Přednášky:
1.Úvod do problematiky návrhu a realizace měřicích systémů.
a. Popis jednotlivých etap realizace,
b. Požadavky na měřicí systémy,
c. Rozdělení měřicích systémů.
2.Základní popis získávání a přenosu informace v měřicích informačních systémech.
a. Základní model měřicího systému,
b. Základy optimalizace měřicího informačního systému,
c. Přehled statistických charakteristik signálů používaných v měřicích
systémech - distribuční funkce, hustota pravděpodobnosti, očekávané
hodnoty, korelační funkce a spektrální výkonová hustota
d. Způsoby měření statistických charakteristik signálů.
3.Charakteristiky a kritéria jakosti měřicího informačního systému ve frekvenční a
časové oblasti.
a. Nuly a póly přenosové funkce,
b. Přechodová a impulzní charakteristika a její výpočet z přenosové funkce,
c. Souvislosti mezi vstupní a výstupní funkcí,
d. Frekvenční charakteristiky a jejich realizace.
e. Kritérium střední kvadratické chyby.
4.Kritéria jakosti měřicích systémů podle teorie informace.
a. Informační obsah měřicího signálu,
b. Vstupní a výstupní entropie,
c. Transinformace,
d. Celková a zbytková entropie signálu,
e. Tok informace a kapacita měřicího kanálu.
5.Návrh struktury měřicího systému.
a. Definice vstupních a výstupních signálů
b. Jednoduché a rozvětvené měřicí systémy,
c. Kalibrace měřicích systémů.
6.Charakteristiky jednotlivých komponent měřicího systému.
a. Statické a dynamické vlastnosti, rozsahy, přesnost, použitelnost,
b. Možnosti komunikačních prostředků pro konektivitu jednotlivých komponent,
postup výběru jednotlivých komponent.
7.HW realizace měřicího systému.
a. Volba vhodných komponent pro měřicí systém,
b. Vzájemná kooperace a kompatibilita jednotlivých komponent,
c. Soulad s EMC.
8.Syntéza měřicích systémů v souvislosti s vývojem v oblasti Průmyslu 4.0.
a. Základní charakteristiky, požadavky, implementace,
b. Vysvětlení pojmu kyberfyzikální systémy,
c. Energetická náročnost komponent,
d. Energy harvesting, autonomní systémy.
9.Návrh měřicích systémů a jejich implementace do oblasti IoT.
a. Požadavky na komponenty měřicích systémů, jejich vlastnosti,
b. Miniaturizace, ochrana před povětrnostními vlivy,
c. Ochrana před vnějším rušením,
d. Volba přenosové technologie.
10.HW prostředky pro měřicí systémy na bázi IoT.
a. Bezdrátové technologie pro IoT. Lora, Sigfox, IQRF,
b. Využití vývojových nástrojů pro návrh měřicích systémů a jejich testování,
c. Prostředky pro napájení komponent měřicích systémů.
11. Vliv rušení na přesnost měření a jeho eliminace.
a. Vnitřní rušení, vnější rušení,
b. Teplotní závislost měřicího systému,
c. Testování měřicího systému,
d. Možnosti korekce rušení.
12.Zpracování a vizualizace dat.
a. Popis procesu získávání, archivace a vizualizace dat,
b. Příklady vizualizačních systémů, svázanost s daty, praktické příklady
vizualizačních aplikací.
13.EMC a její vliv na měřicí systémy.
a. Popis problematiky EMC se zaměřením na měřicí systémy,
b. Metody měření EMC parametrů,
c. Základní principy přenosu rušivých signálů,
d. Metody ochrany před rušivými signály.
Laboratoře:
1. Úvodní cvičení, seznámení se s vybavením laboratoře z hlediska návrhu a
realizace měřicích systémů, školení bezpečnosti práce, seznámení se s
laboratorními úlohami, seznámení se s koncepcí semestrálního projektu.
2. Seznámení se danými HW platformami pro tvorbu měřicích a monitorovacích systémů
( Raspberry Pi, Arduino, IQRF aj.), ukázka základních zapojení, návrh a
realizace zapojení pro měření teploty pomocí DS18B20, realizace vizualizace
pomocí vybrané SW platformy, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním
projektu.
3. Statické a dynamické vlastnosti měřicích systémů. Základní koncepce měřicího
systému, dynamické vlastnosti v časové a frekvenční oblasti se zaměřením na
senzorickou část, měření časových charakteristik teplotních čidel (PT 100, TČ),
vyhodnocení měření, práce na semestrálním projektu.
4. Měření deformací. Seznámení se se senzory pro měření deformací, inklinoměry,
tenzometry, ukázka zapojení a výsledných signálů v závislosti na deformaci,
návrh a realizace zapojení vybraného senzoru na dané HW platformě s využitím
analogových vstupních portů (AI), vyhodnocení naměřených dat, práce na
semestrálním projektu.
5. Měření vzdálenosti. Demonstrace vybraných druhů senzorů pro měření vzdálenosti,
ultrazvukové snímače, optické snímače, návrh a realizace měřicího systému na
dané platformě s využitím digitální sběrnice I2C, vyhodnocení naměřených dat,
práce na semestrálním projektu.
6. Měření posunu. Demonstrace vybraných druhů snímačů pro měření posunu, LVDT
snímače, lineární potenciometr, kapacitní snímače, návrh a realizace měřicího
systému na dané platformě, demonstrace rušivých vlivů na měřicí řetězec
(superponované rušení), návrh korekce rušení vyhodnocení naměřených dat, práce
na semestrálním projektu.
7. Komerční monitorovací systémy. Ukázky vybraných komerčních monitorovacích
systémů, demonstrace jejich použití, možnosti připojení snímačů, přenosu,
zpracování a vizualizace dat, měření na systému DIXELL, Fiedler-Magr,
demonstrace převodníků AD4ETH, vyhodnocení a vizualizace naměřených dat, práce
na semestrálním projektu.
8. Technologie IQRF. Základní demonstrace, sestavení MESH sítě, demonstrace
vyčítání dat ze senzorů, přenos dat na cloud, práce na semestrálním projektu.
9. Tvorba měřicího systému s využitím modulů IQRF, demonstrace použití různých typů
bran pro přenos dat (GSM, ETH), práce na semestrálním projektu.
10. Demonstrace použití systémů LoRa, SigFox, NB-IoT pro měření a přenos dat, práce
na semestrálním projektu.
11. Vizualizace naměřených dat. Možností vizualizace – dynamické www stránky, SW
systémy Grafana, NodeRed, IBM Bluemix – ukázky použití, práce na semestrálním
projektu.
12. Elektromagnetická kompatibilita a její vliv na MS. Demonstrace vlivu EMC na
kvalitu MS, měření rušení po vedení a vyzařováním, měření pomocí sond pro
blízká pole, ukázka měření v GTEM komoře, analýza naměřených dat, finalizace
semestrálních projektů.
13. Konzultační cvičení, možnost náhradního měření, finalizace a prezentace semestrálních
projektů, zápočet.
Semestrální projekt:
* Každý student dostane na začátku semestru jeden rozsáhlý projekt, který zpracuje s využitím měřicí a výpočetní techniky. Časová náročnost řešení zadaného projektu je cca 20 hodin. Název projektu: Návrh a realizace měřicího systému pro měření zadané veličiny, vyšetření jeho dynamických vlastností a optimalizace přenosu dat.
1.Úvod do problematiky návrhu a realizace měřicích systémů.
a. Popis jednotlivých etap realizace,
b. Požadavky na měřicí systémy,
c. Rozdělení měřicích systémů.
2.Základní popis získávání a přenosu informace v měřicích informačních systémech.
a. Základní model měřicího systému,
b. Základy optimalizace měřicího informačního systému,
c. Přehled statistických charakteristik signálů používaných v měřicích
systémech - distribuční funkce, hustota pravděpodobnosti, očekávané
hodnoty, korelační funkce a spektrální výkonová hustota
d. Způsoby měření statistických charakteristik signálů.
3.Charakteristiky a kritéria jakosti měřicího informačního systému ve frekvenční a
časové oblasti.
a. Nuly a póly přenosové funkce,
b. Přechodová a impulzní charakteristika a její výpočet z přenosové funkce,
c. Souvislosti mezi vstupní a výstupní funkcí,
d. Frekvenční charakteristiky a jejich realizace.
e. Kritérium střední kvadratické chyby.
4.Kritéria jakosti měřicích systémů podle teorie informace.
a. Informační obsah měřicího signálu,
b. Vstupní a výstupní entropie,
c. Transinformace,
d. Celková a zbytková entropie signálu,
e. Tok informace a kapacita měřicího kanálu.
5.Návrh struktury měřicího systému.
a. Definice vstupních a výstupních signálů
b. Jednoduché a rozvětvené měřicí systémy,
c. Kalibrace měřicích systémů.
6.Charakteristiky jednotlivých komponent měřicího systému.
a. Statické a dynamické vlastnosti, rozsahy, přesnost, použitelnost,
b. Možnosti komunikačních prostředků pro konektivitu jednotlivých komponent,
postup výběru jednotlivých komponent.
7.HW realizace měřicího systému.
a. Volba vhodných komponent pro měřicí systém,
b. Vzájemná kooperace a kompatibilita jednotlivých komponent,
c. Soulad s EMC.
8.Syntéza měřicích systémů v souvislosti s vývojem v oblasti Průmyslu 4.0.
a. Základní charakteristiky, požadavky, implementace,
b. Vysvětlení pojmu kyberfyzikální systémy,
c. Energetická náročnost komponent,
d. Energy harvesting, autonomní systémy.
9.Návrh měřicích systémů a jejich implementace do oblasti IoT.
a. Požadavky na komponenty měřicích systémů, jejich vlastnosti,
b. Miniaturizace, ochrana před povětrnostními vlivy,
c. Ochrana před vnějším rušením,
d. Volba přenosové technologie.
10.HW prostředky pro měřicí systémy na bázi IoT.
a. Bezdrátové technologie pro IoT. Lora, Sigfox, IQRF,
b. Využití vývojových nástrojů pro návrh měřicích systémů a jejich testování,
c. Prostředky pro napájení komponent měřicích systémů.
11. Vliv rušení na přesnost měření a jeho eliminace.
a. Vnitřní rušení, vnější rušení,
b. Teplotní závislost měřicího systému,
c. Testování měřicího systému,
d. Možnosti korekce rušení.
12.Zpracování a vizualizace dat.
a. Popis procesu získávání, archivace a vizualizace dat,
b. Příklady vizualizačních systémů, svázanost s daty, praktické příklady
vizualizačních aplikací.
13.EMC a její vliv na měřicí systémy.
a. Popis problematiky EMC se zaměřením na měřicí systémy,
b. Metody měření EMC parametrů,
c. Základní principy přenosu rušivých signálů,
d. Metody ochrany před rušivými signály.
Laboratoře:
1. Úvodní cvičení, seznámení se s vybavením laboratoře z hlediska návrhu a
realizace měřicích systémů, školení bezpečnosti práce, seznámení se s
laboratorními úlohami, seznámení se s koncepcí semestrálního projektu.
2. Seznámení se danými HW platformami pro tvorbu měřicích a monitorovacích systémů
( Raspberry Pi, Arduino, IQRF aj.), ukázka základních zapojení, návrh a
realizace zapojení pro měření teploty pomocí DS18B20, realizace vizualizace
pomocí vybrané SW platformy, vyhodnocení naměřených dat, práce na semestrálním
projektu.
3. Statické a dynamické vlastnosti měřicích systémů. Základní koncepce měřicího
systému, dynamické vlastnosti v časové a frekvenční oblasti se zaměřením na
senzorickou část, měření časových charakteristik teplotních čidel (PT 100, TČ),
vyhodnocení měření, práce na semestrálním projektu.
4. Měření deformací. Seznámení se se senzory pro měření deformací, inklinoměry,
tenzometry, ukázka zapojení a výsledných signálů v závislosti na deformaci,
návrh a realizace zapojení vybraného senzoru na dané HW platformě s využitím
analogových vstupních portů (AI), vyhodnocení naměřených dat, práce na
semestrálním projektu.
5. Měření vzdálenosti. Demonstrace vybraných druhů senzorů pro měření vzdálenosti,
ultrazvukové snímače, optické snímače, návrh a realizace měřicího systému na
dané platformě s využitím digitální sběrnice I2C, vyhodnocení naměřených dat,
práce na semestrálním projektu.
6. Měření posunu. Demonstrace vybraných druhů snímačů pro měření posunu, LVDT
snímače, lineární potenciometr, kapacitní snímače, návrh a realizace měřicího
systému na dané platformě, demonstrace rušivých vlivů na měřicí řetězec
(superponované rušení), návrh korekce rušení vyhodnocení naměřených dat, práce
na semestrálním projektu.
7. Komerční monitorovací systémy. Ukázky vybraných komerčních monitorovacích
systémů, demonstrace jejich použití, možnosti připojení snímačů, přenosu,
zpracování a vizualizace dat, měření na systému DIXELL, Fiedler-Magr,
demonstrace převodníků AD4ETH, vyhodnocení a vizualizace naměřených dat, práce
na semestrálním projektu.
8. Technologie IQRF. Základní demonstrace, sestavení MESH sítě, demonstrace
vyčítání dat ze senzorů, přenos dat na cloud, práce na semestrálním projektu.
9. Tvorba měřicího systému s využitím modulů IQRF, demonstrace použití různých typů
bran pro přenos dat (GSM, ETH), práce na semestrálním projektu.
10. Demonstrace použití systémů LoRa, SigFox, NB-IoT pro měření a přenos dat, práce
na semestrálním projektu.
11. Vizualizace naměřených dat. Možností vizualizace – dynamické www stránky, SW
systémy Grafana, NodeRed, IBM Bluemix – ukázky použití, práce na semestrálním
projektu.
12. Elektromagnetická kompatibilita a její vliv na MS. Demonstrace vlivu EMC na
kvalitu MS, měření rušení po vedení a vyzařováním, měření pomocí sond pro
blízká pole, ukázka měření v GTEM komoře, analýza naměřených dat, finalizace
semestrálních projektů.
13. Konzultační cvičení, možnost náhradního měření, finalizace a prezentace semestrálních
projektů, zápočet.
Semestrální projekt:
* Každý student dostane na začátku semestru jeden rozsáhlý projekt, který zpracuje s využitím měřicí a výpočetní techniky. Časová náročnost řešení zadaného projektu je cca 20 hodin. Název projektu: Návrh a realizace měřicího systému pro měření zadané veličiny, vyšetření jeho dynamických vlastností a optimalizace přenosu dat.