37916《物联网技术概论》习题及答案

第一章习题及答案

1、 中国对物联网是怎样定义的？

答：我国信息技术标准化技术委员会所属传感器网络标准工作组的2009年9月的工作文件，对传感器网络的定义是：传感器网络(Sensor Network)以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人、人与物之间信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。

我国工信部和江苏省联合向国务院上报的《关于支持无锡建设国家传感网创新示范区(国家传感信息中心)情况的报告》中传感网的定义是：传感网(Sensing Network)，是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。 2、 说明物联网、传感网与泛在网之间的关系。

答：传感网是物联网的组成部分，物联网是互联网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。传感器网络、物联网和泛在网之间的关系如图所示。

传感器网络 物联/泛在 传感器网络 泛在网络

3、 说明物联网的体系架构及各层次的功能。

答：物联网通常被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层。

物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集；网络层主要完成信息传递和处理；应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。 4、 说明物联网的技术体系架构及各层次的关键技术。

答：物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。 感知层是物联网发展和应用的基础，包括传感器等数据采集设备，是数据接入到网关前

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的传感器网络RFID技术、传感控制技术、短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技术。 物联网的网络层一般建立在现有的移动通讯网或互联网的基础之上。实现更加广泛的互联功能。关键技术：包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（PSTN）技术、Wi-Fi通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。

应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。主要是基于软件的各种数据处理技术，此外云计算技术作为海量数据的存储、分析平台，也将是物联网应用层的重要组成部分。

5、说明物联网的主要应用领域及应用前景。

答：物联网有着巨大的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。物联网从最初的军事侦察等无线传感器网络，逐渐发展到环境监测、医疗卫生、智能交通、智能电网、建筑物监测等应用领域。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种物联网将遍布我们的生活中。

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第二章习题及答案

1、 嵌入式系统的定义是什么？有哪三个基本要素？

答：嵌入式系统的定义是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

三个基本要素：① 嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。② 计算机：实现对象的智能化功能。 ③ 专用性：软、硬件按对象要求裁减。 2、 嵌入式系统的特点是什么？有哪些应用？

答：特点： ① 系统内核小。 ② 专用性强。 ③ 系统精简。 ④ 高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。 ⑤ 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。 ⑥ 嵌入式系统开发需要开发工具和环境。

应用：1）工业控制。2）交通管理。 3）信息家电。 4）家庭智能管理系统。 5）POS网络及电子商务。6）环境工程与自然。 7）机器人。 3、 说明嵌入式系统的组成及嵌入式计算机系统的组成。

答：嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，如图所示。

嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。

4、 简述嵌入式系统的主要应用。

答：嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括： 1）工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式

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微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等。2）交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。 3）信息家电：信息家电是嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。 4）家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。 5）POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard，CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。 6）环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。 7）机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

5、 什么是传感器？传感器是由哪几部分组成？说明各部分的作用。

答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器通常是由敏感元件、转换元件和转换电路组成，如图所示。

1） 敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。 2） 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。 3） 转换电路：上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 6、 传感器分类的哪几种？各有什么特点？

答：1）根据传感器工作原理，传感器可以分为物理传感器和化学传感器两大类。

物理传感器是应用了物理效应，诸如压电效应、磁致伸缩现象、离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号的微小变化都将转换成电信号。

2）按照传感器的作用，可以分为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、

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能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器等。

3）按照传感器的工作原理，可分为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空传感器、生物传感器等。

4）按输出信号标准可以将传感器分为：模拟传感器（将被测量的非电学量转换成模拟电信号）、数字传感器（将被测量的非电学量转换成数字信号输出，包括直接和间接转换）、膺数字传感器（将被测量的信号转换成频率信号或短周期信号输出，包括直接和间接转换）、开关传感器（当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定低电平或高电平信号）。

5）按传感器制造工艺可以分为：集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器等。

集成传感器是用标准的生产半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。 7、 简述电容式传感器、电感式传感器、霍尔传感器、光纤传感器的工作原理。 答：1）电容式传感器的工作原理

由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为

C??Sd当被测参数变化使得S、d或ε发生变化时，电容量C也随之变化。

如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。

2）电感式传感器的工作原理是基于电磁感应原理，它把被测量转化为电感量变化的一种装置。

3）霍尔传感器是一种磁电式传感器。霍尔元件赖以工作的物理基础是霍尔效应。霍尔效应是半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。流入激

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