Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Smart metering systems
Course of study:
2019/2020
Code:
RMBM-2-201-II-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Informatyka w inżynierii mechanicznej
Field of study:
Mechanical Engineering
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Filipek Roman (roman.filipek@agh.edu.pl)
Module summary

Moduł dotyczy zagadnień związanych z inteligentnymi systemami pomiarowymi (ISP). Czyli przede wszystkim obszary i korzyści wykorzystania ISP, przetworniki pomiarowe, proces przetwarzania analogowo-cyfrowego, przesyłania, analizy i prezentacji wyników pomiarów. Przybliża metody projektowania ISP, m.in. systemów funkcyjnych, ekspertowych, uczących się. Student potrafi zaprojektować system realizujący zadany cel pomiarowy oraz zaplanować i przeprowadzić eksperyment weryfikujący jego działanie.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 podejmuje starania, aby przekazywać informacje o roli inteligentnych systemów pomiarowych MBM2A_K05 Activity during classes,
Project,
Execution of a project
M_K002 ma potrzebę ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych MBM2A_K02 Activity during classes,
Project
Skills: he can
M_U001 Student potrafi zaprojektować i przetestować system pomiarowy odpowiedni dla zadanego problemu. MBM2A_U10 Activity during classes,
Test,
Project,
Execution of a project
M_U002 potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski projektując inteligentne systemy pomiarowe MBM2A_U11 Activity during classes,
Test,
Project,
Execution of a project
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student posiada wiedzę z zakresu inteligentnych systemów pomiarowych. MBM2A_W05 Activity during classes,
Test
M_W002 ma wiedzę na temat analizy danych pomiarowych i przetwarzania sygnałów w inteligentnych systemach pomiarowych MBM2A_W06 Activity during classes,
Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
40 14 0 0 26 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 podejmuje starania, aby przekazywać informacje o roli inteligentnych systemów pomiarowych - - - + - - - - - - -
M_K002 ma potrzebę ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych - - - + - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować i przetestować system pomiarowy odpowiedni dla zadanego problemu. - - - + - - - - - - -
M_U002 potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski projektując inteligentne systemy pomiarowe - - - + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę z zakresu inteligentnych systemów pomiarowych. + - - - - - - - - - -
M_W002 ma wiedzę na temat analizy danych pomiarowych i przetwarzania sygnałów w inteligentnych systemach pomiarowych + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 75 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 40 h
Preparation for classes 2 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 1 h
Module content
Lectures (14h):
  1. Zarys problematyki inteligentnych systemów pomiarowych

    Wprowadzenie do tematyki inteligentnych systemów pomiarowych i omówienie najistotniejszych terminów. Przedstawienie obszarów wykorzystania inteligentnych systemów pomiarowych oraz korzyści wynikające z ich stosowania (m.in. systemy diagnostyczne, internet rzeczy (IoT)).

  2. Przetworniki wielkości nieelektrycznych na elektryczne

    Pomiar i wielkość mierzona. Omówienie działania czujników pomiarowych. Czujniki rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe, piezoelektryczne i inne. Modele matematyczne czujników. Wady i zalety oraz zastosowanie omówionych przetworników.

  3. Przetworniki analogowo-cyfrowe

    Kwantowanie i próbkowanie sygnału analogowego. Twierdzenie Kotielnikowa-Shannona i częstotliwość Nyquista. Przetworniki analogowo-cyfrowe i ich parametry. Dobór przetworników analogowo-cyfrowych. Przykłady systemów akwizycji danych pomiarowych (m.in. komputerowe karty pomiarowe oraz moduły Arduino, ESP8266, ESP32).

  4. Zakłócenia, błędy pomiarowe i metody ich eliminacji

    Czynniki wpływające na niepewność pomiaru. Zakłócenia pochodzące od szumu. Zakłócenia impulsowe. Zakłócenia powstałe w wyniku błędnego zestawienia toru pomiarowego. Metody eliminacji zakłóceń. Analiza niepewności pomiaru. Planowanie eksperymentu weryfikującego działanie systemu pomiarowego.

  5. Interfejsy pomiarowe, transmisja danych przewodowa i bezprzewodowa

    Definicja interfejsu pomiarowego. Wady i zalety interfejsów szeregowych i równoległych. Opis interfejsu U(S)ART i format ramki danych. Przykłady standardowych interfejsów pomiarowych (m.in. RS-232, RS-485, SPI, I2C, 1-Wire). Systemy transmisji bezprzewodowej (m.in. Wi-fi, LoRa, GSM).

  6. Rozproszone systemy pomiarowe

    Definicja i struktura rozproszonego systemu pomiarowego. Metody lokalizacji przetworników pomiarowych. Protokoły transmisji danych (m.in. MQTT, HTTP/2). Akwizycja i analiza danych pomiarowych z wielu czujników na lokalnym komputerze lub w chmurze. Budowa systemu pomiarowego na bazie otwartych standardów (m.in. Arduino, ESP8266, ESP32, RaspberryPi).

  7. Wybrane inteligentne systemy pomiarowe

    Przykłady inteligentnych systemów pomiarowych: funkcyjne
    (pośrednie), kompensacyjne (inwariantne), ekspertowe, uczące się, nadmiarowe i inne. Projektowanie inteligentnych systemów pomiarowych.

Project classes (26h):
  1. Część przygotowująca do wykonania projektu

    1.1 Organizacja zajęć i problematyka inteligentnych systemów pomiarowych
    1.2. Podstawy środowiska LabVIEW
    1.3. Zastosowanie praktyczne środowiska LabVIEW
    1.4. Zestawianie prostych układów pomiarowych (LabVIEW, Arduino IDE, Micropython)
    1.5. Przesyłanie i gromadzenie danych pomiarowych (LabVIEW, Python)
    1.6. Analiza i prezentacja danych pomiarowych (LabVIEW, Python)

  2. Część wykonania i prezentacji projektu

    2.1. Wydanie tematów projektów inteligentnych systemów pomiarowych
    2.2. Realizacja projektów
    2.3. Prezentacja koncepcji projektowanego systemu pomiarowego
    2.4. Prezentacja działania projektowanego systemu pomiarowego
    2.5. Oddanie sprawozdań

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Project classes: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Pierwsza część zajęć projektowych (przygotowująca) zaliczana jest na podstawie rozwiązań podstawowych zadań kończących poszczególne bloki tematyczne. Druga (związana z realizacją i prezentacją projektu) zaliczana jest na podstawie dwu prezentacji dotyczących projektowanego inteligentnego systemu pomiarowego oraz oddanego sprawozdania. Dodatkowo należy zaliczyć zadania dodatkowe z etapów realizacji projektu. Zaliczenia poprawkowe możliwe są do końca podstawowej sesji egzaminacyjnej. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest oddanie sprawozdania.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Project classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa obliczana jest na podstawie średniej ważonej ze składowych:

  • średnia ocena z egzaminu (część dotycząca wykładów i część dotycząca projektów) 50 %
  • średnia ocena zrealizowania projektów (prezentacje i sprawozdanie) 40 %
  • średnia ocena rozwiązania zadań i aktywności studenta na zajęciach projektowych 10 %.
Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

W przypadku nieobecności na zajęciach konieczne jest samodzielne uzupełnienie wiedzy, zdobycie umiejętności i rozwiązanie dodatkowych zadań związanych z tematyką opuszczonych zajęć projektowych.

Prerequisites and additional requirements:

Student powinien posiadać elementarne umiejętności z zakresu programowania i implementacji metod numerycznych do analizy sygnału. Niezbędna jest również podstawowa wiedza z metrologii, automatyki i identyfikacji systemów dynamicznych. Dodatkowo przydatna (choć nie konieczna) jest znajomość podstaw metody planowania eksperymentu i optymalizacji.

Recommended literature and teaching resources:

1. Kwaśniewski J., Wprowadzenie do inteligentnych przetworników pomiarowych, Warszawa 1993
2. Fraden J., Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer 2010
3. Łapiński M., Włodarski W., Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych: czujniki pomiarowe, Warszawa 1970
4. Smith S.W., The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, California 2011, (www.dspguide.com)

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Mechanical engineering in Smart Grid technology / Andrzej GOŁAŚ, Wojciech CIESIELKA, Ireneusz CZAJKA, Mateusz CZECHOWSKI, Roman FILIPEK, Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Krystian SZOPA, Maciej ŚLIWIŃSKI, Jerzy WOŁOSZYN, Witold ŻYWIEC ; AGH. — Kraków : Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH, 2015

2. Smart Grid in energetic facilities: modelling, monitoring and diagnostics / red. merytoryczna tomu: Andrzej GOŁAŚ ; aut.: Wojciech CIESIELKA, Ireneusz CZAJKA, Roman FILIPEK, Andrzej GOŁAŚ, Władysław HAMIGA, Dawid ROMIK, Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Krystian SZOPA, Jerzy WOŁOSZYN. — Kraków : Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH, 2017

3. Wprowadzenie do akustyki — [Introduction to acoustics] / Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Roman FILIPEK, Andrzej GOŁAŚ. — Kraków : Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska, 2017

4. Verification of inverse image source method applied for acoustic field creation in open area / A. GOŁAŚ, K. SUDER-DĘBSKA, W. CIESIELKA, R. FILIPEK // Acta Physica Polonica. A ; ISSN 0587-4246. — 2011 vol. 119 no. 6–A: Acoustic and biomedical engineering, s. 966–971

5. Active and passive structural acoustic control of the smart beam / R. FILIPEK, J. WICIAK // The European Physical Journal. Special Topics ; ISSN 1951-6355. — 2008 vol. 154, s. 57–63.

6. Analiza MES promieniowania dźwięku przez belkę z elementami piezoceramicznymi — Finite elements analysis of sound radiation from a beam with piezoceramic elements / Roman FILIPEK, Jerzy WICIAK // Czasopismo Techniczne = Technical Transactions / Politechnika Krakowska ; ISSN 0011-4561. Mechanika = Mechanics ; ISSN 1897-6328. — 2008

Additional information:

Wiedza z całości zagadnień poruszanych na wykładach dla studentów posiadających co najmniej 5 obecności na wykładach zostanie sprawdzona w pierwszej części egzaminu tylko na podstawie testu. Pozostali otrzymają dodatkowo pytania otwarte.