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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ADC73

4.1.2积分型ADC74

4.1.3并行比较型ADC76

4.1.4压频变换型ADC76

4.1.5 Σ-△（Sigma-delta）调制型ADC77

4.1.6流水线型ADC77

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-C277

9.3.6异步串行通信RS485278

9.3.7串行通用总线USB279

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