Мікросистемна авіоніка
Спеціальність: Авіаційні інформаційні системи та комплекси
Код дисципліни: 7.173.01.O.003
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Електронні засоби інформаційно-комп'ютерних технологій
Лектор: проф. Романишин Юрій Михайлович
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
загальні компетентності:
ІНТ. Здатність розв’язувати складні задачі дослідницького та/або інноваційного характеру, що виникають в процесі досліджень, проектування, виробництва і експлуатації систем авіоніки.
ЗК 3.Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
фахові компетентності:
ФК 4. Здатність розробляти технологічні процеси виготовлення систем авіоніки та інформаційних систем літальних апаратів і наземних комплексів.
ФК 7. Здатність використовувати передові технології при дослідженні та проектуванні систем керування літальними апаратами, розробці апаратних та програмно-алгоритмічних засобів підвищення точності, надійності,
живучості, ресурсів функціонування систем авіоніки.
ФК 15. Здатність оцінювати ефективність бортового та наземного обладнання безпілотних авіаційних систем.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
ЗН 4. Знання предметної області мікросистемної авіоніки.
УМ 7. Розробляти і використовувати мікропроцесорні системи та програмні засоби моделювання для розв’язування складних задач авіоніки.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити – немає
Кореквізити -
Мікросистемна авіоніка (Курсовий проект).
Системи керування літальних апаратів та їх моделювання.
Аеронавігаційні системи та їх моделювання.
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна передбачає вивчення таких основних тем. Мікросистемна авіоніка в безпілотних літальних апаратах. Компоненти мікросистемної авіоніки. Навігаційні сенсори. Акселерометри. Структурні схеми, параметри та технічні характеристики акселерометрів навігаційного класу. Гіроскопи. Структурні схеми, параметри та технічні характеристики гіроскопів. Сенсори тиску для вимірювання висоти польоту. Магнітометри. Структурні схеми, параметри та технічні характеристики магнітометрів. Комплексування даних навігаційних сенсорів. Калібрування навігаційних сенсорів. Програмні засоби мікросистемної авіоніки.
Опис: 1. Навігаційні сенсори мікросистемної авіоніки. МЕМС акселерометри. Магнітометри. Гіроскопи. Комбінації двох різних сенсорів в одному модулі. Комбінації трьох різних сенсорів в одному модулі.
2. Триосьові акселерометри на чіпі ADXL345. Параметри акселерометра ADXL345. Інтерфейси акселерометра. Функціональна блок-схема акселерометра ADXL345. Осі чутливості прискорення. Приклад програмування акселерометра ADXL345. Триосьовий акселерометр GY-291. Параметри акселерометра GY-291. Підключення акселерометра GY-291 до Arduino UNO.
3. Акселерометр MMA8451. Параметри модуля. Завантаження бібліотек. Завантаження демонстраційного прикладу. Встановлення та визначення діапазону вимірювань. Читання нормалізованих даних Adafruit_Sensor. Читання орієнтації.
4. Акселерометр і гіроскоп MPU-6050 GY-521. Параметри та характеристики MPU-6050. Демонстраційний приклад програми роботи з акселерометром та гіроскопом MPU-6050 GY-521. Функції в програмі Arduino для роботи з mpu6050. Калібрування mpu6050. Розрахунок кутів за допомогою гіроскопа mpu6050.
5. Модуль GY-282 цифрового магнітометра HMC5983. Характеристики та параметри модуля GY-282. Приклад програми тестування сенсора HMC5983 модуля GY-282.
6. Модуль GY-273 цифрового компаса QMC5883L. Характеристики та параметри модуля GY-273. Бібліотека для обслуговування модуля. Підключення модуля QMC5883L до Arduino Uno. Приклад програми функціонування модуля. Калібрування сенсора.
7. Модуль акселерометра і магнітометра LSM303C. Характеристики та параметри модуля LSM303C. Приклади програмування модуля. Результат роботи.
8. Модуль GY-9250 гіроскопа, акселерометра та магнітометра. Характеристики та параметри модуля GY-9250. Схема модуля. Приклади програмування модуля.
9. Модуль GY-801 гіроскопа, акселерометра, магнітометра, барометра. Характеристики та параметри модуля GY-801. Приклади програмування модуля. Результати роботи.
10. Модуль GY-89 компаса, акселерометра, гіроскопа та барометра. Характеристики та параметри сенсорів модуля GY-89. Приклад програмування модуля.
11. Модуль NXP акселерометра, магнітометра та гіроскопа. Характеристики та параметри акселерометра, магнітометра та гіроскопа. Орієнтація осей сенсорів акселерометра і магнітометра. Орієнтації та полярності сенсорних осей гіроскопа. Підключення модуля до мікроконтролера. Тестування сенсорів та встановлення бібліотек. Текст тестової програми гіроскопа. Текст тестової програми акселерометра та магнітометра.
12. Модуль AltIMU-10 v5 гіроскопа, акселерометра, компаса, барометра. Характеристика модуля AltIMU-10 v5. Схема плати AltIMU-10 v5. Програмування сенсорів. Параметри сенсорів. Вивід показів магнітометра LIS3MDL в послідовний порт. Вивід показів цифрового барометра LPS25H в послідовний порт. Вивід показів гіроскопа і акселерометра LSM6DS33 в послідовний порт.
13. Модуль NXP акселерометра, магнітометра, гіроскопа з мікрокомп’ютером Raspberry Pi. Підключення модуля комбінації датчиків NXP 9-DOF FXOS8700+ FXAS21002 до Raspberry Pi. Встановлення бібліотек. Використання CircuitPython і Python. Приклад тесту FXOS8700. Приклад тесту FXAS21002C.
14. Модуль AltIMU-10 v5 гіроскопа, акселерометра, компаса, барометра з мікрокомп’ютером Raspberry Pi. Підключення AltIMU-10 v5 до Raspberry Pi. Програмне забезпечення роботи з сенсорами. Перегляд неопрацьованих значень. Перегляд кутів Ейлера. Бібліотека AltIMU-10 v5 для Raspberry Pi.
15. Відображення даних навігаційних сенсорів засобами MatLab. Засоби MatLab зв’язку між навігаційними сенсорами та комп’ютером. Приклад програми читання даних від навігаційних сенсорів та їх графічного відображення. Текст відповідної програми на Arduino для безпосереднього читання даних від навігаційних сенсорів. Розширені можливості використання MatLab для зв’язку комп’ютера з сенсорними модулями та Arduino.
Методи та критерії оцінювання: Оцінювання рівня досягнення результатів навчання здійснюється методами:
- оцінювання рівня готовності студентів до виконання лабораторних робіт;
- оцінювання уміння правильного виконання лабораторних робіт;
- оцінювання правильності оформлення звітів з лабораторних робіт;
- оцінювання знань при захисті контрольних робіт;
- вибіркові опитування в процесі проведення лекційних та лабораторних занять;
- оцінювання знань на екзамені за результатами виконання тестових завдань з додатковою усною компонентою.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: звіти з лабораторних робіт, усне опитування – 30 балів.
Підсумковий контроль: письмова та усна форма екзамену;
Письмова частина – 65 балів,
Усна частина – 5 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: Бали за поточний контроль виставляються безпосередньо після виконання лабораторної роботи (1 бал) та захисту звіту з лабораторної роботи (1 бал).
Письмова компонента при екзаменаційному контролі оцінюється на підставі виконання тестових завдань. Усна компонента проводиться та оцінюється не пізніше наступного дня після дати екзамену.
Рекомендована література: 1. Системи орієнтації, навігації і наведення рухомих об’єктів: Методи визначення орієнтації [Електронний ресурс]: навч. посіб. / Л. М. Рижков. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 53 с.
2. Авіоніка: навч. посіб. / В.П. Харченко, І.В. Остроумов. – К. : НАУ, 2013. – 272 с.
3. Навчально-методичне забезпечення у віртуальному навчальному середовищі Львівської політехніки.
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).
Мікросистемна авіоніка (курсовий проєкт)
Спеціальність: Авіаційні інформаційні системи та комплекси
Код дисципліни: 7.173.01.O.006
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Електронні засоби інформаційно-комп'ютерних технологій
Лектор: Проф. Романишин Юрій Михайлович
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
загальні компетентності:
ІНТ. Здатність розв’язувати складні задачі дослідницького та/або інноваційного характеру, що виникають в процесі досліджень, проектування, виробництва і експлуатації систем авіоніки.
ЗК 3.Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
фахові компетентності:
ФК 4. Здатність розробляти технологічні процеси виготовлення систем авіоніки та інформаційних систем літальних апаратів і наземних комплексів.
ФК 7. Здатність використовувати передові технології при дослідженні та проектуванні систем керування літальними апаратами, розробці апаратних та програмно-алгоритмічних засобів підвищення точності, надійності,
живучості, ресурсів функціонування систем авіоніки.
ФК 15. Здатність оцінювати ефективність бортового та наземного обладнання безпілотних авіаційних систем.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
ЗН 4. Знання предметної області мікросистемної авіоніки.
УМ 7. Розробляти і використовувати мікропроцесорні системи та програмні засоби моделювання для розв’язування складних задач авіоніки.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити – немає
Кореквізити -
Мікросистемна авіоніка.
Системи керування літальних апаратів та їх моделювання.
Аеронавігаційні системи та їх моделювання.
Короткий зміст навчальної програми: Типова тема курсового проекту: «Проектування апаратного, алгоритмічного та програмного забезпечення пристрою інерціальної навігації на базі сенсорних модулів для безпілотних літальних апаратів».
За погодженням з викладачем студент може самостійно модифікувати або обрати та запропонувати іншу тему курсового проекту в обсязі завдань типового курсового проекту.
Виконання курсового проекту передбачає побудову та демонстрацію діючого макету пристрою інерціальної навігації.
Опис: Курсовий проект повинен містити такі складові компоненти.
1. Вибір сенсорного модуля чи модулів, що містять триосьові акселерометри, гіроскопи та магнітометри. При цьому можна використати модулі, які використовуються в лекційних та на лабораторних заняттях з предмету «Мікросистемна авіоніка».
2. Опис параметрів та характеристик модулів сенсорів, зокрема, напруги живлення та сумісність з поширеними мікроконтролерами, діапазони вимірюваних значень, похибки вимірювання, можливості програмного керування діапазонами вимірювання, частоти вибірки, наявні інтерфейси тощо.
Параметри та характеристики наведених в таблиці 1 модулів можна знайти в описах їх технічних даних, в матеріалах лекцій та методичних вказівках до лабораторних робіт, що наявні у віртуальному навчальному середовищі.
3. Вибір та обгрунтування обчислювального компоненту для навігаційного пристрою, наприклад, Arduino UNO або Raspberry Pi, які використовувалися на лекційних заняттях та в лабораторних роботах. Деяка інформація щодо підключення модулів сенсорів через інтерфейс I2C до Arduino UNO та Raspberry Pi наведена в матеріалах лекцій та методичних вказівках до лабораторних робіт.
4. Схема підключення компонентів навігаційного пристрою та підключення до комп’ютера.
5. Підбір відповідних необхідних бібліотек для читання інформації від навігаційних сенсорів.
6. Загальна схема алгоритму функціонування навігаційного пристрою.
7. Текст програми читання інформації від навігаційних сенсорів з необхідними коментарями та поясненнями. Приклади відповідних програм можна знайти в матеріалах лекцій та лабораторних робіт.
8. Виконати поступальні та обертальні рухи макету навігаційного пристрою протягом 10-20 сек та записати відповідні масиви значень від навігаційних сенсорів в комп’ютер, до якого підключений навігаційний пристрій. Побудувати графіки зміни відповідних параметрів. Для цього можна використати програму системи MatLab, яка читає дані через послідовний інтерфейс.
9. За отриманими виміряними значеннями від навігаційних сенсорів відтворити поступальні та обертальні рухи (координати і параметри руху) навігаційного модуля без використання або з використанням злиття даних від різних сенсорів.
Для обчислення орієнтації за виміряними сенсорами значеннями можна використати методи та програмні засоби Sensor Fusion and Tracking Toolbox системи MatLab, які моделюють злиття інерціальних сенсорів з метою покращення оцінки орієнтації літальних апаратів.
Методи та критерії оцінювання: Оцінювання рівня досягнення результатів навчання здійснюється методами:
- оцінювання уміння формулювання завдань окремих етапів курсового проекту;
- оцінювання правильності оформлення записки з курсового проекту робіт;
- оцінювання знань при захисті курсового проекту.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: виконання окремих етапів курсового проекту.
Підсумковий контроль: перевірка змісту пояснювальної записки та знань при захисті курсового проекту.
Максимальна оцінка за курсовий проект – 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Системи орієнтації, навігації і наведення рухомих об’єктів: Методи визначення орієнтації [Електронний ресурс]: навч. посіб. / Л. М. Рижков. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 53 с.
2. Авіоніка: навч. посіб. / В.П. Харченко, І.В. Остроумов. – К. : НАУ, 2013. – 272 с.
3. Навчально-методичне забезпечення у віртуальному навчальному середовищі Львівської політехніки.
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).