Παρουσίαση/Προβολή

(ECE_ELE960) -  Βασίλειος Καψάλης (θεωρία και εργαστήριο)

Περιγραφή Μαθήματος

Είναι ένα εξειδικευμένο μάθημα στο πεδίο των προηγμένων μικροϋπολογιστικών συστημάτων, που καλύπτει τη δομή και την αρχιτεκτονική αυτόνομων συστημάτων όσο και συστημάτων που λειτουργούν στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT). Διδάσκεται στο 9ο εξάμηνο και είναι μάθημα ελεύθερης επιλογής (ΕΕ).

Σκοπός του μαθήματος είναι η κατανόηση των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων και ειδικά των μικροελεγκτών αρχιτεκτονικής RISC-V, της λειτουργίας τους καθώς και του τρόπου επικοινωνίας τους με εξωτερικές μονάδες εισόδου/εξόδου (I/O) και το Διαδίκτυο.

Το μάθημα καλύπτει την αρχιτεκτονική προηγμένων 32-bit μικροελεγκτών που ακολουθούν την αρχιτεκτονική RISC-V (ESP32-C3, ESP32-C6), τους τρόπους σύνδεσης με αναλογικές/ψηφιακές εισόδους/εξόδους χρησιμοποιώντας κατάλληλα ολοκληρωμένα κυκλώματα και διαδεδομένα πρωτόκολλα (RS232, I2C, SPI, CAN) καθώς και τη διασύνδεσή τους μέσω του πρωτοκόλλου MQTT με IoT πλατφόρμες (HiveMQ MQTT broker, ThingSpeak, ThingsBoard κλπ.) για την ανάπτυξη εφαρμογών παρακολούθησης και ελέγχου μέσω του Internet.

 

Το μάθημα αποτελείται από τις ακόλουθες ενότητες:

1. Σύγχρονοι μικροελεγκτές και ενσωμάτωσή τους στην υποδομή IoT.
2. Μικροελεγκτές αρχιτεκτονικής RISC-V (ESP32-C3, ESP32-C6).
3. Σύνδεση μικροελεγκτών με αισθητήρες και ενεργοποιητές (GPIO, ADC, DAC).
4. Τοπικά πρωτόκολλα (RS232, 1-Wire, I2C, SPI, CAN).
5. Προγραμματισμός μέσω RISC-V Assembly, C/C++, MicroPython.
6. Πρωτόκολλο MQTT για σύνδεση στο IoT.
7. Ανάπτυξη εφαρμογών παρακολούθησης και ελέγχου μέσω του Internet (IoT).
8. Υλοποίηση σεναρίου ελέγχου στο ευφυές ενεργειακό δίκτυο με αντικείμενο τη διαχείριση ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.

 

Εργαστηριακές Ασκήσεις

Θα διεξαχθούν 5 εργαστηριακές ασκήσεις με αντικείμενα τη σύνδεση του ESP32-C3 με συσκευές εισόδου/εξόδου (αναλογικές και ψηφιακές), σειριακή επικοινωνία, διασύνδεση με MQTT broker και υλοποίηση IoT σεναρίων παρακολούθησης και ελέγχου μέσω του Internet.

 

Project

Στο πλαίσιο του μαθήματος θα πραγματοποιηθεί εκπόνηση project, που θα περιλαμβάνει και θα ολοκληρώνει τα αντικείμενα των εργαστηριακών ασκήσεων.

 

Μέθοδος αξιολόγησης

α) Τελική γραπτή εξέταση επί του θεωρητικού μέρους του μαθήματος.

β) Παράδοση των εργαστηριακών ασκήσεων (υποχρεωτική)

γ) Project.

Ο τελικός βαθμός προκύπτει από την στάθμιση των βαθμών θεωρίας (α), εργαστηρίου (β) και project (γ) με συντελεστές βαρύτητας 50%, 30% και 20%, αντίστοιχα.

Τελικός βαθμός = (α)*50% + (β)*30% + (γ)*20%

Προϋπόθεση για προβιβάσιμο τελικό βαθμό είναι η ύπαρξη προβιβάσιμων βαθμών, τόσο στη θεωρία όσο και στο εργαστήριο.

 

Προτεινόμενη βιβλιογραφία

1. David A. Patterson, John L. Hennessy, "Οργάνωση και σχεδίαση υπολογιστών, έκδοση RISC-V (Η διασύνδεση υλικού και λογισμικού)", Κλειδάριθμος, 2024.
2. Sarah L. Harris, David Harris, "Digital Design and Computer Architecture - RISC-V Edition", Morgan Kaufmann, 2022.
3. Warren Gay, "RISC-V Assembly Language Programming Using ESP32-C3 and QEMU", elector, 2022.
4. Raj Kamal, "Internet of Things, Architecture and Design Principles", 2017, McGraw Hill Education.
5. RioT Bridgera, "A Reference Guide to the Internet of Things", https://bridgera.com/wp-content/uploads/2018/10/IoTeBook3.pdf
6. Charles Bell, "MicroPython for the Internet of Things", 2nd edition, Apress, 2024.
7. HiveMQ, “MQTT & MQTT 5 Essentials”, https://www.hivemq.com/mqtt-5/
8. ESP32-C3 Wireless Adventure - A Comprehensive Guide to IoT, Espressif Systems, 2023.
9. Hans-Petter Halvorsen, "MQTT - A Communication Protocol popular in Internet of Things Applications", https://www.halvorsen.blog/documents/technology/mqtt/resources/MQTT.pdf
10. Neil Kolban, "Koban's book on ESP32", May 2017.

Ημερομηνία δημιουργίας

Δευτέρα 10 Ιουλίου 2023