A TANTÁRGY ADATLAPJA

Átírás

1 A TANTÁRGY ADATLAPJA 1. A képzési program adatai 1.1 Felsőoktatási intézmény Babeș Bolyai Tudományegyetem 1.2 Kar Matematika és Informatika Kar 1.3 Intézet Magyar Matematika és Informatika Intézet 1.4 Szakterület Informatika 1.5 Képzési szint Mesteri 1.6 Szak / Képesítés Adatelemzés és modellezés / Analiza datelor și modelare / Data analysis and modelling 2. A tantárgy adatai 2.1 A tantárgy neve Robotok és beágyazott rendszerek programozása / Programarea roboților și a sistemelor înglobate / Robot and embedded system programming 2.2 Az előadásért felelős tanár neve Tunyagi Arthúr 2.3 A szemináriumért felelős tanár neve Tunyagi Arthúr 2.4 Tanulmányi év Félév Értékelés módja Vizsga 2.7 Tantárgy típusa választható szaktantárgy 3. Teljes becsült idő (az oktatási tevékenység féléves óraszáma) 3.1 Heti óraszám 4 melyből: 3.2 előadás szeminárium/labor/praktika Tantervben szereplő össz-óraszám 42 melyből: 3.5 előadás szeminárium/labor 14 A tanulmányi idő elosztása: Óra A tankönyv, a jegyzet, a szakirodalom vagy saját jegyzetek tanulmányozása 35 Könyvtárban, elektronikus adatbázisokban vagy terepen való további tájékozódás 35 Szemináriumok / laborok, házi feladatok, portfóliók, referátumok, esszék kidolgozása 43 Egyéni készségfejlesztés (tutorálás) 14 Vizsgák 6 Más tevékenységek: 3.7 Egyéni munka össz-óraszáma A félév össz-óraszáma Kreditszám 7 4. Előfeltételek (ha vannak) 4.1 Tantervi Alapképzésből C, C++ programozás 4.2 Kompetenciabeli C, C++ programozás 5. Feltételek (ha vannak)

2 5.1 Az előadás lebonyolításának feltételei 5.2 A szeminárium / labor lebonyolításának feltételei Előadóterem táblával illetve projektorral. A laborokhoz szükséges egy laborterem, Mikrokontrolleres fejlesztői boardokkal és elektronikai munkához szükséges eszközökkel (forrasztópáka, multiméter, breadboard, elektronikai és robotikai komponensek), robotok építéséhez szükséges alapeszközökkel (szervo, stepper motorok, komponensek, szenzorok) illetve Lego Mindstrorm komponensekkel és szenzorokkal 6. Elsajátítandó jellemző kompetenciák Szakmai kompetenciák Transzverzális kompetenciák Mikrokontrolleres fejlesztői környezet ismerete, mikrokontroller programozás Különböző kommunikációs protokollok megértése és használata (USART, 1W, TWI (I2C), SPI, infra jelek kódolása, wireless kommunikáció) Motorok meghajtása, szervo és stepper motorok, robotkarok programozása Robotikai alapok, egyszerű robotok építésének készsége Gyakorlati készségek fejlesztése elektronikában Automatizálás, beágyazott rendszer tervezésének és robotika fealadtok megoldásának képessége 7. A tantárgy célkitűzései (az elsajátítandó jellemző kompetenciák alapján) 7.1 A tantárgy általános célkitűzése 7.2 A tantárgy sajátos célkitűzései A tantárgy célja az beágyazott rendszerek, az beágyazott és robotikai megoldásokban használt elektronikai eszközök és a robotika alapjainak az ismertetése Elektronikai alapeszközök ismerete, bármilyen új elektronikai elem megismerésének és felhasználásának a képessége az alapok ismerete és a dokumentáció alapján Mikrokontrollerek programozása, mikrokontrollereknél használt kommunikációs protokollok ismerete Robotika alapjainak az ismerte, robotikai szimulációk futtatása, robotok megépítése,vezérlése 8. A tantárgy tartalma 8.1 Előadás Didaktikai módszerek Megjegyzések 1. hét Bevezetés az Elektronikába Analóg Elektronika - alapfogalmak, hálózatok elemzése, félvezető elektronika alapjai, bipoláris tranzisztorok, műveleti erősítők 2. hét Bevezetés az Elektronikába Digitális Elektronika - MOS, MOSFET, Logikai

3 kapuk, kombinatorikai és szekvenciális áramkörök, véges állapotú automaták 3. hét Bevezetés a Mikrokontrollerekhez RISC mikrokontrollerek. Az Atmel mikrokontroller család. Regiszterek mikrokontrollerekben. Mikrokontroller programozás fejlesztői környezete (Atmel Studio). Mikrokontroller programozása programozóval és boot-loaderrel. 4.hét Timerek, PWM, Motorok meghajtása Timerek programozása, PWM, OutputCompare, ImputCapture, Prescaler, Stepper és Servo Motorok meghajtása 5. hét Kommunikációs Protokollok USART soros kommunikáció, COM portok, USB convertors RS232 Virtual COM Ports, the RS485, RS422 protocols SPI, TWI, 1-W, CRC 6. hét Perifériák (ACD/DAC, Memória) Analóg komparátor, ADC, DAC implementáció PWM-el, EEPROM memória, Real Time Clock, Watchdog Timer Registry 7. hét Perifériák (LCD, Touchscreen) HD44790 LCD kontroller programozása, Touchscreen programozás 8. hét Perifériák - Szenzorok DS18B20 hőmérő, IR távolságmérő, IR jelek fogadása, beolvasása (távirányító) 9. hét Perifériák - Szenzorok Nyomás szenzor, akkcelerométerek adatainak beolvasása, giroszkóp adatainak beolvasása 10. hét Navigáció és lokalizáció Navigációt(pályatervezés) és helyzet-meghatározást elősegítő módszerek robotikai alkalmazásokban 11. hét Robotok virtuális térben Robotok definiálása szimulációkban. Robotkarok kinematikája és mozgásegyenletei 12. hét Robotok virtuális térben Robotkarok vezérlése, forward és inverz dinamika, analitikus módszerek, PID kontroll 13. hét Robotok virtuális térben Robotkarok vezérlése a gépi tanulás módszereivel 14. hét Gépi látáson alapuló kontroll Robotok vezérlése vizuális információk alapján (visual servoing) Könyvészet rávezetés, videó rávezetés, videó 1) Steven F. Barret, Daniel J. Pack: Microcontrollers fundamentals for Engineers and Scientists 2) Atmel AVR Microcontroller primer: programming and interfacing 3) Atmel ATMega 16 detailed description 4) EvB 4.3 User s Manual 5) Oliver H. Bailey, Embedded Systems Desktop Integration 6) J. Ganssle, Embedded Hardware 7) J. Ganssle, The Art of Designing Embedded Systems, second edition

4 8) Fred Eady, Implementing with microcontrollers: Wireless Networking for Embedded Systems Designers 9) Dogan Ibrahim, SD Card Projects Using PIC Microcontroller 10) Dogan Ibrahim, Advanced PIC Microcontroller Projects in C, From USB to RTOS with the PIC18F Series 11)Peter Corke, Robotics Vision and Control (Springer Tracts in Advanced Robotics Volume 73) Springer ) Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, Dieter Fox, Probabilistic Robotics The MIT Press, Labor / Gyakorlat Didaktikai módszerek Labor: 1. hét EvB 4.3 Board alapok. Atmel Studio 6 telepítése (labor előtt), bootloader, író, programok telepítése, soros porton kommunikáló példák programok telepítése 2. hét GPIO portok használata GPIO portok használata : LEDek meghajtása timerek szerint, nyomógombok beolvasása, beeper megszólaltatása, 7 szegmens kiíratás, számoló 7 szegmensen, óra program 7 szegmensen 3. hét Motorok meghajtása Timerek programozása, IR távirányító beolvasása, PWM programozás, motorok meghajtása 4. hét ADC és EEPROM ADC, egy analóg folyamatos adat beolvasása továbbküldése USARTn és egyes jelből kinyert adatok eltárolása az EEPROMban (TWI) 5. hét Touchscreen és LCD Touchscreen adatainak beolvasása. LCDre történő kiíratás (HD44790 LCD) 6. hét Robotok a virtuális térben Robotkarok definiálása szimulációkban, kinematika és mozgásegyenletek kipróbálása, PID kontroll 7. hét Robotok a virtuális térben Robot kontroll a gépi tanulás és gépi látás módszereivel, példák Megjegyzések Szemináriumi bemutatók, melyeket a diákok tartanak a témáról és a tartalomról történt egyeztetés után. 9. Az episztemikus közösségek képviselői, a szakmai egyesületek és a szakterület reprezentatív munkáltatói elvárásainak összhangba hozása a tantárgy tartalmával. Az előadás összhangban van az iparban is használt Atmel mikrokontrollerekről megkövetelt alapismeretekkel illetve a műszaki egyetemeken, valamint a Babes-Bolyai tudományegyetem fizika szakán oktatott mikrokontrollerek kurzusának anyagával. 10. Értékelés Tevékenység típusa 10.1 Értékelési kritériumok 10.2 Értékelési módszerek 10.4 Előadás Szóbeli vizsga a félév végén Szóbeli vizsga 40% 10.5 Labor Programozási és robotépítési A megoldások pontozása 60% feladatok 10.3 Aránya a végső jegyben

5 10.6 A teljesítmény minimumkövetelményei Az elvárt minimális tudás: Egy mikrokontroller programozása, program felírása, futtatása. Egyszerű programok megírása beágyazott problémák megoldásához Elektronikai kiegészítő eszközök felismerése, dokumentáció kikeresése és megértése LegoMindstorm robotok megépítése leírás alapján Az átmenő jegy feltételei: A vizsgán legkevesebb a pontok fele, azaz 5.0 Az évközi jegyben legkevesebb a pontok fele, azaz 5.0 Kitöltés dátuma Előadás felelőse Labor / praktika felelőse Tunyagi Arthúr Tunyagi Arthúr Az intézeti jóváhagyás dátuma Intézetigazgató... Szenkovits Ferenc