Project based learning

Podstawowa wiedza z zakresu praw fizycznych i elektroniki.

Godziny kontaktowe (z udziałem pracownika): 20 (LB), 5 (SM)

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla przedmiotu: @ (LB: @ ECTS, SM: @ ECTS)

LB: 20h (kontaktowe: @pkt ECTS)

Godziny niekontaktowe: @h (@ pkt ECTS), w tym:

- @h: praca z materiałami źródłowymi dotyczącymi podstaw fizycznych,

- @h: szukanie i zapoznawanie się z kartami technicznymi komponentów

SM: 5h (kontaktowe: @ pkt ECTS)

Godziny niekontaktowe: @h (@ pkt ECTS), w tym:

- @h: utrwalaniem wiedzy,

- @h: topracowywanie własnych rozwiązań.

Wiedza (K_W01 - K_W18):

- sprawdzanie znajomości zasad działania budowanego układu w na podstawie prac domowych polegających na przygotowaniu informacji nt. komponentów (np. termistor NTC, wzmacniacz akustyczny) i algorytmów (np. algorytm regulacyjny PID), którą prezentują w trakcie zajęć poprzez krótkie prezentacje

-

- rozmowa zaliczeniowa oceniająca wiedzę nt. podstaw działania podstawowych elementów elektronicznych i samego Arduino i Raspberry Pi.

Umiejetnosci (K_U01 - K_U18):

- studenci wykazują się podczas zajęć laboratoryjnych umiejętnością zaprojektowania (schemat połączeń), skonstruowania i zaprogramowania omawianych aktualnie układów (np. modułu do nagrywania dźwięku)

Kompetencje (K_K01 - K_K05):

- kompetencje są oceniane w trakcie końcowej rozmowy zaliczeniowej poprzez weryfikację jakości wykonania i działania komponentu, za który była odpowiedzialna dana osoba.

SM (5h):

- (1x1h) ustalenie wspólnego przedmiotu projektu z elementami uogólniającymi do zagadnień prototypowania

- (1x1h) omówienie i dyskusja nt. planu działania z podziałem zadań

- (2x1h) prelekcje studentów prezentujące działąnie elementów elektronicznych, pogadanka i demonstracja zasad pracy arduino/Raspberry Pi (wyboru na pierwszych zajęciach) na podstawie układów z przykładowymi czujnikami. Dyskusja nt.

- (1x1h) dyskusja podsumowująca po zakończeniu prac laboratoryjnych.

LAB (20h):

- (4x1h) ćwiczenia z prostymi układami czujników Arduino/Raspberry Pi. Testowanie docelowych elementów wraz z ew. zamiennikami w celu wybrania optymalnych komponentów

- (15x1h) konstrukcja i testy projektu

- (1x1h) wykonanie zakładanego pomiaru i opracowanie danych wynikowych.

Stosowna do ugruntowania wiedzy nt. wybranego projektu w danym roku

Wg.: https://phavi.umcs.pl/at/attachments/2023/0330/131039-bezpieczenstwo-radiacyjne-efekty-3-5i-o-2023-24-zal-nr-2.pdf

K_W01, K_W08, K_W13, K_W14, K_W16, K_W17, K_W18

K_U01, K_U02, K_U03, K_U04, K_U05, K_U06, K_U08, K_U10, K_U13, K_U14, K_U16, K_U17, K_U18

K_K01, K_K02, K_K03, K_K05

W1: zna prawa fizyczne stanowiące podstawę badanego zjawiska: K_W01

W2: zna podstawy C++ i Arduino C++ oraz pythona niezbędne do oprogramowania tworzonego układu: K_W13

W3: ma wiedzę na temat możliwości wykorzystania mikrokontrolera Arduino i komputera Raspberry Pi do budowania układów prototypowych urządzeń pomiarowych lub użytkowych (omówione przykłady zastosowań Arduino i Raspberry Pi): K_W01, K_W08

W4: zna zasady działania i zakresy szeregu podstawowych czujników i urządzeń używanych przy prototypowaniu: K_W08

W5: zna wybrane metody sprzęgania z Raspberry Pi i Arduino i komunikcji urządzeń nie dedykowanych bezpośrednio Raspberry Pi i Arduino (na przykładzie zewnętrznego mikrofonu i głośnika): K_W08

W6: zna różnice i podobieństwa w funkcjonowaniu Arduino i Raspberry Pi oraz rozumie granice ich wykorzystania na przykładzie zaplanowanego projektu: K_W08, K_W18

W7: zna metody rozbudowy układów prototypowych opartych na gotowych elementach o układy elektroniczne, które mogą być zmontowane od podstaw samodzielnie z elementarnych komponentów elektronicznych (jako przykład omówione dołączanie przetwornicy i stabilizatora napięcia): K_W01, K_W08

W8: rozumie potrzebę wykorzystania programów edytujących i filtrujących dane (na przykładzie wybranych narzędzi Linuxa) i umie ich użyć w typowych przypadkach: K_W08, K_W13

W9: rozumie odpowiedniość oraz cechy różniące aparatów pomiarowych i urządzeń codziennego użytku w zestawieniu z zestawami prototypowymi (omówione na przykładach cechy wspólne i różnice): K_W01

W10: rozumie możliwość odtwarzania zasad działania urządzeń pomiarowych i użytkowych na zestawach prototypowych (omówione przykłady odtwarzania urządzeń w handlu przez zestaw oparty na Arduino lub Raspberry Pi): K_W01

W11: rozumie zasadę działania podstawowych urządzeń pomiarowych i użytkowych opartych na detekcji szeregu wielkości fizycznych (usystematyzowano potrzebne prawa fizyczne i podano przykłady działania): K_W01

W12: rozumie konieczność zachowania zasad bezpieczeństwa własnego w trakcie montażu i testowania zbudowanych układów (przeczytano regulamin pracowni; każdy zestaw został sprawdzony przed uruchomieniem; wskazano możliwe zagrożenia): K_W14

W13: rozumie konieczność dogłębnego sprawdzenia układu przed jego uruchomieniem (przed pierwszym uruchomieniem i podczas niego omówiono błędy wynikające ze złych połączeń lub błędnego oprogramowania): K_W14

W14: zna źródła książkowe i internetowe (polskie i anglojęzyczne) prezentujące szeroką dokumentację na temat Arduino i Raspberry Pi, montowania obwodów, użytych elementów (zaprezentowano odpowiednie przykłady książkowe i strony internetowe): K_W14, K_W16

W15: rozumie zakres praw przemysłowych stosownych do Arduino i Raspberry Pi i stosownego oprogramowania i na stronach internetowych (wspomniano o prawach autorskich do tworzenia płytek prototypowych i oprogramowania w kontekście Arduino i Raspberry Pi): K_W14, K_W16

W16: rozumie potencjał projektów Arduino i Raspberry Pi i wiedzę nt. czujników oraz elementów peryferyjnych w kontekście tworzenia autorskiej nowej jakości technologicznej (przedyskutowano zagadnienie): K_W16, K_W17

W17: rozumie potrzebę tworzenia układów zoptymalizowanych pod względem bezpieczeństwa, zużycia energii (dyskusja optymalizacji czasu działania, nakładów energetycznych i efektywności kontroli działania układu): K_W18

U1: Potrafi zaprojektować z użyciem arduino/Parspberry Pi układ testujący/pomiarowy odzwierciedlający potrzeby związane z badaniem danego zjawiska fizycznego z zakresu m.in. zjawisk: mechanicznych, optycznych, akustycznych: K_U01, K_U02, K_U03, K_U04

U2: potrafi napisać i przetestować kod programistyczny w środowisku Arduino IDE lub python programujący obsługę układu elektro-mechanicznego sprzężonego z Arduino/ Raspberry Pi: K_U02, K_U04, K_U05

U3: potrafi wyselekcjonować komponenty i skonstruować układ pomiarowy/użytkowy na podstawie spójnej idei układu wykonującego typowe funkcje układów mechatronicznych: K_U02, K_U03, K_U04, K_U06

U4: potrafi montować i sprzęgać układy współpracujące z Arduino/Raspberry Pi (niekoniecznie podzespoły dedykowane) dostosowując warunki pracy dodatkowych urządzeń używanych w projekcie (np.: dostosowanie poziomu napięcia pracy przez przetwornice, sposoby wymiany danych przez transmisję szeregową): K_U02

U5: potrafi zaprojektować i wytworzyć w podstawowym zakresie elementy mechaniczne tworzące układ pomiarowy (komora pomiarowa): K_U02, K_U03

U6: potrafi dostrzec zalety dobrej organizacji zestawu narzędzi i zoptymalizować swoj warsztat pracy: K_U16

U7: potrafi zinterpretować przyczyny artefaktów w wynikach otrzymywanych założoną metodą. Zna ograniczenia i dobre strony metody: K_U02, K_U05

U8: potrafi oszacować przydatność funkcjonalną i jakościową komponentów układu prototypowego (dyskusja nt. alternatywnych rozwiązań): K_U16

U9: Potrafi oszacować koszt konstrukcji prototypowej i wykonać wstępne szacowanie możliwości przekształcenia tego układu w układ docelowy (dyskusja nt. jakości działania w stosunku do możliwości i potrzeb stawianych docelowemu urządzeniu): K_U16

U10: potrafi opisać działanie i sporządzić schemat konstrukcyjny układu prototypowego z wyszczególnieniem zakresu jego działania:K_U03

U11: potrafi zinterpretować otrzymane wyniki i wskazać ew. przyczyny błędów pomiarowych: K_U05

U12: potrafi zrozumieć i odtworzyć projekty Arduino/Raspberry Pi publikowane w typowych źródłach projektów Arduino/Raspberry Pi ze świadomością granic bezpieczeństwa i prawa autorskiego: K_U08, K_U10, K_U14

U13: potrafi pracować samodzielnie nad zaprojektowaniem, wykonaniem i przetestowaniem układu prototypowego: K_U01

U14: potrafi analizować zasadę funkcjonowania, przydatność i korzystać z kodu oprogramwania publikowanego w źródłach dot. Arduino/Raspberry Pi: K_U10

U15: potrafi dzielić się informacjami i przekazywać wiedzę na temat zasad działania układu: K_U17

U16: potrafi dokonać podziału zadań projektowych, montażowych i programowania prototypu oraz współdziałać w tworzeniu wspólnego projektu: K_U13, K_U17

U17: potrafi uchwycić słabe strony projektowanego układu i wskazać możliwości dalszego usprawniania konstrukcji: K_U03, K_U05, K_U13, K_U16

U18: potrafi upraszczać przedsięwzięcia w celu eliminowania złożoności zachowań a następnie skomplikować działanie układu w celu poszerzenia jego funkcjonalności (dyskusja wad i zalet układu): K_U03, K_U05, K_U16

U19: potrafi wyselekcjonować aspekty eksperymentu, których głębsze zrozumienie wymaga poszerzenia wiedzy; potrafi sprecyzować sferę poszukiwań nowych informacji i znaleźć źródła: K_U18

K1: rozumie konieczność doskonalenia się w poszerzaniu wiedzy na temat działania skomplikowanych układów i rosnącej ilości podukładów możliwych do zastosowania (studenci zachęcani są do zapoznania się nowinkami technicznymi dotyczącymi mechatroniki i robotyki- przeglądowe artykuły i strony internetowe z newsami): K_K01

K2: ma podstawy do dalszego poznawania szerokich i uniwersalnych możliwości jakie daje Arduino/Raspberry Pi (wyeksponowane są przykłady nietypowych projektów, które pokazują niewyczerpane dotąd możliwości prototypowania z użyciem Arduino i eksponują rolę dużej wyobraźni, która jest wymagana aby powstawały wciąż nowe projekty): K_K02, K_K05

K3: znając podstawy fizyczne działania układów elektro-mechanicznych rozumie fundamentalne znaczenie wiedzy na temat zjawisk i urządzeń, które pozwalają na rozwój technologii: K_K02

K4: rozumie fakt, że proces automatyzacji rozwijającej się dzięki wprowadzaniu układów elektro-mechanicznych eliminuje miejsca pracy: K_K06

K5: rozumie negatywne konsekwencje automatyzacji w postaci urządzeń mogących działać na szkodę ludzi, takie jak systemy militarne i monitorujące: K_K06

K6: rozumie rosnącą rolę robotyki i automatyzacji w rozwoju gospodarczym i technologicznym: K_K05

K7: rozumie specyfikę oraz wady i zalety pracy grupowej, zróżnicowanie poziomu wiedzy w grupie i konieczność indywidualnych wysokich kompetencji: K_K03

K8: rozumie rolę myślenia kreatywnego w tworzeniu nowego sposobu wykonania i działania układu: K_K05

K9: rozumie konsekwencje używania tanich bądź złych jakościowo komponentów układu i potrafi wziąć to pod uwagę biorąc pod uwagę żywotność i bezpieczeństwo konstrukcji (pokazanie/omówienie na przykładzie różnic funkcjonalnych między gorszej i lepszej jakości sprzętem peryferyjnym obecnym w handlu i elementami elektronicznymi stosowanymi w trakcie montażu): K_K05