1.2.1 感知层
感知层是物联网的核心，是物联网与现实世界连接的桥梁。感知层是物联网的“皮肤”和“五官”，用于识别物体、采集信息。感知层由基本的感应器件（如二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端等）以及感应器组成的网络（传感器网络、RFID网络等）两大部分组成。
物联网感知层的关键技术包括传感器技术、射频识别技术、二维码技术、蓝牙技术以及ZigBee技术等。
1.传感器技术
物联网实现感知功能离不开传感器，传感器技术作为物联网最底层的终端技术，对支撑整个物联网起基础性的作用，是实现物物互联的基础，是互联网延伸为物联网的前提条件。传感器最大的作用是帮助人们完成对物品的自动检测和自动控制。目前，传感器的相关技术已经相对成熟，被应用于多个领域，比如地质勘探、航天探索、医疗诊断、商品质检、交通安全、文物保护、机械工程等。传感器是一种检测采集装置，能感受、采集到被测量的信息，并能将感受到的信息按特定的要求转换成电信号或其他所需的信号进行输出，最后由传感网传输到计算机上，以满足信息的传输、处理、转换、存储、显示、记录和控制等要求。
（1）传感器的组成
传感器的物理组成包括敏感元件、转换元件以及信号调理与转换电路3部分，如图1.3所示。敏感元件可以直接感受对应的物品；转换元件也叫传感元件，主要作用是将其他形式的数据信号转换为电信号；信号调理与转换电路可以调节信号，将电信号转换为可供人和计算机处理、管理的有用电信号。
1）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量。
2）转换元件：以敏感元件的输出信号为输入信号，把输入信号转换成电路参数，如电阻、电感、电容，或转换成电流、电压等电量。
3）信号调理与转换电路：将转换元件输出的电路参数接入信号转换电路，并将其转换成电量输出。
图1.3 传感器结构
实际上，有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它能够在感受被测量的同时直接输出电量，如热电偶；有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有信号转换电路；有些传感器，转换元件不止一个，要经过若干次转换。
（2）传感器的特点与分类
传感器的特点包括微型化、数字化、多样化、智能化、多功能化、系统化、网络化等，它是实现自动控制、自动传输和自动检测的首要环节中的重要设备。传感器的存在和发展，使物体有了触觉、味觉、嗅觉等感官能力，让物体变得“活”了起来。
传感器是人类五官的延伸及拓展。传感器的类型决定了能对外界感知的程度，根据不同的需求可以选择不同的传感器类型，传感器的类型决定了其应用场景。通常根据传感器的基本感知功能将其分为：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。根据传感器的工作原理可将其分为：电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。
（3）智能传感器
智能传感器是集成了传感器、致动器与电子电路的智能器件，或是集成了传感元件和微处理器，并具有监测与处理功能的器件。智能传感器最主要的特征是输出数字信号，便于后续计算处理。智能传感器的功能包括信号感知、信号处理、数据验证和解释、信号传输和转换等，主要的组成元件包括A/D和D/A转换器、收发器、微控制器、放大器等。
智能传感器的特点是精度高、分辨率高、可靠性高、自适应性强、性价比高。智能传感器通过数字处理获得高信噪比，保证了高精度；通过数据融合、神经网络技术，保证了在多参数状态下具有对特定参数的测量分辨能力；通过自动补偿来消除工作条件与环境变化引起的系统特性漂移，同时优化传输速度，让系统的工作处于最优的低功耗状态，保证了其可靠性；利用软件进行的数学处理，使得智能传感器具有判断、分析和处理的功能，保证了系统的高自适应性；采用能大规模生产的集成电路工艺和MEMS工艺，保证了高性价比。
智能传感器代表新一代的感知和自知能力，是未来智能系统的关键元件，其发展受到未来物联网、智慧城市、智能制造等强劲需求的拉动。通过在元器件级别上的智能化系统设计，智能传感器将对食品安全应用和生物危险探测、安全危险探测和报警、局域和全域环境检测、健康监视和医疗诊断、工业和军事、航空航天等领域产生深刻的影响。
2.射频识别技术
射频识别（RFID）是无线自动识别技术之一，人们又将其称为电子标签技术。利用该技术，无须接触物体就能通过电磁耦合原理获取物品的相关信息。
物联网中的感知层通常要建立一个射频识别系统，该识别系统由电子标签、读写器以及中央信息系统三部分组成。其中，电子标签一般安装在物品的表面或者内嵌在物品内层，标签内存储着物品的基本信息，以便于被物联网设备识别；读写器有三个作用，一是读取电子标签中有关待识别物品的信息，二是修改电子标签中待识别物品的信息，三是将所获取的物品信息传输到中央信息系统中进行处理；中央信息系统的作用是分析和管理读写器从电子标签中读取的数据信息。
RFID的应用相当广泛，主要集中在以下几个领域。
（1）物流
物流仓储是RFID最有潜力的应用领域之一，UPS、DHL等国际物流巨头都在积极地对RFID技术进行试验，以期实现大规模的应用，提升其物流能力。在物流管理中，RFID取代了传统配送中心在验货、拣货、清算等作业过程中的手工作业，既能够增加供应链的可视性，又可以提高库存管理能力，大大地提高了效率和自动化水平。
（2）零售
由沃尔玛、家乐福等大超市一手推动的RFID应用，给零售业带来了相当多的益处。零售业从采购、存储、包装、装卸、运输、配送、销售到服务，整个供应链环环相扣，企业必须实时地、精确地掌握整个商流、物流、信息流和资金流的流向和变化，而RFID能有效地为零售业提供业务过程的控制与跟踪，减少出错率。此外，RFID兼有防盗和防伪作用，可以帮助进行精细化的客户信息管理。
（3）医疗
医疗行业对标签成本较不敏感，所以该行业将是RFID应用的先锋领域之一。RFID可以加快医疗器械的位置查询，提高其使用效率，类似于资产管理。在药品及一次性用品的管理上，采用RFID可以提高药品的周转效率，并加以防伪监控。医疗废弃物属于危险品，需要采用RFID对其进行追溯管理。
（4）身份识别
由于其具有快速读取与防伪特性，RFID技术被广泛地应用于个人的身份识别证件，如世界各国开展的电子护照项目、我国的第二代身份证等。除此之外，RFID技术也在食品、交通、制造业、服装业、军事等领域发挥着越来越重要的作用。
图1.4展示了不同外形的RFID标签，其中图1.4（a）为很薄的、由透明塑料封装的粘贴式RFID标签，图1.4（b）为体积与普通米粒相当的、由玻璃管封装的动物或人体植入式RFID标签。
图1.4 不同外形的RFID标签
3.二维码技术
二维码（2-dimensional bar code）又称二维条码、二维条形码，是一种信息识别技术。二维码通过黑白相间的图形来记录信息，这些黑白相间的图形按照特定的规律分布在二维平面上，图形与计算机中的二进制数相对应，人们通过对应的光电识别设备就能将二维码输入计算机进行数据的识别和处理。
二维码有两类，一类是堆叠式/行排式二维码，另一类是矩阵式二维码。堆叠式/行排式二维码与矩阵式二维码在形态上有所区别，前者由一维码堆叠而成，后者以矩阵的形式组成。两者虽然在形态上有所不同，但都采用了共同的原理：每一个二维码都有特定的字符集，都有相应宽度的“黑条”和“空白”来代替不同的字符，都有校验码等。不同种类的二维码信息对比如图1.5所示。
图1.5 不同种类二维码信息对比
二维码技术具有以下几个方面的优点。
①编码的密度较高，信息容量很大。一般来说，一个二维码理论上能容纳1 850个大写字母，或者2 710个数字。如果换算成字节，可包含1 108个；换算成汉字，能包含500多个。
②编码范围广。二维码编码的依据可以是指纹、图片、文字、声音、签名等，具体操作是将这些“依据”先进行数字化处理，再转化成条码的形式呈现。二维码不仅能表示文字信息，还能表示图像数据。
③容错能力强，具有纠错功能。二维码局部沾染了油污，变得模糊不清，或者被利器穿透导致局部损坏，在这些极端情况下，二维码都可以正常地识读和使用。也就是说，只要二维码损毁面积不超过50%，都可以利用技术手段恢复其原有信息。
④译码可靠性高。二维码的错误率低于千万分之一，比普通条码错误率低十几倍。
⑤安全性高，保密性好。
⑥制作简单，成本较低，持久耐用。
⑦可随意缩小和放大比例。
⑧能用多种设备识读，如光电扫描器、CCD设备等，方便、好用、效率高。