Біомедичні вимірювальні перетворювачі для інтернету речей
Спеціальність: Біомедична інженерія (інтернет речей)
Код дисципліни: 6.163.03.E.051
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Електронні засоби інформаційно-комп'ютерних технологій
Лектор: Голяка Роман Любомирович
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Результати навчання: В результаті вивчення дисципліни студент повинен продемонструвати такі результати навчання:
- розуміти основи концепцій Інтернет Всього (IoE), Мережа речей (WoT), Інтернету Речей (IoT), Індустріальний Інтернет Речей (IIoT), Розумне середовище (SE), Розумний дім (SH), Доповнена реальність (AR), розумний пил (SD), Телемедицина (TM);
- знати основи побудови та проектування електронних пристроїв IoT та IIoT, вбудованих систем, розумних сенсорів та актюаторів, сигнальних перетворювачів,
- демонструвати знання та вміння розробляти IoT пристрої на основі спеціалізованих мікроконтролерів та мікроконвертерів, відкритих IoT платформи, зокрема, Arduino, Raspberry Pi, Adafruit Feather.
- знати протоколи обміну даними та їх стандарти: USB, WiFi, Wi-Fi Direct, IEEE 802.15.4, Bluetooth, Bluetooth low energy (BLE), ZigBee, 6LoWPAN, Low-power wide-area networking (LPWAN).;
- демонструвати знання та вміння використовувати IoT середовищ розробки програм (IoT SDE), зокрема, Intel XDK, Intel System Studio IoT Edition, Android Things, Google Cloud Interconnect;
- демонструвати знання сучасних тенденцій розвитку IoT та IIoT;
- знати вимоги до електричних та механічних параметрів біомедичних вимірювальних перетворювачів, їх біологічну та електричну сумісність;
- знати типи біомедичних сенсорів та актюаторів;
- розуміти фізичні та хімічні основи біомедичних сенсорів та актюаторів;
- демонструвати знання та вміння розробляти та моделювати біомедичні вимірювальні перетворювачі;
- демонструвати знання про структури та параметри сенсорів для вимірювання температури, світла, електричного та магнітного поля, радіації, електричної ємності, механічного напруження, прискорення, потоку, гравітації, параметрів рідинних та газоподібних речовин;
- розуміти конструктивні та технологічні особливості MEMs структур біомедичних сенсорних та актюаторних перетворювачів;
- розуміти концепцію «лабораторія-на-кристалі»;
- демонструвати знання та вміння використовувати сигнальні вимірювальні перетворювачі та інтерфейси сенсорних пристроїв;
- демонструвати знання сучасних тенденцій розвитку вимірювальних перетворювачів телемедицини та Інтернету Речей.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Компонентна база біомедичної апаратури
Схемотехніка біомедичної апаратури
Короткий зміст навчальної програми: Визначення, основи концепцій: Інтернет Всього (IoE), Мережа речей (WoT), Інтернету Речей (IoT), Індустріальний Інтернет Речей (IIoT), Розумне середовище (SE), Розумний дім (SH), Доповнена реальність (AR), розумний пил (SD), Телемедицина (TM). Фізичний та програмний рівні IoT. Електронні пристрої IoT та IIoT. Вбудовані системи IoT та IIoT. Розумні сенсори та актюатори. Сигнальні перетворювачі. Стратегії енергоживлення IoT пристроїв. Енергоефективність. Методи та пристрої збору енергії з оточуючого середовища. Завадостійкість. IoT спеціалізовані мікроконтролери та мікроконвертери. Відкриті IoT платформи: Arduino, Raspberry Pi, Adafruit Feather. Ідентифікація об’єктів в мережі. Радіочастотна ідентифікація. Система глобального позиціонування (GPS). GPS інерційні системи (GPS/INS) Пристрої навігації. Протоколи обміну даними та їх стандарти: USB, WiFi, Wi-Fi Direct, IEEE 802.15.4, Bluetooth, Bluetooth low energy (BLE), ZigBee, 6LoWPAN, Low-power wide-area networking (LPWAN). IoT середовища розробки програм (IoT SDE). Intel XDK, Intel System Studio IoT Edition, Android Things, Google Cloud Interconnect.
Вимоги до електричних та механічних параметрів біомедичних вимірювальних перетворювачів. Біологічна та електрична сумісність. Рецептори та сенсори біологічних організмів. Нейронна система передачі сигналів. Типи сенсорів та актюаторів. Фізико-хімічні основи функціонування сенсорів та актюаторів. Сенсори та актюатори біомедичної інженерії. Сенсори для вимірювання температури, світла, електричного та магнітного поля, радіації, електричної ємності, механічного напруження, прискорення, потоку, гравітації, параметрів рідинних та газоподібних речовин. Біосенсори. Концепція «Лабораторія-на-кристалі». MEMs структури в сенсорній та актюаторній техніці. Концепція інтелектуальних (розумних) сенсорів. Сигнальні вимірювальні перетворювачі. Інтерфейси сенсорних пристроїв. Вимірювальні перетворювачі телемедицини та Інтернету Речей.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль: письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування, контрольні роботи – 40 балів (40%). Підсумковий контроль: контрольний захід екзамен, письмово-усна форма – 60 балів (60%).
Рекомендована література: 1. Alessandro Bassi, Martin Bauer, Martin Fiedler. Enabling Things to Talk: Designing IoT solutions with the IoT Architectural Reference Model. Springer Heidelberg. -2013.
2. Ovidiu Vermesan, Peter Friess. Internet of Things: Converging Technologies for Smart Environments and Integrated Ecosystems // River Publishers. – 2013.
3. Мікросхемотехніка. Підручник за редакцією З.Ю.Готри / Гельжинський І.І, Голяка Р.Л., Готра З.Ю, Марусенкова Т.А. – Львів: Ліга-Прес. 2015.
4. Структури та параметри мікроелектронних гальваномагнітних сенсорів магнітного поля: монографія / Большакова І.А., Годинюк І.М., Голяка Р.Л., Готра З.Ю, Ільканич В.Ю., Марусенкова Т.А., Політанський Л.Ф.– Львів: Ліга-Прес, 2013.
5. Мікроелектронні сигнальні перетворювачі теплових сенсорів потоку: монографія / З.Ю.Готра, С.В.Павлов, Р.Л.Голяка та ін. – Вінниця: ВНТУ, 2012.
6. Войтович І.Д., Корсунський В.М. Інтелектуальні сенсори. – Київ. – Інститут кібернетики імені В.М.Глушкова НАН України.– 2007.
7. Основи біомедичного радіоелектронного апаратобудування: навчальний посібник. Злепко С.М., Павлов С.В., Коваль Л.Г. та ін. – Вінниця: ВНТУ. – 2011.
8. Мікроелектронні сенсори фізичних величин. В трьох томах / За ред. Готри З. - Львів: Вид. Ліга-Прес. Том 1– 2002, Том 2 – 2003, Том 3 – 2006.
9. Завадостійкі сигнальні перетворювачі оптичних сенсорних пристроїв: монографія / Вісьтак М., Голяка Р., Микитюк З. - Львів: Ліга-Прес, –2015.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).