《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件

《傳感器及檢測(cè)技術(shù)》配套PPT課件,傳感器及檢測(cè)技術(shù),傳感器,檢測(cè),技術(shù),配套,PPT,課件 項(xiàng)目九 檢測(cè)系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 教學(xué)目的： 1、 掌握檢測(cè)系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)的工作原理。 2、了解并掌握系統(tǒng)各部分的作用和工作原理。 3、 了解干擾的種類和來源。 4、了解抗干擾的措施。 5、 了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和組成。 6、 了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 課 型：新授課 課 時(shí)： 3個(gè)任務(wù)，安排6個(gè)課時(shí)。 教學(xué)重點(diǎn)： 認(rèn)識(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的組成和工作原理、檢測(cè)系統(tǒng)各部分功能和作用；干擾與噪聲的區(qū)別，以及干擾的形成條件和測(cè)量，如何抑制干擾；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和主要功能、特征和應(yīng)用。 教學(xué)難點(diǎn)： 檢測(cè)系統(tǒng)的組成、檢測(cè)系統(tǒng)各組成部分的作用和主要的性能指標(biāo)、干擾的種類、來源及常用的抗干擾措施、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由哪幾部分組成和每部分的作用是什么。 教學(xué)過程： 1. 教學(xué)形式：講授課，教學(xué)組織采用課堂整體講授和分組演示。 2. 教學(xué)媒體：采用啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法。教學(xué)手段采用多媒體課件、視頻等媒體技術(shù)。 作業(yè)處理： 完成項(xiàng)目后的思考題。 板書設(shè)計(jì)： 本課標(biāo)題 檢測(cè)系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 課次 2 授課方式 理論課□ 討論課□ 習(xí)題課□ 其他□ 課時(shí)安排 6 學(xué)分 共2分 授課對(duì)象 院系、專業(yè)： 任課教師 教學(xué)基本內(nèi)容 教學(xué)方法及教學(xué)手段 課堂導(dǎo)入 在一個(gè)通常的檢測(cè)（控制）系統(tǒng)中，首先由傳感器將被測(cè)的非電量，如溫度、壓力、位移等轉(zhuǎn)換為電量，再由信號(hào)調(diào)理電路將傳感器輸出的電量進(jìn)行適當(dāng)處理后進(jìn)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(hào)變換或者直接由數(shù)字量輸出去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中的信號(hào)調(diào)理電路主要由傳感器輸出信號(hào)的類型以及信號(hào)大小決定。 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?yàn)檫@些屏蔽線是處在信號(hào)屏蔽的延伸之中）必須完全封閉，如果封閉不嚴(yán)密，則隔離變壓器的屏蔽受到影響；若用配線管，則必須進(jìn)行屏蔽處理，不允許與其他的地接觸 參考以下形式： 1.銜接導(dǎo)入 2.懸念導(dǎo)入 3.情景導(dǎo)入 4.激疑導(dǎo)入 5.演示導(dǎo)入 6.實(shí)例導(dǎo)入 7.其他形式 基本知識(shí)匯總 任務(wù)一 檢測(cè)系統(tǒng) 一、 檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖 二、　檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理 在一個(gè)通常的檢測(cè)（控制）系統(tǒng)中，首先由傳感器將被測(cè)的非電量，如溫度、壓力、位移等轉(zhuǎn)換為電量，再由信號(hào)調(diào)理電路將傳感器輸出的電量進(jìn)行適當(dāng)處理后進(jìn)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(hào)變換或者直接由數(shù)字量輸出去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中的信號(hào)調(diào)理電路主要由傳感器輸出信號(hào)的類型以及信號(hào)大小決定。具體如下： 1、傳感器輸出模擬信號(hào) 當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)為微弱的小信號(hào)時(shí)，要經(jīng)過放大、濾波、采樣保持、再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入微機(jī)進(jìn)行處理；對(duì)于傳感器輸出較大的模擬電壓信號(hào)時(shí)，需要使用限幅電路進(jìn)行幅度限制后，再送模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 2、傳感器輸出開關(guān)量或頻率信號(hào) 當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)為開關(guān)量或頻率信號(hào)時(shí)，若符合TTL電平要求，可以直接送入微機(jī)；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(jī)。 三、　、檢測(cè)系統(tǒng)各介紹 （一）　信號(hào)的放大 通常，檢測(cè)信號(hào)的放大采用集成運(yùn)算放大器。集成運(yùn)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(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。 1、反相放大器 反相放大器如圖92所示。 Kf=uOui=-R2R1， R3=R1∥R2 2、 同相放大器 同相放大器如圖93所示。 Kf=uOui=1+R2R1， R3=R1∥R2 3、 測(cè)量放大器 測(cè)量放大器如圖94所示，由三個(gè)運(yùn)放組成。其中第一級(jí)是兩個(gè)對(duì)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。 （二）　傳感器線性化處理 在檢測(cè)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(cè)量中，熱電偶的輸出電勢(shì)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(duì)傳感器進(jìn)行線性化處理，處理方法分為硬件方法和軟件方法兩種。 1．本課程是機(jī)電一體化、自動(dòng)控制、電氣自動(dòng)化、應(yīng)用電子等專業(yè)的一門專業(yè)課程。要求學(xué)生能認(rèn)識(shí)常用傳感器，掌握其工作原理、輸出特性、誤差補(bǔ)償，理解各種測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，了解傳感器的典型應(yīng)用等知識(shí)，達(dá)到能正確使用常用傳感器的目的。 2．檢測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容包括了自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處理。需要一定的測(cè)量理論、測(cè)量方法，相應(yīng)的測(cè)量工具、裝置，以及對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行正確的處理分析。它涵蓋了傳感器技術(shù)、誤差理論、測(cè)試計(jì)量技術(shù)、抗干擾技術(shù)以及電量間的互相轉(zhuǎn)換技術(shù)等。 3．本課程教學(xué)內(nèi)容的組織與安排：　由實(shí)例引入，按照“任務(wù)提出”“相關(guān)知識(shí)”“任務(wù)實(shí)施”“其他案例”“訓(xùn)練一下”幾個(gè)部分遞進(jìn)完成。采用任務(wù)引領(lǐng)的項(xiàng)目課程教學(xué)，將檢測(cè)技術(shù)與傳感器的技能和知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目的工作任務(wù)之中，在符合工作過程的基礎(chǔ)上，充分考慮了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知心理過程，將課程內(nèi)容劃分為九個(gè)項(xiàng)目，再具化為多個(gè)工作任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容。從檢測(cè)的對(duì)象著手，選擇合適的傳感器，通過認(rèn)識(shí)該類傳感器的外形、性能指標(biāo)，再到測(cè)量原理的介紹，在掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，介紹相應(yīng)的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路，來完成該類檢測(cè)任務(wù)。再安排一個(gè)訓(xùn)練，供學(xué)習(xí)者在實(shí)踐中掌握知識(shí)、提高技能。 （三）　 采樣保持電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。當(dāng)被測(cè)量變化很快時(shí)，為了使ADC的輸入信號(hào)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95所示。 當(dāng)模式控制電壓為采樣電平時(shí)，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。 當(dāng)模式控制電壓為保持電平時(shí)，開關(guān)S斷開，電容CH保持，輸出電壓uO不隨輸入電壓Ui變化。 （四）　A/D轉(zhuǎn)換電路 1、選擇ADC的要點(diǎn) 通常所說的A/D轉(zhuǎn)換器是指將模擬信號(hào)進(jìn)行量化、編碼，轉(zhuǎn)換為n位二進(jìn)制數(shù)字量信號(hào)的集成電路。實(shí)際上，量化、編碼是在轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)完成的，并無明顯界線。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換原理和特點(diǎn)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）。 2、ADC與單片機(jī)的接口電路 （1）　8位ADC與單片機(jī)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(jī)的接口電路如圖97所示。 （2）　12位ADC與單片機(jī)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 μs，轉(zhuǎn)換精度≤0．05％，是應(yīng)用廣泛、價(jià)格適中的芯片。它與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖98所示。 （3）　雙積分型ADC與單片機(jī)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(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高（相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù)）、自動(dòng)較零、自動(dòng)極性輸出、自動(dòng)量程控制信號(hào)輸出、動(dòng)態(tài)字位掃描BCD碼輸出、單基準(zhǔn)電壓、外接元件少、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。但其轉(zhuǎn)換速度慢，為1～10次/s。它與MCS51單片機(jī)的接口電路如圖99所示。 （五）　D/A轉(zhuǎn)換電路 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(hào)；間接ADC是先將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成中間變量，再將中間變量轉(zhuǎn)換成模擬量。 2、DAC與單片機(jī)的接口電路 （1）　8位DAC與單片機(jī)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(gè)系列芯片具有價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等特點(diǎn)。 （2）　12位DAC與單片機(jī)的接口電路 DAC1208/1209/1210系列是12位D/A轉(zhuǎn)換器。 任務(wù)二 檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 一、 干擾與噪聲 （一）　干擾與噪聲的區(qū)別 噪聲的產(chǎn)生和存在是不受接收者的影響、與有用信號(hào)無關(guān)而獨(dú)立的。干擾是相對(duì)有用信號(hào)而言的，只有噪聲達(dá)到一定數(shù)值，并和有用信號(hào)一起進(jìn)入儀器并影響其正常工作時(shí)才形成干擾。噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程。 干擾在滿足一定條件時(shí)，可以消除。但噪聲一般情況下，難以消除，只能減弱。 （二）　形成干擾的條件 噪聲形成干擾要具備三個(gè)條件，即噪聲源、傳播途徑和接收載體。 1、 噪聲源 產(chǎn)生噪聲信號(hào)的設(shè)備被稱為噪聲源，如變壓器、電機(jī)、高壓電線等產(chǎn)生了空中電磁信號(hào)。 2、傳播途徑 傳播途徑是指噪聲源發(fā)出的信號(hào)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(gè)環(huán)節(jié)，由于吸收了噪聲信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生了影響。 二、　兩種測(cè)量干擾 各種噪聲源產(chǎn)生的噪聲，必然要通過各種傳播途徑進(jìn)入設(shè)備，干擾設(shè)備的工作，使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。根據(jù)干擾進(jìn)入測(cè)量電路的方式不同，可將干擾分為差模干擾和共模干擾兩種。 （一）　差模干擾 差模干擾是信號(hào)接收器的一個(gè)輸入端子的電位相對(duì)另一個(gè)輸入端子的電位發(fā)生變化，即干擾信號(hào)與有用信號(hào)疊加在一起。 常見的差模干擾有：　外交變磁場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行電磁耦合，外高壓交變電場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行漏電耦合等。 抗差模干擾的措施有：　 ①　合理設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)并采用屏蔽措施，防止外界進(jìn)入干擾和內(nèi)部寄生耦合干擾。 ②　信號(hào)傳輸采取抗干擾措施，針對(duì)具體情況可以采用雙絞信號(hào)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。 ③　采用電流或數(shù)字量進(jìn)行傳送。 （二）　共模干擾 共模干擾是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)地（接地點(diǎn)），在信號(hào)接收器的兩個(gè)輸入端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響測(cè)量結(jié)果，但是當(dāng)信號(hào)接收器的輸入電路參數(shù)不對(duì)稱時(shí)將會(huì)引起測(cè)量誤差。 常見的共模干擾耦合有下面幾種：　在測(cè)試系統(tǒng)附近有大功率電氣設(shè)備、因絕緣不良漏電、三相動(dòng)力電網(wǎng)負(fù)載不平衡、零線有較大的電流等。這些情況都存在著較大的對(duì)地電流和對(duì)地電位差，若測(cè)試系統(tǒng)有兩個(gè)以上的接地點(diǎn)，則對(duì)地電位差就會(huì)形成共模干擾。當(dāng)電器設(shè)備的絕緣性能不良時(shí)，動(dòng)力電源會(huì)通過漏電電阻耦合到測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)回路形成干擾。在交流供電的電子儀表中，動(dòng)力電源會(huì)通過變壓器的一次、二次繞組間的雜散電容、整流濾波電路、信號(hào)電路與大地之間的雜散電容構(gòu)成回路，形成工頻共模干擾。 抗共模干擾的措施有：　 ①　對(duì)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(fù)對(duì)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。 ②　測(cè)量電流采用輸入端對(duì)稱電路或用差分放大器來提高抑制共模干擾的能力。 ③　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(cè)量電路。 三、　外部干擾的抑制 當(dāng)傳感器與測(cè)量電路、顯示系統(tǒng)相距很遠(yuǎn)時(shí)，外來干擾就特別嚴(yán)重。此時(shí)，外來干擾會(huì)通過電磁耦合、靜電耦合及電火花等各種途徑進(jìn)入線路。 抑制外來干擾的常用方法有以下幾種：　 （一）　屏蔽 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(chǎng)的相互干擾。屏蔽可分為三種，即電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。電場(chǎng)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(chǎng)屏蔽主要用來消除元器件或電路間因磁場(chǎng)寄生耦合產(chǎn)生的干擾，磁場(chǎng)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(chǎng)的干擾。 （二）　接地 電子設(shè)備或傳感器中的地指的是一個(gè)等電位點(diǎn)，它是電路的基準(zhǔn)電位點(diǎn)，與基準(zhǔn)電位點(diǎn)相連接，就是接地 1、 地線的種類 （1）　保護(hù)地線 出于安全防護(hù)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(hù)地線。 （2）　信號(hào)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(hào)的基準(zhǔn)電位的信號(hào)地線。信號(hào)地線又分為模擬信號(hào)地線和數(shù)字信號(hào)地線兩種。 （3）　信號(hào)源地線 傳感器可看作是測(cè)量設(shè)備的信號(hào)源，信號(hào)源地線是傳感器本身的零信號(hào)電位基準(zhǔn)公共線。由于傳感器在現(xiàn)場(chǎng)，二次儀表在控制室內(nèi)，因此兩者接地要求是不同的。 （4）　負(fù)載地線 負(fù)載的電流一般較前級(jí)信號(hào)電流大很多，負(fù)載地線上的電流在地線中產(chǎn)生的干擾也大，因此對(duì)負(fù)載地線和信號(hào)地線有不同的要求。有時(shí)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(hào)。 （5）　屏蔽層地線（機(jī)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。 2、地線的處理 （1）　強(qiáng)電地線與信號(hào)地線分開設(shè)置 強(qiáng)電地線是指電源地線、大功率負(fù)載地線等，它流過的電流大，在地線電阻上會(huì)產(chǎn)生毫伏級(jí)或伏級(jí)電壓降。若這種地線與信號(hào)地線公用，將產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。因此信號(hào)地線與強(qiáng)電地線要分開設(shè)置。 （2）　模擬信號(hào)地線與數(shù)字信號(hào)地線分開設(shè)置 數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，且是交變的脈沖，流過地線的電流也呈脈沖，而模擬信號(hào)一般較弱。若兩者共用一條地線，數(shù)字信號(hào)就會(huì)通過地線電阻對(duì)模擬信號(hào)構(gòu)成干擾，所以這兩種地線要分開設(shè)置。 （3）　低頻電路要一點(diǎn)接地 “一點(diǎn)接地”就是把多個(gè)接地點(diǎn)用導(dǎo)線連接到一點(diǎn)，再將該點(diǎn)接地。采用一點(diǎn)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(diǎn)接地 對(duì)于高頻電路，地線上因具有電感而增加了地線阻抗，同時(shí)各地線間又產(chǎn)生互感耦合。若地線較長(zhǎng)，應(yīng)采用多點(diǎn)接地。 電子設(shè)備或傳感器的有效接地可消除電流流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生噪聲電壓，也可以避免受磁場(chǎng)或地電位差的影響。把接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，就可抑制大部分的噪聲干擾。 （三）　 浮置 浮置又稱為浮空、浮接，是測(cè)量?jī)x表的輸入信號(hào)放大器公共地不接機(jī)殼或大地。浮置阻斷了干擾電流的通路，測(cè)量系統(tǒng)浮置后，明顯加大了系統(tǒng)信號(hào)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。 （四）　隔離 當(dāng)電路信號(hào)在兩端接地時(shí)，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(gè)電路之間加入隔離變壓器可以切斷地環(huán)路，實(shí)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(cè)量系統(tǒng)中，常采用光電耦合的方法實(shí)現(xiàn)電路的隔離。 （五）　濾波 濾波是抑制噪聲干擾的最有效手段之一，特別是對(duì)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(cè)量電路輸入端、放大器輸入端或測(cè)量橋路與放大器之間，以阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器，使干擾信號(hào)衰減。常用的有RC型、LC型及雙T型等形式的濾波器。為防止無線電干擾，要盡量避免產(chǎn)生電火花，這可通過在開關(guān)或觸頭（如繼電器）兩端加熄滅電火花電路（如并聯(lián)電容）或在電源端加濾波器來實(shí)現(xiàn)。 四、 內(nèi)部干擾的抑制 內(nèi)部干擾主要來源于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的電源變壓器。變壓器繞組中存在著分布電容（為100～1000pF），漏電流可達(dá)8～70μA，由它引起的干擾在某些電路中的干擾電壓可達(dá)1～10V，因此，消除這些干擾電壓是十分重要的，常用的方法如下：　 消除這些干擾電壓是十分重要的，常用的方法如下：　 （一）　采用隔離措施 將變壓器一次側(cè)繞組進(jìn)行屏蔽，并將屏蔽接地，二次側(cè)繞組也應(yīng)同時(shí)屏蔽， （二）　采用隔離變壓器供電 圖913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?yàn)檫@些屏蔽線是處在信號(hào)屏蔽的延伸之中）必須完全封閉，如果封閉不嚴(yán)密，則隔離變壓器的屏蔽受到影響；若用配線管，則必須進(jìn)行屏蔽處理，不允許與其他的地接觸。 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(shí)時(shí)感知、采集和監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域中對(duì)象的信息，用自帶的微處理器對(duì)信息進(jìn)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。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)術(shù)語：　 1、 傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node） 傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。它把有效探測(cè)區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和待測(cè)對(duì)象物理參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶終端。 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(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，開機(jī)后節(jié)點(diǎn)就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。 3、 動(dòng)態(tài)拓?fù)? 無限傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，部分節(jié)點(diǎn)附著檢測(cè)物體隨處移動(dòng)；部分節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障而退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；部分節(jié)點(diǎn)因彌補(bǔ)失效節(jié)點(diǎn)和增加監(jiān)測(cè)精度而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣M織功能。 二、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能 1． 事件檢測(cè) 監(jiān)測(cè)事件的發(fā)生并估計(jì)事件發(fā)生過程中的相關(guān)參數(shù)。如在用于交通管理的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可檢測(cè)車輛是否通過了交通路口以及通過交叉路口時(shí)的速度和方向。 2． 目標(biāo)監(jiān)測(cè) 用于區(qū)分被監(jiān)測(cè)對(duì)象。如在用于交通管理的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可檢測(cè)車輛的車型。 3． 目標(biāo)跟蹤 實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)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(dòng)軌跡，從而幫助及時(shí)破案。 4． 參數(shù)計(jì)算 計(jì)算在給定區(qū)域中相關(guān)參數(shù)的值。如在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)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)。此時(shí)的各傳感器節(jié)點(diǎn)配置了不同類型傳感器，各傳感器節(jié)點(diǎn)完成不同的任務(wù)。 三、　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征 （一）　傳感器節(jié)點(diǎn)的低功耗、微型化、高集成度和低價(jià)格 （二）　傳感器節(jié)點(diǎn)的密集布設(shè) （三）　 協(xié)作式網(wǎng)絡(luò) （四）　自組織網(wǎng)絡(luò) （五）　無線網(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) 大量傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)在監(jiān)測(cè)對(duì)象周圍，節(jié)點(diǎn)之間通過自組織快速形成一個(gè)感知網(wǎng)絡(luò)，在感知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)（匯聚點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)）。感知數(shù)據(jù)在向sink節(jié)點(diǎn)傳遞的過程中，可能需要在中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)逐漸作聚合或融合處理，以壓縮需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量或提高信息的精度和可信度，或者對(duì)多個(gè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、匯總與推理，從更高的信息層次判斷所出現(xiàn)的現(xiàn)象或發(fā)生的事件。 （二）　傳感器節(jié)點(diǎn) 傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要環(huán)節(jié)，其基本組成如圖915所示。它包括如下幾個(gè)單元 1、 傳感器模塊 傳感器模塊由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組成。它用于感知、獲取外界的信息，被監(jiān)測(cè)的物理量決定了傳感器的類型。 2、 處理器模塊 處理器模塊由微處理器、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等組成。它負(fù)責(zé)對(duì)感知部件獲取的信息進(jìn)行必要的計(jì)算、處理、保存；協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)各部分的工作；控制感知部件和電源的工作模式等。 3 無線收發(fā)模塊 無線收發(fā)模塊是傳感器組網(wǎng)的必備條件，由無線通信器件組成。它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間以及傳感器節(jié)點(diǎn)與用戶節(jié)點(diǎn)、管理控制節(jié)點(diǎn)之間的無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)等。 3、無線收發(fā)模塊 無線收發(fā)模塊是傳感器組網(wǎng)的必備條件，由無線通信器件組成。它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間以及傳感器節(jié)點(diǎn)與用戶節(jié)點(diǎn)、管理控制節(jié)點(diǎn)之間的無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)等。 4、能量供應(yīng)模塊 能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。該模塊是最重要的模塊之一。有的系統(tǒng)可能會(huì)采用太陽能電池等方式補(bǔ)充能量，但目前一般傳感器節(jié)點(diǎn)電池都是不可補(bǔ)充的，一旦電池能量用完，該節(jié)點(diǎn)就失去了作用。這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)必須是低功耗的，必須高效使用能量來最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 （三）　 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)（sink）和傳感器節(jié)點(diǎn)的協(xié)議棧如圖916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(duì)應(yīng)。同時(shí)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(dòng)管理、任務(wù)管理三個(gè)平臺(tái)，使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠以高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)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。 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(cè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、智能建筑、交通控制等領(lǐng)域。 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(shí)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(chǎng)偵察 （2）　核、生、化監(jiān)測(cè) （3）　安全警戒 （4）　物資管理 2、環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù) （1）　森林防火 （2）　洪災(zāi)預(yù)警 （3）　水源水質(zhì)監(jiān)測(cè) （4）　生物生態(tài)研究 討論題、思考題： 圍繞本項(xiàng)目主題做情景模擬訓(xùn)練，以增強(qiáng)理解，加深印象。可以參考教材、資料包、或者其他案例。 課后小結(jié)： 1、 掌握檢測(cè)系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)的工作原理。 2、了解并掌握系統(tǒng)各部分的作用和工作原理。 3、 了解干擾的種類和來源。 4、了解抗干擾的措施。 5、 了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和組成。 6、 了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 作業(yè)： 1. 檢測(cè)系統(tǒng)各組成部分的作用和主要的性能指標(biāo)是什么？ 2．　簡(jiǎn)述干擾的種類、來源及常用的抗干擾措施。 3．　設(shè)計(jì)一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)并能描述各部分的作用。 4. 舉例說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工程實(shí)際和日常生活中的應(yīng)用 說明： 1.?每項(xiàng)頁面大小可自行添減，可按節(jié)或課設(shè)計(jì)填寫。 2.?課次為授課次序，填1、2、3……。 3.?授課方式主要包括填理論課、實(shí)驗(yàn)課、討論課、習(xí)題課等。 4.?方法及手段如：舉例講解、多媒體講解、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、音像講解等。 5.其他內(nèi)容要求結(jié)構(gòu)完整，邏輯清晰，具體詳細(xì)。