Sistemes de percepció

ENGINYERIA EN AUTOMÀTICA I ELECTRÒNICA INDUSTRIAL
SISTEMES
DE
PERCEPCIÓ
Guia de l’assignatura
Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial
29500 Sistemes de Percepció. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
1
Crèdits: 6 (4,5 teoria + 1,5 pràctiques)
Crèdits ECTS: 4,8
Tipus: Troncal
Coordinador: JOSÉ LUIS ROMERAL MARTÍNEZ (romeral@eel.upc.edu)
Altres Professors: JUAN ANTONIO ORTEGA REDONDO (ortegar@eel.upc.edu)
Departament: Enginyeria Electrònica
Presentació
Coneixements previs
Per al correcte seguiment d'aquesta assignatura, seran necessaris coneixements previs adquirits en
assignatures com:
Electrònica analògica
Electrònica digital
Sistemes en temps continu
Camp professionals
Disseny i Instal·lació de sistemes de fabricació industrial
Muntatge de màquines i cadenes de producció
Integració de sistemes
Relació amb altres assignatures
Aquesta assignatura complementa a altres de la carrera, com a Control i Programació de Robots,
Sistemes de Producció Integrats, i Enginyeria de Control.
Objectius generals
El Curs comença amb l'estudi de les diferents alternatives per a la conversió d'una variable física,
química o biològica en un senyal elèctric, la qual cosa porta al concepte de Sensor o Transductor.
L'objectiu en aquest punt és conèixer per tant els principis de funcionament dels sensors industrials, i
les diferents estructures i tecnologies de fabricació.
S'introdueix al disseny de sistemes d'adquisició de dades per a monitorització o control de processos,
incloent l'estudi d'onades, tècniques d'apantallament i principis de protecció contra interferències
electromagnètiques, amb l'objectiu de formar l'alumne per al disseny de sistemes reals de captura de
variables físiques i pretractament analògic.
Finalment, s'inclouen tant les tècniques de processat digital com els fonaments teòrics del
reconeixement de formes, cercant formar l'alumne amb els coneixements necessaris per abordar
problemes de reconeixement de patrons digitalitzats. En el programa es presta especial atenció a la
visió artificial.
Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial
29500 Sistemes de Percepció. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Temari
INTRODUCCIÓ (1 hora)
TEMA 1.-
SENSORS (11 hores)
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
Concepte de sensor.
Elements de transducció. Principis Físics.
Característiques estàtiques, físiques i dinàmiques.
Sensors i detectors. Classificació.
Detectors de proximitat.
Detectors inductius, capaciti-us i òptics.
Sensors de posició.
Sensors analògics, ultrasónicos i òptics
Transductors de força,
Sensors per a visió artificial.
TEMA 2.- ADQUISICIÓ DE SENYALS: Preprocessat (7 hores)
−
−
−
−
−
−
−
Mesura de petites i grans senyals analògics. Aïllament i proteccions
Amplificadors amb aïllament galvànic
Amplificadors Norton i Amplificadors de Transconductància
Tècniques de filtrat de senyals analògics: Filtres de 1r i 2n Ordre.
Conversió A/D. Tècniques de multiplexat i de conversió
Zero de referència i CI de referència
Conversió V/f (VCO) i f/V
TEMA 3.- EMI EN SISTEMES D'ADQUISICIÓ DE SENYALS (3 hores)
−
−
−
−
−
−
−
−
Definició d'EMI, EMC
Concepte de font , víctima i camí de propagació d'EMI
Pertorbacions conduïdes, adaptades i radiades. Mesures
Acoblament capacitiu: Model general, variables que afecten.
Acoblament magnètic: Model general, variables que afecten
Interferències en mode comú i en mode diferencial.
Conceptes de zero, massa i terra.
Tècniques bàsiques d'apantallament.
TEMA 4 .- TÈCNIQUES DE PROCESSAT DIGITAL. (8hores)
−
−
−
Senyals i sistemes discrets.
Sistemes en el domini temporal.
Operació de convolució.
2
Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial
29500 Sistemes de Percepció. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
−
−
−
−
3
Operació de correlació
Transformada de Fourier i resposta freqüencial
Sistemes en el domini transformat
Filtres IIR i FIR
TEMA 5 .- RECONEIXEMENT DE PATRONS. (7hores)
−
−
−
−
−
−
−
−
−
Millora d'imatges.
Operacions puntuals.
Operacions espacials.
Operacions transformades.
Sistemes de millora de la imatge
Visió artificial.
Detecció de contorns.
Detecció de formes.
Reconeixement òptic de caràcters
TEMA 6 .- INTEGRACIÓ SENSORIAL. (3hores)
−
−
−
−
−
Estimadors per a modelatge de motors.
Mesura de magnituds compostes.
Mesures de potència.
Mesures d'energia elèctrica.
Exemple pràctic d'integració en Robots.
Objectius específics dels mòduls
−
Mòdul 1 Sensors (10 hores)
Presentació dels diferents tipus de detectors i sensors industrials, indicant les seves
característiques, i aplicacions típiques.
•
Mòdul 2 Adquisició de senyals . Preprocessat (7 hores)
Descriu les tècniques d'adquisició de senyals analògics, amplificació, filtrat i conversió A/D.
•
Mòdul 3 EMI en sistemes industrials (3 hores)
Explicar els orígens de les pertorbacions electromagnètiques, les formes de propagació i els
possibles efectes sobre dispositius i sistemes electrònics.
•
Mòdul 4 Tècniques de processat digital
(8 hores)
Presenta les tècniques de mostratge i tractament digital de senyals analògics llegits de la
planta.
S'introdueix també la representació freqüencial de sistemes continus i discrets, i el filtrat de
senyals amb estructures iteratives FIR i IIR.
Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial
29500 Sistemes de Percepció. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
•
Mòdul 5 Reconeixement de patrons
4
(7 hores)
S'introdueixen els conceptes de processat d'imatges, tractaments de sistemes bidimensionals i
reconeixement i generació de patrons d'informació
•
Mòdul 6 Integració sensorial
(3 hores)
En aquest mòdul s'exposen exemples d'integració de mesures físiques obtingudes de sensors
amb variables estimades mitjançant estimadors o observadors, per a alguns casos típics
d'aplicació industrial.
Metodologia de treball
L'assignatura s'estructura en dos grans blocs: Per un costat Detectors i Sensors i Lectura i
Tractament analògic de senyals de planta, i per l’altre el Processat Digital d'Informació.
Cada part serà impartida per un professor distint, la qual cosa facilitarà la contrastació de
diferents punts de vista per part de l'alumne. Les classes seran presencials, amb suport de
transparències, informació digitalitzada (projecció de presentacions amb canons de vídeo) i
discussió de manuals d'equips i components.
Es resoldran diferents problemes al llarg del curs, que representen casos pràctics de disseny
i aplicació industrial.
A més a més, les pràctiques de l'assignatura reforcen els continguts presentats, i permeten
la validació dels coneixements adquirits per l'alumne.
Sessions presencials teoria, problemes
Sessió 1 (1 hora):
Presentació de l'assignatura. Continguts, organització i avaluació,
Sessió 2 (2 hores):
Característiques estàtiques i dinàmiques del sensors. D
Sessió 3 (1 hora):
Detectors de proximitat inductius i capaciti-us i òptics
Sessió 4 (2 hores):
Detectors de proximitat òptics i ultrasònics. Resum general detectors
Sessió 5 (1 hora):
Sensors de posició analògics. Sensors resistius i magnètics
Sessió 6 (2 hores):
Sensors de posició òptics
Sessió 7 (1 hora):
Sensors de efecte Hall
Sessió 8 (2 hores):
Transductors de força, parell i cabal
Sessió 9 (1 hora):
Adquisició de senyals . Introducció
Sessió 10 (2 hores):
Tipus d'amplificadors de senyal
Sessió 11 (1 hora) :
Tècniques de filtrat de senyals analògics
Sessió 12 (2 hores):
Exemples de filtres d’ordre superior a dos
Sessió 13 (1 hora):
Tècniques de conversió A/D. Errors de conversió
Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial
29500 Sistemes de Percepció. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
5
Sessió 14 (2 hores):
Introducció a l'EMC. EMI en sistemes d’adquisició de senyals.
Sessió 15 (1 hora):
Tipus d’acoblaments. Proteccions
Sessió 16 (2 hores):
Senyals i sistemes discrets
Sessió 17 (1 hora):
Representació freqüencial de senyals i sistemes
Sessió 18 (2 hores):
Sistemes IIR i FIR
Sessió 19 (1 hora):
Sistemes IIR i FIR: programació sobre micro 80C537
Sessió 20 (2 hores):
Disseny de Filtres Iir i FIR
Sessió 21 (1 hora):
Fonaments de processat d'imatge
Sessió 22 (2 hores):
Sistemes de millora d'imatge
Sessió 23 (1 hora):
Segmentació d'imatges
Sessió 24 (2 hores):
Reconeixement de patrons
Sessió 25 (1 hora):
Reconeixement de patrons
Sessió 26 (2 hores):
Integració sensorial
Sessió 27 (1hora):
Integració sensorial
Pràctiques, laboratoris
−
Pràctica 1: SENSORS
−
Pràctica 2: SISTEMES D'ADQUISICIÓ DE DADES
−
Pràctica 3: INSTRUMENTACIÓ DIGITAL
SISTEMES D'ADQUISICIÓ DE DADES
−
Pràctica 4:
DESENVOLUPAMENT D'UN SISTEMA AUTOMATITZAT D'ADQUISICIÓ I
PROCESSAT DE DADES
BASADA
EN
ORDINADOR.
CONTROL
Organització en mòduls i temps de dedicació de l'estudiant
Mòduls
Temps
de lectura
Mòdul 1:
Mòdul 2:
Mòdul 3:
Sensors
Adquisició de senyals. Preprocessat
EMI en sistemes industrials
Temps
total
11hores
7 hores
3 hores
Mòdul 4:
Tècniques de processat digital
8 hores
Mòdul 5:
Mòdul 6:
TOTAL:
Reconeixement de patrons
Integració sensorial
7 hores
3 hores
39 hores
DE
Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial
29500 Sistemes de Percepció. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
6
Materials
Bibliografia bàsica
•
C. Loughlin,. “Sensors for industrial inspection”,
•
Proakis, John G. i Manolakis, Dimitris G. "Tractament Digital de Senyals: Principis, algorismes
i aplicacions." 3a edició. Ed. Prentice-Hall
•
C. Gonzalez, P. E. Woods, "Digital Image Processing" (Tercera edició), Addison-Wesley,
1993.
•
Sing-Tzo Bou, "Pattern recognition and Image preprocessing", Dekker.
•
Apunts de l'assignatura, publicats per cada professor
Kluwer Academic Publishers, 1993
Bibliografia complementària
•
Maravall, "Reconeixement de formes i visió artificial", Branca, 1993.
•
Fu, R.C. González i C.S.G. Llegeix, "Robòtica", Mc Graw Hill.
Avaluació
L'avaluació de l'assignatura depèn de la qualificació obtinguda en dos proves obligatòries, ambdues
presencials, a meitat i final del curs, i de la qualificació de les Pràctiques. Els pesos respectius són:
1a prova presencial:
35%
2a prova presencial:
40%
Pràctiques:
25%
Cada prova presencial consta de dues parts:
1. Preguntes breus o tipus test (50%).
2. Exercicis, podent tractar-se de problemes de càlcul o exercicis d'aplicació (50%).
L'assistència i realització de les pràctiques de Laboratori és condició necessària i suficient per a
l'aprovat de les mateixes. La nota final de pràctiques s'obtindrà de la qualificació de les pràctiques
realitzades pels alumnes.