物联网感知层设计的主要技术要点研究

金佛荣

摘 要：论述了物联网感知层的主要技术组成，分别论述了感知层主要信号采集装置及感知层主要信号传输技术，对各种装置和技术的特点、主要参数进行了详细说明及比较，为工程技术人员进行物联系统的设计提供了有价值的参考。

关键词：物联网;感知层;传感器;ZigBee

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.143

1 引言

物联网感知层主要实现将检测信息转换为电信号，并传输到信息存储、处理平台，实现对物品的实时监控和自动管理。而这种功能得以实现，离不开各种技术的协调合作。目前信号采集主要涉及的技术有传感器技术、射频识别技术、二维码技术、图像采集技术、感知层信息传输技术主要有蓝牙技术、蓝牙技术。

2 感知层主要信号采集装置

2.1 传感器

做为一种检测装置，传感器会先感知外界信息，然后将这些信息通过特定规则转换为电信号，最后由传感网络传输到计算机上，供人们或人工智能分析和利用。传感器的物理组成包括敏感元件、转换元件以及电子线路三部分。敏感元件可以直接感受对应的物品，转换元件也叫传感元件，主要作用是将其他形式的数据信号转换为电信号;电子线路作为转换电路可以调节信号，将电信号转换为可供人和计算机处理、管理的有用电信号。

2.2 射频识别装置

射频技术是无线自动识别技术之一，人们又将其称为电子标签技术。利用该技术，无需接触物体就能通过电磁耦合原理获取物品的相关信息。物联网中的感知层通常都要建立一个射频识别系统，该识别系统由电子标签、读写器以及中间信息系统三部分组成。其中，电子标签一般安装在物品的表面或者内嵌在物品内层，标签内存储着物品的基本信息，以便于被物联网设备识别;读写器有三个作用，一是读取电子标签中有关待识别物品的信息，二是修改电子标签中待识别物品的信息，三是将所获取的物品信息传输到中央信息系统中进行处理;中央信息系统的作用是分析和管理读写器从电子标签中读取的数据信息。

2.3 二维码扫描

二维码（2-dimensional bar code）又称二维条码、二维条形码，是一种信息识别技术。二维码通过黑白相间的图形记录信息，这些黑白相间的图形是按照特定的规律分布在二维平面上，图形与计算机中的二进制数相对应，人们通过扫描枪就能将二维码输入计算机进行数据的识别和处理。

2.4 摄像头

摄像头具有视频摄像/传播和静态图像捕捉等基本功能，它是借由镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号，然后借由并行端口或USB连接输入到电脑后由软件再进行图像还原。

3 感知层主要信号传输技术

3.1 蓝牙技术

蓝牙技术是典型的短距离无线通讯技术，在物联网感知层得到了广泛应用，是物联网感知层重要的短距离信息传输技术之一。蓝牙技术既可在移动设备之间配对使用，也可在固定设备之间配对使用，还可在固定和移动设备之間配对使用。该技术将计算机技术与通信技术相结合，解决了在无电线、无电缆的情况下进行短距离信息传输的问题。蓝牙集合了时分多址、高频跳段等多种先进技术，既能实现点对点的信息交流，又能实现点对多点的信息交流。蓝牙在技术标准化方面已经相对成熟，相关的国际标准已经出台，例如，其传输频段就采用了国际统一标准2.4GHz频段。另外，该频段之外还有间隔为1MHz的特殊频段。蓝牙设备在使用不同功率时，通信的距离有所不同，若功率为0dBm和20dBm，对应的通信距离分别是10m和100m。

3.2 ZigBee技术

ZigBee指的是IEEE802.15.4协议，它与蓝牙技术一样，也是一种短距离无线通信技术。根据这种技术的相关特性来看，它介于蓝牙技术和无线标记技术之间，因此，它与蓝牙技术并不等同。

ZigBee传输信息的距离较短、功率较低，因此，日常生活中的一些小型电子设备之间多采用这种低功耗的通信技术。与蓝牙技术相同，ZigBee所采用的公共无线频段也是2.4GHz，同时也采用了跳频、分组等技术。但ZigBee的可使用频段只有三个，分别是2.4GHz（公共无线频段）、868MHz（欧洲使用频段）、915MHz（美国使用频段）。ZigBee的基本速率是250Kbit/s，低于蓝牙的速率，但比蓝牙成本低，也更简单。ZigBee的速率与传输距离并不成正比，当传输距离扩大到134m时，其速率只有28Kbit/s，不过，值得一提的是，ZigBee处于该速率时的传输可靠性会变得更高。采用ZigBee技术的应用系统可以实现几百个网络节点相连，最高可达254个之多。这些特性决定了ZigBee技术能够在一些特定领域比蓝牙技术表现得更好，这些特定领域包括消费精密仪器、消费电子、家居自动化等。然而，ZigBee只能完成短距离、小量级的数据流量传输，这是因为它的速率较低且通信范围较小。

4 结束语

物联网感知层是物联网系统的主要环节，在物联网系统感知层设计的过程，主要考虑信号采集装置和信号传输技术这两个要点，根据具体项目需求选择相应的信号采集装置及信号传输装置，通过各种技术的协调合作，实现对物品的实时监控和自动管理，为整个系统的可靠性和稳定性打下基础。

参考文献：

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[2]曹银平.物联网，为实施智能制造提供有力支撑[J].自动化博览，2017（03）.

[3]文乾.2018物联网产业分类排行新趋势报告[J].互联网周刊，2018（08）.

作者简介：金佛荣（1982-），男，甘肃天水人，硕士研究生，讲师，研究方向：测控技术。