損失。