2.1.2 智能感知技術的研究現狀

在現今的制造系統中，要實現各類設備能夠互聯互通互操作，必須在一個完整的物聯網架構中完成，主要包含三個層次：感知層、網絡層和應用層，如圖2-1所示。

圖2-1 面向工業制造系統的物聯網整體架構圖

感知層作為整個系統中最為基礎的環節，對于應用層的控制決策起到至關重要的作用，因此，國內外均對物聯網中的底層感知技術進行了大量的探索與研究，主要集中在以下幾個方面：

（1）智能自動識別技術 自動識別技術是一種計算機技術與自動化技術相互融合的產物，主要實現數據編碼、數據采集與標識、數據管理與傳輸等功能，包含射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）技術、條碼識別技術、語音識別技術、圖像識別技術、磁識別技術以及光學字符識別（Optical Character Recognition, OCR）技術等。上述識別技術既有自己的優勢，同時也存在自身局限，因此針對不同的應用場合及用途，往往需要將上述幾種技術聯合起來使用以滿足應用需求，如RFID與條碼識別技術、圖像處理技術與語音識別技術。在低頻、中頻RFID芯片領域，核心技術目前在國內基本已經攻破，設計水平跟國外相比差別不大，已經具備相當的規模并廣泛應用于公路ETC系統、身份證、居民健康卡等，但是在超高頻RFID技術方面還有一定的欠缺，仍然需要進一步研究。

（2）智能傳感器技術 傳感器是指能夠將物理世界中的物理量、化學量等模擬量通過內部的感知元件將其轉化為計算機可以識別并度量的器件。感知的對象包括溫度、濕度、電流、轉速、轉矩等諸多物理量。物聯網底層不單只有傳感器，還有相應的執行器與控制單元，例如通過通信模塊與智能網關互聯，或者通過自組網技術與網關互聯，包含工業總線、自組網等。其中，IEEE 1415傳感器接口規范進一步規范了智能傳感器的接口，在很大程度上可以避免當前工業總線不一致的問題，同時也增加了量傳感器的易用性，降低了集成開發的難度。物料輸送系統中的傳感器應用種類繁多、應用場合也是各種各樣，因此對傳感器的大小、尺寸、性能以及穩定性有著較為嚴格的要求。目前，傳感器自身的變革主要體現在以下三個方向：微型化、智能化、高性能化。其中，微型化體現在將傳感器、微處理器、執行器合為一體，如微型機電控制技術（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）；智能化體現在不單是簡單敏感測量單元，還具備數據處理、自診斷、自補償、雙向通信等功能，極大地強化了傳感器的功能，提高了傳感器的精度、穩定性與可靠性；高性能化則體現在傳感器可能會由于外部環境的電磁干擾影響其正常工作，但智能傳感器能夠根據系統誤差的變化實現自我分析、調整，并自動完成異常情況下的處理。另外，由于智能傳感器具備數據存儲、信息處理等功能，所以可以通過相關數字濾波、人工神經網絡技術來消除多參數下的交叉靈敏度的影響，從而實現智能傳感器的高信噪比與高分辨力。

（3）無線傳感器網絡（WSN）技術的發展 作為一種十分重要、高效的感知技術，無線傳感器網絡技術將會給現在的生產模式、產業結構以及生活方式帶來翻天覆地的變化。當前國內外很多研究機構和企業組織都高度重視無線傳感器網絡技術，并不斷投入大量的資金對其進行研究。國外研究機構對WSN的開發研究都普遍非常早，研究水平一般都領先于國內。其中麻省理工學院已經獲得了美國高級研究計劃署（Advanced Research Projects Agency, ARPA）的支持，積極從事著極低功耗的無線傳感器網絡的研制與開發，被業內廣泛關注的傳感器信息協商協議（Sensor Protocols for Information via Negotiation, SPIN）就來自于麻省理工學院；賓漢頓大學（Binghamton University）計算機系統研究實驗室則是在移動自組織網絡協議、傳感器網絡系統的應用層設計別有一番建樹；德國、韓國、日本、英國、新加坡等國家的一些科研結構和企業組織也對WSN進行了深入的研究開發，相應產生了許多非常有意義的成果。國內中科院微電子研究所基于其在傳統微電子領域的技術優勢，從傳感器技術和控制技術陸續開展了多方面的工作，主要是在傳感以及控制執行部分，對上層的通信技術及核心處理器涉及較少。