Sw3.6-m1-1.2.pdf

(6031 KB) Pobierz
Systemy wbudowane
Kurs
Systemy wbudowane – SW
(Embedded Systems)
Prof. PP,dr hab. inż. Andrzej URBANIAK
Dr inż. Zygmunt KUBIAK
Dr inż. Przemysław ZAKRZEWSKI
Mgr inż. Mariusz NOWAK
(1)
Kurs przedmiotu pod tytułem Systemy wbudowane opracował zespół pod kierunkiem Andrzeja
URBANIAKA, profesora w Instytucie Informatyki Politechniki Poznańskiej w składzie: dr inż.. Zygmunt KUBIAK,
dr inż.. Przemysław ZAKRZEWSKI oraz mgr inż.. Mariusz NOWAK.
1
Systemy wbudowane - geneza
przedmiotu
Automatyka
Systemy komputerowe
Komputerowe systemy sterowania
Programowalne sterowniki
logiczne (PLC)
Mikrokontrolery
Systemy wbudowane
(2)
Trudno sobie dzisiaj wyobrazić nowoczesny, multimedialny sprzęt elektroniczny bez możliwości swobodnego
wyboru parametrów słuchanej muzyki czy oglądanego obrazu. Możliwe to jest dzięki wykorzystaniu
mikroprocesorów sterujących praca tych urządzeń i umieszczonych w ich wnętrzu (stąd też wywodzi się
nazwa: SYSTEMY WBUDOWANE). Takie rozwiązania spotykamy w zegarkach elektronicznych, telefonach
komórkowych, telewizorach, odtwarzaczach, sprzęcie gospodarstwa domowego, samochodach czy tak
zwanych inteligentnych budynkach. Specyfika tych rozwiązań powoduje konieczność syntezy wiedzy na ten
temat ponieważ nie mieści się ona w dotychczasowych ramach dyscyplin, z którymi te rozwiązania są
związane.
Systemy komputerowe jako złożone układy cyfrowe wykorzystywane były najwcześniej do automatyzacji
procesów obliczeniowych zgodnie z określonym algorytmem. Jednakże automatyzacja może dotyczyć nie
tylko procesów obliczeniowych. Stąd też punktem wyjścia do rozwoju systemów wbudowanych są dwie
dyscypliny: automatyka i robotyka oraz informatyka. Synergia metod i narzędzi stosowanych zarówno w
automatyce jak i w informatyce pozwoliła na uzyskanie zupełnie nowej jakości. Niewątpliwie podstawowe,
pierwotne treści zawarte są w określeniu: KOMPUTEROWE SYSTEMY STEROWNIA (KSS). Obejmują one
analizę i ocenę systemów komputerowych pod kątem realizacji sterowania obiektami i procesami oraz
niezbędne wymagania w zakresie oprogramowania tych systemów.
Proces kształcenia w zakresie informatyki I stopnia zawiera określony zasób wiedzy informatycznej przy
jednoczesnym braku przygotowania w zakresie teorii i praktyki sterowania – zatem ten element wiedzy
wymaga uzupełnienia w zakresie niezbędnym do zrozumienia istoty i specyfiki systemów wbudowanych.
Pierwsze próby wykorzystania typowych komputerów dla potrzeb sterowania sprowadzały się do wyposażenia
komputerów w specjalizowane układy komunikacji komputera ze sterowanym obiektem lub procesem (tak
zwany kanał automatyki, często określany mianem karty obiektowej).
Rozwój systemów komputerowych oraz rosnące wymagania odnośnie do jakości sterowania spowodowały
powstanie dwóch nurtów rozwiązań specjalizowanych do sterowania. Są to programowalne sterowniki logiczne
(Progammable Logic Controller - PLC) oraz mikrokontrolery (microcontroller).
Na bazie tych nurtów powstają systemy dedykowane, spełniające wszystkie funkcje sterowania obiektem lub
procesem i ściśle z nim skojarzone.
Przedstawionemu schematowi rozwoju odpowiada program przedmiotu SYSTEMY WBUDOWANE.
2
Systemy wbudowane
Cel i zakres przedmiotu
Przedstawienie możliwości wykorzystania systemów
mikrokomputerowych do sterowania urządzeniami,
obiektami i procesami.
Prezentacja sprzętowych i programowych środków do
realizacji mikrokomputerowych systemów sterujących
związanych integralnie z obiektem sterowania
Zapoznanie z przykładowymi rozwiązaniami
Część laboratoryjna ma na celu pozyskanie umiejętności
programowania sterowników, mikrokontrolerów i
układów swobodnie programowalnych
(3)
Celem realizacji przedmiotu jest na wstępie pokazanie możliwości wykorzystania systemów
mikroprocesorowych do sterowania złożonymi procesami i obiektami. W ramach przedmiotu zostaną
zaprezentowane informatyczne narzędzia sprzętowe i programowe niezbędne do realizacji systemów
wbudowanych.
Umiejętności jakie winien nabyć student obejmują programowanie wybranych typów sterowników oraz
wykorzystanie systemów uruchomieniowych mikrokontrolerów w celu tworzenia efektywnych aplikacji.
Umiejętności te student będzie mógł uzyskać wykonując ćwiczenia laboratoryjne opisane w ramach bloku
laboratoriów na podstawie wiedzy ogólnej uzyskanej w trakcie wykładu przedmiotu.
3
Systemy wbudowane
Zakres wykładu
Wykład 1. Podstawy sterowania i regulacji
Wykład 2. Regulacja ciągła i dyskretna
Wykład 3. Komputer jako urządzenie sterujące
Wykład 4. Kanał automatyki – układy wyjściowe
Wykład 5. Kanał automatyki – układy wejściowe
Wykład 6. Oprogramowanie komputerowych systemów
sterowania
Autor: Andrzej URBANIAK
Wykład 7. Sterowniki PLC – struktury, oprogramowanie,
zasady programowania
Autor: Zygmunt KUBIAK
Wykład 8. Mikrokontrolery – podstawowe architektury
Autor: Mariusz NOWAK
(4)
Koncepcji przedmiotu odpowiada zakres wykładów podzielony na jednostki dydaktyczne (moduły). Przy tytule
wykładu podano nazwisko autora. Pierwsze 6 wykładów opracował Andrzej URBANIAK, 3 wykłady dotyczące
sterowników PLC, protokołów w systemach wbudowanych oraz przykładów inteligentnych systemów
pomiarowych opracował Zygmunt KUBIAK, 1 wykład na temat mikrokontrolerów opracował Mariusz NOWAK i
1 wykład na temat systemów uruchomieniowych opracował Przemysław ZAKRZEWSKI.
Pierwsze dwa wykłady dotyczą zagadnień, które mogłyby stanowić niezależny przedmiot – podstawy teorii
sterowania i regulacji.
W ramach tych dwóch wykładów zaprezentowano skrót wiadomości niezbędnych do zrozumienia istoty
funkcjonowania systemów wbudowanych jako urządzeń sterujących. Główny nacisk położono na systemowe
podejście do problematyki sterowania i regulacji jako dyscypliny wykorzystującej ogólne zasady i prawa
sterowania i regulacji w odniesieniu do wybranych (konkretnych) systemów i urządzeń technicznych.
Wyróżniono i omówiono dwa podstawowe rodzaje systemów sterowania i regulacji: ciągłe i dyskretne.
Przedstawiono klasyczne algorytmy sterowania oraz charakterystykę funkcjonalną elementów (urządzeń)
automatyki.
Kolejny wykład dotyczy wykorzystania komputera w charakterze urządzenia sterującego, czyli komputerowych
systemów sterowania. Przedstawiono wymagania jakie winien spełniać komputer, aby sterowanie było
możliwe. Zwrócono uwagę na wyspecjalizowane urządzenie zewnętrzne – kanał automatyki – umożliwiające
sprzęgnięcie systemu komputerowego z obiektem sterowania. Omówieniu podstawowych bloków kanału
automatyki poświęcono dwa kolejne wykłady.
Wykład 6 obejmuje podstawowe wiadomości z zakresu oprogramowania komputerowych systemów
sterowania. Przedstawiono wymagania w odniesieniu do oprogramowania komputerowych systemów
sterowania i podano wybrane elementy standardów oprogramowania czasu rzeczywistego. Ta część 6
wykładów opracowana została przez Andrzeja URBANIAKA.
Kolejne wykłady koncentrują się na omówieniu rozwiązań specjalizowanych komputerowych systemów
sterowania. Do nich należy zaliczyć między innymi swobodnie programowalne sterowniki logiczne – PLC.
Omówiono wybrane struktury sprzętowe sterowników oraz ich oprogramowanie. Zaprezentowano również
standardy w zakresie oprogramowania sterowników PLC (opracowania Zygmunta KUBIAKA).
Wykład 8 poświęcono alternatywnym rozwiązaniom sprzętowym w stosunku do sterowników PLC, to znaczy -
mikrokontrolerom. Omówiono architektury mikrokontrolerów jako układów przystosowanych do realizacji funkcji
sterowniczych poprzez wyposażenie ich w podstawowe układy wejściowo-wyjściowe umieszczone w ramach
mikroukładu elektronicznego. Opracowanie jest autorstwa Mariusza NOWAKA.
4
Systemy wbudowane
Zakres wykładu (cd)
Wykład 9. Systemy uruchomieniowe
Autor: Przemysław ZAKRZEWSKI
Wykład 10. Protokoły w systemach wbudowanych
Autor: Zygmunt KUBIAK
Wykład 11. Metodyka projektowania niezawodnych
komputerowych systemów sterujących
Autor: Andrzej URBANIAK
Wykład 12. Przykłady inteligentnych systemów
pomiarowych
Autor: Zygmunt KUBIAK
Wykład 13. Inteligentne systemy budynków
Autor: Andrzej URBANIAK
(5)
Efektywne wykorzystanie mikrokontrolerów wymaga systemów uruchomieniowych pozwalających na
realizacje aplikacji na specjalizowanych układach symulacyjnych sprzętowo- programowych zwanych
emulatorami. Zagadnieniom tym poświęcono oddzielny 9 wykład opracowany przez Przemysława
ZAKRZEWSKIEGO.
Kolejny wykład (10) dotyczy istotnego problemu transmisji w układach sterowania z wykorzystaniem systemów
mikroprocesorowych. Przedstawiono i oceniono podstawowe stosowane protokoły komunikacyjne w
systemach wbudowanych (opracowanie Zygmunta KUBIAKA).
W zakończeniu wykładu omówiono zasady projektowania niezawodnych, komputerowych systemów
sterujących zgodnych z normami europejskimi. Przygotowanie i opis projektu spełniający te wymagania daje
szansę na rzeczywiste konkurowanie i ubieganie się o środki do realizacji ważnych projektów w społeczności
europejskiej (opracowanie Andrzeja URBANIAKA).
Dwa ostatnie wykłady obrazują możliwości zastosowań systemów wbudowanych. Pierwszy wskazuje na
niezwykle intensywnie rozwijane i szeroko stosowane tak zwane inteligentne systemy pomiarowe
(opracowanie Zygmunta KUBIAKA). Druga grupa przykładów obejmuje systemy wbudowane wykorzystywane
w tak zwanych inteligentnych systemach budynków (opracowanie Andrzeja URBANIAKA).
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin