Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Nie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-ARxxx-ISP-SMS Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Informatyka )-Automatyka i robotyka-inż.-EITI
( Podstawy automatyki i robotyki )-Automatyka i robotyka-inż.-EITI
( Przedmioty podstawowe )-Automatyka i robotyka-mgr.-EITI
( Przedmioty techniczne )---EITI
Punkty ECTS i inne: 5.00
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

SMS

Numer wersji:

1

Skrócony opis:

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 (...)

Pełny opis:

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.

Treść wykładu
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, ...

Zakres laboratorium
10 zajęć laboratoryjnych (każde zajęcia trwają 3h), które składają się
z 4 ćwiczeń punktowanych w skali 0-5 pkt. oraz trzech zadań
projektowych punktowanych w skali 0-10 pkt. Ćwiczenia laboratoryjne
odbywają się w ramach pierwszych 4 zajęć. Zadania projektowe są
realizowane w trakcie kolejnych 6 zajęć. W trakcie pracy wykorzystywane
są płytki z mikroprocesorami (z rdzeniem M3 i M7), a także wiele
sprzętu dodatkowego (czujniki, wyświetlacze, klawiatury) oraz obiekty
laboratoryjne automatyki.

  • Ćwiczenie 1. Praca z zestawem uruchomieniowym, praca krokowa,
    debugowanie. Przygotowywanie i uruchomienie prostych programów: obsługa
    portów wejścia-wyjścia, obsługa wyświetlacza tekstowego LCD, sterowanie
    szerokością impulsu, przetwornik analogowo-cyfrowy.

  • Ćwiczenie 2. Wykorzystanie systemu przerwań. Timery. Obsługa
    prostych czujników i urządzeń wykonawczych mikroprocesorowego systemu
    automatyki przy wykorzystaniu systemu przerwań.

  • Ćwiczenie 3. Obsługa złożonych czujników i urządzeń wykonawczych
    mikroprocesorowego systemu automatyki (standard komunikacyjny I^2C lub
    SPI). Pętla prądowa 4-20 mA. Transmisja szeregowa - standard Modbus RTU.

  • Ćwiczenie 4. Obsługa wyświetlacza graficznego LCD (panelu
    dotykowego). Wykorzystanie jednostki zmiennopozycyjnej do przetwarzania
    sygnałów.

  • Projekt 1. Implementacja algorytmów regulacji PID i DMC prostego
    procesu dynamicznego. Interfejs użytkownika. Archiwizacja pomiarów.
    Dobór nastaw algorytmów. Badania porównawcze.

  • Projekt 2. Identyfikacja modeli (typu odpowiedzi skokowej)
    procesu laboratoryjnego. Implementacja algorytmu regulacji DMC. Dobór
    nastaw algorytmu. Badania porównawcze.

  • Projekt 3. Konfiguracja systemu operacyjnego czasu rzeczywistego
    FreeRTOS oraz implementacja dwóch algorytmów regulacji działających
    współbieżnie.

Literatura:

    Literatura podstawowa:

    1. Patryk Chaber: Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu: ćwiczenia
      laboratoryjne (skrypt). Warszawa, 2016.

    2. Maciej Szumski: Systemy mikroprocesorowe w sterowaniu (skrypt).
      Warszawa, 2016.


    Literatura uzupełniająca:

    1. Marek Galewski: STM32. Aplikacje i ćwiczenia w języku C,
      Wydawnictwo BTC, 2011.

    2. Joseph Yiu: The Definitive Guide to ARM? Cortex?-M3 and
      Cortex?-M4 Processors, Third Edition, Publisher: Newnes, 2013.

    3. Jonathan W. Valvano: Embedded Systems, Volume 1: Introduction to
      ARM Cortex-M Microcontrollers CreateSpace Independent Publishing
      Platform; 5th edition (May, 2012).

    4. Jonathan W. Valvano: Embedded Systems, Volume 2: Real-Time
      Interfacing to ARM Cortex-M Microcontrollers CreateSpace Independent
      Publishing Platform; 5th edition (July, 2012).

    5. Jonathan W. Valvano: Embedded Systems, Volume 3: Real-Time
      Operating Systems for ARM Cortex-M Microcontrollers CreateSpace
      Independent Publishing Platform; 3th edition (September, 2014).

    6. Yifeng Zhu: Embedded Systems with ARM Cortex-M Microcontrollers
      in Assembly Language and C 2nd Edition, Publisher: E-Man Press LLC,
      2015.

Metody i kryteria oceniania:

W trakcie semestru będą przeprowadzone dwa kolokwia punktowane w skali 0-25 pkt., 50 pkt. można zdobyć z zajęć laboratoryjnych. Warunkiem zaliczenia jest uzyskanie w sumie co najmniej 50 pkt. na 100 możliwych, a także zaliczenie wszystkich ćwiczeń i projektów laboratoryjnych (uzyskanie z każdego z nich co najmniej 50% możliwych punktów).

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2016/2017 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2017-02-20 - 2017-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Maciej Ławryńczuk
Prowadzący grup: Maciej Ławryńczuk
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2016/2017 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2016-10-01 - 2017-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Maciej Ławryńczuk
Prowadzący grup: Maciej Ławryńczuk
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.