Датчики и сенсорные системы

Магистратура 2024/2025

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, 2 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: 3

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 системных 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
Основные принципы и типовые законы управления киберфизических 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

Контрольная работа
Контрольная работа в письменной форме по материалам занятий. Опционально, при временных ограничениях, КР может быть проведена в онлайн-режиме.
Лабораторный практикум ч.1
В рамках первой части лабораторного практикума выполняется исследование элементов сенсорных систем.
Экзамен
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.
ДЗ
ДЗ представляет собой работу, связанные с изучением, анализом характеристик и выбором датчиков. ДЗ выполняется в часы, отводимые на самостоятельную работу, с возможностью получения консультаций преподавателя в очном или дистанционном формате.
Лабораторный практикум ч.2
В рамках второй части лабораторного практикума выполняется изучение различных видов каналов систем сбора данных, разработка программных компонентов измерительных систем.

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
0.1 * ДЗ + 0.1 * Контрольная работа + 0.2 * Лабораторный практикум ч.1 + 0.2 * Лабораторный практикум ч.2 + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Авторы

Каперко Алексей Федорович
Красивская Мария Игоревна

Программа дисциплины