Insegnamento SISTEMI DI MISURA DISTRIBUITI
| Nome del corso di laurea | Ingegneria elettronica per l'internet-of-things |
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| Codice insegnamento | 70005105 |
| Curriculum | Consumer and aerospace iot |
| Docente responsabile | Francesco Santoni |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 9 |
| Regolamento | Coorte 2024 |
| Erogato | Erogato nel 2024/25 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Ingegneria elettronica |
| Settore | ING-INF/07 |
| Anno | 1 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | L'insegnamento affronta vari aspetti della acquisizione ed elaborazione dati remota e in contesti distribuiti, con l'obiettivo di fornire competenze che supportino una eventuale attività progettuale. A tal fine, vengono inizialmente descritti i requisiti di un sistema di misura distribuito, identificandone i blocchi funzionali e i metodi per propagare l’informazione acquisita in vari contesti applicativi. Il corso si sviluppa partendo dalle tematiche relative al controllo della acquisizione ed elaborazione dati a livello di singolo dispositivo/nodo, per poi considerare sistemi più complessi. I contesti applicativi considerati riguardano sia i sistemi cablati/wireless tradizionali, inclusi quelli per applicazioni industriali e sistemi avionici, sia le reti di sensori wireless. |
| Testi di riferimento | William Stallings, Data and Computer Communications, tenth edition, Pearson, 2014 Maurizio Di Paolo Emilio, Data Acquisition Systems, Springer, 2013 Sunit Kumar Sen, Fieldbus and Networking in Process Automation, second edition, CRC Press, 2021 Paolo Carbone, Sayfe Kiaei, Fang Xu (editors), Design, Modeling and Testing of Data Converters, Springer, 2014 Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, Dieter Fox, Probabilistic Robotics, MIT Press, 2005 Feng Zhao, Leonidas J. Guibas, Wireless Sensor Networks: an Information Processing Approach, Elsevier, ISBN: 978-1-55860-914-3, 2004. Winston Seah, Yen Kheng Tan, “Sustainable Wireless Sensor Networks,” www.intech.org Hoang Duc Chinh and Yen Kheng Tan, “Smart Wireless Sensor Networks,” www.intech.org; Dr. Geoff V Merret and Dr. Yen Kheng Tan, “Wireless Sensor Networks: Application-Centric Design,” www.intech.org; Feng Zhao, Leonidas J. Guibas, Wireless Sensor Networks: an Information Processing Approach, Elsevier, ISBN: 978-1-55860-914-3, 2004. Winston Seah, Yen Kheng Tan, “Sustainable Wireless Sensor Networks,” www.intech.org Hoang Duc Chinh and Yen Kheng Tan, “Smart Wireless Sensor Networks,” www.intech.org; Dr. Geoff V Merret and Dr. Yen Kheng Tan, “Wireless Sensor Networks: Application-Centric Design,” www.intech.org; |
| Obiettivi formativi | Obiettivi formativi Comprensione delle nozioni relative alla acquisizione, alla trasmissione e all’utilizzo di dati di misura mediante sistemi distribuiti, a topologia stazionaria o dinamica, realizzata con tecnologie cablate o wireless. Comprensione dell'architettura di una rete di sensori wireless (Wireless Sensor Network, WSN), dell'architettura dei nodi di una WSN, e dei problemi canonici risolti utilizzando le WSN. Competenze in uscita Capacità di progettare e realizzare un sistema di misura distribuito per il monitoraggio ambientale o di processo Abilità nella scelta della corretta tecnica di acquisizione dati e del tipo di interfacciamento di sensori con sistemi integrati Capacità di progettare e dimensionare reti di sensori wireless Capacità di progettare e realizzare nodi di misura utilizzabili in reti di sensori wireless |
| Prerequisiti | Nessuno |
| Metodi didattici | Lezione Frontale, attività di laboratorio |
| Altre informazioni | Contatti docente email: francesco.santoni@unipg.it tel: 0755853635 |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame si articola in una prova orale e una attività di laboratorio da illustrare in una relazione scritta (“tesina”). Il completamento della “tesina” può avvenire in un momento diverso rispetto alla prova orale e viene valutato con un punteggio di 10/30. I rimanenti 20 punti su 30 vengono assegnati valutando la prova orale. La prova orale è basata sugli argomenti teorici e sugli esercizi trattati a lezione. Il massimo punteggio della prova orale è 20. Il punteggio finale da verbalizzare è calcolato sommando le valutazioni della prova orale (20 punti su 30) e della “tesina” (10 punti su 30). Gli argomenti da trattare nelle “tesine” vengono presentati e discussi durante le lezioni frontali dal docente Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Parte I – Introduzione corso e sistemi di acquisizione dati - Introduzione al corso e ai sistemi di misura distribuiti; - Sistemi di acquisizione dati, blocchi costitutivi: - - Sensori - - CPU - - Software - - Hardware di acquisizione (DAQ) - Blocchi costituivi DAQ: - - Sottosistema analogico e condizionamento del segnale - - Sottosistema digitale input/output - - Clock - Caratterizzazione del clock, varianza di Allan (derivazione ed esempi) - Caratterizzazione ADC - - Risoluzione e bit effettivi - - Guadagno e offset - - Non-linearità integrale e differenziale - - Teoria statistica della quantizzazione - - Quantizzazione e dither - - Test servo-loop - - Test a istogramma lineare e sinusoidale Parte II – Bus e reti per l’automazione industriale - Richiami su linee di trasmissione e impedenza caratteristica - Doppino intrecciato, caratteristiche e vantaggi - Tipologie di terminazione con adattamento di impedenza - Richiami modello ISO/OSI - Introduzione generale bus per PC e arbitraggio - ISA e PCI - Limiti dei bus a linee parallele (clock skew) - PCI Express - - Storia e sviluppo - - Architettura - - - Livello fisico: corsie ed efficienza dei collegamenti - - - Encoding 8b/10b e successivi sviluppi 128b/130b e 242b/256b - - - PCIe e Chipset, impatto di PCIe sull’evoluzione delle motherboard - - - Cenni su livelli di collegamento dati e di trasporto - Concetto di bus di campo - Standard RS-232, RS-422 e RS-485 - Linee a loop di corrente 4-20 mA - Protocollo HART - Architettura bus di campo Profibus - Architettura bus di campo Foundation - Architettura CAN bus - Bus per microcontrollore: I2C e SPI - Ethernet - - Architettura e protocollo - - Rilevazione collisioni CSMA/CD - - Analisi probabilità di collisione e determinismo - - Time sensitive networking - Wireless in contesto industriale - Protocollo Wi-Fi - Introduzione tecniche di modulazione BPSK, QPSK, QAM, FHSS, DSSS, OFDM - Bluetooth e BLE - Bus in sistemi avionici Parte III - Tecniche di trasmissione digitale - Controllo degli errori: aritmetica modulo 2 e Cyclic Redundancy Check - Scrambling dei dati - Introduzione al Phase-locked loop e recupero del clock - Recupero del clock in PCI Express - Sincronizzazione nodi Ethernet e Synchronized Ethernet - Analisi spettrale delle codifiche digitali Parte IV - Implementazione di sistemi distribuiti - Wireless Sensor Networks - - Introduzione - - Problemi canonici: controllo di area, controllo di oggetti - - Architettura - - - Livello fisico - - - - Architettura nodo WSN - - - - Consumi ed energy harvesting - - - - Richiami su metodi di modulazione e trasmissione - - - Livello collegamento dati - - - - Continuo, a eventi, a richiesta - - - - Gestione delle collisioni - - - Livello di rete - - - - Routing - - - - - Flooding - - - - - Gossiping - - - - - Data Centric - - - - - - Sensor Protocol for Information via Negotiation (SPIN) - - - - - - Directed Diffusion - - - - - Clustering - Introduzione sistemi di localizzazione e loro caratteristiche - - Sistemi outdoor: GPS - - Sistemi indoor: localizzazione magnetica, ultra-wide band (UWB) - Filtri di Kalman - - Lineare - - Extended - - Unscented - - Applicazioni sensor fusion |