Katedra měření prezentovala studentské projekty v oblasti SDI na výstavě embedded world 2018 v Norimberku

Podobně jako v minulých letech se na přelomu února a března v Norimberku konal veletrh embedded world 2018. Jedná se o jednu z největších akcí v oblasti embedded systémů v Evropě. Tento rok se malou expozicí s prezentací studentských projektů zúčastnila také katedra měření ČVUT − FEL v Praze. Jak to bylo možné? Vedle své vlastní expozice firma STMicroelectronics poskytla ještě další velký prostor pro tzv. Fan zónu, kde tak mohly vystavovat své projekty s mikrořadiči STM32 různé start-up firmy a spolupracující univerzitní pracoviště. Právě zde měla katedra měření svou expozici s názvem Software Defined Instrumentation.

Na katedře již delší dobu v rámci studentských projektů probíhá vývoj výukových systémů s využitím metody SDI − Software Defined Instrumentation. Hlavní motivací vývoje je hledat náhradu standardních laboratorních přístrojů (voltmetr, impulsní generátor, osciloskop, funkční generátor, čítač, ...). V laboratořích jsou sice k dispozici standardní přístroje pro výuku, není jich však obvykle tolik, aby každý student měl sám pro sebe pracoviště s danými přístroji, a především je nemá doma, což je překážkou při samostatné práci.

Oproti minulosti studuje v současné době na elektrotechnických fakultách relativně málo studentů – „bastlířů“, kteří by se elektronikou zabývali i sami doma. To se projevuje v nižších praktických znalostech studentů v oblasti elektroniky. Je však předpoklad, že by tento nedostatek bylo možno kompenzovat rozšířenou praktickou laboratorní výukou a samostatnou domácí prací, což však opět naráží na problém přístrojů.

Cílem projektů SDI tak bylo vytvořit jednoduché, současně však také velmi levné náhrady standardních přístrojů, které by student měl k dispozici po celý semestr pro svou práci ve škole i doma. V případě zájmu by si takový přístroj mohl sestavit i pro svou soukromou potřebu a další domácí experimenty. Současně by však přístroj řešený metodou SDI měl mít rysy a chování podobné, jako mají standardní přístroje – např. osciloskop.

V současné době jsou k dispozici mikrořadiče s jádrem ARM Cortex-M s výkonnými periferiemi, čítači, převodníky ADC a rozhraním USB. Protože prakticky každý student má osobní počítač s rozhraním USB, nabízí se pro realizaci přístroje využít výkonný mikrořadič ve spolupráci s PC. Takový způsob řešení multifunkčních laboratorních přístrojů, byť ve velmi omezené a zjednodušené – současně však i ve velmi ekonomické – formě se ukázal být cestou, jak překlenout problém praktického ověření teoretických poznatků v hromadné laboratorní výuce (všichni studenti v laboratoři v jednom okamžiku řeší stejnou úlohu) v oblasti obvodů, elektroniky, senzorů a přístrojové techniky. Navíc to řeší i možnost následné domácí práce na samostatných projektech v daných předmětech. Zkušenosti z využití přístrojů SDI v několika kurzech v minulých dvou letech ukázaly, že to je cesta správným směrem. Protože se toto řešení ukazuje perspektivním, bylo logickým pokračováním prezentovat jej na odborném fóru a nabídnout jeho využití i zahraničním univerzitám.

U vystavovaných exponátů se jednalo o realizaci přístroje jediným čipem mikrořadiče STM32F042, případně STM32F303. Hlavním kritériem návrhu byla nenákladná a snadno opakovatelná realizace přístroje bez požadavku na předběžné znalosti a zkušenosti realizátora. V diskusích se zahraničními profesory, učiteli a dalšími zájemci na embedded world 2018 se ukázalo, že to bylo správně. Naše řešení je velmi zaujalo, chválili jej a zajímali se o jeho rychlé využití, což není problém.

Pro zájemce z ČR jsou SDI aktuálně využívané ve výuce dostupné i na české stránce: http://embedded.fel.cvut.cz/kurzy/lpe_sw.

Při výstavě nastala i další zajímavá situace. Na vedlejším stánku studenti z univerzity v Budapešti vystavovali model samořídicího autíčka. Při experimentech se jim spálil koncový stupeň a nevěděli, co dalšího se poškodilo. Potřebovali zjistit, zda řídicí jednotka generuje impulsy. Použitím SDI osciloskopu realizovaném na nepájivém kontaktním poli doplněném odporovým děličem rychle zjistili stav a vše opravili tak, že mohli pokračovat v prezentaci. Ukazuje se tedy, že použití jednoduchých přístrojů řešených metodou SDI se nemusí nutně omezit jen na oblast výuky.