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绪论1

第1章 元器件及其应用4

1.1 测量5

1.2 元器件架构和元器件应用5

1.2.1 信号和信号调理6

1.2.2 元器件的种类8

1.3 数字元器件的硬件和软件10

1.3.1 数字元器件的组成单元11

1.3.2 微处理器和微控制器12

1.3.3 输入和输出14

1.3.4 信号转换15

1.3.5 数字信号处理18

1.4 传感器技术和先进的传感器19

1.4.1 传感材料19

1.4.2 传感器的生产过程21

1.4.3 传感器技术和IC传感器的发展趋势23

1.4.4 传感器分布和多传感器系统25

1.4.5 智能传感器26

1.5 元器件及传感器通信和传感器网络28

1.5.1 无线元器件通信30

1.5.2 元器件信号的调制和编码31

1.5.3 无线通信系统实例33

1.5.4 无线传感器和元器件实例34

1.6 工业元器件系统34

1.6.1 工业通信系统36

1.6.2 工业传感器网络的基本元素36

1.6.3 工业网络协议37

1.6.4 以太网和现场总线38

1.6.5 现场总线的实现39

1.6.6 现场总线设计和应用示例40

1.6.7 遥测和SCADA系统42

1.7 噪声和失真45

1.7.1 电子系统中的内部噪声45

1.7.2 干扰47

1.7.3 通信系统中的噪声和失真47

1.7.4 数字系统中的噪声49

1.8 小结49

第2章 无线通信50

2.1 无线通信原理50

2.2 电磁波传播52

2.2.1 自由空间传播的功率和链路分析53

2.2.2 天线特性54

2.2.3 近场、远场和衰落54

2.2.4 电场矢量叠加55

2.2.5 自由空间路径损耗55

2.2.6 额外路径损耗和大气衰减55

2.2.7 电磁波的反射56

2.2.8 大气折射56

2.2.9 电磁波的衍射56

2.2.10 电磁波的室内传输57

2.2.11 频段分配57

2.3 RF组成58

2.3.1 放大器60

2.3.2 衰减器62

2.3.3 滤波器62

2.3.4 振荡器62

2.3.5 频率乘法器63

2.3.6 混频器64

2.3.7 调制器和检测器65

2.3.8 解调器67

2.3.9 复用器68

2.3.10 天线70

2.3.11 相位检测器和移相器71

2.3.12 功率分配器和功率合成器71

2.3.13 RF变压器72

2.3.14 EMI和RFI滤波器73

2.3.15 其他组件73

2.3.16 RF收发机74

2.3.17 无线调制解调器74

2.4 模拟调制和复用75

2.4.1 幅度调制76

2.4.2 频率调制77

2.4.3 相位调制78

2.4.4 频分复用和时分复用79

2.5 数字信号的调制和复用80

2.5.1 振幅键控80

2.5.2 移频键控81

2.5.3 移相键控81

2.5.4 二进制移相键控82

2.5.5 差分移相键控82

2.5.6 四进制移相键控83

2.5.7 偏移QPSK85

2.5.8 差分QPSK85

2.5.9 八进制移相键控86

2.5.10 数字复用86

2.6 扩频和多路接入技术86

2.6.1 直接序列扩频87

2.6.2 跳频扩频90

2.6.3 多路接入技术92

2.6.4 频分多址94

2.6.5 时分多址94

2.6.6 扩频多址96

2.6.7 码分多址96

2.6.8 跳频多址97

2.6.9 混合扩频技术98

2.6.10 空分多址99

2.6.11 载波监听多路接入99

2.6.12 分组无线100

2.7 小结101

第3章 数据传输、网络、协议和标准102

3.1 数据传输102

3.1.1 串行和并行数字通信103

3.1.2 同步和异步传输103

3.1.3 单工、半双工、全双工数据传输105

3.1.4 无线数据传输106

3.1.5 无线电频段数据传输106

3.1.6 红外数据传输107

3.1.7 微波数据传输108

3.2 数据流的安全性108

3.2.1 信道编码108

3.2.2 加密110

3.3 网络的基本要素和拓扑结构111

3.3.1 网络软件112

3.3.2 网络拓扑结构113

3.3.3 互联网115

3.3.4 Internet和Intranet117

3.4 协议118

3.4.1 OSI模型119

3.4.2 OSI模型的结构119

3.4.3 IEEE802网络模型122

3.5 标准123

3.5.1 IEEE802标准124

3.5.2 无线以太网概念125

3.5.3 IEEE802.16无线城域网127

3.5.4 基于码分多址的标准127

3.5.5 基于时分多址的标准127

3.5.6 GSM和GPRS标准128

3.5.7 其他无线通信网络标准129

3.5.8 支持智能传感器接口的IEEE1451标准129

3.6 无线通信网络、PAN、LAN和WLAN132

3.6.1 频谱分配的近来发展133

3.6.2 无线通信网络的类型134

3.6.3 无线通信网络的拓扑结构134

3.6.4 无线扩展局域网技术135

3.6.5 IEEE802.11无线局域网标准135

3.6.6 HIPERLAN标准137

3.6.7 蓝牙137

3.6.8 工业传感器总线和网络139

3.7 网络、数据和信息管理142

3.8 小结143

第4章 无线元器件和传感器网络144

4.1 无线传感器架构和网络设计145

4.1.1 无线传感器和转换器145

4.1.2 无线传感器网络架构151

4.1.3 IEEE1451标准对传感器网络的影响152

4.2 无线元器件架构和网络设计153

4.2.1 无线元器件的必要元件155

4.2.2 无线网桥、路由器、网关和中继器158

4.2.3 无线数据记录仪159

4.2.4 无线元器件的功率考虑160

4.2.5 无线元器件的其他问题162

4.3 无线传感器和元器件网络设计165

4.3.1 移动无线元器件和传感器网络167

4.3.2 无线传感器网络的能量问题169

4.3.3 蓝牙传感器网络170

4.3.4 蓝牙网络的应用172

4.3.5 IEEE802传感器和元器件网络174

4.4 无线集成网络传感器176

4.4.1 WINS功率需求178

4.4.2 WINS的应用179

4.5 即插即用传感器和网络180

4.6 工业无线通信网络和自动控制183

4.6.1 无线现场总线183

4.6.2 工业无线Mesh网络184

4.7 小结187

第5章 无线传感器和设备的应用188

5.1 特定应用场合的无线传感器和设备188

5.1.1 特定应用场合的无线传感器和网络189

5.1.2 特定应用场合的嵌入式无线通信设备和网络190

5.1.3 特定应用的模块及附加无线通信设备和网络193

5.2 商用无线传感器和元器件196

5.3 研发中的无线元器件和传感器网络198

5.3.1 应用层和物理层上的软硬件问题198

5.3.2 物理层和网络层上的效率200

5.3.3 通信协议和网络管理方面的问题202

5.4 工业化无线传感器和元器件网络203

5.4.1 无线通信系统和现场总线的集成206

5.4.2 无线内置检测和基于条件的维护211

5.5 无线人类健康监测和环境应用212

5.5.1 无线人类健康系统213

5.5.2 无线环境和生活环境监测系统215

5.5.3 环境观察和预测系统217

5.6 射频识别218

5.7 用户产品和其他应用221

5.7.1 无线用户产品221

5.7.2 其他无线应用222

5.8 小结224

参考文献225