物聯網工程開發(fā)與實踐

目　錄

第1章　物聯網技術概述　1
1.1　世界物聯網發(fā)展　1
1.1.1　物聯網是信息技術發(fā)展的新階段　1
1.1.2　美國物聯網現狀　6
1.1.3　日本物聯網現狀　7
1.1.4　歐盟物聯網現狀　9
1.1.5　我國物聯網現狀　11
1.2　物聯網架構　12
1.2.1　物聯網一般架構　12
1.2.2　EPC物聯網架構　14
1.2.3　物聯網的特征　15
1.3　物聯網工程的提出　17
1.3.1　物聯網示范應用　17
1.3.2　物聯網工程質量　18
1.4　發(fā)展展望　19

第2章　物聯網工程關鍵技術　23
2.1　關鍵技術概述　23
2.2　物品編碼技術　24
2.2.1　一維條形碼技術　24
2.2.2　二維條形碼技術　24
2.2.3　射頻識別技術　26
2.3　傳感器技術　30
2.3.1　傳感器在物聯網中的地位　30
2.3.2　傳感器是物聯網感知的基礎　31
2.3.3　我國“十二五”期間傳感技術的研發(fā)重點　31
2.4　通信網絡　32
2.4.1　近距離無線傳輸　32
2.4.2　遠距離通信　33
2.4.3　無線傳感網　33
2.5　智能處理系統(tǒng)　34
2.5.1　數據融合概念　34
2.5.2　多傳感器數據融合技術　34
2.5.3　數據挖掘　36
2.6　云計算　37
2.6.1　云計算定義及服務模式　37
2.6.2　云計算的優(yōu)點和存在的問題　41
2.6.3　物聯網和云計算　42
2.6.4　“十二五”期間中國云計算發(fā)展的重點任務　43
2.7　物聯網標準制定　43
2.7.1　物聯網標準體系的構建　43
2.7.2　物聯網標準化工作現狀　44
2.7.3　我國物聯網標準化進展　48
2.7.4　物聯網標準化建設面臨的問題　49
附錄2-1　無錫傳感網創(chuàng)新示范區(qū)制訂的物聯網標準(截至2012年)　50

第3章　物聯網工程中的傳感器設計與應用　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　傳感器認證　58
3.3　傳感器的定期維護和標定　59
3.3.1　典型傳感器的定期維護　59
3.3.2　典型傳感器的標定　60
3.4　傳感器發(fā)展趨勢　61
3.4.1　我國傳感器技術現狀　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設計　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　機械結構設計　88
3.8.3　系統(tǒng)硬件結構　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)技術指標　91
附錄3-1　鉑金溫度傳感器電阻-溫度對應關系表　91
附錄3-2　PT100溫度測試儀采集終端源代碼　92

第4章　物聯網通信網絡構建　104
4.1　內部網絡構建　104
4.1.1　無線網絡通信方法　104
4.1.2　電力載波通信　109
4.1.3　G.hn標準簡介　110
4.1.4　無線傳感網　110
4.2　外部網絡構建　112
4.2.1　有線通信技術　112
4.2.2　第2代移動通信技術　113
4.2.3　第2.5代移動通信技術　113
4.2.4　第3代移動通信技術　114
4.2.5　第4代移動通信技術　114
4.2.6　衛(wèi)星移動通信網絡　115
4.2.7　遠程通信網關　116
4.2.8　下一代互聯網——IPv6　119
4.3　物聯網網絡構建實例　120
4.3.1　美國Digi公司的M2M產品　120
4.3.2　GSM遙控單相電源裝置　121

第5章　物聯網工程的軟件開發(fā)及算法　124
5.1　軟件開發(fā)　124
5.2　軟件成熟度　125
5.3　物聯網中間件　126
5.4　數據挖掘　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　多目標遺傳算法　129
5.5.3　多目標遺傳算法基本步驟　131
5.6　神經網絡算法　132
5.7　支持向量機法　133
5.8　預測控制　137
5.8.1　預測控制的目標函數　137
5.8.2　一步超前預測控制算法　138
5.8.3　預測控制的工作過程　138
5.8.4　預測控制的優(yōu)勢　139
5.8.5　預測控制應用于離散系統(tǒng)優(yōu)化　140
5.9　滑?？刂啤?41
5.10　滑模預測控制　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　物聯網工程電氣安全要求　152
6.1　電氣安全概論　152
6.1.1　國內外電氣安全標準化組織　153
6.1.2　電氣設備幾個電氣安全重要概念　155
6.1.3　電器產品安全防護設計　160
6.2　物聯網終端產品電氣安全分類　161
6.2.1　按觸電保護型式分類　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　物聯網終端產品電氣安全一般要求　166
6.3.1　燈具安全標準　166
6.3.2　燈具安全檢測主要內容　166
6.3.3　家電安全標準　171
6.3.4　信息技術設備安全標準　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控制裝置安全標準　175
6.5.2　LED控制裝置分類　175
附錄6-1　IEC 60598-1(7.0版)項目分包　177
附錄6-2　溫度對人體和材料產生的效應　179

第7章　物聯網工程電磁兼容要求　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　電磁兼容設計　182
7.1.6　電磁兼容測試分類　183
7.2　電磁兼容標準　184
7.2.1　IEC/CISPR標準　184
7.2.2　FCC法規(guī)　184
7.2.3　GB標準　185
7.2.4　歐盟EEC法規(guī)　187
7.2.5　日本標準　188
7.2.6　無線、有線通信產品認證標準　189
7.3　電磁騷擾測量　190
7.3.1　傳導騷擾測量　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　199
7.4.2　射頻輻射電磁場抗擾度試驗　200
7.4.3　電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗　201
7.4.4　雷擊浪涌抗擾度試驗　202
7.4.5　射頻場感應的傳導騷擾抗擾度　203
7.4.6　工頻磁場抗擾度試驗　203
7.4.7　電壓跌落和短時中斷的抗擾度試驗　204
7.4.8　輻射抗擾度試驗　204
7.5　電磁兼容檢測設備　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)定網絡　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　美國對無線通信產品的電磁兼容要求　211
7.8　中國對無線通信產品的電磁兼容要求　212
7.9　日本對無線通信產品的電磁兼容要求　212
附錄7-1　EMC實驗室測試設備基本清單　213

第8章　物聯網工程的信息安全　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　信息安全認證標準　219
8.1.4　信息安全技術　221
8.2　物聯網信息安全　222
8.3　信息安全技術　224
8.3.1　數據加密技術　224
8.3.2　數據加密算法　224
8.3.3　數字簽名算法　228
8.3.4　PKI技術　229
8.4　數據備份　229
8.4.1　數據備份的需求　229
8.4.2　數據備份解決方案　231
8.5　云計算條件下的信息安全　234
8.6　信息安全風險評估　235

第9章　物聯網產品可靠性試驗　237
9.1　物聯網產品的可靠性問題　237
9.1.1　可靠性理論　237
9.1.2　可靠性試驗　239
9.1.3　傳感器壽命　239
9.1.4　加速壽命試驗　239
9.2　產品壽命試驗　242
9.2.1　傳感器壽命預測模型　242
9.2.2　傳感器加速老練和壽命測試　245
9.3　可靠性試驗方法　245
9.3.1　氣候環(huán)境試驗　246
9.3.2　力學環(huán)境試驗　249
9.3.3　化學環(huán)境試驗　250
9.3.4　綜合環(huán)境試驗　251
9.4　可靠性試驗設備　251
9.4.1　氣候環(huán)境試驗設備　251
9.4.2　力學環(huán)境試驗設備　255
9.4.3　化學環(huán)境試驗設備　255
9.4.4　高加速壽命試驗設備　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　基于退化數據的可靠性評價　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標準匯總　267
附錄9-2　各種有毒氣體的國家安全標準　268

第10章　國內外典型的物聯網工程　270
10.1　物聯網從概念走向應用　270
10.2　典型物聯網工程　273
10.2.1　智能家居　273
10.2.2　智能交通　276
10.2.3　智能環(huán)保　278
10.2.4　智能農業(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　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　物聯網終端產品認證　291
10.3.1　CE認證　292
10.3.2　ENEC認證　293
10.3.3　CB認證　293
10.3.4　GS認證　294
10.3.5　UL認證　294
10.3.6　ETL認證　295
10.3.7　FCC認證　295
10.3.8　日本的相關認證　296
10.3.9　CCC認證　297
10.4　物聯網工程評估認證　298
10.4.1　第三方評估認證的必要性　298
10.4.2　如何開展物聯網工程第三方評估認證　299

參考文獻　301