物联网之源 信息物理与信息感知基础PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1信息物理概述 1

1.2物联网概述 2

1.3从物理学到信息物理学的演进 4

1.4从互联网到物联网的演进 5

1.4.1物联网对工业自动化的推动作用 6

1.4.2物联网对信息化技术的推动作用 6

1.4.3物联网的特征 6

1.4.4物联网类别 7

1.4.5物联网理解偏差 7

1.5小结 8

1.6习题 9

参考文献 9

第2章 信息论基础 10

2.1信息论概述 10

2.1.1信息发展简史 10

2.1.2信息定义 11

2.1.3信息科学发展 12

2.1.4信息推动社会进步 13

2.2狭义信息论 14

2.2.1信息系统的组成（以通信工程为例） 14

2.2.2信源的分类 15

2.2.3信息量 16

2.2.4自信息量 17

2.2.5互信息量 18

2.2.6信息熵（平均自信息量） 19

2.2.7信源扩展 21

2.3信息编码的概念 24

2.4信源编码介绍 24

2.4.1编码器 24

2.4.2信源等长编码定理 26

2.4.3信源变长编码定理 27

2.4.4哈夫曼编码 28

2.5信道编码 29

2.5.1信道编码理论 29

2.5.2信道基本参数 31

2.5.3信道编码基本概念 32

2.5.4奇偶校验编码与奇偶监督编码 33

2.5.5信道编码纠错方式 34

2.5.6有噪信道编码 35

2.6加密编码 37

2.6.1信息加密的基本概念 37

2.6.2 DES、 RSA和MD5 SSL加密方式 37

2.6.3硬件加密 40

2.6.4软件加密 43

2.7小结 46

2.8习题 46

参考文献 47

第3章 传感器信号调理 48

3.1模拟信号获取 48

3.1.1模拟信号特征 49

3.1.2模拟信号采集 50

3.2小信号放大器设计 53

3.2.1分立元件小信号放大器设计 53

3.2.2集成电路小信号放大器 55

3.3运算放大器信息处理设计 56

3.3.1运算放大器的指标 56

3.3.2运算放大器的分析方法 58

3.3.3运算放大器信号调理电路 58

3.3.4低噪声放大器设计 67

3.3.5仪表放大器设计 69

3.4小结 70

3.5习题 71

参考文献 71

第4章 模数转换 72

4.1 ADC转换器原理电路 72

4.1.1逐次逼近型ADC 73

4.1.2积分型ADC 74

4.1.3并行比较型ADC 76

4.1.4压频变换型ADC 76

4.1.5 Σ-△（Sigma-delta）调制型ADC 77

4.1.6流水线型ADC 77

4.2 ADC转换电路设计指标 78

4.3 ADC转换器件设计选型 79

4.4单片机ADC转换采样设计 80

4.4.1局部高精度ADC转换 80

4.4.2单片机ADC转换电路设计 81

4.5 DAC转换器原理电路 82

4.6 DAC转换器的主要特性指标 83

4.7 DAC转换器动态特性 85

4.8 ADC转换器的发展趋势 88

4.9小结 89

4.10习题 89

参考文献 89

第5章 生物信息学 90

5.1生物信息学的概念及范畴 90

5.1.1分子生物信息学及基因组测序 91

5.1.2互联网和医学生物学 91

5.1.3物联网和生物信息学 92

5.2生物信息的分类与采集 92

5.2.1植物信息采集 92

5.2.2动物信息采集 96

5.2.3人体生理信息采集 99

5.3生物传感器 104

5.3.1生物传感器概论 104

5.3.2酶传感器 107

5.3.3免疫传感器 110

5.3.4基因传感器 114

5.3.5物联网和生物传感器 117

5.4生物芯片技术 117

5.4.1生物芯片概述 118

5.4.2基因芯片 118

5.4.3蛋白质芯片 118

5.4.4芯片实验室 119

5.4.5生物芯片技术的应用 119

5.4.6物联网与生物芯片 120

5.5可穿戴的生理参数测试仪 120

5.5.1心率的测量 120

5.5.2血氧的测量 120

5.6物联网和保健理疗仪 121

5.7小结 121

5.8习题 121

参考文献 122

第6章 传感器基础 123

6.1传感器的概念与组成 123

6.2传感器的应用 124

6.3传感器的分类 124

6.3.1按传感器的工作机理分类 125

6.3.2按传感器输出信号的性质分类 126

6.3.3按传感器的结构分类 126

6.3.4按传感器是否使用电源分类 126

6.3.5按传感器的用途分类 127

6.4传感器的一般特性 127

6.4.1传感器的静态特性 128

6.4.2传感器的动态特性 134

6.4.3传感器的测量误差 140

6.4.4传感器的标定 141

6.5传感器的其他指标 142

6.5.1供电电压 142

6.5.2极限负载 143

6.5.3温度和湿度范围 143

6.5.4工作寿命 143

6.5.5阻抗 143

6.5.6接口类型 144

6.5.7防护等级 144

6.6传感器的选择 144

6.7小结 145

6.8习题 145

参考文献 145

第7章 半导体的热、光、磁效应 146

7.1半导体效应 146

7.1.1半导体基础知识 146

7.1.2热敏效应 147

7.1.3光电效应 149

7.1.4光敏电阻 152

7.1.5霍尔效应 155

7.1.6磁阻效应 157

7.2 PN结效应 158

7.2.1 PN结基础知识 158

7.2.2热敏二极管 160

7.2.3热敏三极管 161

7.2.4光敏二极管 162

7.2.5光敏三极管 164

7.2.6色敏二极管 165

7.2.7光生伏特效应 166

7.2.8磁敏二极管 167

7.2.9磁敏三极管 169

7.3 Z元件 170

7.3.1 Z元件概述 170

7.3.2 Z效应的微观机理 171

7.3.3 Z元件工作原理 172

7.3.4热敏Z元件 176

7.3.5光敏Z元件 177

7.3.6磁敏Z元件 181

7.4小结 184

7.5习题 184

参考文献 184

第8章 通用传感器 186

8.1环境检测传感器 186

8.1.1温度传感器概述 186

8.1.2热电阻温度传感器 188

8.1.3热电偶温度传感器 190

8.1.4集成温度传感器 198

8.1.5湿敏传感器 199

8.1.6气敏传感器 205

8.2声光传感器 212

8.2.1光电传感器概述 212

8.2.2光电器件 213

8.2.3声波传感器概述 214

8.3运动监测传感器 226

8.3.1力学传感器 226

8.3.2位移传感器 227

8.3.3速度传感器 229

8.3.4加速度传感器 230

8.4运动监测传感器的应用 234

8.4.1运动传感器应用于机器人 234

8.4.2运动传感器应用于无人机 238

8.5小结 245

8.6习题 246

参考文献 246

第9章 通用传感器件应用设计 247

9.1传感器信号处理 247

9.1.1电源处理 247

9.1.2滤波电路 248

9.1.3干扰抑制 251

9.2传感器信号传输 253

9.2.1有线模拟信号传输 254

9.2.2无线模拟信号传输 255

9.2.3有线数字信号传输 255

9.3物联网常用总线 256

9.3.1 1-Wire总线协议 256

9.3.2 IIC总线协议 260

9.3.3 SPI总线协议 267

9.3.4 UART通用异步收发器 273

9.3.5串行异步通信RS-232-C 277

9.3.6异步串行通信RS485 278

9.3.7串行通用总线USB 279

9.4无线数字信号传输 279

9.4.1 GPRS技术 279

9.4.2 Wi-Fi技术 280

9.4.3 Bluetooth技术 280

9.4.4 ZigBee技术 281

9.4.5 RFID技术 282

9.5通用传感器设计实例 283

9.5.1重力传感器设计——电子秤 283

9.5.2生理参数测量——电子血压计 285

9.5.3气敏传感器设计——甲烷超标报警装置 286

9.6小结 288

9.7习题 288

参考文献 288

第10章 传感器前沿技术发展 289

10.1概述 289

10.1.1智能传感器 289

10.1.2无线传感器（UGS） 290

10.1.3传感器无线自组网（Ad hoc） 290

10.2智能传感器 291

10.2.1智能传感器的功能和结构 291

10.2.2智能传感器接口 293

10.2.3智能传感器实例 297

10.3无线传感器技术 299

10.3.1无线传感器的特点 299

10.3.2无线传感器的应用 300

10.3.3无线传感器应用实例——自然环境检测 302

10.4无线传感器网络 303

10.4.1大规模网络 303

10.4.2自组织网络 304

10.4.3多跳路由 304

10.4.4动态性网络 304

10.4.5可靠的网络传感器 304

10.4.6以数据为中心的网络 305

10.4.7传感器网络不同于互联网 305

10.5 MEMS传感器 305

10.6传感器能量获取技术 306

10.7信息感知前沿技术发展 307

10.7.1芬兰成功研发世界首款高光谱移动传感器 307

10.7.2世界首个搭载小型化分子光谱传感器智能手机发布 308

10.7.3纳米传感器把原子级别药物输入细胞 308

10.7.4新型光学生物传感器可在几秒钟内识别感染性疾病 308

10.7.5全球首款多通道光谱传感器芯片 309

10.7.6发展网络化传感器大势所趋 309

10.8物联网智能传感器实验教程 309

10.8.1实验器材 310

10.8.2模拟传感器实验 313

10.8.3数字传感器实验 314

10.8.4传感器联网实验 316

10.9物联网智能传感器产品实例 316

10.10小结 317

10.11习题 318

参考文献 318