101811 - DISPOSITIVOS DE COMPUTACIÓN EN TIEMPO REAL

Tipo de asignatura: optativa

Coordinador: Julián Horrillo Tello

trimestre: Segundo trimestre

Créditos: 6

Aunque la lengua de comunicación de la asignatura es el catalán, no se descarta el uso de otras lenguas que el Tecnocampus, por normativa, acepta: el inglés y el castellano. El estudiante puede utilizarlo sin restricción alguna.

Asignatura optativa enmarcada en el bloque de la mención en Fabricación Inteligente en la Industria 4.0.

La miniaturización de la potencia de cálculo y de memoria ha llevado a desarrollar controladores y dispositivos inteligentes, ocupando muy poco volumen, para poder situarlos muy cerca de donde se adquieren o utilizan los datos. Son los que conocemos como sistemas ciberfísics, embedded, y el edge computing.

Estos dispositivos tienen, como una de las características principales, el trabajar con datos en tiempo real, y garantizar tiempos de respuesta muy cortos. Esto requiere utilizar mecanismos específicos de tratamiento de señal en tiempo real.

Durante el curso se presentarán varios tipos de dispositivos orientados a la computación en tiempo real, se estudiará cómo tratar las señales digitales que proporcionan los sensores y el tratamiento que se puede hacer con ellos a partir de filtros digitales y tratamiento de datos.

Las prácticas están dirigidas a desarrollar partes de uno de estos sistemas ciberfísicos para un caso concreto utilizando uno de esos tipos de dispositivos. En concreto se trabajará con el microcontrolador ARM Cortex M4 (en las placas de desarrollo LAUNCHXL-F28379D de Texas Instruments). También, se mostrará una aplicación "edge computing" usando el MICA CISS Industrial IoT KIT de Harting.

Esta asignatura dispone de recursos metodológicos y digitales para hacer posible su continuidad en modalidad no presencial en el caso de ser necesario por motivos relacionados con la Covidien-19. De esta forma se asegurará la consecución de los mismos conocimientos y competencias que se especifican en este plan docente.

El Tecnocampus pondrá al alcance del profesorado y el alumnado las herramientas digitales necesarias para poder llevar a cabo la asignatura, así como guías y recomendaciones que faciliten la adaptación a la modalidad no presencial.

Al finalizar la asignatura el estudiante debe ser capaz de:

1. Conocer la importancia y las posibilidades de los sistemas ciberfísics en un entorno de dispositivos inteligentes distribuidos.

2. Conocer los diferentes tipos de procesadores aptos para realizar tareas de tiempo real, herramientas para su programación y aplicaciones.

3. Implementa filtros digitales en tiempo real.

4. Utiliza herramientas de software para el análisis y el diseño de filtros digitales.

5. Saber cómo aplicar los procesadores y controladores para tiempo real en sistemas de robótica avanzada.

6. Diseña e implementa soluciones de control basadas en DSP y sistemas en tiempo real, tanto a nivel de hardware como de software.

7. Aplica herramientas de programación de dispositivos PLD, microprocesadores, microcontroladores y DSP de los equipos digitales.

8. Diseñar, escribir, probar, depurar, documentar y mantener código en un lenguaje de alto nivel para resolver problemas de programación aplicando esquemas algorítmicos y utilizando estructuras de datos.

La asignatura consta de 4 horas semanales de clases presenciales en el aula (grupo grande), donde se desarrollarán los contenidos teóricos y se resolverán ejercicios y problemas del diseño de carácter práctico, y de 20 horas por curso de prácticas de laboratorio (grupo pequeño) desarrollando diseños y aplicaciones de tratamiento de señal en tiempo real.

Siempre que se considere oportuno se pondrá a disposición de los alumnos actividades de tipo totalmente opcional que le ayuden a preparar ya prepararse para las de carácter obligatorio.

1. Tratamiento digital de la señal (TDS) en tiempo real en el entorno industrial 

1.1 Tratamiento de la señal. Muestreo, digitalización de la señal y tratamiento de datos.

1.2 Sistemas en tiempo real. Sistemas reactivos 

2. Filtros digitales y su diseño

2.1 Filtros digitales (FIR y IIR) y su diseño

2.2 Estructuras de los filtros digitales

2.3 Transformada de Fourier discreta y Transformada rápida de Fourier

2.4 Filtrado de imagen.

3. Procadores para el tratamiento digital de señal en tiempo real

3.1 Presentación de distintos tipos de procesadores que se pueden utilizar.

3.2 Características técnicas, ventajas e inconvenientes de su utilización, herramientas de desarrollo, y aplicaciones principales.

3.3 Importancia del Digital Signal Procesor (DSP). Explicación general del procesador LAUNCHXL-F28379D de Texas Instruments. Tarjeta de evaluación.

4. Programación y aplicaciones en tiempo real

4.1 Desarrollo de aplicaciones

4.2 Sincronización de las transferencias de E/S

4.3 Sistemas operativos de tiempo real (RTOS)

1. Diseño de filtros digital

Trabajando por grupos, el estudiante debe diseñar un conjunto de filtros digitales teniendo en cuenta sus requerimientos y características funcionales especificadas.

2. Programar un algoritmo FFT

En esta actividad por grupos, el estudiante debe estudiar diseñar un algoritmo de Fast Fourier Transform (FFT).

3. Programación de una aplicación de un controlador PID trabajando en tiempo real

Trabajando por grupos, el estudiante debe diseñar, desarrollar y verificar el programa para una aplicación de un controlador PID teniendo en cuenta los requerimientos y características funcionales especificadas.

4. Programación de una aplicación de un filtro digital en Tiempo Real

Trabajando por grupos, el estudiante debe diseñar, desarrollar y verificar el programa para una aplicación de un filtro digital IIR teniendo en cuenta sus requerimientos y características funcionales especificadas.

5. Examen

Prueba escrita de evaluación de los conceptos teóricos y prácticos desarrollados a lo largo del curso. Actividad individual.

Para cada actividad, los docentes informarán de las normas y condiciones particulares que las rijan. Esta información se comunicará en el aula física y / o se publicará en el aula virtual.

Las actividades unipersonales presuponen el compromiso del estudiante de realizarlas de manera individual. Se considerarán suspendidas todas aquellas actividades en las que el estudiante no cumpla este compromiso con independencia de su papel (origen o destino).

Igualmente, las actividades que se deban realizar en grupos presuponen el compromiso por parte de los estudiantes que lo integran de realizarlas en el seno del grupo. Se considerarán suspendidas todas aquellas actividad en la que el grupo no haya respetado este compromiso con independencia de su papel (origen o destino). La responsabilidad de los resultados del trabajo es del grupo, y no de las individualidades que lo componen. En cualquier caso, los docentes pueden, en base a la información de que dispongan, personalizar la calificación para cada integrante del grupo.

Cualquier actividad no entregada se considerará puntuada con cero puntos. La no asistencia a alguna sesión excluye de forma automática de la evaluación de la actividad correspondiente, considerándose puntuada con cero puntos.

Es potestativo de los docentes aceptar o no entregas fuera de los plazos que se indiquen. En caso de que estas entregas fuera de plazo se acepten, es potestativo del docente decidir si aplica alguna penalización y su valor.

La evaluación de la asignatura se realizará a partir de los resultados obtenidos por el grupo de trabajo a lo largo del trimestre. Una parte de la evaluación es común a todos los miembros del grupo, en función de los resultados del trabajo realizado; y otra es individual, la actividad 4 (Examen). También se valorará la actividad individual dentro de los grupos. 

A continuación se indica el peso de cada una de las actividades en la evaluación final de la asignatura.

• ACTIVIDAD 1: 15%

• ACTIVIDAD 2: 15%

• ACTIVIDAD 3: 15%

• ACTIVIDAD 4: 15%

• ACTIVIDAD 4 (Examen): 40%

La asistencia a las sesiones de clase y la entrega de los informes correspondientes de las actividades desarrolladas es condición necesaria para la evaluación de la asignatura.

Oppenheim, Alan & Schafer, Ronald (1975). Digital Signal Processing. New Jersey: Prentice Hall

Ziem, Rodger & Tranter, William & Fannin, Ronnald (2014). Signals and Systems: Continuous and Discrete. Essex. Pearson Educated Limited.   

Khaitan, Siddhartha & McCalley, James (2014). Design Techniques and Applications of Cyber ​​Physical Systems: A Survey. IEEE Systems Journal