物联网技术入门与实践 课后习题答案.docx

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物联网技术入门与实践课后习题答案

习题答案

第1章物联网技术概述

1．简述物联网定义，你对物联网有何理解？

把所有物品通过射频识别（RFID）和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。

我的理解是物联网是新一代信息技术的重要组成部分，基本制，还是互联网只是其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信的网络。

2．简述物联网系统技术架构？

物联网可分为三层：

感知层、网络层和应用层。

5．物联网安全体现在哪几个方面？

传感器的本体安全问题、核心网络的信息安全问题、物联网的加密机制问题。

6．生活中自动识别技术应用有哪些？

阅读器、电子标签及条形码。

第2章物联网硬件电路技术

1．选择题

（1）电荷的基本单位是（C）。

A．安秒B.安培C.库仑D.千克

（2）1安培等于（B）微安。

A.103B.106C.109D.102

（3）电路主要由负载、线路、电源、（B）组成。

A.变压器B.开关C.发电机D.仪表

（4）电流是由电子的定向移动形成的,习惯上把（D）定向移动的方向作为电流的方向。

A.左手定则B.右手定则C.N-SD.正电荷E.负电荷

（5）电流的大小用电流强度来表示,其数值等于单位时间穿过导体横截面的（B）代数和。

A.电流B.电量（电荷）C.电流强度D.功率

（6）导体的电阻不但与导体的长度、截面有关,而且还与导体的（D）有关。

A.温度B.湿度C.距离D.材质

（7）半导体的电阻随温度的升高（C）。

A.不变B.增大C.减小

（8）串联电路中,电压的分配与电阻成（A）。

A.正比B.反比C.1:

1D.2:

1

（9）并联电路中,电流的分配与电阻成（B）。

A.正比B.反比C.1:

1D.2:

1

（10）串联电路具有以下特点（C）。

A.串联电路中各电阻两端电压相等

B.各电阻上分配的电压与各自电阻的阻值成正比

C.各电阻上消耗的功率之和等于电路所消耗的总功率

D.流过每一个电阻的电流不相等

（11）电容器并联电路有如下特点（A）。

A.并联电路的等效电容量等于各个电容器的容量之和

B.每个电容两端的电流相等

C.并联电路的总电量等于最大电容器的电量

D.电容器上的电压与电容量成正比

（12）三极管基极的作用是（B）载流子。

A.发射B.输送控制C.收集D.放大

（13）双极型晶体管和场效应晶体管的控制信号为（C）。

A.电压B.电流

C.双极型为电压、场效应为电流D.双极型为电流、场效应为电压

（14）二极管的主要特性就是（C）。

A.整流B.稳压C.单向导通D.反向击穿

（15）电路由（A）和开关四部分组成。

A．电源、负载、连接导线B.发电机、电动机、母线

C.发电机、负载、架空线路D.电动机、灯泡、连接导线

2．判断题

（1）纯电阻单相正弦交流电路中的电压与电流，其瞬间时值遵循欧姆定律。

（√）

（2）电动势的实际方向规定为从正极指向负极。

（×）

（3）没有电压就没有电流，没有电流就没有电压。

（×）

（4）人们常用“负载大小”来指负载电功率大小,在电压一定的情况想,负载大小是指通过负载的电流的大小.（√）

（5）电容C是由电容器的电压大小决定的。

（×）

3．简答题

（1）简述单片机的概念、特点和产生的原因。

单片机也叫微控制器，是一个将微型计算机系统制作到里面的超大规模集成电路芯片，有体积小、重量轻、结构简单、可靠性高、工作电压低、功耗低、价格低廉和性价比高的特点，特别适用于嵌入到其他仪器设备当中来使用。

通用计算机由于体积、成本和功耗的限制，无法直接安装到很多设备中去使用。

当一台普通计算机安装到智能手机中的景象，这将导致手机的体积、成本、重量等指标变的令人无法接受，为满足实际应用中的需求出现了单片机。

（2）列举几个身边单片机应用的实例。

一个液晶显示的数字式电脑温度计，LED显示电脑电子钟、交通灯控制器单片机演奏音乐液晶显示复杂自制图形、电子万年历等。

（3）Arduino平台的特点

Arduino平台的特点有:

跨平台

ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系统上运行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。

简单清晰

ArduinoIDE基于processingIDE开发。

对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。

Arduino语言基于wiring语言开发，是对avr-gcc库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。

开放性

Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议围里可以任意修改原始设计及相应代码。

发展迅速

Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。

Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。

第3章物联网软件开发技术

1．结合线路图，编写代码实现Arduino用两个按键分别控制两个LED灯点亮。

#defineLED3//定义led_1I/Onumberis3

#defineKEY2//定义key_1I/Onumberis2

#defineLED25//定义led_2I/Onumberis5

#defineKEY24//定义key_2I/Onumberis4

intKEY_NUM1=0;//key_1value（按键键值存放变量，不等于1说明有按键按下）

intKEY_NUM2=0;//key_2value

voidsetup（）

{

pinMode（LED,OUTPUT）;//定义led_1I/OisOUTPUT

pinMode（KEY,INPUT_PULLUP）;//定义led_1I/OisINPUT_PULLUP

pinMode（LED2,OUTPUT）;

pinMode（KEY2,INPUT_PULLUP）;

Serial.begin（300）;

}

voidloop（）

{

ScanKey（）;//按键扫描程序，当按键按下时候，该子程序会修改KEY_NUM的值

ScanKey2（）;

}

//按键1扫描程序

voidScanKey（）

{

KEY_NUM1=0;//清空变量

if（digitalRead（KEY）==LOW）//有按键按下

{

delay（20）;//延时去抖动

if（digitalRead（KEY）==LOW）//有按键按下

{

KEY_NUM1=1;//变量设置为1

while（digitalRead（KEY）==LOW）;//等待按键松手

}

Serial.println（digitalRead（LED））;//串口输出当前LED灯的状态

}

if（KEY_NUM1==1）//是否按键按下

{

digitalWrite（LED,!

digitalRead（LED））;//LED的状态翻转

}

}

//按键2扫描程序

voidScanKey2（）

{

KEY_NUM2=0;

if（digitalRead（KEY2）==LOW）

{

delay（20）;

if（digitalRead（KEY2）==LOW）

{

KEY_NUM2=1;

while（digitalRead（KEY2）==LOW）;

}

Serial.println（digitalRead（LED2））;

}

if（KEY_NUM2==1）

{

digitalWrite（LED2,!

digitalRead（LED2））;

}

}

2．Arduino编程，控制让两盏led灯各自闪烁，一盏灯亮1秒然后灭1秒，并保持此频率闪烁；另外一盏灯亮3秒然后灭3秒，并保持此频率闪烁。

#include

//定义LED的引脚

#defineLED_PIN_A1

#defineLED_PIN_B2

//时间定义宏

#defineTM_MS（n）（n）

staticuint16_ttimertA;

staticuint16_ttimertB;

voidTimerCbk（void）;

voidsetup（）

{

pinMode（LED_PIN_A,OUTPUT）;

pinMode（LED_PIN_B,OUTPUT）;

//设置为每1ms调用一次TimerCbk函数。

MsTimer2:

:

set（1,TimerCbk）;

MsTimer2:

:

start（）;

voidloop（）

{

if（timertA>=TM_MS（1000））

{

digitalWrite（LED_PIN_A,!

digitalRead（LED_PIN_A））;

timertA=0;

}

if（timertB>=TM_MS（3000））

{

digitalWrite（LED_PIN_B,!

digitalRead（LED_PIN_B））;

timertB=0;

}

}

voidTimerCbk（void）

{

（timertA

（timertA++）:

（timertA=0）;

（timertB

（timertB++）:

（timertB=0）;

}

第4章传感器技术与应用

1．传感器的分类有哪些？

按工作原理分类：

电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热电式传感器、阻抗式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、谐振式传感器、霍尔式传感器、超声式传感器、同位素式传感器、电化学式传感器、微波式传感器。

按应用分类：

压力传感器、温湿度传感器、温度传感器、PH传感器、流量传感器、液位传感器、超声波传感器、浸水传感器、照度传感器、差压变送器、加速度传感器、位移传感器、称重传感器、测距传感器。

按材料分类：

为金属、瓷、有机高分子材料、半导体传感器等。

按功能用途分类：

计测用、监视用、检查用，诊断用、控制用，分析用等传感器。

2．一个理想的传感器系统应具备什么特征？

传感器系统的基本特性是指系统的输出——输入关系特性，即系统输出信号Y（t）与输入（被测物理量）信号z（t）之间的关系。

一个传感器的输入对输出的影响被称为传感系数或灵敏度（sensitivity）。

当一个传感器的输入和输出完全成线性关系的时候，这个传感器就是一个理想传感器。

同时，理想传感器还应该遵守以下原则：

只受被测因素的影响；不受其他因素的影响；传感器本身不会影响被测因素。

3．无线传感器网络的构成要素有哪些？

无线传感器网络（WirelessSensorNetworks,WSN）就是由部署在监测区域大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。

无线传感器网络的基本元素是传感器节点。

第5章射频识别技术应用

1．射频识别技术和条形码技术异同点有哪些？

RFID射频技术与条形码技术目的都是快速准确地确认追踪目标物体，两者很相似。

从技术上来说，他们是两种不同的技术，有不同的适用围。

两者之间最大的区别是条形码是“可视技术”，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野围的条形码；相比之下，RFID射频技术是通过射频信号识别目标对象并获取相关数据，射频标签只要在接受器的作用围就可以被读取，识别工作无须人工干预。

条形码本身还具有其他缺点，标签容易污损或者撕毁，那么就可能无法被条码扫描器扫描出来；加密的条码或者是二维条形码无法用肉眼识别出来，只能使用条形码扫描仪才行；商品条形码的使用必须要到国家物品编码中心去申请；打印条码还得用标签打印机和条码碳带、不干胶标签；更重要的是目前全世界每年生产超过五亿种商品，而全球通用的商品条形码，由十二位排列出来的条形码已经快要用光了。

作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。

2．射频标签可以分为哪几类？

射频识别标签包括被动式标签（无源标签）、主动式标签（有源标签）、以及半主动式标签（电池辅助式无源标签）：

被动式标签没有部供电电源，其部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读取器发出的。

半主动式的规格类似于被动式，只不过它多了一颗小型电池，电力恰好可以驱动标签的IC，若标签的IC仅收到读取器所发出的微弱信号，标签还是有足够的电力将标签的存资料回传到读取器。

主动式标签本身具有部电源供应器，用以供应部IC所需电源以产生对外的信号。

3．简述射频识别技术在智能交通中的应用实例。

RFID技术的迅速普及与其诸如可快速扫描；体积小型化、形状多样化；可重复使用；穿透性和无屏障阅读；数据的记忆容量大；安全性等诸多性能特点分不开，并因为抗污染能力及耐久性强等环境适应能力好的优势，被越来越多的应用到城市交通管理领域。

该项技术应用于交通领域的一种重要载体被称为汽车电子标识，又称电子车牌，是一种将超高频无线射频识别技术及其他相关技术结合而形成的电子。

汽车电子标识系统是通过在车辆前挡风玻璃侧安装一用于存储汽车身份数据的RFID电子标签，与在城市道路断面上布设的电子车牌高速读写设备进行通信，可以对RFID电子标签的数据进行读写，实现自动、非接触、不停车地完成车辆的识别和监控。

同时与原有交通信息采集和交通管理平台相结合，能够充分满足公安部“实时监控、联网布控、自动报警、快速响应、科学、高效、信息共享”的要求，并实现真正数字化、智能化、精细化的交通管理，从根本上消除了道路交通管理在时间和空间上的“盲点”，扩大交通管理的监控时段和监控围，提高城市交通管理的力度，为智慧城市的智慧交通体系建设提供关键数据服务。

第6章物联网通信技术

1．简述数字通信系统的基本模型和优缺点。

数字通信系统通常由用户设备、编码和译码、调制和解调、加密和解密、传输和交换设备等组成。

发信端来自信源的模拟信号必须先经过信源编码转变成数字信号，并对这些信号进行加密处理，以提高其性；为提高抗干扰能力需再经过信道编码，对数字信号进行调制，变成适合于信道传输的已调载波数字信号并送入信道。

在收信端，对接收到的已调载波数字信号经解调得到基带数字信号，然后经信道译码、解密处理和信源译码等恢复为原来的模拟信号，送到信宿。

数字通信系统的优缺点：

（1）抗干扰能力强

（2）通信距离远，通信质量受距离的影响小（3）性好（4）通信设备的制造和维护简便（5）能适应各种通信业务的要求

2．简述移动通信过程。

画出该图或者描述该图都可以。

3．简述移动通信技术的发展史。

（1）第一代移动通信（1G）主要采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术，以美国的AMPS和英国的TACS（TotalAccessmunicationSystem）为代表。

（2）第二代移动通信（2G）主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。

（3）第三代移动通信（3G）是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，以宽带CDMA技术为主，并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统。

（4）第四代移动通信（4G）主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心，特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力。

4．简述移动通信系统的基本模型。

移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作维护管理子系统（OMS）、基站子系统（BSS）、中继传输系统、移动台（MS）和数据库，是一个完整的信息传输实体。

移动交换子系统（SS）负责本服务区所有用户的移动业务的实现，基站子系统（BSS）负责和本服务区移动台之间通过无线电波进行通信，移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS共同完成的，BSS提供并管理MS和SS之间的无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；OMS负责管理控制整个移动网。

5．简述目前常见的短距离无线通信技术有哪些。

蓝牙技术、ZigBee技术、超宽带技术UWB、近场通信技术、Wi-Fi技术等。

6．比较蓝牙、ZigBee、UWB、NFC、Wi-Fi分别具有什么优点和缺点，适用于哪些物联网应用场景。

蓝牙技术的特点：

适用于全球围；同时可传输语音和数据；临时性的对等连接可随时建立；抗干扰能力较强；体积小；低功耗；开放的接口标准；成本低。

蓝牙工作在2.4GHzISM开放频段，它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。

ZigBee技术的特点：

低成本、低功耗；高可靠性；时延短；网络容量大；高安全性；高性。

ZigBee技术主要应用于工业、家庭自动化、遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理等领域。

超宽带技术UWB是一种高速、近距离、低功耗的新型无线载波通信技术，其所占的频谱围很宽，在高速通信的同时，UWB设备性好，消耗电能少，抗干扰性能强，成本低，适合于便携型使用，UWB同时具有无线通信和定位的功能，可方便地应用于智能交通系统中，也可应用在小围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中，最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个域网（WPAN）。

近场无线通信NFC技术特点：

距离近、带宽高、能耗低；更具安全性；NFC与现有非接触智能卡技术兼容；传输速率较低；优于红外和蓝牙。

NFC支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动息访问等，它在门禁、公交、手机支付等领域发挥着巨大的作用，也可以简化蓝牙连接，支持实时预定。

Wi-Fi技术特点：

更宽的带宽；更长的传输距离；更低的功耗；更高的安全性；更低的成本。

几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。

第7章物联网技术应用案例

1．智能交通的定义是什么？

智能交通是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、RFID技术、无线通讯技术、GPS、视频检测识别技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等集成化的运用于交通管理中。

2．简述利用重力传感器测速的过程。

当汽车经过重力传感器，系统接收到重力传感器发出信号，当收到的重力值相同时，可以判断为同一车辆。

记录通过时间T。

根据V=S/T，当V超过预设值，摄像机对超速车辆进抓拍。

3．智能家居的设计原则有哪些？

智能家居的设计原则包含：

实用性、扩展兼容性、标准性、方便性、可靠安全性这五个方面。

（1）实用性。

需要分清主次，根据家庭实际情况来确定需要的功能。

（2）扩展兼容性。

设计过程中必须考虑其位置上所实现功能的扩展性，或者未来设备的替换性。

（3）标准性。

智能家居系统设计，应按照国家和地区的相关标准进行，确保兼容性。

（4）方便性。

在设计过程中，应当考虑人在家中的生活习惯、规律等。

（5）可靠安全性。

安防部分的设计要注意安全与可靠。

4．思考：

谈一谈你觉得物联网能在哪个领域中更好的发展。

根据文中介绍的几个发展方向结合实际情况选择一个方面阐述自己的观点。