22437 Rapid prototyping af AC sensorsystemer med Arduino teknologi

2024/2025

Studerende indskrevet på bacheloruddannelsen Medicin og Teknologi har fortrinsret. Studerende fra andre retninger er velkomne i det omfang kapaciteten tillader.
Kursusinformation
Rapid Prototyping of AC Sensor Systems using Arduino Technology
Dansk
10
Bachelor
Kurset udbydes som enkeltfag
Projekter (BSc), Medicin og teknologi
Projekter og almene fag (BSc), Medicin og Teknologi
E4 (tirs 13-17, fre 8-12)
Lab-øvelser afvikles i to hold og afholdes i modul E3A (tirsdag formiddag) og E4B (fredag formiddag).
Campus Lyngby
Forelæsninger, opgaver, obligatoriske lab-øvelser.
13-uger
E4B, F4B
Skriftlig eksamen
Deltagelse i afsluttende eksamen kræver registreret deltagelse i alle lab-øvelser og godkendt gennemførelse af disse. Opsamlingslab afholdes tirsdag formiddage i uger, hvor der ikke er ordinær lab-øvelse.
Skriftlig eksamen: 4 timer
Alle hjælpemidler - uden adgang til internettet
7-trins skala , intern bedømmelse
34601/46055/62732
01005.­(22433/(2243822439))/((30015/30032/34600).­(30010/62734/62752))/(6242262452) , Kompetencer i analyse, simulering og konstruktion af DC kredsløb samt programmering af ATmega 328p mikrokontrollere i C er essentielt.
Minimum 10 Maksimum: 180
Kaj-Åge Henneberg , Lyngby Campus, Bygning 349, Tlf. (+45) 4525 3905 , khen@dtu.dk
22 Institut for Sundhedsteknologi
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Kurset udbygger et indledende kendskab til analoge og digitale sensorsystemer med integration af mere avancerede analoge kredsløb og mere avanceret anvendelse af mikrocontrollere. I første del af kurset læres om systemer til måling af elektriske signaler, herunder AC kredsløbsteori til design af filtre og instrumenteringsforstærkere. Herefter udvides kendskabet til mikrocontroller-undersystemer, herunder afbrydere, timere og ADC således at Arduino Uno R3 kan programmeres til at udføre præcis timer-styret analog til digital konvertering. Kurset inkluderer prototypingopgaver, hvor der designes en instrumenteringsforstærker med høj- og lavpas filtre, og en Arduino Uno R3 programmeres til at foretage timer-styret streaming-to-disk med brug af afbrydere.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • forklare, analysere og designe kredsløb med operationsforstærkere. Herunder inverterende og ikke inverterende forstærkere og summerende forstærkere og kredsløb til justering af offset.
  • anvende kredsløbsteori til at opstille systemligninger til beregning af strømme og spændinger i kredsløb med modstande, kondensatorer og spoler. Herunder beregne transiente udgangssignaler ved løsning af første- og andenordens differentialligninger.
  • gøre brug af fasor-notation til at udføre AC kredsløbsanalyse på både passive kredsløb og på aktive kredsløb med operationsforstærkere.
  • analysere elektriske filtres frekvenskarakteristik og plotte amplitude og fasekarakteristikker på standardiseret form.
  • udføre frekvens- og impedansskalering af analoge filterkredsløb og med dette designe filterkredsløb med vilkårlige knækfrekvenser.
  • designe DC og AC-koblede instrumenteringsforstærkere til differentiel forstærkning af elektriske signaler.
  • udføre kvantitative simuleringer af elektriske kredsløb med brug af digitale simuleringsværktøjer.
  • udføre registerbaseret programmering af en Arduino Uno R3 i standard C for at bruge eksterne afbrydere samt afbrydere udløst af pinændringer.
  • udføre registerbaseret programmering af en Arduino Uno R3 i standard C til at benytte timere i både overflow mode og i clear-timer-on-compare (CTC) mode.
  • udføre registerbaseret programmering af en Arduino Uno R3 i standard C til at foretage analog-til-digital konvertering styret af en timer og med brug af afbrydere.
  • udføre biblioteksbaseret programmering af en Arduino Uno R3 til at kommunikere med digitale enheder ved brug af SPI-protokollen og med dette streame målte data til et SD kort.
  • efterleve reglerne for deltagelse i laboratorieøvelser, herunder at møde til tiden, vise hensyn til medstuderende, undgå at ødelægge udstyr og komponenter og rydde arbejdspladsen op efter endt øvelse.
Kursusindhold
Operationsforstærkerkredsløb: Inverterende, ikke-inverterende og summerende forstærkerkredsløb, samt kredsløb til justering af offset. Instrumenteringsforstærker.
DC-kredsløbsanalyse: Kondensatorer og spoler, udregning af transiente udgangssignaler ved opstilling og løsning af første- og andenordens differentialligninger.
AC-kredsløbsanalyse: Fasor notation, impedans, DC- og AC-koblede instrumenteringsforstærkere, passive og aktive lavpas- og højpasfiltre, frekvenskarakteristikker.
Digitale begreber: Registerbaseret programmering af mikrocontroller, herunder afbrydere, timere og ADC.
Interfacing analoge systemer: Sampling, kvantiseringsstøj, aliasering. Pulsbredde modulation (PWM).
Prototyping øvelser: Forstærkning, filtrering, digitalisering, lagring og display af digitaliseret signal.
Litteraturhenvisninger
J.D. Irwin, R.M. Nelms, Engineering Circuit Analysis. International Adaptation. Wiley. Kapitel 4, 5, 6, 7, 11.
N. Dunbar, Arduino Interrupts, Apress. Kapitel 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9.
Bemærkninger
Studerende skal medbringe og bruge deres eget Arduino udviklingskit i de digitale øvelser.
Sidst opdateret
02. maj, 2024