1.2 物联网用传感器

物联网用传感器既包括嵌入到传感器标签、传感器节点内部的传感器，也包括射频识别系统的传感器标签和传感器网络的传感器节点。传感器节点通常是具有网络化接口功能的智能传感器。

1.2.1 基于RFID技术的传感器标签

1.无源传感器标签

Instrumentel公司开发的无源标签从阅读器信号捕获足够的能量来驱动整合的传感器。不像有源标签中的传感器，Instrumentel标签中的传感器只有当它被阅读器查询时才监测环境。它在13.56MHz工作，可提供200mm的读出范围，其大小是20mm×10mm。在一个应用中，带有pH值传感器的Instrumentel标签放在假牙内，用于测试患者口腔中食物的酸碱度。

2.有源传感器标签

碧沙科技推出的第二代有源RFID产品，包括2.45GHz温度传感器标签和2.45GHz振动传感器标签，阅读范围可达100m，100个标签可同时读取，数据速率为1Mbps，射频输出功率为0dBm，电池为3V，耗电为12～18μA，电池寿命为4年，封装尺寸为90mm×31mm×11mm。温度传感器标签除了识别和定位外，还能收集项目的实时温度，并传输到阅读器记录，温度范围为-50～+150℃，精度为1℃，项目的温度能以所有方法监视和记录，一旦超出合理的温度即报警，它有助于确定一定时间的质量变化，典型应用有低温物流和医药运输，如图1-1（a）所示。振动传感器标签检测和记录项目的连续或脉冲的振动或冲击，灵敏度为200mV/g，谐振灵敏度为4V/g，谐振频率为90Hz，3dB频率45Hz，适用于各种安全和报警系统及工业自动化系统，如图1-1（b）所示。

1.2.2 无线网络化传感器节点

基于无线传感器网络的传感器节点其硬件由传感器、处理器、存储器、能源供应模块和无线通信模块组成，软件由嵌入式操作系统、通信协议包、数据采集和信号处理等嵌入式应用软件组成，因而应该是无线网络化智能传感器。由于物联网应用背景的要求，传感器节点要具有微型化、低功耗、足够的通信距离等特点，以便于嵌入各种对象，以及在各种时空背景应用。

1.单兵生命体征监测无线传感器节点

单兵生命体征监测系统（Warfighter Physiologic Staus Monitor，WPSM）是美国未来部队勇士（FFW）装备的一个子系统，整个系统通过唯一的识别码与其他系统进行区分，传输频段为40MHz，具有良好的抗干扰性，并且当士兵相互接近时不会产生系统冲突，如图1-2所示。WPSM实际是一套传感器装备，它可以收集和监测包括人体的体温、心率、血压、呼吸、承受压力的情况、睡眠情况、身体的姿势、所能承受的工作强度等生命体征信号，同时当士兵受伤或者极度疲劳时，它还能将士兵的状况报告给指挥官和医务兵。WPSM系统实际上是由一套称为生命信息中心（Medical Hub）的数据采集通信模块和多个生物量传感器节点组成的传感网。生命信息中心负责与全身所有的传感器组成无线局域传感网，相当于传感网的汇聚节点。所有的传感器都通过无线局域网与Hub连接，Hub接收全身各传感器发送的生命信号并进行处理，同时还监测环境温度。所有的传感器都由电池供电，出厂时都预设了唯一的ID编号和随机数表。各传感器与Hub分时段进行数据传输，在网络连接建立后，传感器向Hub发送传输列表（包括它的ID和随机数表）和时钟信息。Hub存储这些信息并保持与传感器时钟同步，随后Hub进入休眠状态。Hub根据传感器传输列表定时唤醒，与相应的传感器进行数据传输。通过时分法与各传感器进行通信，避免了各传感器与Hub之间的通信冲突，同时也节省了Hub和传感器的能量消耗。传感器节点包括药丸式体内温度计、呼吸探测器、生命信号探测器、手表式睡眠质量检测仪和GPS系统。

1）药丸式体内温度计

药丸式体内温度计（Core Temperature Pil1）是一个藏于体内的温度计药丸。它可以实时监测体内的温度并通过无线通信的方式向生命信息中心传送信息。

2）呼吸探测器

呼吸探测器（Fluid Intake Monitor）通过检测士兵气体吸入量来监测士兵的体能状况及其消耗。

3）生命信号探测器

生命信号探测器（Life Sign Detection Sensor）是完整的多参数生命体征监测系统。它可以记录士兵的心律、呼吸、体表温度以及士兵的运动方向和活动记录，生命信号探测器还包括完整的弹道侦测系统。当士兵不幸中弹时，它可以通过探测子弹击中人体时发出的声音信号产生报警提示。

4）手表式睡眠质量检测仪

手表式睡眠质量检测仪（Sleep Performance Watch）可以监测士兵的睡眠情况和睡眠质量，并提供相应的分析数据。

5）GPS系统

GPS系统可以提供准确的位置定位，方便伤病员的查找和营救。同时，系统还在软件功能中增加了诊断救治模板功能，以帮助完成基本救治。

2.地面传感器节点

美国MCQ公司开发了一个商品化的低成本远程安全传感器iScout®，它是威胁监测的好帮手，具有远程监控的能力，任何时间活动发生时立即通过无线射频连接到本地用户的手持显示，以提醒用户，如图1-3所示。因为iScout®基于已有网络通信，检测信息也能同时进入一个中央监测站，操作人员可以通过这样的网络连接并重新配置远程传感器。

MCQ iScout传感器可以配置地震、声、磁、红外检测，任何或所有这些检测方式可合并在同一传感器，内置GPS接收器，电池供电，14天通电寿命（外接电池有3个月、1年、3年更长的寿命），3.5in×3.5in×1.25in大小，无线射频网络COMMS，如图1-4所示。这一突破性的产品建立在MCQ领先的军事和国土安全的无人值守地面传感器的技术基础上，使人员和车辆检测简单化。

iScout®用于围绕一个家庭或设施，如建筑物、道路、公园，或在偏远的荒野地区。iScout®支持边境监测、周边设施安全监测、基础设施资产的保护、执法监察等安全监控应用。

1.2.3 RFID标签与无线传感器节点的整合

与传感器整合的RFID标签通信能力受限。在高端应用，用无线传感器节点或无线装置整合RFID标签是可能的，这种整合的标签能够与很多无线装置通信，而不限于阅读器。这类标签区别于传统的只能与阅读器通信的RFID标签，标签之间及与无线装置间都可通信。因此，这个级别的标签能够相互通信，并形成一个多跳的网络。这些新的标签可以与现有的RFID标准兼容，或者它们也可以有专用的协议。

欧盟投入470万欧元实施合作式企业项目（Collaborative Business Item，CoBIs）计划，CoBIs提供一个架构，将电子标签应用于企业间项目，以发展不同企业与企业项目都能彼此共同沟通，用以强化关键流程的安全性。CoBIs主要应用于危险物品的管理、工作场所的安全性、智能板架（Smart Shelf）等制造领域，例如，化学容器、机械设备等具有危险的设备，通过标签的警告，提升企业运营的安全性。每个CoBIs标签都携带一个加速度传感器、无线收发器，具有高达10KB的内存，用于存储和处理业务规则的计算组件。标签通过专用的对等协议能够相互通信。每个节点传输的不仅是唯一的ID号，还有3m范围内所有其他节点的遥测数据。这些通信使嵌入化学品容器的CoBIs标签能持续监测环境参数和储存的化学品总量。如果检测到的环境参数或化学品总量超过某个预定的阈值，则CoBIs RFID标签会显示报警信息，并采取相应的行动。这个应用需要的通信不限于标签和阅读器之间，也在合作控制化学药品总量的标签中。此外，它还有助于确保潜在反应性的化学物资没有被彼此接近储存。装在化学药品上的标签及其内部组成如图1-5所示。