传感与控制 1. 通过分析物联网应用实例,了解信息系统与外部世界的连接方式。 2. 了解常见的传感与控制机制,认识常用的传感器及作用。 3. 通过分析具体的信息系统实例,了解传感器获取外界信息的过程。 1. 信息系统与外部世界的联系 (1)信息系统要发挥作用,必须与外部世界进行联系。随着物联网和人工智能的发展,信息系统逐渐可以通过传感技术自动获取外部信息(如温度、亮度、声音、人脸等),也可以通过一定的机制实现对外部物体的直接控制。 (2)在由传感与控制技术支持的信息系统中,传感技术负责将采集到的外部世界的各种信息输入到信息系统;控制技术则实现信息系统对外部世界的控制。传感与控制技术的应用实例有天网监控系统、火车站的闸机、智能锁。 2. 常见的传感技术 (1)传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为现代信息技术的三大支柱。 (2)传感器是指能检测、采集物理世界的各种信息,并将信息转换为以电信号形式表示的数据采集设备。传感器属于信息输入设备,一般由敏感元件、转换元件、其他辅助元件三部分组成。 (3)传感器通过敏感元件感受(或响应)和检出被测对象的待测信息;通过转换元件将敏感元件所感受(或响应)的信息直接转换成有用信号(一般为电信号)。辅助元件主要包括信号调节与转换电路及其所需的电源。 (4)常见传感器及其作用。 ①光线传感器:自动调节屏幕背光的亮度。 ②距离传感器:检测手机是否贴在耳朵上正在打电话,以便自动调暗屏幕亮度,达到省电的目的。 ③重力传感器:实现手机横竖屏智能切换、拍照时照片朝向切换。 ④加速度传感器:实现计步功能。 ⑤指纹传感器:实现加密、解锁、电子支付等功能。 ⑥磁场传感器:可以将磁场及其变化的量转变成电信号输出,如制作电子指南针、电子金属探测器。 ⑦皮电反应传感器:检测皮肤汗腺机能改变产生的变化量,如监测用户的运动状态、心理活动等。 ⑧霍尔传感器:实现翻盖自动解锁、合盖自动锁屏的功能。 同一种传感器使用不同的算法,还可以实现不同的功能。 3. 传感器信息的获取 (1)传感器获得信息以后,可以通过无线网络、蓝牙、串口(COM接口)等通信方式将从传感器获取的信息传递给信息系统。 (2)选择micro:bit开发板作为采集传感器数据的智能终端,通过编程获取micro:bit内置传感器的信息,并向串口输出。具体操作步骤如下: ①通过USB连接线将micro:bit连接到计算机,并安装串口驱动。 ②编写程序,读取传感器数据。 ③通过串口调试工具,查看串口数据。 4. 射频识别技术 (1)射频(RF)是指具有远距离传播能力的高频电磁波,其频率范围在300kHz与30GHz之间。射频识别(又称无线射频识别,简称RFID),是一种非接触式的自动识别技术。可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无须在特定目标与识别系统之间建立机械或光学接触。从信息采集角度来看,射频识别技术属于传感器技术。 (2)射频识别过程:发射端(RFID标签)向接收端(RFID读写器)发送特定的射频信号,接收端接收到射频信号后,对发射端对象的标识信息进行解码,然后将相关信息输送到信息系统中以供处理。 (3)射频识别系统至少应包括以下两个部分:一是发射端(RFID标签,也称电子标签);二是接收端(RFID读写器),另外还应包括天线主机等。 ①电子标签由天线(线圈)及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,高容量电子标签附着在物体上以标识目标对象。按照能量供给方式的不同,电子标签分为有源标签(主动式标签)和无源标签(被动式标签)两种;按照工作频率的不同,电子标签分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)四种。 ②RFID读写器的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号,并接收标签的应答,对标签的对象标识信息进行解码,然后将对象标识信息及标签上其他相关信息传输到信息系统以供处理。RFID读写器有固定式和手持式 ... ...
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