Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu
Koordynator przedmiotu:
Maciej Ławryńczuk
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Automatyka i Robotyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
SMS
Semestr nominalny:
5 / rok ak. 2019/2020
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz. Udział w laboratoriach: 15 x 2 godz. = 30 godz. Praca własna: 60 godz. Udział w konsultacjach: 5 godz. Łączny nakład pracy studenta: 125 godz., co odpowiada 5 ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
3
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2,5
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium30h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Limit liczby studentów:
48
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest przedstawienie metodyki projektowania, programowania i testowania systemów mikroprocesorowych znajdujących zastosowanie w sterowaniu i automatyce (w czasie rzeczywistym), przy uwzględnieniu obowiązujących standardów przemysłowych oraz norm bezpieczeństwa. W trakcie wykładu omawiane są bloki funkcjonalne współczesnych systemów mikroprocesorowych oraz sposób ich wykorzystania w projektowanym systemie sterującym. Omawia się wszystkie etapy prac: sformułowanie problemu, opracowanie wstępnej koncepcji systemu, projekt sprzętowy systemu, przygotowanie oprogramowania, uruchamianie sprzętu i oprogramowania, testy środowiskowe, wdrożenie produkcyjne, certyfikację, wprowadzenie na rynek i walidację. Podczas opracowania systemu uwzględnia się wymogi technologii produkcji, systemu zapewnienia jakości oraz wymogi prawne Ustawy o Ocenie Zgodności (oznaczanie znakiem CE). W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci mają możliwość zaprojektowania mikroprocesorowego systemu sterowania procesu laboratoryjnego działającego w czasie rzeczywistym. W trakcie wykładu i zajęć laboratoryjnych wykorzystuje się współcześnie produkowane mikroprocesory wbudowane 32 bitowe o architekturze ARM Cortex.
Treści kształcenia:
Wprowadzenie. Specyfika i struktura systemu mikroprocesorowego automatyki przeznaczonego do sterowania w czasie rzeczywistym. (1 godz.) Specyfika i etapy projektowania systemu mikroprocesorowego automatyki: sformułowanie problemu, opracowanie wstępnej koncepcji systemu, projekt sprzętowy systemu, przygotowanie oprogramowania, uruchamianie sprzętu i oprogramowania, testy środowiskowe, wdrożenie produkcyjne, certyfikacja, wprowadzenie na rynek i walidacja. (1 godz.) Przegląd współcześnie dostępnych platform sprzętowych pod kątem zastosowania w systemie automatyki. Wybór platformy. (1 godz.) Architektura rdzenia Cortex-M. Tryby adresowania, lista rozkazów. (1 godz.) Zestaw uruchomieniowy, złącze JTAG. Oprogramowanie narzędziowe. Przygotowywanie, uruchamianie i testowanie programów. (1 godz.) Bloki funkcjonalne mikroprocesora oraz ich wykorzystanie w budowanym systemie sterującym automatyki. Sygnały zegarowe, układy czasowe, watchdog. (1 godz.) Przerwania maskowalne i niemaskowalne oraz ich wykorzystanie w budowanym systemie sterującym automatyki, blok NVIC, priorytety przerwań, tablica wektorów przerwań, program obsługi przerwań. (1 godz.) Porty wejścia-wyjścia, obsługa podstawowych urządzeń wejścia-wyjścia: klawiatura, wyświetlacze LED/LCD, odczyt stanów, wyjście z otwartym kolektorem, problemy praktyczne (np. odbicia styków). Sterowanie silników: generacja sygnału PWM, pomiar parametrów wejściowego sygnału PWM. (2 godz.) Bezpośredni dostęp do pamięci (DMA) i jego wykorzystanie w mikroprocesorowym systemie automatyki, współpraca układów czasowych z kontrolerem DMA. (1 godz.) Przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C) i cyfrowo-analogowe (C/A) wbudowane i zewnętrzne w zastosowaniu do komunikacji z urządzeniami automatyki. Standard przemysłowy 4-20 mA i 0-10 V. Współpraca przetworników z układem DMA i przerwaniami. (2 godz.) Transmisja szeregowa. Warstwy i funkcje modelu ISO/OSI wykorzystywane w warunkach przemysłowych. Warstwa fizyczna RS-232, RS-422 i RS-485. Interfejs I2C. Warstwa łącza danych, ramki, obliczanie sumy kontrolnej (CRC). Przemysłowe protokoły transmisji na przykładzie protokołów Modbus ASCII, Modbus RTU i Gaz-Modem 3. Warstwa sesji. (2 godz.) Reprezentacja liczb w komputerze, kod U2, liczby zmienno-przecinkowe krótkie i długie. Koprocesor arytmetyczny lub realizacja programowa. (2 godz.) Przykład zastosowania obliczeń zmiennoprzecinkowych w systemie mikroprocesorowym automatyki: implementacja algorytmów regulacji PID i predykcyjnej. (3 godz.) Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w mikroprocesorowym systemie automatyki, szybka transformata Fouriera (FFT). (1 godz.) Zalety i wady dostępnych na rynku systemów czasu rzeczywistego (FreeRTOS, QNX, RTLinux) w zastosowaniu do sterowania. (2 godz.) Zasady projektowania płyt drukowanych z uwzględnieniem odporności EMC, warstwy, prowadzenie mas i zasilania. EMC - kompatybilność elektromagnetyczna: emisja i odporność, Burst, ESD, Surge, Transients, RF. (1 godz.) Projektowanie mikroprocesorowego systemu automatyki przy uwzględnieniu obowiązujących norm. Dyrektywy ATEX, MID i RTTE. Metrologia prawna. (1 godz.) Wdrożenie produkcyjne: technologie lutowania (fala do elementów przewlekanych i lutowanie rozpływowe do powierzchniowych). Umieszczanie znaczników na płytach do pozycjonowania przy nanoszeniu pasty i układaniu elementów. Rodzaje obudów i uwzględnienie rozkładu temperatur w procesie lutowania przy projekcie płyty. Jakość w produkcji: wilgoć (hermetyzowanie laminatów), strefy ochrony od ESD. System jakości ISO9001. Badania jakości w komorach klimatycznych, klasy klimatyczne wyrobów, szczelność obudów IP. Badania końcowe. Serwis i obsługa, statystyki awarii, działania korygujące. Walidacja. (2 godz.) Wprowadzenie systemu na rynek. Zasady ogólne oznaczania wyrobów znakiem CE: moduły od A do H, normy zharmonizowane, notyfikowane, wymagania i badania, certyfikacja.
Metody oceny:
Kolokwia, laboratorium.
Egzamin:
nie
Literatura:
Patryk Chaber: Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu: ćwiczenia laboratoryjne (skrypt). Warszawa, 2016. Maciej Szumski: Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu (skrypt). Warszawa, 2016.
Witryna www przedmiotu:
brak
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka SMS_W01
Wiedza na temat sposobu działania współczesnych systemów mikroprocesorowych znajdujących zastosowanie w sterowaniu.
Weryfikacja: kolokwium, laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka SMS_W02
Wiedza z zakresu projektowania, programowania i testowania systemów mikroprocesorowych znajdujących zastosowanie w sterowaniu.
Weryfikacja: kolokwium, laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02, K_W03, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka SMS_W03
Wiedza z zakresu standardów przemysłowych oraz norm bezpieczeństwa, które mają spełniać systemy mikroprocesorowe znajdujące zastosowanie w sterowaniu.
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka SMS_U01
Umiejętność projektowania, programowania i testowania systemów mikroprocesorowych znajdujących zastosowanie w sterowaniu.
Weryfikacja: kolokwium, laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U15, K_U16, K_U19, K_U23, K_U10, K_U14
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.4.o, I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, I.P6S_UK

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka SMS_K01
Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżynierskiej, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_KK, I.P6S_KR
Charakterystyka SMS_K02
Umiejętność pracy w grupie.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe: