Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Systemy wbudowane
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-603-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
Rosół Maciej (mr@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem przedmiotu jest przekazanie wiedzy i umiejętności związanych z budową i funkcjonowaniem wbudowanych systemów pomiarowo sterujących z uwzględnieniem obsługi czujników pomiarowych, elementów wykonawczych, szeregowych interfejsów komunikacyjnych oraz przetwarzaniem sygnałów analogowych i cyfrowych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Zna podstawowe typy sygnałów elektrycznych stosowanych w automatyce oraz układy elektroniczne umożliwiające ich uwarunkowanie. AiR1A_W01, AiR1A_W03 Zaliczenie laboratorium
M_W002 Zna i rozumie zagadnienia dotyczące budowy, zasady działania oraz właściwego zastosowania systemów wbudowanych w układach sterowania. AiR1A_W02, AiR1A_W07, AiR1A_W03 Aktywność na zajęciach
M_W003 Zna najczęściej stosowane typy lokalnych magistrali szeregowych do podłączania urządzeń peryferyjnych. AiR1A_W03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W004 Zna podstawowe rozwiązania układowe analogowych i cyfrowych sterowników mocy, filtrów, czujników pomiarowych. AiR1A_W03 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
M_W005 Dysponuje wiedzą z zakresu istniejących rozwiązań układowych interfejsów dla sieci przemysłowych: Modbus, CAN, LIN i Ethernet. AiR1A_W04, AiR1A_W03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi zaprojektować i dokonać konfiguracji prostego sterownika wbudowanego z wykorzystaniem mikrokontrolera/procesora i układu FPGA. AiR1A_U09, AiR1A_U06, AiR1A_U05 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Umie wykorzystać wbudowane w sprzętowe sterowniki układy peryferyjne do obsługi czujników i elementów wykonawczych. AiR1A_U09, AiR1A_U06, AiR1A_U05 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Potrafi poprawnie zaprojektować tor pomiarowy lub wykonawczy dla systemu wbudowanego z uwzględnieniem kryteriów użytkowych i ekonomicznych. AiR1A_U09 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Zna zasady pracy w grupie służącedo opracowania koncepcji i budowy systemów sterowania obiektami dynamicznymi. Ma świadomość wpływu efektów swojej pracy nabezpieczeństwo użytkowników oraz efekty społeczne wynikające z wprowadzenia automatyzacji. AiR1A_K01, AiR1A_K02 Prezentacja
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 28 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Zna podstawowe typy sygnałów elektrycznych stosowanych w automatyce oraz układy elektroniczne umożliwiające ich uwarunkowanie. + - + - - - - - - - -
M_W002 Zna i rozumie zagadnienia dotyczące budowy, zasady działania oraz właściwego zastosowania systemów wbudowanych w układach sterowania. + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna najczęściej stosowane typy lokalnych magistrali szeregowych do podłączania urządzeń peryferyjnych. + - - - - - - - - - -
M_W004 Zna podstawowe rozwiązania układowe analogowych i cyfrowych sterowników mocy, filtrów, czujników pomiarowych. + - + - - - - - - - -
M_W005 Dysponuje wiedzą z zakresu istniejących rozwiązań układowych interfejsów dla sieci przemysłowych: Modbus, CAN, LIN i Ethernet. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi zaprojektować i dokonać konfiguracji prostego sterownika wbudowanego z wykorzystaniem mikrokontrolera/procesora i układu FPGA. + - - - - - - - - - -
M_U002 Umie wykorzystać wbudowane w sprzętowe sterowniki układy peryferyjne do obsługi czujników i elementów wykonawczych. + - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi poprawnie zaprojektować tor pomiarowy lub wykonawczy dla systemu wbudowanego z uwzględnieniem kryteriów użytkowych i ekonomicznych. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Zna zasady pracy w grupie służącedo opracowania koncepcji i budowy systemów sterowania obiektami dynamicznymi. Ma świadomość wpływu efektów swojej pracy nabezpieczeństwo użytkowników oraz efekty społeczne wynikające z wprowadzenia automatyzacji. + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 106 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
Program wykładu

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (30 godzin) oraz ćwiczeń
laboratoryjnych (30 godzin) odbywających się w semestrze 7.

1. Budowa i metody projektowania sterowników wbudowanych z użyciem technologii FPGA/CPLD, DSP oraz mikrokontrolerów jednoukładowych. (5 godz.)
2. Standardy i przetwarzanie sygnałów elektrycznych wykorzystywanych w automatyce przemysłowej. (3 godz.)
3. Układy uwarunkowania i filtracji sygnałów analogowych i cyfrowych. (4 godz.)
4. Budowa i zasada działania czujników stosowanych w automatyce, typy interfejsów
elektrycznych oraz sprzęg procesu i wbudowanego systemu sterowania z czujnikami. (4 godz.)
5. Sterowniki mocy dla urządzeń wykonawczych, rozwiązania układowe analogowe i
cyfrowe. (4 godz.)
6. Wykorzystanie lokalnych magistrali typu I2C, 1-Wire i SPI do podłączania urządzeń
peryferyjnych. (3 godz.)
7. Projektowanie układów elektronicznych dla rozproszonych systemów sterowania z
wykorzystaniem sieci Ethernet, magistrali CAN, LIN oraz ModBus. (6 godz.)

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):
  1. Organizacja laboratorium

    Zajęcia laboratoryjne podzielone są na cztery ćwiczenia. Każde ćwiczenie obejmuje dwa kolejne spotkania. Na pierwszym terminie laboratorium prowadzący omówią: zasady prowadzenia zajęć, przepisy BHP oraz warunki zaliczenia. Na tychże zajęciach zostanie również dokonany podział studentów na cztery mniejsze grupy.
    Zajęcia te są wspomagane przez moduł “Systemy wbudowane” na platformie e-learningowej AGH.

  2. Program laboratorium

    1. Wprowadzenie do laboratorium, merytoryczne omówienie ćwiczeń oraz przepisów BHP. (1 godz.)
    2. Badanie wbudowanych analogowych i cyfrowych układów peryferyjnych mikrokontrolera STM32F4. (6 godz.)
    3. Wykorzystanie technologii FPGA do budowy sterownika wbudowanego dla silnika prądu stałego. Obsługa enkoderów inkrementalnych i generacja sygnału PWM. (6 godz.)
    4. Wykonanie sterownika programowego magistrali 1-Wire. Obsługa magistrali 1-Wire
    na podstawie układów DS1920 i DS18B20. (6 godz.)
    5. Wykonanie systemu sterowania czasu rzeczywistego dla silnika krokowego z
    wykorzystaniem platform sprzętowych PowerPC i FPGA (karta rodziny sbRIO/myRIO). (6 godz.)
    6. Prezentacja osiągnięć i zaliczenie laboratorium. (3 godz.)

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium.
2. Warunkiem zaliczenia laboratorium jest uzyskanie pozytywnych ocen z każdego wykonanego ćwiczenia oraz prezentacji, która odbędzie się na ostatnich zajęciach. Ocena z laboratorium stanowi średnią arytmetyczną czterech ocen z ćwiczeń oraz oceny z prezentacji.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena uzyskana z laboratorium. Aktywność studenta na wykładach może podwyższyć ocenę o 0.5 stopnia.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

1. Do zaliczenia Laboratorium konieczne jest wykonanie wszystkich 4 ćwiczeń laboratoryjnych.
2. Obecność na zajęciach laboratoryjnych jest obowiązkowa. Nieobecności na zajęciach i ich usprawiedliwianie będzie traktowane zgodnie z Regulaminem Studiów. Trzy oraz większa liczba nieobecności nieusprawiedliwionych skutkują brakiem zaliczenia.
3. Jako usprawiedliwienie nieobecności uwzględniane jest zwolnienie lekarskie lub oficjalne pismo
dotyczące udziału w konferencjach, stażach, zawodach sportowych itp. potwierdzone przez Rektora lub
Dziekana.
4. Jeżeli student był nieobecny (usprawiedliwiony, bądź nieusprawiedliwiony) ) na wybranym ćwiczeniu laboratoryjnym to może go odrobić z inną grupą ćwiczeniową, jednak nie później niż termin zakończenia serii czterech ćwiczeń. Opcjonalnie, dodatkowy termin odrabiania ćwiczeń laboratoryjnych może zostać indywidualnie ustalony z prowadzącym zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość zagadnień elektroniki cyfrowej i analogowej, elektrotechniki oraz podstaw przetwarzania sygnałów analogowych i cyfrowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Catsoulis J.: Designing Embedded Hardware, O’Reilly Media, 2005.
2. Chen De-Jiu, Sanfridson M.: Introduction to Distributed Systems for Real-Time Control, Technical
report, Royal Institute of Technology, KTH, Stockholm, 2000.
3. Izydorczyk J., Płonka G., Tyma G.: Teoria sygnałów. Wstęp, HELION, 1999.
4. Kitchin Ch., Counts L.: A Designer’s Guide to Instrumentation Amplifiers, 2nd edition, USA,
http://www.analog.com, 2004.
5. Siemens: Power Semiconductors. DC Motor Drivers with Power Integrated Circuits, March, 1998.
6. Soclof S.: Zastosowania analogowych układów scalonych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności,
Warszawa, 1991.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Rosół M., Sapiński B., Jasiński J., Układ kondycjonująco-przetwarzający elektromechanicznego przetwornika drgań — The signal conditioning and processing system to support an electromechanical vibration converter, Modelowanie Inżynierskie, Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechniki Śląskiej, t. 16, nr 47, 2013, s. 166–171.
2. Kołek K., Rosół M., Task synchronization with microsecond accuracy supported by FPGA IP core, Scientific Papers of the Polish Information Processing Society Scientific Council, Selected Applications of Real Time Systems, Chapter 4, Poznan-Warsaw, Poland 2014, pp. 43-49.
3. Maciej ROSÓŁ, Bogdan SAPIŃSKI, Autonomous control system for a squeeze mode MR vibration isolator in an automotive engine mount, Acta Mechanica et Automatica, vol. 8 no. 3, 2014, s. 121–124.
4. Maciej ROSÓŁ, Bogdan SAPIŃSKI, Łukasz JASTRZĘBSKI, Badania obwodu sterującego amortyzatora MR zasilanego ze wzmacniacza mocy PWM — Experimental investigation of MR shock absorber control circuit driven by PWM power driver, Pomiary Automatyka Kontrola; vol. 60 nr 11, 2014, s. 1056–1059.
5. Bogdan SAPIŃSKI, Maciej ROSÓŁ, Marcin WĘGRZYNOWSKI, Investigation of an energy harvesting MR damper in a vibration control system, Smart Materials and Structures ; ISSN 0964-1726. — 2016 vol. 25 no. 12 art. no. 125017, s. 1–15. — Bibliogr. s. 14–15, Abstr.. — Publikacja dostępna online od: 2016-11-11. — tekst: https://goo.gl/KyKiBA.
6. Krzysztof KOŁEK, Maciej ROSÓŁ, Velocity estimation for slow motion devices equipped with encoder, MMAR 2017 : 22nd international conference on Methods and Models in Automation and Robotics : 28–31 August 2017, Międzyzdroje, Poland, Pełny tekst na Dysku Flash. — s. 809–814.

Informacje dodatkowe:

Brak