2.1.2 智能感知技术的研究现状

在现今的制造系统中，要实现各类设备能够互联互通互操作，必须在一个完整的物联网架构中完成，主要包含三个层次：感知层、网络层和应用层，如图2-1所示。

图2-1 面向工业制造系统的物联网整体架构图

感知层作为整个系统中最为基础的环节，对于应用层的控制决策起到至关重要的作用，因此，国内外均对物联网中的底层感知技术进行了大量的探索与研究，主要集中在以下几个方面：

（1）智能自动识别技术 自动识别技术是一种计算机技术与自动化技术相互融合的产物，主要实现数据编码、数据采集与标识、数据管理与传输等功能，包含射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术、条码识别技术、语音识别技术、图像识别技术、磁识别技术以及光学字符识别（Optical Character Recognition, OCR）技术等。上述识别技术既有自己的优势，同时也存在自身局限，因此针对不同的应用场合及用途，往往需要将上述几种技术联合起来使用以满足应用需求，如RFID与条码识别技术、图像处理技术与语音识别技术。在低频、中频RFID芯片领域，核心技术目前在国内基本已经攻破，设计水平跟国外相比差别不大，已经具备相当的规模并广泛应用于公路ETC系统、身份证、居民健康卡等，但是在超高频RFID技术方面还有一定的欠缺，仍然需要进一步研究。

（2）智能传感器技术 传感器是指能够将物理世界中的物理量、化学量等模拟量通过内部的感知元件将其转化为计算机可以识别并度量的器件。感知的对象包括温度、湿度、电流、转速、转矩等诸多物理量。物联网底层不单只有传感器，还有相应的执行器与控制单元，例如通过通信模块与智能网关互联，或者通过自组网技术与网关互联，包含工业总线、自组网等。其中，IEEE 1415传感器接口规范进一步规范了智能传感器的接口，在很大程度上可以避免当前工业总线不一致的问题，同时也增加了量传感器的易用性，降低了集成开发的难度。物料输送系统中的传感器应用种类繁多、应用场合也是各种各样，因此对传感器的大小、尺寸、性能以及稳定性有着较为严格的要求。目前，传感器自身的变革主要体现在以下三个方向：微型化、智能化、高性能化。其中，微型化体现在将传感器、微处理器、执行器合为一体，如微型机电控制技术（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）；智能化体现在不单是简单敏感测量单元，还具备数据处理、自诊断、自补偿、双向通信等功能，极大地强化了传感器的功能，提高了传感器的精度、稳定性与可靠性；高性能化则体现在传感器可能会由于外部环境的电磁干扰影响其正常工作，但智能传感器能够根据系统误差的变化实现自我分析、调整，并自动完成异常情况下的处理。另外，由于智能传感器具备数据存储、信息处理等功能，所以可以通过相关数字滤波、人工神经网络技术来消除多参数下的交叉灵敏度的影响，从而实现智能传感器的高信噪比与高分辨力。

（3）无线传感器网络（WSN）技术的发展 作为一种十分重要、高效的感知技术，无线传感器网络技术将会给现在的生产模式、产业结构以及生活方式带来翻天覆地的变化。当前国内外很多研究机构和企业组织都高度重视无线传感器网络技术，并不断投入大量的资金对其进行研究。国外研究机构对WSN的开发研究都普遍非常早，研究水平一般都领先于国内。其中麻省理工学院已经获得了美国高级研究计划署（Advanced Research Projects Agency, ARPA）的支持，积极从事着极低功耗的无线传感器网络的研制与开发，被业内广泛关注的传感器信息协商协议（Sensor Protocols for Information via Negotiation, SPIN）就来自于麻省理工学院；宾汉顿大学（Binghamton University）计算机系统研究实验室则是在移动自组织网络协议、传感器网络系统的应用层设计别有一番建树；德国、韩国、日本、英国、新加坡等国家的一些科研结构和企业组织也对WSN进行了深入的研究开发，相应产生了许多非常有意义的成果。国内中科院微电子研究所基于其在传统微电子领域的技术优势，从传感器技术和控制技术陆续开展了多方面的工作，主要是在传感以及控制执行部分，对上层的通信技术及核心处理器涉及较少。