物聯(lián)網(wǎng)工程開發(fā)與實(shí)踐

目　錄

第1章　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述　1
1.1　世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展　1
1.1.1　物聯(lián)網(wǎng)是信息技術(shù)發(fā)展的新階段　1
1.1.2　美國物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀　6
1.1.3　日本物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀　7
1.1.4　歐盟物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀　9
1.1.5　我國物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀　11
1.2　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)　12
1.2.1　物聯(lián)網(wǎng)一般架構(gòu)　12
1.2.2　EPC物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)　14
1.2.3　物聯(lián)網(wǎng)的特征　15
1.3　物聯(lián)網(wǎng)工程的提出　17
1.3.1　物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用　17
1.3.2　物聯(lián)網(wǎng)工程質(zhì)量　18
1.4　發(fā)展展望　19

第2章　物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)　23
2.1　關(guān)鍵技術(shù)概述　23
2.2　物品編碼技術(shù)　24
2.2.1　一維條形碼技術(shù)　24
2.2.2　二維條形碼技術(shù)　24
2.2.3　射頻識別技術(shù)　26
2.3　傳感器技術(shù)　30
2.3.1　傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的地位　30
2.3.2　傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知的基礎(chǔ)　31
2.3.3　我國“十二五”期間傳感技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)　31
2.4　通信網(wǎng)絡(luò)　32
2.4.1　近距離無線傳輸　32
2.4.2　遠(yuǎn)距離通信　33
2.4.3　無線傳感網(wǎng)　33
2.5　智能處理系統(tǒng)　34
2.5.1　數(shù)據(jù)融合概念　34
2.5.2　多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)　34
2.5.3　數(shù)據(jù)挖掘　36
2.6　云計(jì)算　37
2.6.1　云計(jì)算定義及服務(wù)模式　37
2.6.2　云計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題　41
2.6.3　物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算　42
2.6.4　“十二五”期間中國云計(jì)算發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)　43
2.7　物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定　43
2.7.1　物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建　43
2.7.2　物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作現(xiàn)狀　44
2.7.3　我國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展　48
2.7.4　物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)面臨的問題　49
附錄2-1　無錫傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)制訂的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(截至2012年)　50

第3章　物聯(lián)網(wǎng)工程中的傳感器設(shè)計(jì)與應(yīng)用　52
3.1　傳感器的選擇　52
3.1.1　傳感器的靜態(tài)特性　52
3.1.2　傳感器的動態(tài)特性　54
3.1.3　傳感器種類　54
3.2　傳感器的質(zhì)量問題　56
3.2.1　傳感器的可靠性　56
3.2.2　傳感器的電磁兼容性能　56
3.2.3　傳感器的故障診斷　57
3.2.4　傳感器認(rèn)證　58
3.3　傳感器的定期維護(hù)和標(biāo)定　59
3.3.1　典型傳感器的定期維護(hù)　59
3.3.2　典型傳感器的標(biāo)定　60
3.4　傳感器發(fā)展趨勢　61
3.4.1　我國傳感器技術(shù)現(xiàn)狀　61
3.4.2　傳感器的微型化　62
3.4.3　傳感器的低功耗　62
3.4.4　傳感器的無線通信　63
3.5　典型傳感器的使用　63
3.5.1　溫度傳感器　63
3.5.2　濕度傳感器　65
3.5.3　加速度傳感器　67
3.5.4　力傳感器　70
3.5.5　位移傳感器　71
3.5.6　氣體傳感器　71
3.5.7　MEMS傳感器　72
3.5.8　電參數(shù)測量傳感器　73
3.5.9　光纖型傳感器　75
3.6　基于PT100的溫度儀開發(fā)　76
3.7　基于K型熱電偶的溫度儀開發(fā)　78
3.7.1　K型熱電偶溫度儀下位機(jī)設(shè)計(jì)　79
3.7.2　電源模塊　79
3.7.3　信號傳感電路　79
3.7.4　信號調(diào)理電路　80
3.7.5　A/D采樣　80
3.7.6　通道選擇　82
3.7.7　液晶顯示　83
3.7.8　串口通信　84
3.7.9　單片機(jī)系統(tǒng)　85
3.7.10　通信接口　86
3.8　加速度傳感器性能測試系統(tǒng)開發(fā)　86
3.8.1　測試原理　87
3.8.2　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　88
3.8.3　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)　88
3.8.4　系統(tǒng)軟件開發(fā)　90
3.8.5　加速度傳感器性能測試系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)　91
附錄3-1　鉑金溫度傳感器電阻-溫度對應(yīng)關(guān)系表　91
附錄3-2　PT100溫度測試儀采集終端源代碼　92

第4章　物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建　104
4.1　內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建　104
4.1.1　無線網(wǎng)絡(luò)通信方法　104
4.1.2　電力載波通信　109
4.1.3　G.hn標(biāo)準(zhǔn)簡介　110
4.1.4　無線傳感網(wǎng)　110
4.2　外部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建　112
4.2.1　有線通信技術(shù)　112
4.2.2　第2代移動通信技術(shù)　113
4.2.3　第2.5代移動通信技術(shù)　113
4.2.4　第3代移動通信技術(shù)　114
4.2.5　第4代移動通信技術(shù)　114
4.2.6　衛(wèi)星移動通信網(wǎng)絡(luò)　115
4.2.7　遠(yuǎn)程通信網(wǎng)關(guān)　116
4.2.8　下一代互聯(lián)網(wǎng)——IPv6　119
4.3　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建實(shí)例　120
4.3.1　美國Digi公司的M2M產(chǎn)品　120
4.3.2　GSM遙控單相電源裝置　121

第5章　物聯(lián)網(wǎng)工程的軟件開發(fā)及算法　124
5.1　軟件開發(fā)　124
5.2　軟件成熟度　125
5.3　物聯(lián)網(wǎng)中間件　126
5.4　數(shù)據(jù)挖掘　127
5.5　遺傳算法　127
5.5.1　基本遺傳算法的基本步驟　128
5.5.2　多目標(biāo)遺傳算法　129
5.5.3　多目標(biāo)遺傳算法基本步驟　131
5.6　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法　132
5.7　支持向量機(jī)法　133
5.8　預(yù)測控制　137
5.8.1　預(yù)測控制的目標(biāo)函數(shù)　137
5.8.2　一步超前預(yù)測控制算法　138
5.8.3　預(yù)測控制的工作過程　138
5.8.4　預(yù)測控制的優(yōu)勢　139
5.8.5　預(yù)測控制應(yīng)用于離散系統(tǒng)優(yōu)化　140
5.9　滑模控制　141
5.10　滑模預(yù)測控制　142
5.11　PID控制算法　143
5.12　人臉識別算法　148
附錄5-1　遺傳算法程序　149

第6章　物聯(lián)網(wǎng)工程電氣安全要求　152
6.1　電氣安全概論　152
6.1.1　國內(nèi)外電氣安全標(biāo)準(zhǔn)化組織　153
6.1.2　電氣設(shè)備幾個電氣安全重要概念　155
6.1.3　電器產(chǎn)品安全防護(hù)設(shè)計(jì)　160
6.2　物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品電氣安全分類　161
6.2.1　按觸電保護(hù)型式分類　161
6.2.2　按防塵、防固體異物和防水等級分類　164
6.2.3　其他分類方式　165
6.3　物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品電氣安全一般要求　166
6.3.1　燈具安全標(biāo)準(zhǔn)　166
6.3.2　燈具安全檢測主要內(nèi)容　166
6.3.3　家電安全標(biāo)準(zhǔn)　171
6.3.4　信息技術(shù)設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)　174
6.4　自鎮(zhèn)流LED燈的安全要求　174
6.5　LED控制裝置電氣安全　175
6.5.1　LED控制裝置安全標(biāo)準(zhǔn)　175
6.5.2　LED控制裝置分類　175
附錄6-1　IEC 60598-1(7.0版)項(xiàng)目分包　177
附錄6-2　溫度對人體和材料產(chǎn)生的效應(yīng)　179

第7章　物聯(lián)網(wǎng)工程電磁兼容要求　180
7.1　電磁兼容基本概念　180
7.1.1　電磁兼容定義　180
7.1.2　電磁騷擾　181
7.1.3　電磁干擾　181
7.1.4　電磁抗干擾　182
7.1.5　電磁兼容設(shè)計(jì)　182
7.1.6　電磁兼容測試分類　183
7.2　電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)　184
7.2.1　IEC/CISPR標(biāo)準(zhǔn)　184
7.2.2　FCC法規(guī)　184
7.2.3　GB標(biāo)準(zhǔn)　185
7.2.4　歐盟EEC法規(guī)　187
7.2.5　日本標(biāo)準(zhǔn)　188
7.2.6　無線、有線通信產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)　189
7.3　電磁騷擾測量　190
7.3.1　傳導(dǎo)騷擾測量　190
7.3.2　輻射騷擾測量　193
7.3.3　騷擾功率測量　197
7.3.4　諧波測試　198
7.3.5　電磁場輻射　198
7.4　電磁抗干擾測量　199
7.4.1　靜電放電抗擾度試驗(yàn)　199
7.4.2　射頻輻射電磁場抗擾度試驗(yàn)　200
7.4.3　電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)　201
7.4.4　雷擊浪涌抗擾度試驗(yàn)　202
7.4.5　射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度　203
7.4.6　工頻磁場抗擾度試驗(yàn)　203
7.4.7　電壓跌落和短時中斷的抗擾度試驗(yàn)　204
7.4.8　輻射抗擾度試驗(yàn)　204
7.5　電磁兼容檢測設(shè)備　205
7.5.1　常用測試場地　205
7.5.2　測量儀器　207
7.5.3　線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)　208
7.5.4　測試天線　208
7.5.5　電磁干擾測試所需儀器基本配備需求　209
7.5.6　電磁抗擾度測試儀器基本配置　209
7.6　歐洲對無線通信產(chǎn)品的電磁兼容要求　209
7.6.1　近距離通信裝置　210
7.6.2　移動通信裝置　210
7.7　美國對無線通信產(chǎn)品的電磁兼容要求　211
7.8　中國對無線通信產(chǎn)品的電磁兼容要求　212
7.9　日本對無線通信產(chǎn)品的電磁兼容要求　212
附錄7-1　EMC實(shí)驗(yàn)室測試設(shè)備基本清單　213

第8章　物聯(lián)網(wǎng)工程的信息安全　215
8.1　信息安全　215
8.1.1　信息安全定義　215
8.1.2　信息安全影響因素　217
8.1.3　信息安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)　219
8.1.4　信息安全技術(shù)　221
8.2　物聯(lián)網(wǎng)信息安全　222
8.3　信息安全技術(shù)　224
8.3.1　數(shù)據(jù)加密技術(shù)　224
8.3.2　數(shù)據(jù)加密算法　224
8.3.3　數(shù)字簽名算法　228
8.3.4　PKI技術(shù)　229
8.4　數(shù)據(jù)備份　229
8.4.1　數(shù)據(jù)備份的需求　229
8.4.2　數(shù)據(jù)備份解決方案　231
8.5　云計(jì)算條件下的信息安全　234
8.6　信息安全風(fēng)險評估　235

第9章　物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)　237
9.1　物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的可靠性問題　237
9.1.1　可靠性理論　237
9.1.2　可靠性試驗(yàn)　239
9.1.3　傳感器壽命　239
9.1.4　加速壽命試驗(yàn)　239
9.2　產(chǎn)品壽命試驗(yàn)　242
9.2.1　傳感器壽命預(yù)測模型　242
9.2.2　傳感器加速老練和壽命測試　245
9.3　可靠性試驗(yàn)方法　245
9.3.1　氣候環(huán)境試驗(yàn)　246
9.3.2　力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)　249
9.3.3　化學(xué)環(huán)境試驗(yàn)　250
9.3.4　綜合環(huán)境試驗(yàn)　251
9.4　可靠性試驗(yàn)設(shè)備　251
9.4.1　氣候環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備　251
9.4.2　力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備　255
9.4.3　化學(xué)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備　255
9.4.4　高加速壽命試驗(yàn)設(shè)備　256
9.5　智能終端的信賴性評價　256
9.5.1　可靠性評價流程　257
9.5.2　基于退化數(shù)據(jù)的可靠性評價　257
9.5.3　可靠性失效分析手段　257
9.5.4　平均無故障時間計(jì)算(MTBF)　265
附錄9-1　美國工業(yè)界和軍方指定的加速壽命試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)匯總　267
附錄9-2　各種有毒氣體的國家安全標(biāo)準(zhǔn)　268

第10章　國內(nèi)外典型的物聯(lián)網(wǎng)工程　270
10.1　物聯(lián)網(wǎng)從概念走向應(yīng)用　270
10.2　典型物聯(lián)網(wǎng)工程　273
10.2.1　智能家居　273
10.2.2　智能交通　276
10.2.3　智能環(huán)?！?78
10.2.4　智能農(nóng)業(yè)　279
10.2.5　智能醫(yī)療　281
10.2.6　智能工業(yè)　283
10.2.7　智能電網(wǎng)　284
10.2.8　智能園區(qū)　285
10.2.9　智能購物　286
10.2.10　智能防偽　287
10.2.11　智能物流　288
10.2.12　智慧城市　289
10.3　物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品認(rèn)證　291
10.3.1　CE認(rèn)證　292
10.3.2　ENEC認(rèn)證　293
10.3.3　CB認(rèn)證　293
10.3.4　GS認(rèn)證　294
10.3.5　UL認(rèn)證　294
10.3.6　ETL認(rèn)證　295
10.3.7　FCC認(rèn)證　295
10.3.8　日本的相關(guān)認(rèn)證　296
10.3.9　CCC認(rèn)證　297
10.4　物聯(lián)網(wǎng)工程評估認(rèn)證　298
10.4.1　第三方評估認(rèn)證的必要性　298
10.4.2　如何開展物聯(lián)網(wǎng)工程第三方評估認(rèn)證　299

參考文獻(xiàn)　301