Датчики и сенсорные системы

Магистратура 2021/2022

Статус: Курс обязательный (Интернет вещей и киберфизические системы)

Направление: 11.04.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 1-3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Каперко Алексей Федорович, Красивская Мария Игоревна

Прогр. обучения: Интернет вещей и киберфизические системы

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 90

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Одним из ключевых аспектов Интернета вещей является измерение параметров и/или генерация реальных физических сигналов. В рамках дисциплины рассматриваются датчики и сенсорные системы; физические принципы, используемые в сенсорах; различные типы датчиков, их технические характеристики и особенности; необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции датчиков в киберфизические системы, обработки сигналов и анализа данных; практическое применение датчиков и сенсорных систем. Кроме того, обсуждаются технологии производства сенсорных систем для микроэлектромеханических и наноэлектромеханических систем. Также в рамках курса уделяется большое внимание получению практических навыков разработки программных компонентов для систем сбора данных с использованием инструментов NI DAQmx и среды программирования NI LabVIEW. Рассматриваются практические вопросы организации и программирования задач аналогового ввода, аналогового вывода, цифрового ввода/вывода, работы со счётчиками, синхронизации задач сбора данных на основе различных механизмов аппаратного и программного запуска, согласования сигналов с датчиков для повышения точности измерений, а также обработки сигналов измерительной информации. Содержание данного раздела дисциплины гармонизировано с официальными курсами National Instruments. Обучение осуществляется в интерактивном режиме, построено на конкретных практических примерах, с применением многофункционального измерительного оборудования NI DAQ.

Цель освоения дисциплины

Изучение и практическое применение систематических и методологических подходов, направленных на понимание проблем преобразования сигналов различной физической природы в электрический эквивалент, а также построения систем сбора данных с использованием технологий National Instruments DAQ.
Овладение теоретическими и практическими знаниями по датчикам и сенсорным системам с использованием технологии Интернет вещей.

Планируемые результаты обучения

ПРО 1 Называть и описывать компоненты систем сбора данных, основные характеристики датчиков, сенсорных систем, интегральных датчиков инфокоммуникационной техники, интерфейсы микросистемных датчиков, элементы каналов устройств сбора данных, их параметры, объяснять значение терминов, относящихся к системам сбора данных
ПРО 2 Объяснять особенности работы датчиков и сенсорных систем, интегральных датчиков инфокоммуникационной техники, методы, режимы и параметры сбора данных и генерации сигналов, схемы и настройки подключения к системе, способы согласования сигналов, способы синхронизации задач сбора данных, основные методы обработки сигналов
ПРО 3 Выбирать компоненты и параметры компонентов системы сбора данных, схемы и настройки подключения, способы согласования сигналов, методы обработки сигналов, подходящие для решения конкретной прикладной задачи
ПРО 4 Применять микросистемные датчики, их интерфейсы, для основных типовых технических средств инфокоммуникационной техники и для систем связи, применять методы оптимизации для интегральных датчиков и сенсорных систем, использовать программные инструменты для работы с каналами сбора данных, реализовывать многоканальные и синхронизированные измерения
ПРО 5 Разрабатывать, моделировать и тестировать датчики и сенсорные системы для устройств инфокоммуникационной техники, применяемых в различных системах связи, в том числе интегральные датчики инфокоммуникационной техники, имплементирующие технологии Интернета вещей; разрабатывать прикладное программное обеспечение для прикладных задач автоматизации измерений и генерации сигналов на основе устройств сбора данных

Содержание учебной дисциплины

Физические принципы построения микросистемных датчиков для инфокоммуникационных устройств
Интерфейсы микросистемых датчиков и сенсорных систем
Оптимизация характеристик интегральных датчиков и сенсорных систем
Основы сбора данных
Аналоговый ввод
Аналоговый вывод
Цифровой ввод/вывод
Временной ввод/вывод
Согласование сигналов
Синхронизация задач сбора данных

Элементы контроля

Экзамен 1 модуля
Итоговый экзамен по дисциплине проводится в форме устного экзамена в конце изучения дисциплины в конце 1 модуля в присутствии преподавателя. На экзамене студент выбирает экзаменационный билет, который составляется с учетом пройденного материала, как на лекционных, так и на практических занятиях, и содержит два теоретических вопроса. Ответы на предложенные вопросы излагаются в устной форме. После ответа студента преподаватель может ему задать уточняющие вопросы по тематике билета. Использование каких-либо текстов, калькуляторов, телефонов и др. средств связи запрещается. Время подготовки к ответу на вопросы экзамена – 30 мин. По желанию студента и согласию преподавателя возможен досрочный ответ.
ПЗ Модуля 1
Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
ПЗ модуля 2
Мини-тесты
Мини-тесты представляют собой короткие тесты по материалам предыдущих занятий. В мини-тесты также включаются дополнительные вопросы и задания повышенной сложности.
ПЗ модуля 3
Проект
Проект представляет собой работу прикладного характера, связанную с разработкой прототипа решения в области Интернета вещей, представляющего собой систему сбора данных или её компонент. Проект выполняется в часы, отводимые на самостоятельную работу, с возможностью получения консультаций преподавателя в очном или дистанционном формате.
Экзамен 3 модуля
Экзамен проводится в устной форме. В билеты включаются вопросы теоретического и прикладного характера по материалам модуля. В билете 2 вопроса. На подготовку к ответу даётся 40 минут. По желанию студента возможен досрочный ответ. Во время подготовки к ответу допускается использование необходимых справочных материалов и источников, в т.ч. в электронных. Во время устного ответа преподавателю использование вспомогательных материалов не допускается, за исключением кратких поясняющих иллюстраций, схем, диаграмм и т.д.
ЛР 1 модуля

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 1 модуль
0.25 * ЛР 1 модуля + 0.5 * Экзамен 1 модуля + 0.25 * ПЗ Модуля 1
2021/2022 учебный год 3 модуль
0.05 * Мини-тесты + 0.125 * ПЗ модуля 2 + 0.25 * Экзамен 3 модуля + 0.25 * 2021/2022 учебный год 1 модуль + 0.2 * Проект + 0.125 * ПЗ модуля 3

Программа дисциплины