物联网工程概论习题与思考题答案

《物联网工程概论》习题与思考题答案第1章答案 (1)

第2章答案 (3)

第3章答案 (5)

第4章答案 (11)

第5章答案 (23)

第6章答案 (26)

第7章答案 (30)

第8章答案 (33)

第9章答案 (37)

第1章答案

1-1简述物联网的定义，分析物联网的“物”的条件。

答：物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把各种物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。特别注意，物联网中的“物”，不是普通意义的万事万物，这里的“物”要满足以下条件：1、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有处理运算单元(CPU)；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。

1-2简述物联网应具备的三个特征。

答：一是全面感知，即利用射频识别技术(RFID)、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。

1-3简述15年周期定律和摩尔定律。

答：15年周期定律：计算模式每隔15年发生一次变革。摩尔定律：集成电路上可容纳

的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

1-4名词解释：RFID、EPC、ZigBee。

答：RFID即射频识别，俗称电子标签，一种自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。

EPC(Electronic Product Code)，即产品电子代码，为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球围对单件产品的跟踪与追溯。

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

1-5简要概述物联网的框架结构。

答：物联网可以简要分为核心层、接入层，软件核心层主要是应用服务层，硬件接入层包括网络传输层和感知控制层。感知控制层一般包括RFID感应器、传感器网关、接入网关、RFID标签、传感器节点、智能终端等，网络传输层包括无线传感器网络、移动通信网络、互联网、信息中心、网管中心等；软件应用服务层是为了管理、维护物联网以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。

1-6分析物联网的关键技术和应用难点。

答：关键技术为RFID、无线网络技术、传感技术、人工智能技术。应用难点在于其技术标准问题、数据安全问题、IP地址问题、终端问题。

1-7举例说明物联网的应用领域及前景。

答：物联网应用领域很广，几乎可以包含各行各业。目前在环境保护、社区服务、商务金融等方面，例如“移动支付”、“移动购物”、“手机钱包”、“手机银行”、“电子机票”等，前景广阔可观，应用潜力巨大，无论是服务经济市场，还是国家战略需要，物联网都能占据重要地位。

第2章答案

2-1 什么是EPC？

答：电子产品编码(Electronic Product Code）

2-2 请简要地叙述EPC系统的组成，以及各个部分的英文简写。

答：EPC载体、读写器、EPC产品管理中间件、网络、ONS、PML服务器、数据库等。

其中ONS ( Object Naming Servicer，对象名称解服务器)，它用来把EPC转化成IP 地址，用来定位相应的计算机和完成相应的信息交互服务。

PML ( Physical Markup Language，实体标识语言)服务器中，存储用PML描述的实物信息，如实物名称、种类、性质、生产日期、生产厂家信息、实物存放位置、实物的使用说明等。

2-3 EPC编码有几种技术要求？每种要求具体是如何要求的？

答：EPC数字信息代表了该产品的生产地区、生产商、生产日期、产品属性等数据信息。

目前的EPC系统中应用的编码类型主要有三种：64位、96位和256位，EPC由版本号、产品域名管理、产品分类部分和序列号四个字段组成，版本号字段代表了产品所使用的EPC的版本号，这一字段提供了可以编码的长度。

产品域名管理字段标识了该产品生产厂商的具体信息，如厂商名字，负责人以及产地。

产品的分类字段部分可以使商品的销售商能够方便地对产品进行分类。序列号用于对具体单个产品进行编码。对于具体的编码标准现在已经推出有：EPC-96Ⅰ型，EPC-64Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，EPC-256Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型等编码方案。

2-4 条形码分为几种？请简要说明每种条形码的特点。

答：条形码可以有一维的，还有二维条形码，黑条和空白的排列就代表了商品的产品属性等特征信息，因而在许多领域有广泛的应用，因其各自特点差异，其用途也各不相同，日常我们多见到的是一维条码。

在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二维条码（2-dimensional bar code），可直接显示英文、中文、数字、符号、图形；存储数据量大，可存放1k字符，可用扫描仪直接读取容，无需另接数据库；性高（可加密）；安全级别最高时，损污50%仍可读取完整信息。

2-5 RFID系统基本组成部分有哪些？

答：RFID系统主要由应答器、阅读器和高层组成。其中应答器是集成电路芯片形式，而集成芯片又根据它的封装不同表现的形式也不太一样。阅读器用于产生射频载波完成与应答器之间的信息交互的功能。高层功能是信息的管理和决策系统。

2-6 电子标签分为哪几种？简述每种标签的工作原理。

答：应答器的基本是由天线、编/解码器、电源、解调器、存储器，控制器以及负载电路组成。从应答器传送信息到阅读器，状态数据在CPU的控制下，从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送到阅读器

2-7 RFID产品的基本衡量参数有哪些？

答：RFID产品的基本衡量参数有工作频率、读取距离、读写速度、方向性、采用通信接口协议。

2-8 简述天线的工作原理。

答：天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化，在电磁能量的转换过程中，完成信息的交互。

2-9 对于抛物面天线，已知它的抛物面直径D为2m，中心工作波长为2cm，根据统计出来的经验数据，请计算其增益近似为多少。

答：对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：G（dBi）= 10 l g { 4.5 ×（D / λ0）2}

式中，D为抛物面直径；λ0为中心工作波长；4.5是统计出来的经验数据。

现在D=2m，中心工作波长λ0=0.02m，代入公式得G=95.42 dBi。

2-10 请说出RFID天线主要分为哪几种？每种的特点如何？

答：RFID天线主要分为近场天线、远场天线、偶极子天线、微带贴片天线和电感耦合射频天线等。近场天线系统工作在天线的近场，标签所需的能量都是通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得，工作方式为电感耦合。对于超高频和微波频段，读写器天线要为标签提供能量或唤醒有源标签，工作距离较远，一般位于读写器天线的远场。偶极子天线也称为对称振子天线，由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成。信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布，这种电流分布就会在天线周围空间激发起电磁场。微带贴片天线通常是由金属贴片贴在接地平面上的一片薄层，微带贴片天线质量轻、体积小、剖面薄，馈线和匹配网络可以和天线同时制作，与通信系统的印制电路集成在一起，贴片又可采用光刻工艺制造，成本低、易于大量生产。

2-11 试说明HRRFD-NF09的近场天线的性能参数如何？

答：HRRFD-NF09的近场天线的天线的物理长度为150mm。工作的频率围为865～954GHz，采用了N/SMA接口形式，天线的极化方式为线极化。

第3章答案

3-1传感器的定义是什么?它们是如何分类的？

答：传感器是一种能把特定的被测信号，按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。

根据不同的分类方式，有不同的分类。

3-2试分析传感器在各领域里的应用。

答：略。

3-3传感器的动态特性、基本概念及主要性能指标的含意是什么?

答：传感器的动态特性，是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

3-4传感器的主要特性有哪些?

答：主要分为静态特性和动态特性。

衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。

3-5传感器的误差大小与其精度、准确度之间的关系是什么?

答：略。

3-6什么叫传感器？由哪几部分组成？它们的作用与相互关系怎样？

答：传感器由两个基本元件组成：敏感元件与转换元件。具体由下图所示：

3-7有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K。

1）

T

y

dt

dy

5

10

5.1

3

30-

?

=

+

式中，y为输出电压，V；T为输入温度，℃。

2）

x

y

dt

dy

6.9

2.4

4.1=

+

式中，y为输出电压，μV；x为输入压力，Pa。

答：10s，0.5*10-5V/℃；0.33s，2.29μV/Pa。

3-8用一只时间常数τ=0.318s的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值相对误差是多少？

答：-55.2% ，-29.3% ，-16.8%。

3-9查阅资料，查找半导体气敏传感器有哪几种类型？