Tecnologie digitali e iot per l'agricoltura
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Conoscere le caratteristiche generali dei principali sistemi embedded e IoT. Comprendere i principi di funzionamento dei principali sensori utilizzati nei processi agricoli e degli attuatori impiegati nella regolazione di macchine e impianti. Studiare le varie tipologie di database. Acquisire i fondamenti logici dei sistemi di comunicazione dati ad uso intra ed extra aziendale.
Risultati apprendimento attesi
Essere in grado di comprendere e gestire un sistema ICT a partire dalla raccolta dei dati, la successiva elaborazione e la loro archiviazione. Conoscere la modalità di acquisizione dei dati mediante sensori e il loro utilizzo all'interno di sistemi di automazione parziale e/o integrale di processo.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
LEZIONI (4 CFU, 40 ore)
1. Fondamenti (8 ore)
- Codifica dell'informazione. Codifica binaria, esadecimale e floating-point. Stringhe. Data, ora e timestamp.
- Formati di dati strutturati. Formato JSON. Formato XML. Formati binari.
- Segnali. Il segnale analogico. Ampiezza e frequenza. Campionamento. Quantizzazione. Il segnale digitale.
- Grandezze fisiche fondamentali. Tensione, corrente, potenza, energia. Altre grandezze.
2. Sistemi embedded e IoT (12 ore)
- Caratteristiche generali. Vincoli. Domini applicativi. Schema di riferimento. Elementi di un sistema embeeded.
- Printed Circuit Boards. Caratteristiche. Produzione e assemblaggio
- Alimentazione. Alimentazione da rete. Batterie primarie. Batterie ricaricabili. Pannelli solari. Regolatori di tensione.
- Microcontrollore. Struttura e caratteristiche. Tipologie di microcontrollori. Periferiche interne.
- Memorie. Memorie volatili. Memorie non volatili. Flash. EPROM/EEPROM. SD-Card.
- Sistemi di interconnessione. Bus paralleli e seriali. Bus sincroni e asincroni. Bus princupali: I2C, SPI, UART. Altri bus (cenni).
3. Sensori (8 ore)
- Introduzione. Struttura di un sensore. Principi di trasduzione. Sensori analogici e digitali. Relazione tra sensore ed ambito applicativo. Caratterizzazione di un sensore.
- Sensori. Temperatura. Umidità relativa. Contenuto idrico. Luminosità. Microfoni. Gas. Composti organici. Velocità e direzione dell'aria. Pluviometri. Sensori di livello.
- Condizionamento del segnale. Amplificazione. Filtri anti-alias. Riduzione del rumore. Filtri analogici e digitali.
- Esempi di trattamento del segnale.
4. Attuatori (4 ore)
- Introduzione. Tipologie di attuatori. Relazione tra attuatore ed ambito applicativo.
- Attuatori. Relé. Elettrovalvole. Motori elettrici. Pompe.
- Meccanismi di controllo. Controllo discreto. Isteresi. Controllo in anello aperto. Controllo in anello chiuso. Controllori P, PI e PID.
- Esempi di controllo.
5. Database (4 ore)
- Introduzione. Tipologie. Database relazionali. Database non relazionali. Timeseries.
- Modello entità-relazione. Tuple. Tabelle. Relazioni. Viste. Chiavi. Normalizzazione.
- Introduzione al linguaggio SQL. Select. Insert. Update. Delete. Join
6. Sistemi di comunicazione (4 ore)
- Lo stack di comunicazione. Livello fisico. Livello logico.
- Protocolli wired. RS232. RS485/422. Ethernet.
- Protocolli wireless. LoRa e LoRa WAN. WiFi. Bluetooth. Zigbee. ZWave.
- Livello logico. Modbus. MQTT, REST
LEZIONI (1 CFU, 16 ore)
7. Esercitazioni (16 ore)
- Codifica dell'informazione
- Bilnacio energetico nei sistemi embedded
- Esempi di trattamento del segnale di un sensore
- Database e SQL
Il corso no presenta differenze di programma tra studenti frequentanti e non frequentanti.
1. Fondamenti (8 ore)
- Codifica dell'informazione. Codifica binaria, esadecimale e floating-point. Stringhe. Data, ora e timestamp.
- Formati di dati strutturati. Formato JSON. Formato XML. Formati binari.
- Segnali. Il segnale analogico. Ampiezza e frequenza. Campionamento. Quantizzazione. Il segnale digitale.
- Grandezze fisiche fondamentali. Tensione, corrente, potenza, energia. Altre grandezze.
2. Sistemi embedded e IoT (12 ore)
- Caratteristiche generali. Vincoli. Domini applicativi. Schema di riferimento. Elementi di un sistema embeeded.
- Printed Circuit Boards. Caratteristiche. Produzione e assemblaggio
- Alimentazione. Alimentazione da rete. Batterie primarie. Batterie ricaricabili. Pannelli solari. Regolatori di tensione.
- Microcontrollore. Struttura e caratteristiche. Tipologie di microcontrollori. Periferiche interne.
- Memorie. Memorie volatili. Memorie non volatili. Flash. EPROM/EEPROM. SD-Card.
- Sistemi di interconnessione. Bus paralleli e seriali. Bus sincroni e asincroni. Bus princupali: I2C, SPI, UART. Altri bus (cenni).
3. Sensori (8 ore)
- Introduzione. Struttura di un sensore. Principi di trasduzione. Sensori analogici e digitali. Relazione tra sensore ed ambito applicativo. Caratterizzazione di un sensore.
- Sensori. Temperatura. Umidità relativa. Contenuto idrico. Luminosità. Microfoni. Gas. Composti organici. Velocità e direzione dell'aria. Pluviometri. Sensori di livello.
- Condizionamento del segnale. Amplificazione. Filtri anti-alias. Riduzione del rumore. Filtri analogici e digitali.
- Esempi di trattamento del segnale.
4. Attuatori (4 ore)
- Introduzione. Tipologie di attuatori. Relazione tra attuatore ed ambito applicativo.
- Attuatori. Relé. Elettrovalvole. Motori elettrici. Pompe.
- Meccanismi di controllo. Controllo discreto. Isteresi. Controllo in anello aperto. Controllo in anello chiuso. Controllori P, PI e PID.
- Esempi di controllo.
5. Database (4 ore)
- Introduzione. Tipologie. Database relazionali. Database non relazionali. Timeseries.
- Modello entità-relazione. Tuple. Tabelle. Relazioni. Viste. Chiavi. Normalizzazione.
- Introduzione al linguaggio SQL. Select. Insert. Update. Delete. Join
6. Sistemi di comunicazione (4 ore)
- Lo stack di comunicazione. Livello fisico. Livello logico.
- Protocolli wired. RS232. RS485/422. Ethernet.
- Protocolli wireless. LoRa e LoRa WAN. WiFi. Bluetooth. Zigbee. ZWave.
- Livello logico. Modbus. MQTT, REST
LEZIONI (1 CFU, 16 ore)
7. Esercitazioni (16 ore)
- Codifica dell'informazione
- Bilnacio energetico nei sistemi embedded
- Esempi di trattamento del segnale di un sensore
- Database e SQL
Il corso no presenta differenze di programma tra studenti frequentanti e non frequentanti.
Prerequisiti
Il corso richiede la conosceza dei fondamenti dell'informatica.
Metodi didattici
I metodi didattici consistono in lezioni frontali ed esercitazioni in aula svollte con il docente.
Il corso non prevede la frequenza obbligatoria.
Il corso non prevede la frequenza obbligatoria.
Materiale di riferimento
Il materiale di riferimento sono le slide fornite dal docente e pubblicate sul sito MyAriel del corso.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame prevede una discussione orale individuale mirata a valutare il livello di conoscenza degli argomenti trattati durante il corso e la capacità di affrontare semplici problemi.
ING-INF/05 - SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI - CFU: 6
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente:
Brandolese Carlo
Siti didattici
Docente/i