101811 - DISPOSITIUS DE COMPUTACIÓ EN TEMPS REAL

Tipus d'assignatura: Optativa

Coordinador: Julián Horrillo Tello

Trimestre: Segon trimestre

Crèdits: 6

Assignatura optativa emmarcada en el bloc de la menció en Fabricació Intel·ligent en la Indústria 4.0.

La miniaturització de la potència de càlcul i de memòria ha portat a desenvolupar controladors i dispositius intel·ligents, ocupant molt poc volum, per poder situar-los molt a prop d’on s’adquireixen o utilitzen les dades. Són els que coneixem com a sistemes ciberfísics, embedded, i l'edge computing.

Aquests dispositius tenen, com a una de les característiques principals, el treballar amb dades en temps real, i garantir temps de resposta molt curts. Això requereix utilitzar mecanismes específics de tractament de senyal en temps real.

Durant el curs es presentaran diversos tipus de dispositius orientats a la computació en temps real, s’estudiarà com tractar els senyals digitals que proporcionen els sensors i el tractament que es pot fer amb ells a partir de filtres digitals i tractament de dades.

Les pràctiques estan dirigides a desenvolupar parts d'un d'aquests sistemes ciberfísics per a un cas concret utilitzant un d’aquests tipus de dispositius. En concret es treballarà amb el microcontrolador ARM Cortex M4 (com la realització en les plaques de desenvolupament launchpad TIVA TM4C123GX de Texas Instruments). També, es farà un disseny d’una aplicació IIoT usant el MICA CISS Industrial IoT KIT de Harting.

Aquesta assignatura disposa de recursos metodològics i digitals per fer possible la seva continuïtat en modalitat no presencial en el cas de ser necessari per motius relacionats amb la Covid-19. D’aquesta forma s’assegurarà l’assoliment dels mateixos coneixements i competències que s’especifiquen en aquest pla docent.

El Tecnocampus posarà a l’abast del professorat i l’alumnat les eines digitals necessàries per poder dur a terme l’assignatura, així com guies i recomanacions que facilitin l’adaptació a la modalitat no presencial.

En acabar l’assignatura l’estudiant o estudianta ha de ser capaç de:

1. Conèixer la importància i les possibilitats dels sistemes ciberfísics en un entorn de dispositius intel·ligents distribuïts.

2. Conèixer els diferents tipus de processadors aptes per realitzar tasques de temps real, eines per a la seva programació i aplicacions.

3. Implementa filtres digitals en temps real.

4. Utilitza eines de software per a l’anàlisi i el disseny de filtres digitals.

5. Saber com aplicar els processadors i controladors per a temps real en sistemes de robòtica avançada.

6. Dissenya i implementa solucions de control basades en DSP i sistemes en temps real, tant a nivell de maquinari com de programari.

7. Aplica eines de programació de dispositius PLD, microprocessadors, microcontroladors i DSP dels equips digitals.

8. Dissenyar, escriure, provar, depurar, documentar i mantenir codi en un llenguatge d'alt nivell per a resoldre problemes de programació aplicant esquemes algorísmics i utilitzant estructures de dades.

-

L’assignatura consta de 4 hores setmanals de classes presencials a l’aula (grup gran), on es desenvoluparan els continguts teòrics i es resoldran exercicis i problemes de caire pràctic, i de 20 hores per curs de pràctiques de laboratori (grup petit) desenvolupant una aplicació de tractament de senyal en temps real.

Sempre que es consideri escaient es posarà a disposició dels alumnes activitats de caire totalment opcional que l’ajudin a preparar i a preparar-se per a les de caire obligatori.

1. Tractament del senyal en els sistemes ciberfísics

1.1. Introducció als sistemes ciberfísics i als seus components principals.

1.2 Presentació de diferents tipus de sensors i càmeres de visió i de les característiques del senyal que proporcionen.

1.3 Tractament del senyal. Mostreig, digitalització del senyal i tractament de dades.

1.4 Aplicabilitat dels sistemes ciberfísics. 

2. Processadors i micro-controladors pel tractament digital de senyal en temps real

2.1 Presentació de diferents tipus de processadors que es poden utilitzar en els dispositius intel·ligents.

2.2 Característiques tècniques, avantatges i inconvenients de la seva utilització, eines de desenvolupament, i aplicacions principals.

3. Filtres digitals i el seu disseny

3.1 Filtres digitals (FIR i IIR) i el seu disseny

3.2 Estructures dels filtres digitals

3.3 Transformada discreta de Fourier i Transformada ràpida de Fourier

3.4 Filtrat d’imatge. 

4: Programació i aplicacions de temps real

4.1 Característiques específiques dels sistemes operatius de temps real RT-DOS. Funcions i característiques principals.

4.2 Anàlisi de les diferents eines de desenvolupament per a cada tipus de dispositiu de computació.

4.3 Criteris d’avaluació per a la selecció de la solució més adequada per a una aplicació concreta.

4.4 Aplicació de dispositius de control en temps real en aplicacions de robòtica avançada.

1. Programació d’una aplicació IoT

Treballant per grups, l’estudiant ha de desenvolupar el programa per a una aplicació concreta tenint en compte els seus requeriments i característiques funcionals especificades.

2. Plantejament d’una solució per a un cas de Dispositiu Intel·ligent

En aquesta activitat per grups, l’estudiant ha d’estudiar els requeriments d’un cas concret, analitzar els diferents plantejaments de solució que es poden aplicar i justificar una solució concreta.

3. Programació d’una aplicació de Temps Real

Treballant per grups, l’estudiant ha de desenvolupar el programa per a una aplicació concreta tenint en compte els seus requeriments i característiques funcionals especificades.

4. Examen

Prova escrita d’avaluació dels conceptes teòrics i pràctics desenvolupats al llarg del curs.

Per a cada activitat, els docents informaran de les normes i condicions particulars que les regeixin. Aquesta informació es comunicarà a l’aula física i/o es publicarà a l’aula virtual.

Les activitats unipersonals pressuposen el compromís de l’estudiant de realitzar-les de manera individual. Es consideraran suspeses totes aquelles activitats en què l’estudiant no acompleixi aquest compromís amb independència del seu paper (origen o destí).

Igualment, les activitats que s’hagin de realitzar en grups pressuposen el compromís per part dels estudiants que l’integren de realitzar-les en el si del grup. Es consideraran suspeses totes aquelles activitat en què el grup no hagi respectat aquest compromís amb independència del seu paper (origen o destí). La responsabilitat dels resultats del treball és del grup, i no de les individualitats que el composen. En qualsevol cas, els docents poden, en base a la informació de què disposin, personalitzar la qualificació per a cada integrant del grup.

Qualsevol activitat no lliurada es considerarà puntuada amb zero punts. La no assistència a alguna sessió exclou de forma automàtica de l’avaluació de l’activitat corresponent, considerant-se puntuada amb zero punts.

És potestatiu dels docents acceptar o no lliuraments fora dels terminis que s’indiquin. En el cas que aquests lliuraments fora de termini s’acceptin, és potestatiu del docent decidir si aplica alguna penalització i el seu valor.

L’avaluació de l’assignatura es farà a partir dels resultats obtinguts pel grup de treball al llarg del trimestre. Una part de l’avaluació és comuna per a tots els membres del grup, en funció dels resultats del treball realitzat; i una altra és individual en funció dels resultats de l’avaluació de l’activitat 4 (Examen) i també en casos especials en les altres tres activitats. 

A continuació s’indica el pes de cadascuna de les activitats en l’avaluació final de l’assignatura.

• ACTIVITAT 1: 25 %

• ACTIVITAT 2: 10 %

• ACTIVITAT 3: 25%

• ACTIVITAT 4 (Examen): 40%

L’assistència a les sessions de classe i el lliurament dels informes corresponents de les activitats desenvolupades és condició necessària per a l’avaluació de l’assignatura.

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

Ziemer, 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