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1、第第2章章 感知与识别技术感知与识别技术在物联网体系中，感知与识别技术是物联网的底层基础技在物联网体系中，感知与识别技术是物联网的底层基础技术，是负责感知和获取术，是负责感知和获取“物物”的各种特征信息，和对的各种特征信息，和对“物物”进进行识别的前端技术，它是物联网的末端神经和触角，在物联网行识别的前端技术，它是物联网的末端神经和触角，在物联网体系中占有重要地位。本章主要学习感知和识别物体信息的体系中占有重要地位。本章主要学习感知和识别物体信息的4种核心技术的原理、特点及应用种核心技术的原理、特点及应用。2.1 传感器及检测技术传感器及检测技术 2.1 传感器传感器定义定义：传感器一般由敏感
2、元件、转换元件和变换电路：传感器一般由敏感元件、转换元件和变换电路3部分部分组成组成。2.1.1 传感器传感器应用应用：2.1.1 几种现代传感器几种现代传感器（1）微型传感器）微型传感器 微型传感器不是传统传感器简单的物理缩小，而是以新的微型传感器不是传统传感器简单的物理缩小，而是以新的工作机制和物化效应，使用标准半导体工艺兼容的材料，通过工作机制和物化效应，使用标准半导体工艺兼容的材料，通过MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加工技术产生的加工技术产生的新一代传感器件新一代传感器件，具有，具有小型化、集成化、成本低小型化、集成化、成本低的特点，可以的
3、特点，可以极大地提高传感器性能。极大地提高传感器性能。微型传感器的微型传感器的面积面积大多在大多在1mm2以下以下，体积体积只有传统传感器只有传统传感器的几十分之一乃至几百分之一的几十分之一乃至几百分之一，质量质量从千克级下降到几十克乃从千克级下降到几十克乃至几克至几克。在许多领域得到了越来越广泛的应用，如医疗、汽车、。在许多领域得到了越来越广泛的应用，如医疗、汽车、生物等行业已普遍使用。许多常规传感器不能胜任的工作，通生物等行业已普遍使用。许多常规传感器不能胜任的工作，通过使用微传感器就可以很好地完成。过使用微传感器就可以很好地完成。微传感器已经成为微传感器已经成为21世纪世纪传感器的重要发
4、展方向传感器的重要发展方向。2.1.1 几种现代传感器几种现代传感器（2）智能传感器）智能传感器智能传感器智能传感器(美国人称为美国人称为Smart Sensor，英国人称为，英国人称为Intelligent Sensor)是是传感器集成化与微处理机相结合的产物传感器集成化与微处理机相结合的产物，具有信息采集、处理和交换的能力。感器设备巨头美国具有信息采集、处理和交换的能力。感器设备巨头美国Honeywell公司给出的定义是：公司给出的定义是：“一个良好的一个良好的智能传感器智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与自诊是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与自诊断
5、等功能，为监控系统和操作员提供相关信息，以提高工作效断等功能，为监控系统和操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。率及减少维护成本。”因此，因此，智能传感器是将传感器的敏感元智能传感器是将传感器的敏感元件、信号调理电路、微处理器件、信号调理电路、微处理器MPU(MicroProcessor Unit)及数及数字信号接口电路集成在一块芯片上构成字信号接口电路集成在一块芯片上构成。3大优点大优点：通过软件技术可实现：通过软件技术可实现高精度高精度的信息采集，而且的信息采集，而且成成本低本低；具有一定的；具有一定的自动化编程能力自动化编程能力；功能多样化功能多样化。2.1.1 几种现代传感
6、器几种现代传感器（3）数字传感器）数字传感器数字传感器是数字传感器是基于传统的模拟传感器基础上，集成了基于传统的模拟传感器基础上，集成了A/D转转换模块、换模块、CPU处理模块等相关功能模块，使其输出信号为数字量处理模块等相关功能模块，使其输出信号为数字量(或数字编码或数字编码)的传感器的传感器。主要由模拟传感器、放大器、。主要由模拟传感器、放大器、A/D转换转换器、计算机芯片（器、计算机芯片（CPU）、存储器、通信接口电路等组成。）、存储器、通信接口电路等组成。优点优点：l稳定性及抗干扰能力强。适合于电磁干扰强和喜好距离远的工稳定性及抗干扰能力强。适合于电磁干扰强和喜好距离远的工作场所。作场
7、所。l采用软件实现传感器的线性、零点、额定输出温漂、蠕变等性采用软件实现传感器的线性、零点、额定输出温漂、蠕变等性能参数的综合补偿，能参数的综合补偿，提高了传感器的可靠性和精度提高了传感器的可靠性和精度。l数字传感器能自动采集数据并可预处理、存储和记忆，具有唯数字传感器能自动采集数据并可预处理、存储和记忆，具有唯一标记，便于故障诊断。一标记，便于故障诊断。l传感器采用传感器采用标准的数字通讯接口标准的数字通讯接口，可直接连入计算机，也可与可直接连入计算机，也可与标准工业控制总线连接，使用方便灵活。标准工业控制总线连接，使用方便灵活。2.1.1 几种现代传感器几种现代传感器（4）一体化传感器）一
8、体化传感器一体化传感器是将若干种敏感元件组装在同一种材料或单一体化传感器是将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器独一块芯片上的一体化多功能传感器。例如，温、湿度传感器、。例如，温、湿度传感器、多功能气体传感器以及可测量脉搏、心电、血氧饱和度多功能气体传感器以及可测量脉搏、心电、血氧饱和度（SpO2）等人体不同生理信号的健康传感器等。等人体不同生理信号的健康传感器等。网络化传感器是利用网络化传感器是利用TCP/IP协议，使现场测控数据就近接协议，使现场测控数据就近接入网络，并与网络上有通信能力的节点直接进行通信，实现数入网络，并与网络上有通信能力的节点直接进行通信，
9、实现数据的实时发布与共享据的实时发布与共享。传感器网络化的目的是采用标准的网络。传感器网络化的目的是采用标准的网络和通信协议，同时采用模块化结构将传感器和网络技术有机的和通信协议，同时采用模块化结构将传感器和网络技术有机的结合起来，形成传感器网络，简称传感网，其结合起来，形成传感器网络，简称传感网，其典型代表就是无典型代表就是无线传感网线传感网WSN。（5）网络传感器）网络传感器2.1.3 智能检测系统智能检测系统定义：定义：是是以微处理器为核心以微处理器为核心的信号检测系统的信号检测系统。组成组成：5个部分个部分传感器传感器信号的提取；信号的提取；调理电路调理电路信号的预处理，信号的预处理，
10、即整形、放大、滤波等；即整形、放大、滤波等；A/D、D/A及其它转换元件及其它转换元件信号信号的转换；的转换；微处理器微处理器信号的处理，如单片机、微控制器信号的处理，如单片机、微控制器MCU（Micro Control Unit）、数字信号处理器）、数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）等；）等；通信通信信号的传输，如串行或并行信号的传输，如串行或并行标准通信接口、现场总线或标准通信接口、现场总线或Ethernet/Internet等。等。2.1.3 智能检测系统智能检测系统类型类型：在硬件结构上分为：在硬件结构上分为集中式集中式和和分布式分布式两种两种 2
11、.2 自动识别技术自动识别技术所谓所谓自动识别技术自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过识别装就是应用一定的识别装置，通过识别装置与物品的接近，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供置与物品的接近，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。完整的完整的自动识别管理系统包括自动识别管理系统包括3部分部分：自动识别系统自动识别系统AIDS（Auto Identification System）应用程序接口应用程序接口API(Application Interface)或者中间件或者中间件应用系统软件
12、应用系统软件AS（Application Software）。）。1.磁卡识别技术磁卡识别技术 磁卡识别技术磁卡识别技术是最早使用的卡类信息识别技术，是是最早使用的卡类信息识别技术，是以具有信以具有信息存储功能的特殊材料息存储功能的特殊材料，如，如液体磁性材料液体磁性材料或或磁条磁条为信息载体，将为信息载体，将液体磁性材料涂印在基片上（如存折），或将宽约液体磁性材料涂印在基片上（如存折），或将宽约614mm的磁的磁条压贴在基片上（如常见的银联卡）条压贴在基片上（如常见的银联卡）通过高温热压缩形成的一种通过高温热压缩形成的一种卡片状的磁性记录介质，与各种读卡器配合使用卡片状的磁性记录介质，与各种
13、读卡器配合使用。优点及应用优点及应用：磁卡可以方便地写入、储存、改写信息内容，磁卡可以方便地写入、储存、改写信息内容，具有可靠性强、记录数据密度大、误读率低，信息输入、读出速具有可靠性强、记录数据密度大、误读率低，信息输入、读出速度快、信息读写相对简单容易，使用方便，成本低度快、信息读写相对简单容易，使用方便，成本低，从而较早地，从而较早地获得了发展，并进入了多个应用领域，遍布人类生活的方方面面。获得了发展，并进入了多个应用领域，遍布人类生活的方方面面。如可用于制作信用卡、银行卡、社保卡、证券交易卡、地铁卡、如可用于制作信用卡、银行卡、社保卡、证券交易卡、地铁卡、公交卡、门票卡、电话卡、电子游
14、戏卡、车票、机票以及各种交公交卡、门票卡、电话卡、电子游戏卡、车票、机票以及各种交通收费卡等。今天在许多场合我们仍然会用到磁卡，如在食堂就通收费卡等。今天在许多场合我们仍然会用到磁卡，如在食堂就餐，在商场购物，乘公交、地铁等等。餐，在商场购物，乘公交、地铁等等。缺点缺点：需不定期充磁激活。：需不定期充磁激活。2.IC卡识别技术卡识别技术 IC卡卡(Integrated Circuit，简称，简称IC卡卡)，即，即集成电路卡集成电路卡，是将，是将集成电路芯片镶嵌于塑料基片的指定位置上集成电路芯片镶嵌于塑料基片的指定位置上，以存储、读取和，以存储、读取和修改信息。修改信息。特点及应用特点及应用：便
15、于携带、存储量大、保密性好、无法被破译：便于携带、存储量大、保密性好、无法被破译及仿造。及仿造。40年来，已被广泛应用于金融、交通、通讯、医疗、年来，已被广泛应用于金融、交通、通讯、医疗、身份证明等众多领域。身份证明等众多领域。3种类型：种类型：存储器卡、逻辑加密卡和存储器卡、逻辑加密卡和CPU卡（智能卡）卡（智能卡）。存储器卡：存储器卡：适合于仅以适合于仅以IC 卡作为数据的转存介质或有软件卡作为数据的转存介质或有软件加密而不担心被篡改的系统，价格较低；加密而不担心被篡改的系统，价格较低；逻辑加密卡：逻辑加密卡：通过设置卡上的密码区域来控制卡的读写，价通过设置卡上的密码区域来控制卡的读写，价
16、格适中，目前应用数量最大；格适中，目前应用数量最大；智能卡智能卡(Smart Card)：集成电路中带有：集成电路中带有微处理器微处理器，自身就，自身就可以进行数据计算和信息处理，同时能够利用随机数和密钥进可以进行数据计算和信息处理，同时能够利用随机数和密钥进行卡与设备的相互验证，安全性高。行卡与设备的相互验证，安全性高。3.光学字符识别技术光学字符识别技术 光学字符识别光学字符识别OCR：(Optical Character Recognition)是指是指通通过电子设备，如扫描仪或数码相机等，对文本资料进行过电子设备，如扫描仪或数码相机等，对文本资料进行扫描扫描，然，然后对图像文件进行分析
17、处理，获取文字及版面信息的过程后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程。如扫如扫描仪、摄像机、录像机、刻录机、光电传感器等。描仪、摄像机、录像机、刻录机、光电传感器等。识别过程识别过程：图像输入：图像输入1预处理预处理2版面分析版面分析3字符切割字符切割4特征提取特征提取5识别对比识别对比6后处理后处理7人工校正人工校正8输出结果输出结果9。4.生物识别技术生物识别技术 生物识别技术生物识别技术是指是指依靠人的身体特征来进行身份验证的一依靠人的身体特征来进行身份验证的一种种人物识别人物识别技术技术。用于识别的身体特征用于识别的身体特征：生物特征和行为特征：生物特征和行为特征 生物特征
18、生物特征：指纹、声音、面部、骨架、视网膜、虹膜、：指纹、声音、面部、骨架、视网膜、虹膜、DNA等；等；行为特征行为特征：签名的动作、行走的步态、击打键盘的力度：签名的动作、行走的步态、击打键盘的力度等。等。技术核心：技术核心：如何获取如何获取这些特征，并将其这些特征，并将其转换转换为数字信息，为数字信息，存储于计算机中，再利用可靠的存储于计算机中，再利用可靠的匹配算法匹配算法来完成验证与识别过程。来完成验证与识别过程。生物识别系统识别的对象是人，因此要求能实时、迅速、有生物识别系统识别的对象是人，因此要求能实时、迅速、有效地完成其识别过程。效地完成其识别过程。识别过程：识别过程：主要包括主要包
19、括采集、解码、比对和匹配采集、解码、比对和匹配4个处理过个处理过程程。类型：主要有类型：主要有语音识别语音识别、指纹识别、面部识别、视觉识别指纹识别、面部识别、视觉识别等技术。等技术。（1）语音识别技术）语音识别技术 定义定义：语音识别是一种将人讲话发出的语音信号，识别语音识别是一种将人讲话发出的语音信号，识别（转换）成为一种能够表达通信消息的符号序列（转换）成为一种能够表达通信消息的符号序列。核心核心：由于每个人的说话声音不同，语音识别：由于每个人的说话声音不同，语音识别重在识别或重在识别或确认发出语音的说话人本身确认发出语音的说话人本身，而非其中所包含的词汇内容。，而非其中所包含的词汇内容
20、。类型类型：从说话者与识别系统的相关性来说，可以将识别系：从说话者与识别系统的相关性来说，可以将识别系统分为统分为3类类：特定人特定人语音识别系统：仅考虑对于专人的话音进行识别；语音识别系统：仅考虑对于专人的话音进行识别；非特定人非特定人语音识别系统：识别的语音与人无关，通常要语音识别系统：识别的语音与人无关，通常要用大量不同人的语音数据库对识别系统进行学习；用大量不同人的语音数据库对识别系统进行学习；多人的识别多人的识别系统：通常能识别一组人的语音，或者成为系统：通常能识别一组人的语音，或者成为特定组语音识别系统，该系统仅要求对要识别的那组人的语音进特定组语音识别系统，该系统仅要求对要识别的
21、那组人的语音进行训练。行训练。（2）指纹识别技术）指纹识别技术 关键关键：每个人包括每个人包括指纹指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，呈现点上各不相同，呈现唯一性且终生不变唯一性且终生不变的特点。的特点。这种这种唯一性和稳唯一性和稳定性定性是是指纹识别指纹识别技术的关键。技术的关键。图图2-16 人体指纹形状典型图例人体指纹形状典型图例（2）指纹识别技术）指纹识别技术 识别过程识别过程：主要包括对：主要包括对指纹图像的采集、图象处理（包括指纹图像的采集、图象处理（包括极值滤波、二值化、细化等）、特征提取、特征值的比对与匹极值滤波、二值化、细化等）、
22、特征提取、特征值的比对与匹配等配等过程过程。（3）面像识别技术（人脸识别）面像识别技术（人脸识别）定义定义：是以人的脸型识别为核心，通过是以人的脸型识别为核心，通过分析面部特征的唯分析面部特征的唯一形状、模式和位置来辩识人一形状、模式和位置来辩识人，也叫，也叫人脸识别人脸识别技术或技术或脸谱识别脸谱识别。技术特征技术特征：利用：利用计算机图像处理技术从视频中提取面像特计算机图像处理技术从视频中提取面像特征征，通过，通过生物统计学原理进行分析建立数学模型生物统计学原理进行分析建立数学模型，采用，采用区域特征区域特征分析算法完成计算识别分析算法完成计算识别。人脸图像采集方法人脸图像采集方法：主要有
23、标准视频和热成像技术。：主要有标准视频和热成像技术。标准视频技术标准视频技术是通过一个标准的摄像头摄取面部图像；热是通过一个标准的摄像头摄取面部图像；热成像技术成像技术是通过分析由面部毛细血管的血液产生的热线来产生脸是通过分析由面部毛细血管的血液产生的热线来产生脸谱图像。热成像技术并不需要在较好的光源条件下，因此即使在谱图像。热成像技术并不需要在较好的光源条件下，因此即使在黑暗情况下也可以使用。黑暗情况下也可以使用。应用应用：目前常用的是：目前常用的是高质量摄像机高质量摄像机，判断速度相当快，只，判断速度相当快，只需需要要0.01秒左右秒左右，而且具有存储功能。只要把一些具有潜在危险，而且具有
24、存储功能。只要把一些具有潜在危险性的性的“重点人物重点人物”的的“脸部特写脸部特写”输入输入系统系统，一旦发现其擅自闯，一旦发现其擅自闯关，就会在关，就会在0.01秒之内被捕获，同时，系统还会向安保中心秒之内被捕获，同时，系统还会向安保中心“报报警警”。（4）视觉识别技术）视觉识别技术 类型类型：是通过分析：是通过分析眼睛独特特征眼睛独特特征的一种生物识别技术，主要的一种生物识别技术，主要包括包括虹膜识别虹膜识别技术和技术和视网膜识别视网膜识别技术技术。人眼结构人眼结构：人眼睛的外观图由：人眼睛的外观图由巩膜巩膜、虹膜虹膜、瞳孔瞳孔三部分构成，三部分构成，如图如图2-19所示。所示。图图2-1
25、9 眼睛的结构眼睛的结构 虹膜：虹膜：是位于眼睛白色巩膜和黑色瞳孔之间的圆环状部是位于眼睛白色巩膜和黑色瞳孔之间的圆环状部分分，每一个虹膜都包含独一无二的纹理信息每一个虹膜都包含独一无二的纹理信息，优势优势：唯一性、：唯一性、非接触、稳定性、便于信号处理、防伪性好等。非接触、稳定性、便于信号处理、防伪性好等。视网膜视网膜：是眼睛底部的血液细胞层是眼睛底部的血液细胞层，具有极其固定和隐，具有极其固定和隐秘的生物特征，比虹膜更具唯一性。秘的生物特征，比虹膜更具唯一性。缺点：缺点：是激光照射眼球的是激光照射眼球的背面可能会影响使用者健康。背面可能会影响使用者健康。特征特征：虹膜和视网膜的特征由遗传基
26、因决定虹膜和视网膜的特征由遗传基因决定，具有唯一具有唯一性、高度稳定性和非接触性性、高度稳定性和非接触性，是视觉识别技术用以身份鉴别的，是视觉识别技术用以身份鉴别的基础。基础。缺点：缺点：是很难将图像获取设备的尺寸小型化，因聚焦而是很难将图像获取设备的尺寸小型化，因聚焦而需要昴贵的摄像头，一个这样的摄像头最低价为需要昴贵的摄像头，一个这样的摄像头最低价为7000美元。黑美元。黑眼睛极难读取，镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低；需要眼睛极难读取，镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低；需要一个比较好的光源，所以目前难以普及使用。一个比较好的光源，所以目前难以普及使用。（4）视觉识别技术）视觉识别技术
27、2.3 条码识别技术（略）条码识别技术（略）2.4 射频识别技术射频识别技术1.RFID系统的组成系统的组成4部分部分：电子标签电子标签阅读器阅读器射频天线射频天线后台计算机后台计算机（1）电子标签）电子标签 定义定义：电子标签电子标签，也称，也称射频卡射频卡（Radio Frequency，简称，简称RF卡卡）或）或应答器应答器，装设在被识别的物体对象上装设在被识别的物体对象上。组成组成：“耦合元件耦合元件+芯片芯片”，其中包含，其中包含带加密逻辑带加密逻辑、电可电可擦除擦除、可编程只读存储器可编程只读存储器EEPROM、微处理器微处理器CPU、射频收发射频收发及相关电路及相关电路。功能功能
28、：电子标签具有：电子标签具有智能读写智能读写和和加密通信加密通信的功能。通过无的功能。通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。的射频脉冲提供。特点特点：每个电子标签具有：每个电子标签具有唯一的唯一的EPC标识标识，利用阅读器，利用阅读器，可以方便、精确的了解物品信息。可以方便、精确的了解物品信息。1.RFID系统的组成系统的组成4部分部分：电子标签电子标签+阅读器阅读器+射频天线射频天线+后台计算机后台计算机1.RFID系统的组成系统的组成4部分部分：电子标签：电子标签+阅读器阅读器+射频天线射频天线+后
29、台计算机后台计算机（2）阅读器）阅读器(Reader)定义定义：阅读器阅读器，也称为，也称为读写器读写器、查询器查询器、读卡器读卡器等等 功能功能：主要负责：主要负责将主机的读写命令将主机的读写命令加密加密后后传送传送到电子标签到电子标签，将电子标签返回的数据将电子标签返回的数据初始化初始化、解密后送到解密后送到主机主机。组成组成：主要由：主要由收发模块收发模块+控制模块（微处理器）控制模块（微处理器）+接口电路接口电路+天线天线等等4部分部分组成。见图组成。见图2-36所示。所示。1.RFID系统的组成系统的组成4部分部分：电子标签：电子标签+阅读器阅读器+射频天线射频天线+后台计算机后台计
30、算机（3）天线）天线(Antenna)定义定义：是一种：是一种以电磁波的形式以电磁波的形式把前端把前端射频功率信号接收射频功率信号接收进来进来或或辐射出去辐射出去的装置的装置，是电路与空间的界面器件。，是电路与空间的界面器件。功能功能：实现：实现行波与自由空间波能量的转化行波与自由空间波能量的转化。类型类型：电子标签天线和读写器天线。：电子标签天线和读写器天线。电子标签天线电子标签天线和电和电子标签集成为一体，负责子标签集成为一体，负责接收能量接收能量；读写器天线读写器天线既可内置于读既可内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连，写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出
31、端口相连，用来用来发射能量发射能量。（4）后台处理机）后台处理机(Processor)后台处理机即后台处理机即主计算机系统主计算机系统。RFID通过阅读器的通过阅读器的RS232或或RS485标准接口与后台处理机连接，进行数据交换。标准接口与后台处理机连接，进行数据交换。功能功能：主要完成数据信息的存储及管理、对电子标签进：主要完成数据信息的存储及管理、对电子标签进行读写和控制和管理等功能。行读写和控制和管理等功能。2.RFID系统的工作原理系统的工作原理u 安装在安装在固定位置的固定位置的阅读器阅读器通过发射天线通过发射天线发送发送一定频率的一定频率的射频射频信号信号，当装设有电子标签的设备
32、进入发射天线工作区域时，当装设有电子标签的设备进入发射天线工作区域时，电电子标签子标签内产生感应电流，获得能量内产生感应电流，获得能量被激活被激活；u 电子标签将自身电子标签将自身编码等编码等信息信息通过卡内置发送天线通过卡内置发送天线发送出去发送出去；u 系统系统接收天线接收接收天线接收到电子标签发送来的到电子标签发送来的载波信号载波信号，经天线调，经天线调节器节器传送到阅读器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行，阅读器对接收的信号进行解调和解码解调和解码，送送到后台主系统进行相关处理到后台主系统进行相关处理；u 主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同
33、的设定做，针对不同的设定做出相应的出相应的处理和控制处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作发出指令信号控制执行机构动作。2.RFID的中间件的中间件 定义定义：RFID中间件（中间件（Middleware）是指）是指连接连接RFID阅读阅读器和用户应用程序的一组通用的应用程序接口器和用户应用程序的一组通用的应用程序接口API（Application Programming Interface）。）。特点特点：中间件是：中间件是API定义的一个定义的一个软件层软件层，是一组独立的系，是一组独立的系统软件或服务程序，在硬件统软件或服务程序，在硬件(RFID Reader)和软件（用户应用和软件（
34、用户应用程序）之间起程序）之间起中间桥梁中间桥梁的作用，完成与上层复杂应用的信息交的作用，完成与上层复杂应用的信息交换，相当于换，相当于RFID技术的神经中枢。技术的神经中枢。任务任务：主要是：主要是对读写器传来的数据进行过滤、汇总、计算、对读写器传来的数据进行过滤、汇总、计算、分组分组，减少从读写器传往应用系统的大量原始数据、生成加入，减少从读写器传往应用系统的大量原始数据、生成加入了语义解释的事件数据。具体分了语义解释的事件数据。具体分3个方面个方面，即隔离应用层与设，即隔离应用层与设备接口，处理读写器与传感器捕获的原始数据，提供应用层接备接口，处理读写器与传感器捕获的原始数据，提供应用层
35、接口用于管理读写器、查询口用于管理读写器、查询RFID观测数据。观测数据。组成组成：由：由读写适配器读写适配器+事件管理器事件管理器+应用程序接口应用程序接口3个组件个组件组组成。如图成。如图2-38所示。所示。3.RFID的中间件的中间件 读写适配器读写适配器：提供一种通用标准的读写器提供一种通用标准的读写器应用接口应用接口，消除不，消除不同读写器与同读写器与API之间的差别；之间的差别；事件管理器事件管理器：进行数据进行数据预处理预处理，按照规则取得制定的数据。，按照规则取得制定的数据。应用程序接口应用程序接口：提供一个基于标准的提供一个基于标准的服务接口服务接口，为，为RFID数数据的收
36、集提供应用程序层语义，以满足大量应用的需要。据的收集提供应用程序层语义，以满足大量应用的需要。4.RFID的技术标准的技术标准 定义定义：RFID的的硬件硬件、软件技术软件技术和和应用应用的的全球通用规范全球通用规范。类型（类型（4类）类）：技术标准技术标准（软、硬件技术标准）；（软、硬件技术标准）；数据内容数据内容与编码标准与编码标准（电子标签数据编码格式、语法标准等）；（电子标签数据编码格式、语法标准等）；性能与性能与一致性标准一致性标准（测试规范等）；（测试规范等）；应用标准应用标准（船运标签、产品包装（船运标签、产品包装标准等）。标准等）。3个主要国际标准体系个主要国际标准体系：ISO
37、/IEC国际标准体系国际标准体系、美国麻省、美国麻省理工学院理工学院Auto-ID Center的的EPC global标准体系标准体系和日本泛在中心和日本泛在中心（Ubiquitous ID Center，简称，简称UIC）的）的UIC标准体系标准体系。ISO/IEC 标准体系标准体系：ISO/IEC是信息技术领域内是信息技术领域内最重要的最重要的标准化组织标准化组织。根据。根据ISO/IEC JTC31 RFID技术的标准化工作计划，技术的标准化工作计划，将将RFID的国际标准分为的国际标准分为空中接口标准空中接口标准、数据结构标准数据结构标准、一致性一致性测试标准测试标准和和应用标准应用
38、标准4个方面个方面。4.RFID的技术标准的技术标准 EPC global标准体系标准体系：EPC global是由美国统一代码委员会是由美国统一代码委员会(UCC)和国际物品编码协会和国际物品编码协会(EAN)于于2003年联合发起成立的一个年联合发起成立的一个独立的非盈利性机构，以推广独立的非盈利性机构，以推广RFID电子标签的电子标签的网络化应用网络化应用为宗为宗旨，旨，发布了发布了EPC电子标签和读写器方面的技术标准电子标签和读写器方面的技术标准，负责负责EPC global号码注册管理组织号码注册管理组织。EPC global研究范围研究范围：RFID技术特性技术特性(含电子标签和阅
39、读器含电子标签和阅读器的技术特性的技术特性)、EPC编码体系编码体系、目标命名业务目标命名业务ONS（Object Name Service）、）、描述物品信息的标准化语言描述物品信息的标准化语言4个方面个方面。UIC标准体系标准体系：日本：日本UIC成立于成立于2003年年3月，制定月，制定RFID标准的标准的思路类似于思路类似于EPC global，目标也是构建一个完整的标准体系目标也是构建一个完整的标准体系。但。但每部分的具体内容有所不同：在每部分的具体内容有所不同：在编码方面编码方面制定了制定了UCode，兼容日，兼容日本现有编码体系和国际其它编码体系；在本现有编码体系和国际其它编码体
40、系；在空中接口方面空中接口方面也尽量考也尽量考虑与虑与ISO/IEC标准兼容；在标准兼容；在信息共享方面信息共享方面，主要依耐日本的泛在，主要依耐日本的泛在网络，可独立于因特网实现信息共享。网络，可独立于因特网实现信息共享。4.RFID的技术标准的技术标准中国的标准化情况中国的标准化情况 必要性必要性：RFID标准的制定是促进产业发展的基础性工作，标准的制定是促进产业发展的基础性工作，只有推出基于自主知识产权的标准和符合标准的产品，才能掌握只有推出基于自主知识产权的标准和符合标准的产品，才能掌握RFID产业发展的主动权。产业发展的主动权。进展情况进展情况：“十一五十一五”：国家：国家“863”
41、计划完成计划完成20-25项项RFID标准的制定工标准的制定工作，主要是编码、空中接口协议、测试和应用标准。目前已经完作，主要是编码、空中接口协议、测试和应用标准。目前已经完成了成了13项国家标准的立项，项国家标准的立项，10项草案也正在申请立项。项草案也正在申请立项。“十二五十二五”：物联网标准化发展目标是，要研究制定物联网标准化发展目标是，要研究制定200项以项以上上国家和行业标准，包括：国家和行业标准，包括：l 标准体系框架标准体系框架：明确：明确急需标准和重点标准急需标准和重点标准。l 共性和关键技术标准：共性和关键技术标准：包括物联网标识和解析、应用接口、数包括物联网标识和解析、应用
42、接口、数据格式、信息安全、网络管理等据格式、信息安全、网络管理等基础共性标准基础共性标准；智能传感器、超；智能传感器、超高频和微波高频和微波RFID、传感网、传感网、M2M、服务支撑等、服务支撑等关键技术标准关键技术标准。l 行业应用标准：行业应用标准：形成一系列具有推广价值的行业应用标准。形成一系列具有推广价值的行业应用标准。5.无线定位技术无线定位技术 定义定义：是指用来：是指用来判定判定移动用户移动用户位置的测量和计算方法位置的测量和计算方法，即，即定位算法定位算法。简单地说，就是通过对接收到的无线电波的一些参。简单地说，就是通过对接收到的无线电波的一些参数进行测量，再利用定位算法计算出
43、被测目标的具体位置。数进行测量，再利用定位算法计算出被测目标的具体位置。技术类型技术类型：主要有时差定位技术、信号到达角度测量技术、：主要有时差定位技术、信号到达角度测量技术、到达时间定位技术和到达时间差定位技术等。到达时间定位技术和到达时间差定位技术等。方法方法：室外全球定位技术室外全球定位技术和和室内近距离定位技术室内近距离定位技术。（1）室外全球）室外全球GPS定位系统定位系统 定义定义：GPS（Global Position System）是以）是以人造卫星人造卫星为基础为基础的的无线电导航定位系统无线电导航定位系统，是目前世界上最常用的卫星导航系统。，是目前世界上最常用的卫星导航系统
44、。原理原理：GPS使用使用24颗颗人造卫星人造卫星所形成的所形成的网络网络来来三角定位三角定位接受接受器的位置，并器的位置，并提供经纬度坐标提供经纬度坐标，可以达到准确定位。，可以达到准确定位。但但GPS定位定位的位置需要在可看见人造卫星或轨道所经过的地方，因此的位置需要在可看见人造卫星或轨道所经过的地方，因此只用于只用于室外定位室外定位。（1）室外全球）室外全球GPS定位系统定位系统 技术功能技术功能：是结合了：是结合了GPS技术技术、图像处理图像处理技术、无线通信技术技术、无线通信技术及及GIS技术技术的定位技术，可实现跟踪定位、轨迹回放、地图制作、的定位技术，可实现跟踪定位、轨迹回放、地
45、图制作、里程统计、车辆信息管理、监控和调度、短信通知、语音提示和里程统计、车辆信息管理、监控和调度、短信通知、语音提示和报警等功能。报警等功能。系统组成系统组成：完整的：完整的GPS系统由系统由3个独立部分个独立部分组成组成l宇宙空间部分宇宙空间部分：由：由24颗人造卫星颗人造卫星构成，其中构成，其中21颗工作颗工作，3颗备用颗备用。24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道个轨道面上，使地球表面任何地方在任一时面上，使地球表面任何地方在任一时刻都有至少刻都有至少6颗卫星在视线之内，可达到准确定位和跟踪。颗卫星在视线之内，可达到准确定位和跟踪。l 地面监控系统地面监控系统：由：由1个主控站个
46、主控站、6个监测站个监测站、4个地面天线个地面天线组成。组成。负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，大气负责收集由卫星传回的信息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。校正等数据。l 用户设备部分用户设备部分：即：即用户用户GPS信号接收机信号接收机，主要功能是接收，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。完成导航和定位工作。基本原理基本原理：GPS导航系统不断地导航系统不断地发射发射导航电文，当导航电文，当用户接收机用户接收机捕获捕获到跟踪的卫星信号后，就可到跟踪
47、的卫星信号后，就可测量测量出接收天线至卫星的出接收天线至卫星的距离距离及其变化率及其变化率，然后，然后综合综合多颗卫星的数据多颗卫星的数据解调解调出卫星轨道参数等出卫星轨道参数等数据；再由接收机中微处理机按定位解算方法进行数据；再由接收机中微处理机按定位解算方法进行定位计算定位计算，得出用户所在地的位置信息，包括经纬度、高度、速度、时间得出用户所在地的位置信息，包括经纬度、高度、速度、时间等，并根据周围环境和路线标志给予语音和图形提示。等，并根据周围环境和路线标志给予语音和图形提示。应用应用：随着物联网技术的发展和应用，：随着物联网技术的发展和应用，GPS导航、跟踪和定位导航、跟踪和定位系统已
48、广泛应用于各行各业和人们的生活当中。现实生活中，系统已广泛应用于各行各业和人们的生活当中。现实生活中，GPS定位定位主要用于对移动的人、宠物、车及设备进行远程实时主要用于对移动的人、宠物、车及设备进行远程实时定位、跟踪和监控定位、跟踪和监控。如各种出租车、长途客车、货运车辆、物。如各种出租车、长途客车、货运车辆、物流车辆等的跟踪和监控调度指挥系统；小孩、老人、盲人、病流车辆等的跟踪和监控调度指挥系统；小孩、老人、盲人、病人的定位系统；军队演习操控调度指挥监控系统；公安部门对人的定位系统；军队演习操控调度指挥监控系统；公安部门对罪犯的侦探、跟踪系统；运动员训练路线跟踪系统等等。罪犯的侦探、跟踪系
49、统；运动员训练路线跟踪系统等等。（1）室外全球）室外全球GPS定位系统定位系统（2）AGPS定位技术定位技术 定义定义：辅助全球卫星定位系统：辅助全球卫星定位系统AGPS（Assisted GPS）是）是结合网络基站结合网络基站GSM/GPRS信息与信息与GPS定位技术，利用定位技术，利用基地台代基地台代送辅助卫星信息送辅助卫星信息对移动目标进行定位。对移动目标进行定位。AGPS技术是在传统的技术是在传统的GPS技术上改用技术上改用GPRS线路进行数线路进行数据传输，将原有据传输，将原有GPS芯片直接芯片直接找卫星改成找基站辅助找卫星改成找基站辅助，是一种，是一种更为先进的定位技术。可以在更为
50、先进的定位技术。可以在GSM/GPRS、WCDMA和和CDMA2000网络中使用。该技术需要在手机内增加网络中使用。该技术需要在手机内增加GPS接收机接收机模块，并改造手机天线，同时要模块，并改造手机天线，同时要在移动网络上加建位置服务器在移动网络上加建位置服务器、差分差分GPS基准站基准站等设备。总之等设备。总之AGPS技术目前，技术目前，AGPS的方案提的方案提供商主要是美国供商主要是美国高通公司高通公司。特点特点：AGPS能够缩减能够缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间，芯片获取卫星信号的延迟时间，受遮盖的室内也能借基地台信号弥补，减轻受遮盖的室内也能借基地台信号弥补，减轻GPS芯片对卫