SENSORS AND ACTUATORS FOR IOT AND EMBEDDED APPLICATIONS

Ingegneria Informatica SENSORS AND ACTUATORS FOR IOT AND EMBEDDED APPLICATIONS

0622700099
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
EQF7
COMPUTER ENGINEERING
2022/2023

YEAR OF COURSE 2
YEAR OF DIDACTIC SYSTEM 2017
AUTUMN SEMESTER
CFUHOURSACTIVITY
432LESSONS
216LAB
Objectives
L’INSEGNAMENTO CONSENTE DI ACQUISIRE LE COMPETENZE SULLE PRINCIPALI TIPOLOGIE DI SENSORI E ATTUATORI
E SUL LORO INTERFACCIAMENTO A MICROCONTROLLORI IN SISTEMI DI TIPO EMBEDDED FINALIZZATE ALLA REALIZZAZIONE DI APPLICAZIONI IN AMBITO IOT.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
CONOSCENZA DEL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI PIÙ COMUNI SENSORI E ATTUATORI. CARATTERISTICHE DI UN
SENSORE. CONOSCENZA DEI METODI PER L’INTERFACCIAMENTO DI SENSORI ED ATTUATORI CON DISPOSITIVI
EMBEDDED DI USO COMUNE PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE
SCEGLIERE SENSORI ED ATTUATORI PER ALCUNE DELLE PIÙ COMUNI APPLICAZIONI INDUSTRIALI. INTERFACCIARE
FISICAMENTE E LOGICAMENTE SENSORI ED ATTUATORI CON UN SISTEMA EMBEDDED. PROGETTARE ED IMPLEMENTARE APPLICAZIONI IN AMBITO IOT CHE PREVEDANO L’UTILIZZO DI SENSORI ED ATTUATORI IN SEMPLICI
SISTEMI DI CONTROLLO O ATTUAZIONE BASATI SU MICROCONTROLLORI.

Prerequisites
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI DALL’INSEGNAMENTO, SONO RICHIESTE CONOSCENZE DI ELETTROTECNICA DI CONTROLLI AUTOMATICI E DI SISTEMI EMBEDDED.

PER COMPRENDERE E SAPER APPLICARE LE METODOLOGIE TRATTATE NELL'INSEGNAMENTO È NECESSARIO AVER SUPERATO L'ESAME PROPEDEUTICO DI SISTEMI EMBEDDED
Contents
Unità didattica 1: ELEMENTI DI ELETTROMAGNETISMO
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/0/0)
- 1 (2 ORE Lezione): CAMPO MAGNETICO E CAMPO DI INDUZIONE MAGNETICA. RILUTTANZA. INDUTTORI ACCOPPIATI. AUTO E MUTUA INDUZIONE
- 2 (2 ORE Lezione): CIRCUITI MAGNETICI LINEARI E FERROMAGNETISMO. PRINCIPI DI CONVERSIONE ELETTROMECCANICA DELL’ENERGIA.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Capire il comportamento dei materiali ferromagnetici che è alla base del funzionamento dei motori elettrici e dei sensori induttivi.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Saper analizzare semplici circuiti magnetici.

Unità didattica 2: SENSORI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 8/2/2)
- 3 (2 ORE Lezione): SENSORI-GENERALITÀ. PARAMETRI CARATTERISTICI. SENSORI DI TENSIONE. SENSORI RESISTIVI.
- 4 (2 ORE Lezione): SENSORI INDUTTIVI. SENSORI DI PROSSIMITÀ INDUTTIVI. SENSORI DI SPOSTAMENTO INDUTTIVI
- 5 (2 ORE Lezione): SENSORI CAPACITIVI. SENSORI CAPACITIVI DI PROSSIMITÀ E DI LIVELLO. SENSORI AD EFFETTO HALL (PROSSIMITÀ E CORRENTE). SENSORI DI TEMPERATURA. RTD, TERMISTORI, TERMOCOPPIE.
- 6 (2 ORE Lezione): SENSORI DI ACCELERAZIONE. SENSORI DI ACCELERAZIONE MEMS. RFID.
- 7 (2 ORE Esercitazione):Selezione di un sensore sulla base delle specifiche di misura (tipologia,intervallo di misura, sensibilità, tempo di risposta) richieste dall'applicazione.
- 8 (2 ORE Laboratorio): Misura dei parametri caratteristici di un sensore analogico (sensibilità, tempo di risposta)
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscere il principio di funzionamento dei più comuni sensori
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Saper selezionare un sensore sulla base della tipologia di misura da effettuare e delle specifiche di progetto


Unità didattica 3: ELEMENTI DI TEORIA DELLA MISURA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/0)
- 9 (2 ORE Lezione): MISURE DIRETTE. MISURE INDIRETTE. METODI DI MISURA A PONTE. ACCURATEZZA, PRECISIONE, INCERTEZZA
- 10 (2 ORE Lezione): CONVERTITORI ADC E DAC. SCELTA DELLA FREQUENZA DI CAMPIONAMENTO, NUMERO DI BIT E RANGE DI INGRESSO. ERRORE DI QUANTIZZAZIONE. Impatto della risoluzione dell'ADC sui risultati di misura in un sistema di acquisizione dati.
- 11 (2 ORE Esercitazione): CALCOLO DELL'INCERTEZZA SU MISURE DIRETTE E INDIRETTE. Analisi dei risultati di misura in un sistema di acquisizione dati (ad esempio Multimetro digitale).
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Comprendere la differenza tra accuratezza, precisione e incertezza di una misura.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Saper rappresentare il risultato di una misura con relativo calcolo dell'incertezza.


Unità didattica 4: INTERFACCIAMENTO e acquisizione
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/4)
- 12 (2 ORE Lezione): Problematiche di INTERFACCIAMENTO DEI SENSORI CON SISTEMI DI MISURA ED ELABORAZIONE DATI. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DELL'AMPLIFICATORE OPERAZIONALE.
- 13 (2 ORE Lezione): CIRCUITI PER L'ELABORAZIONE ANALOGICA DEI SEGNALI basati su amplificatore operazionale
- 14 (2 ORE Esercitazione): ANALISI MEDIANTE SIMULATORE DI CIRCUITI ANALOGICI per l'interfacciamento dei sensori con il sistema di acquisizione dati.
- 15 (2 ORE Laboratorio): Configurazione di un circuito di condizionamento dei segnali (traslazione, amplificazione/attenuazione, filtraggio). CALIBRAZIONE DEL CIRCUITO DI MISURA.
- 16 (2 ORE Laboratorio): INTERFACCIAMENTO DI SENSORI a DISPOSITIVI EMBEDDED: Acquisizione dei segnali elettrici provenienti da SENSORI analogici e confronto con le misure effettuate con OSCILLOSCOPIO E/O Multimetro digitale
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Comprendere le problematiche di effetto di carico nell’interconnessione tra sensore e sistema di acquisizione e valutarne l’impatto sulla qualità della misura
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Saper individuare il circuito di condizionamento più idoneo per adattare i segnali provenienti dai sensori a un sistema di acquisizione dati.


Unità didattica 5: MOTORI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/0/6)
- 17 (2 ORE Lezione): MOTORE IN CORRENTE CONTINUA: PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO. CARATTERISTICA MECCANICA ED ELETTROMECCANICA.
- 18 (2 ORE Lezione): MOTORI BRUSHLESS, PASSO-PASSO, MOTORI LINEARI
- 19 (2 ORE Laboratorio): INTERFACCIAMENTO DI UN MOTORE PASSO-PASSO CON dispositivi EMBEDDED. Analisi dei segnali di pilotaggio in relazione al numero di fasi del motore.
- 20 (2 ORE Lezione): DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORE: DIODO, MOSFET, TIRISTORE. CONVERSIONE STATICA DELL’ENERGIA.
- 21 (2 ORE Laboratorio): MODULAZIONE PWM. CONTROLLO DEI CIRCUITI A PONTE H.
- 22 (2 ORE Laboratorio): INTERFACCIAMENTO DI UN MOTORE DC CON SISTEMA EMBEDDED MEDIANTE PONTE H. Analisi delle forme d'onda fornite dal ponte H.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscere il principio di funzionamento dei motori dc e degli attuatori a stato solido. Comprendere le problematiche di alimentazione e dell’assorbimento in potenza di attuatori connessi a sistemi embedded.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Saper selezionare motori di piccola potenza per applicazioni IoT. Saper individuare e interfacciare un interruttore a stato solido con un sistema embedded.

Unità didattica 6: ELEMENTI DI COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 3/0/1)
- 23 (2 ORE Lezione): CENNI ALLE NORMATIVE SULLA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA E SOLUZIONI PER LA REIEZIONE AI DISTURBI.
- 24 (1 ORE Lezione): FOTOACCOPPIATORI DIGITALI, TRASLATORI DI LIVELLO, SEPARAZIONE/FILTRAGGIO DELL’ALIMENTAZIONE
- 24 (1 ORE Laboratorio): Esempi applicativi e verifica sperimentale
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscere le problematiche di compatibilità elettromagnetica e comprenderne l’impatto sul funzionamento di un sistema embedded
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Saper individuare le soluzioni più idonee per il corretto funzionamento di un sistema embedded in presenza di disturbi elettromagnetici



TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 29/6/13
Teaching Methods
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI, ESERCITAZIONI IN AULA AL CALCOLATORE ED UNA SIGNIFICATIVA PARTE DI ESERCITAZIONI PRATICHE DI LABORATORIO. LE ESERCITAZIONI IN AULA, ESSENZIALMENTE BASATE SULL’USO DI UN SIMULATORE, COSTITUISCONO UN COMPLETAMENTO DELLE LEZIONI TEORICHE E SONO FINALIZZATE ALLA COMPRENSIONE DI ALCUNI CONCETTI LEGATI ALL’USO DI SENSORI E TRASDUTTORI E AL LORO INTERFACCIAMENTO CON UN SISTEMA EMBEDDED. LE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO SONO DEDICATE ALLA VERIFICA SPERIMENTALE DI CASI-STUDIO ELEMENTARI. SUCCESSIVAMENTE GLI STUDENTI SVOLGONO ALCUNE ATTIVITÀ IN AUTONOMIA, SOTTO LA GUIDA DEI DOCENTI DELL’INSEGNAMENTO CHE SONO PRESENTI IN LABORATORIO. L’ATTIVITÀ DI LABORATORIO PREVEDE ANCHE LO SVILUPPO DI PROGETTI REALIZZATI DA PICCOLI GRUPPI DI STUDENTI.
Verification of learning
LA PROVA DI ESAME È FINALIZZATA A VALUTARE NEL SUO COMPLESSO: LA CONOSCENZA E LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DEI CONCETTI PRESENTATI, LA CAPACITÀ DI APPLICARE TALI CONOSCENZE AD UN SISTEMA REALE CHE PREVEDA UN SISTEMA EMBEDDED INTERFACCIATO CON SENSORI ED ATTUATORI, L’AUTONOMIA DI GIUDIZIO, LE ABILITÀ COMUNICATIVE E LA CAPACITÀ DI APPRENDERE. ESSA CONSISTE IN UN COLLOQUIO ORALE, DELLA DURATA DI CIRCA 30 MINUTI, INCENTRATO ANCHE SUI RISULTATI DELLE ATTIVITÀ DI LABORATORIO SVOLTE IN AUTONOMIA DAGLI STUDENTI. IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI È CERTIFICATO AL TERMINE DELL'ESAME CON UNA VALUTAZIONE IN TRENTESIMI.

IL VOTO MINIMO (18) VIENE CONSEGUITO MOSTRANDO UNA CONOSCENZA DEGLI ASPETTI DI BASE RELATIVI AI PRINCIPALI SENSORI ED ATTUATORI ED AI CIRCUITI DI CONDIZIONAMENTO DEL SEGNALE ELETTRICO PRESENTATI NEL CORSO.

IL VOTO MASSIMO (30) VIENE ATTRIBUITO ALLO STUDENTE CHE DIMOSTRI UNA CAPACITA' DI APPLICARE I CONCETTI SVILUPPATI NELL'AMBITO DEL CORSO A CONTESTI ANCHE PIU' AMPI DI QUELLI TRATTATI.

LA LODE VIENE ATTRIBUITA AL CANDIDATO CHE ABBIA DIMOSTRATO UNA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI METODOLOGICI ED APPLICATIVI, PRESENTANDO GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE.

Texts
FABBRICATORE, ELETTROTECNICA E APPLICAZIONI, LIGUORI
KUSKO, FITZGERALD, KINGSLEY, MACCHINE ELETTRICHE, FRANCO ANGELI
J.FRADEN, HANDBOOK OF MODERN SENSORS, SPRINGER

MATERIALE DIDATTICO INTEGRATIVO SARÀ DISPONIBILE NELLA SEZIONE DEDICATA DELL'INSEGNAMENTO ALL'INTERNO DELLA PIATTAFORMA E-LEARNING DI ATENEO (HTTP://ELEARNING.UNISA.IT) ACCESSIBILE AGLI STUDENTI DEL CORSO TRAMITE LE CREDENZIALI UNICHE DI ATENEO.
More Information
L'INSEGNAMENTO È EROGATO IN ITALIANO.

  BETA VERSION Data source ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2022-09-16]