Università degli Studi di Perugia

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Insegnamento: sensori e sistemi di misura distribuiti

Corso di laureaCorso di laurea in Ingegneria elettronica e delle telecomunicazioni [LM-29, LM-27] D. M. 270/2004
SedePerugia
CurriculumElettronica e Radiofrequenze (LM 29) - Regolamento 2014
ResponsabileAndrea Scorzoni
Moduli
Prerequisiti

L’ insegnamento non ha propedeuticità dichiarate. Il modulo “Sensori” utilizza diversi concetti della Fisica ma li introduce dalle basi: trasmissione del calore nei solidi e nei fluidi, irraggiamento elettromagnetico, equazione di Clausius-Clapeyron, elasticità dei materiali, piezoresistività, piezoelettricità, proprietà magnetiche dei materiali. Si utilizzano inoltre concetti ed equazioni ben note della fisica dei semiconduttori.


Il modulo “Sistemi di Misura Distribuiti” richiama e utilizza diversi concetti delle Misure Elettroniche con particolare riferimento ai sistemi di acquisizione dati, nonché alcuni concetti delle Comunicazioni Elettriche, della Teoria delle Probabilità, della Elaborazione Numerica e Statistica dei segnali e di Fisica (relativamente alla propagazione delle onde elettromagnetiche).

Modalità di valutazione

L'esame si articola in una prova orale e una attività di laboratorio da illustrare in una relazione scritta (“tesina”). Il completamento della “tesina” può avvenire in un momento diverso rispetto alla prova orale e viene valutato con un punteggio di 10/30. I rimanenti 20 punti su 30 vengono assegnati valutando la prova orale.


La prova orale è basata sugli argomenti teorici e sugli esercizi trattati a lezione nei due moduli A e B. Il massimo punteggio della prova orale è 20. Il punteggio finale da verbalizzare è calcolato sommando le valutazioni della prova orale (20 punti su 30) e della “tesina” (10 punti su 30).


Gli argomenti da trattare nelle “tesine” vengono presentati e discussi durante le lezioni frontali dei due docenti. È preferibile che gli studenti scelgano argomenti per la “tesina” in maniera tale da suddividere il numero totale degli studenti in modo equilibrato fra i due docenti.

Statistiche voti esami

La votazione d'esame media dell'insegnamento, basata su dati statistici conservati dal docente dal 2014, è 28.8/30.

Calendario prove esame

Il calendario delle prove d'esame, subito dopo la sua approvazione, viene reso disponibile al seguente link  http://www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/calendario-di-esami-e-lauree 

Unità formative opzionali consigliate

Non sono previste unità formative opzionali. Le dispense contengono comunque degli approfondimenti per gli studenti interessati.

Modulo: sensori

DocenteAndrea Scorzoni
TipologiaAttività formative caratterizzanti
AmbitoINGEGNERIA ELETTRONICA
SettoreING-INF/01
CFU4
Modalità di svolgimentoConvenzionale
Programma

MODULO A: SENSORI; RIVELATORI E MICROSISTEMI (4 CFU)


Unità didattica: Introduzione sui sensori e tecnologie di fabbricazione (circa 5 ore )


Classificazione dei sensori nei 6 domini energetici. Il mercato dei sensori. Parametri dei sensori. Materiali per sensori.


Unità didattica: sensori, rivelatori ed esempi di microsistemi (circa 27 ore )


Sensori Termici: concetto di resistenza termica, Resistance-Temperature Detectors (RTD), termistori, effetti termoelettrici (Seebeck, Peltier), termocoppie, termopile. Sensori termici integrati (PTAT). Esempi di microsistemi basati su sensori termici: sensori di portata (o sensori di flusso), sensori di vuoto, sensori di radiazione infrarossa basati su termopila, sensori di umidità relativa (RH). Bolometri (cenni). Sensori Meccanici: sensori di deformazione (strain gauges e definizione di gauge factor), sensori di pressione e accelerometri piezoresistivi, sensori capacitivi (e relativi circuiti di misura della capacità). Sensori Magnetici: sensori a effetto Hall, magnetoresistori. Principi di funzionamento dei rivelatori di radiazione visibile a stato solido. Sensori a pixel. Rivelatori di radiazione infrarossa a stato solido (e necessità del raffreddamento). Esempi e applicazioni di microsistemi basati su sensori di gas.


Seminario su: piezoelettricità e sensori/attuatori piezoelettrici (non obbligatorio per esame). Esempi e applicazioni per la realizzazione di progetti (tesine e tesi): sensori biologici per brain computer interface, Lab-on-chip, batterie a flusso per veicoli elettrici, ecc. 


Durante le lezioni verranno anche descritti i data sheet di diversi tipi di "sensori intelligenti" per evidenziare le correlazioni con il modulo B dell'insegnamento.

Supplement

Introduzione sui sensori. Sensori termici, meccanici, magnetici, rivelatori di radiazione ed esempi di microsistemi. Progetto di laboratorio sull’interfacciamento di un sensore.

Metodi didattici

L’insegnamento è organizzato come segue:


- lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti teorici dell’insegnamento;


- preparazione di una “tesina” basata su attività sperimentale in laboratorio. Gli studenti avranno libero accesso al laboratorio specialistico di Microelettronica, Sensori e Microsistemi per la preparazione della tesina.

Testi consigliati

Appunti delle lezioni, forniti dal docente.


Smart Sensor Systems Edited by Gerard C.M. Meijer, © 2008 John Wiley & Sons, Ltd. ISBN: 978-0-470-86691-7


Altri libri di testo:


J.W. Gardner, Microsensors - Principles and Applications, Wiley (1994 e seguenti). ISBN 0-471-94135-2.


Harry N. Norton, Handbook of transducers, Prentice Hall, 1989.


John G. Webster (editor), “Medical Instrumentation, Application and Design”, Houghton Mifflin Company, U.S.A. 1992, ISBN 0-395-59492-8.


Analog Devices, Transducers Interfacing Handbook, edited by D.H. Sheingold.


S. Middelhoek, S.A. Audet and P.J. French, Silicon Sensors, Lab for Electronic Instrumentation, Univ. Of Delft.


S.M. Sze, Semiconductor Sensors, Wiley 1994.


J. Wilson editor, Sensor Technology Handbook, Elsevier (2005)


G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, 3rd Ed. Wiley 2000.


G.Horn, J.L.Huijsing, Integrated Smart Sensors: Design and Calibration, Kluwer Academic Press, 1998. ISBN 0-7923-8004-5.

Risultati apprendimento

Conoscenze metodologiche: Conoscenza di base dei principi teorici di funzionamento dei più comuni tipi di sensori e rivelatori e di sistemi Micro-Elettro-Meccanici (MEMS).


Capacità professionali: comprensione del foglio di dati (data sheet) e applicazioni pratiche di alcuni comuni tipi di sensori e rivelatori presenti in commercio. Capacità di progettazione di un semplice sistema che include un sensore. Uso degli strumenti cognitivi di base acquisiti in questo insegnamento per l'aggiornamento continuo delle proprie conoscenze nel campo dei sensori e rivelatori.

Periodo della didattica

http://www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/orario-delle-lezioni

Calendario della didattica

Le lezioni si svolgeranno nel periodo febbraio-giugno 2017.


Si veda il sito


http://www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/orario-delle-lezioni


per dettagli sull'orario delle lezioni.

Attività supporto alla didattica

Non sono previste attività integrative di supporto alla didattica.

Lingua di insegnamentoItaliano
Frequenza

Facoltativa ma consigliata.

Sede

Dipartimento di Ingegneria - ex Facoltà di Ingegneria, Università di Perugia, via G. Duranti 93, 06125 Perugia, Italy.

Ore
Teoriche
32
Pratiche
0
Studio individuale
68
Didattica Integrativa
0
Totale
100
Anno2
PeriodoII semestre
Note

Per ulteriori informazioni sulla didattica consultate il sito: http://www.ing.unipg.it/

Orario di ricevimento

mercoledì pomeriggio e giovedì mattina

Sede di ricevimento

Dipartimento di Ingegneria, stanza "C DIEI", primo piano ala ovest, palazzina della portineria, via G. Duranti 93, Perugia

Codice ECTS2016 - 7251

Modulo: sistemi di misura distribuiti

DocenteAntonio Moschitta
TipologiaAttività formative caratterizzanti
AmbitoINGEGNERIA ELETTRONICA
SettoreING-INF/07
CFU5
Modalità di svolgimentoConvenzionale
Programma

Unità didattica: sistemi di acquisizione dati (Data Acquisition Systems, DAS) e BUS (18 ore)


Architettura ed elementi costitutivi di un DAS. BUS sincroni e asincroni, seriali e paralleli, modalità di trasferimento dati su BUS, arbitraggio del BUS, prestazioni. Comunicazione Processore- DAS: trasferimento dati memory-mapped e I/O mapped, gestione del trasferimento CPU driven, Interrupt driven, e DMA driven, acquisizione in tempo reale. BUS IEEE 488 (GPIB), confronto tra varie famiglie di BUS seriali e paralleli (I2C, SPI, PCI, GPIB). Tecnologia LVDS e BUS PCI Express.


Unità didattica: reti di comunicazione per l’acquisizione dati e reti di sensori, sensor/data fusion(22 ore)


Richiami sulle reti. Modalità di trasmissione, pacchetti e incapsulamento. Modelli, acquisizione e trasmissione dati in contesto industriale. Protocolli seriali RS-xx, e Fieldbus (Foundation Fieldbus e CAN BUS). Ethernet e IEEE 802.11: Confronto di tali soluzioni con il modello descrittivo ISO/OSI, descrizione dei vari livelli, prestazioni. Protocolli WiFi e ZigBee. Introduzione alle reti di sensori. Requisiti di un nodo in una rete di sensori. Budget Energetico e tecniche di Energy Harvesting. Gli Standard IEEE 1451. Propagazione dell’Informazione e Tecniche di Sensor/Data Fusion. Tracking di un oggetto in movimento in una rete di sensori. Prestazioni e Incertezza di Misura. Sincronizzazione di reti di sensori.


 

Supplement

Il modulo affronta vari aspetti della acquisizione ed elaborazione dati remota e in contesti distribuiti, con l'obiettivo di fornire competenze che supportino una eventuale attività progettuale. A tal fine, vengono introdotte le reti di sensori wireless, unitamente a cenni e confronti con sistemi cablati/wireless tradizionali, inclusi quelli per applicazioni industriali. Inoltre, vengono sviluppate tematiche relative al controllo della acquisizione ed elaborazione dati a livello di singolo dispositivo/nodo.

Metodi didattici

Lezione frontale, esercitazioni, laboratorio. Le attività di laboratorio sono svolte dividendo gli studenti in gruppi di due o tre persone.

Testi consigliati

Giacomo Bucci, Architetture dei Calcolatori Elettronici, Mc Graw Hill, ISBN 88-386-0889, 2001. 


Andrew S. Tanenbaum, Architettura dei Computer, Prentice Hall International / UTET Libreria, ISBN: 8877505931, 2000. 


Feng Zhao, Leonidas J. Guibas, Wireless Sensor Networks: an Information Processing Approach, Elsevier, ISBN: 978-1-55860-914-3, 2004.


Winston Seah, Yen Kheng Tan, “Sustainable Wireless Sensor Networks,” www.intech.org;


Hoang Duc Chinh and Yen Kheng Tan, “Smart Wireless Sensor Networks,” www.intech.org;


Dr. Geoff V Merret and Dr. Yen Kheng Tan, “Wireless Sensor Networks: Application-Centric Design,” www.intech.org;

Risultati apprendimento

Conoscenze acquisite:


Comprensione delle nozioni base relative all’acquisizione di dati di misura tramite Sistemi Distribuiti e al pilotaggio remoto della strumentazione di misura mediante vari protocolli di rete.


Comprensione dell'architettura di una rete di sensori wireless ( Wireless Sensor Network, WSN), dell'architettura dei nodi di una WSN, e dei problemi canonici risolti utilizzando le WSN


Competenze acquisite:


Capacità di progettare e realizzare un sistema di misura distribuito per il monitoraggio ambientale o di processo


Capacità di progettare e realizzare nodi di misura utilizzabili in reti di sensori wireless 

Periodo della didattica

Come riportato sul sito del Corso di Laurea

Calendario della didattica

Come riportato sul sito del Corso di Laurea

Attività supporto alla didatticaDati attualmente non disponibili
Lingua di insegnamentoItaliano
Frequenza

Facoltativa ma fortemente consigliata

Sede

Perugia, Dipartimento di Ingegneria

Ore
Teoriche
40
Pratiche
0
Studio individuale
85
Didattica Integrativa
0
Totale
125
Anno2
PeriodoII semestre
NoteDati attualmente non disponibili
Orario di ricevimento

Lunedì, ore 10:12 

Sede di ricevimento

Sede di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, DIEI

Codice ECTS2016 - 7252

Info pagina

Referenti di sezione

Prof. Massimiliano Marianelli
(Delegato per il settore Didattica)

Dott. David Ranucci
(Delegato per il settore Alta formazione)

Prof.ssa Floriana Falcinelli
(Delegato per il settore E-learning)


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