МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Методы обработки информации с цифровых и аналоговых датчиков

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройНЕT (реорганизована) 72
Направление подготовки44.04.01. Педагогическое образование
ПрофильПедагог школьного и дополнительного образования в сфере информатики и робототехники
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость2 ЗЕТ
Учебный план44_04_01_ИиР-1-2019
Часов по учебному плану 72
в том числе:
аудиторные занятия 36
самостоятельная работа 36
Виды контроля по семестрам
зачеты: 2

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (2) Итого
Недель 14
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 18 18 18
Практические 18 18 18 18
Сам. работа 36 36 36 36
Итого 72 72 72 72

Программу составил(и):
к.т.н., доцент кафедры радиофизики и теоретической физики, А.Я. Суранов

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности , Д.Д. Рудер

Рабочая программа дисциплины
Методы обработки информации с цифровых и аналоговых датчиков

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 44.04.01 Педагогическое образование (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 22.02.2018г. №126)

составлена на основании учебного плана:
44.04.01 Педагогическое образование
утвержденного учёным советом вуза от 25.06.2019 протокол № 9.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
НЕT (реорганизована) 72

Протокол от 15.08.2019 г. № 1
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор А.А. Лагутин


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании кафедры

НЕT (реорганизована) 72

Протокол от 15.08.2019 г. № 1
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор А.А. Лагутин


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Подготовка магистранта к осуществлению научно-исследовательской деятельности, связанной с обработкой и анализом измерительной информации, работой с пакетами прикладных программ, а также с работой в междисциплинарных областях научных исследований.
Подготовка специалиста, способного представлять, обосновывать и отстаивать результаты собственных исследований и выводов, осознавать ответственность за принятие профессиональных решений.
Формирование социально-личностных качеств научного сотрудника: целеустремленности, организованности, трудолюбия, ответственности, гражданственности, коммуникабельности, толерантности, повышения общей культуры.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1 Способен организовывать и осуществлять обучение по информатике и робототехнике в образовательных организациях основного общего, среднего общего образования в сфере информатики и робототехники
ПК-4 Способен организовывать деятельность обучающихся по освоению дополнительной общеобразовательной программы по информатике и робототехнике
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Основные методы обработки и анализа измерительной информации.
Математические модели явлений и процессов, протекающих в преобразователях физических величин,используемых в конкретной профессиональной области.
Современный уровень развития информационно-измерительных технологий и направления их развития.
3.2.Уметь:
3.2.1.Применять современные пакеты прикладных программ для обработки и анализа измерительной информации.
Выбирать и применять наиболее подходящие алгоритмы обработки результатов измерительных экспериментов в своей профессиональной области.
Выбирать программные и аппаратные компоненты измерительных систем, предназначенных для автоматизации научных исследований в своей профессиональной области.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Построения программно-аппаратных комплексов для сбора, обработки и представления измерительной информации.
Программирования систем обработки и анализа результатов измерительных экспериментов.
Принятия нестандартных решений при подготовке и проведении измерительного эксперимента.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Роль датчиков в системах сбора данных
1.1. Общая структура систем сбора данных и систем управления. Классификация датчиков. Принципы работы датчиков. Виды характеристик преобразования датчиков. Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л3.1, Л2.2
1.2. Анализ и экспериментальная оценка характеристик преобразования датчиков тока, освещённости, расстояния и температуры. Практические 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1
1.3. Общая структура систем сбора данных и систем управления. Классификация датчиков. Принципы работы датчиков. Виды характеристик преобразования датчиков. Сам. работа 2 4 ПК-1
1.4. Аналого-цифровое преобразование измерительных сигналов аналоговых датчиков. Выбор разрядности и частоты дискретизации. Теорема Котельникова. Наложение частот. Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л3.1
1.5. Виды аналого-цифровых преобразователей. Экспериментальная оценка характеристик аналого-цифровых преобразователей. Наблюдение эффекта наложения частот. Практические 2 2 ПК-1, ПК-4
1.6. Аналого-цифровое преобразование измерительных сигналов аналоговых датчиков. Выбор разрядности и частоты дискретизации. Теорема Котельникова. Наложение частот. Сам. работа 2 4 ПК-1
1.7. Виды измерений. Понятие и классификация погрешностей измерений. Статистическая обработка результатов измерений. Модели законов распределения случайных погрешностей. Оценивание и представление погрешностей измерений. Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л2.1
1.8. Статистическая обработка результатов измерений тока, освещённости, расстояния и температуры. Оценка эффективности усреднения результатов измерений. Проверка нормальности закона распределения случайных погрешностей. Практические 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1
1.9. Виды измерений. Понятие и классификация погрешностей измерений. Статистическая обработка результатов измерений. Модели законов распределения случайных погрешностей. Оценивание и представление погрешностей измерений. Сам. работа 2 4 ПК-1
Раздел 2. Калибровка и сопряжение датчиков по проводным и беспроводным иинтерфейсам
2.1. Принципы реализации калибровки датчиков. Аппроксимация характеристик преобразования датчиков. Метод наименьших квадратов. Погрешность калибровки. Лекции 2 2 ПК-1 Л1.1
2.2. Калибровка датчиков тока, освещённости и температуры и оценка погрешности калибровки. Практические 2 2 ПК-1 Л1.1
2.3. Принципы выполнения калибровки датчиков. Аппроксимация характеристик преобразования датчиков. Метод наименьших квадратов. Сам. работа 2 4
2.4. Аппаратная и программная поддержка сопряжения датчиков по проводным и беспроводным иинтерфейсам. Лекции 2 2 ПК-1
2.5. Сопряжение датчиков по проводным и беспроводным иинтерфейсам. Практические 2 2
2.6. Аппаратная и перограммная поддержка сопряжения датчиков по проводным и беспроводным иинтерфейсам. Сам. работа 2 4
Раздел 3. Фильтрация, корреляционный и спектральный анализ результатов измерений
3.1. Фильтрация данных и измерительных сигналов. Типы фильтров. КИХ и БИХ-фильтры. Реализация фильтров с помощью дискретной свёртки или с помощью разностного уравнения. Синтез КИХ-фильтров оконным методом. Виды окон и их спектральные характеристики. Фильтры Савицкого-Голея. Нелинейные фильтры. Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л2.2
3.2. Реализация заданного фильтра оконным методом. Практические 2 2 ПК-1, ПК-4
3.3. Фильтрация данных и измерительных сигналов. Типы фильтров. КИХ и БИХ-фильтры. Реализация фильтров с помощью дискретной свёртки или с помощью разностного уравнения. Синтез КИХ-фильтров оконным методом. Виды окон и их спектральные характеристики. Фильтры Савицкого-Голея. Нелинейные фильтры. Сам. работа 2 4 ПК-1
3.4. Корреляционный метод измерения. Расчёт авто- и взаимно-корреляционной функции, оценка интервала корреляции. Погрешности корреляционного метода измерения. Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л2.2
3.5. Реализация корреляционного метода измерения скорости звука. Практические 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л2.2
3.6. Коореляционный метод измерения. Расчёт авто- и взаимно-корреляционной функции, оценка интервала корреляции. Погрешности корреляционного метода измерения. Сам. работа 2 4
3.7. Спектральный анализ измерительных сигналов: Дискретное и быстрое преобразование Фурье (FFT). Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л2.2
3.8. Спектральный анализ прямоугольного, треугольного и пилообразного сигналов. Практические 2 2 ПК-4 Л1.1, Л2.2
3.9. Спектральный анализ измерительных сигналов: Дискретное и быстрое преобразование Фурье (FFT). Сам. работа 2 4
Раздел 4. Цифровая обработка изображений
4.1. Характеристики изображений на выходе видеокамер. Бинаризация изображений. Обнаружение объектов на изображении. Измерение параметров объектов. Лекции 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1
4.2. Обнаружение объекта заданной формы на изображении и измерение его размеров. Практические 2 2 ПК-1, ПК-4 Л1.1, Л2.2
4.3. Характеристики изображений на выходе видеокамер. Бинаризация изображений. Обнаружение объектов на изображении. Измерение параметров объектов. Сам. работа 2 4

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
См. Приложение (Файл Фонд оценочных средств).
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
См. Приложение (Файл Фонд оценочных средств).
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
См. Приложение (Файл Фонд оценочных средств).

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 В.П. Федосов, А.К. Нестеренко Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учебное пособие М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 e.lanbook.com
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 С.А. Ахманов, Ю.Е. Дьяков, А.С. Чиркин Статистическая радиофизика и оптика: Учебное пособие Москва : Физматлит // ЭБС "Лань", 2010 https://e.lanbook.com/book/48263
Л2.2 Суранов А.Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям: Справочник М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 e.lanbook.com
6.1.3. Дополнительные источники
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л3.1 А.Я. Суранов Аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование: Методические указания к выполнению лабораторной работы Изд-во АлтГУ, 2000
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
519М электронный читальный зал с доступом к ресурсам «ПРЕЗИДЕНТСКОЙ БИБЛИОТЕКИ имени Б.Н. Ельцина» - помещение для самостоятельной работы Учебная мебель на 46 посадочных мест; 1 Флипчарт; компьютеры; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" и доступом в электронную информационно-образовательную среду; стационарный проектор: марка Panasonic, модель PT-ST10E; стационарный экран: марка Projecta, модель 10200123; система видеоконференцсвязи Cisco Telepresence C20; конгресс система Bosch DCN Next Generation; 8 ЖК-панелей
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
304К лаборатория телекоммуникаций и цифрового телевидения центр систем автоматизации и управления - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; стеллажи под лабораторное оборудование; проектор: марка INFOCUS модель IN24 - 1 единица; программно-аппаратный комплекс измерения технологических параметров на базе плат, система сбора данных AFS, средства отладки и программирования DL-NEXYS, станции паяльные ERSA (2шт.), телефон системный Panasonic KX-DT321RU-B (2шт.), IP-платформа Panasonic KX-NCP1000RU, Анализатор спектра R&S FSH8, модальная система анализа и генерации сигналов, персональные портативные устройства сбора данных NI myDAQ; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсам "Техника приема и обработки сигналов", "Проектирование устройств на ПЛИС", "Цифровая и микропроцессорная техника".

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

При изучении тем курса следует самостоятельно повторить рассмотренные вопросы, пользуясь рекомендованной литературой, и ответить на контрольные вопросы. Возможен вариант опережающего знакомства с материалом лекции с тем, чтобы на лекции получить ответ на возможные вопросы. Целесообразно постараться "привязать" рассматриваемые вопросы к теме своей магистерской работы. Также желательно проверить все рассматриваемые математические вопросы с помощью моделирования или использования реального оборудования. Рекомендуемой средой программирования для этого является среда графического программирования LabVIEW.