INSTITUUT VOOR DEELTIJD HTO

Transcriptie

1 INSTITUUT VOOR DEELTIJD HTO Hogeschool van Amsterdam BLOKHANDLEIDING I-2/H-4 OPLEIDING ELEKTROTECHNIEK Project: Embedded systems Opgesteld door: Barend Bokhorst, Reinder Jongsma, Hans Mooij, Frank Pasveer Datum: augustus 2002 Status: Definitief Versie: 2.5

2 Wijzigingen t.o.v. vorige versies van de blokhandleiding Versie 2.3 Versie voor studiejaar Versie 2.4 Aangepast aan standaard layout; geen inhoudelijke wijzigingen Versie 2.5 Editorial: toevoeging nieuwe code H-4 aan oude code I-2 Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 2 van 11

3 Inhoudsopgave 1 INLEIDING 4 2 HET PROJECT OPDRACHTOMGEVING (CONTEXT) OPDRACHT PROJECTOMVANG EN ZWAARTE VAN HET PROJECT PROGRAMMA VAN EISEN 5 3 DE ORGANISATIE ROOSTER VAN HET PROJECT EMBEDDED SYSTEMS ROOSTER EN INHOUD VAN HET CONCEPTUELE ONDERWIJS ROOSTER EN INHOUD VAN DE WORKSHOPS DAGEN, LOCATIES, PROJECTBEGELEIDERS EN DOCENTEN 8 4 LEERDOELEN, TOETSEN EN BEOORDELING LEERDOELEN REGISTRATIE VAN DE VORDERINGEN VAN DE STUDENT IN VOLG CIJFER VOOR PROJECT (CODE PROJ, 3 STUDIEPUNTEN) CIJFER VOOR CONCEPTUEEL ONDERWIJS (CODE COLL, 4 STUDIEPUNTEN) CIJFER VOOR BIJDRAGE BEROEPSPRAKTIJK (CODE BRPT, 8 STUDIEPUNTEN) EISEN OM VOOR EEN BLOK TE SLAGEN BIJ ONVOLDOENDE RESULTAAT 10 5 LITERATUUR EN HANDLEIDINGEN TE GEBRUIKEN BIJ HET PROJECT FOURIER ANALYSE PROGRAMMEREN IN C++ 11 Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 3 van 11

4 1 Inleiding Het onderwerp van dit blok is: embedded systems. De gekozen toepassing voor dit project is de realisering van een automatische stofzuiger. Wij vinden het heel normaal om een wasmachine of vaatwasmachine te starten en vervolgens boodschappen te gaan doen, waarna we erop rekenen dat de schone was of vaat op ons staat te wachten, als we thuiskomen. Met een klassieke stofzuiger is dat onmogelijk. Je kunt hem starten, vervolgens boodschappen gaan doen maar bij terugkomst een schoon gezogen huis vinden, is een utopie. Of niet soms? Het antwoord ligt in het fenomeen embedded systems. Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 4 van 11

5 2 Het project 2.1 Opdrachtomgeving (context) Waar staat de term Embedded system eigenlijk voor? Kort gezegd betekent het dat in een mechanisch apparaat een stukje intelligentie is ingebouwd, of ingebed. Dit kan van heel eenvoudig tot zeer geavanceerd. Enkele voorbeelden: Huishouden: Een broodmachine, magnetron of een foodprocessor. Huishouden: De programmeermogelijkheden van een wasmachine of een vaatwasmachine. Huishouden: Televisie, videorecorder of een scheerapparaat. Verkeer: Een motor management systeem in een personenauto zorgt ervoor dat benzine op het juiste moment en in de juiste hoeveelheid ingespoten wordt. Dit wordt bepaald op basis van de snelheid, de belasting en vaak nog andere parameters. 2.2 Opdracht Een grote fabrikant van stofzuigers heeft de intentie om een zelfdenkende stofzuiger te gaan produceren. De fabrikant benadert een ingenieursadviesbureau met de opdracht om een voorstudie te doen en een prototype te bouwen van een zelfdenkend wagentje. Jij bent als ontwerper werkzaam bij het betreffende elektrotechnisch ingenieursbureau. Aan jou (en je projectteam) dus de taak om een wagentje te ontwerpen en een werkend prototype te maken dat zelfstandig door het huis rijdt. Bovendien moet het wagentje in staat zijn binnen een minimale tijd een maximale oppervlakte van de vloer te bestrijken en zichzelf op een vaste bergplaats kunnen parkeren. Daar wordt eveneens automatisch - de accu opgeladen. Als het resultaat van alle inspanningen een goed functionerend en betrekkelijk goedkoop ontwerp is, zal de stofzuigerfabrikant het in productie nemen en een zelfdenkende stofzuiger op de markt brengen (die zijn overigens in Japan al lang standaard te koop in winkels met huishoudelijke apparatuur). 2.3 Projectomvang en zwaarte van het project Dit project is waarschijnlijk iets zwaarder dan het voorgaande. Als je de projecten vergelijkt, zul je zien dat de toenemende zwaarte niet zozeer wordt bepaald door de moeilijkheidsgraad van de aangeboden leerstof, maar door andere oorzaken. Voor Project I-1 is de aangeboden leerstof voor veel studenten min of meer bekend (dan lijkt het simpel). Voor Project I-2 is de leerstof voor de meesten van jullie waarschijnlijk onbekend (dan lijkt het moeilijk). Bedenk daarbij ook dat de projectbegeleiders de taak hebben om hun ondersteuning steeds verder af te bouwen. Na het laatste project moet je immers zonder begeleidende docent in je werkkring op ingenieursniveau kunnen functioneren. 2.4 Programma van eisen Door de school wordt een LEGO Mindstorms Robotics Invention System bouwdoos ter beschikking gesteld om het prototype te ontwikkelen. Het vloeroppervlak van het testparcours zal minimaal 10 m 2 en maximaal 16 m 2 bedragen. Dit oppervlak zal worden opgedeeld in 100 velden (10x10). Willekeurig zal in een aantal velden obstakels worden geplaatst (maximaal 8 obstakels in 8 velden). De oppervlakte van deze obstakels zal niet groter zijn dan de oppervlakte van het veld waarin het is Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 5 van 11

6 geplaatst. Voor de scheiding van velden zal tape worden toegepast. De eis is dat het prototype in een minimale tijd alle velden moet hebben aangedaan waarin geen obstakel staat en uiteindelijk op de startpositie moet terugkeren. Jullie moeten voor deze opdracht zelf het programma van eisen verder uitwerken. Wij volstaan hier met het noemen van enkele aandachtspunten: Energiegebruik Geschiktheid voor diverse soorten vloerbedekking (kleur) Geschikte tape voor de afscheiding Wel of niet werken in het donker (men kan ook over het apparaat vallen!) Etc. Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 6 van 11

7 3 De organisatie Dit studieblok bestaat uit 9 weken. Je bent twee dagen per week ingeroosterd en dient minstens nog twee avonden thuis of op school zelfstandig te werken. Van de twee ingeroosterde avonden wordt in het begin van het blok meer tijd gereserveerd voor contactonderwijs en minder voor het project. Aan het eind van het blok is dit precies andersom. Dit wordt weergegeven in het volgend model. Voor de twee ingeroosterde avonden geldt dus een variabele indeling. In het begin zal ongeveer twee uur worden besteed aan contactonderwijs en/of workshops, en blijft er dus ongeveer één uur over om op school aan het project te werken. Het contactonderwijs zal tijdens het blok worden afgebouwd tot ongeveer één uur, zodat er aan het eind van het blok ongeveer twee uur overblijven om aan het project te werken. Tijdens contactonderwijs zullen concepten toegelicht worden uit de vakgebieden fourier analyse en programmeren. De workshops dienen ter ondersteuning van het conceptueel onderwijs. De laatste 1 à 2 weken zijn voor afronding, evaluatie en beoordeling. Het contactonderwijs staat onder leiding van een docent, het project staat onder leiding van één of meer projectbegeleiders. Docent en projectbegeleider kunnen dezelfde persoon zijn. Het streven is om de moduul programmeren zo in te richten dat dit het project ondersteunt en de concepten die tijdens het project aan bod komen verder uitdiept. De moduul fourier analyse is een kennismaking met signaalanalyse. Dit onderwerp zal verder worden uitgewerkt in de blokken I3 en I Rooster van het project Embedded systems In dit blok ga je je verder bekwamen in het systematisch plannen van het projectwerk. Om die reden vind je op deze plek niet een al uitgewerkte planning van week tot week; die dienen jullie (als projectgroep) zelf te maken. Om je hierbij te helpen is een studentenhandleiding samengesteld (te verkrijgen bij de studentenadministratie van de DtHTO, zie ook hoofdstuk 5.1), en is een samenvatting opgenomen aan het eind van dit blokboek. Bij het plannen moet je met een aantal belangrijke dingen rekening houden: In de studentenhandleiding is een voorbeeld opgenomen van een planning doormiddel van werkpakketbeschrijvingen. Die kunnen je een indruk geven van de planning en de tijd die je per fase zou moeten geven aan dingen zoals een 0-document, een startdocument, etc. Ongeveer halverwege het project is er een tussenpresentatie. In de laatste week is het altijd heel druk met presentaties en toetsen van de verschillende blokken; zorg daarom dat je niet te laat afspreekt met docenten en projectbegeleiders welke mogelijkheden je zelf hebt voor het inleveren van het eindverslag, en het houden van een presentatie: ook zij hebben tijd nodig en moeten hun werkzaamheden afstemmen. Eventueel zal de blokcoördinator een rooster maken met data van toetsen en presentaties. Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 7 van 11

8 3.2 Rooster en inhoud van het conceptuele onderwijs Fourier Analyse In 8 opeenvolgende instructies zullen de volgende onderwerpen behandeld worden: 1. Lineaire systemen 2. Lineaire differentiaalvergelijkingen 3. Complex rekenen 4. Overdrachtsfuncties 5. Periodieke signalen 6. Periodieke signalen als som van sinussen en cosinussen 7. Periodieke signalen als som van complexe e-machten 8. Fourierreeksontwikkeling Programmeren in C++ In 8 opeenvolgende instructies zullen de volgende onderwerpen behandeld worden: 1. Taal elementen. 2. Declaratie van variabelen. 3. Functies. 4. Objecten. 5. Classes. 6. Include files. 7. File I/O. 8. Pointers. 3.3 Rooster en inhoud van de workshops Er zijn in dit studieblok 8 workshops, 1 per week. Zij dienen ter ondersteuning dienen van fourier analyse. Hieronder een overzicht van de onderwerpen per week: 1. Introductie MatLab 2. Complexe getallen 3. Samenstellen van een periodiek signaal 4. Decompositie van de overdrachtsfunctie in reëel en imaginair deel 5. Responsie van de complexe overdrachtsfunctie op een complex ingangssignaal 6. FFT 7. Interpretatie FFT-spectrum 8. Afronding en uitloop Hierbij wordt gebruik gemaakt van: MatLab 3.4 Dagen, locaties, projectbegeleiders en docenten De ingeroosterde dagen vallen op maandag en woensdag van 19:00 uur tot 22:00 uur. Omdat de roosters soms wijzigen, worden de gegevens over de precieze tijden, lokalen, en docenten apart uitgegeven. Je kunt een actueel rooster ophalen bij de studentenadministratie van de DtHTO. Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 8 van 11

9 4 Leerdoelen, toetsen en beoordeling 4.1 Leerdoelen Elk blok van 9 of 10 weken kent zijn eigen leerdoelen. Onderstaand de belangrijkste leerdoelen voor dit blok: Systematisch analyseren van een programma van eisen Vertalen van een programma van eisen naar een functioneel ontwerp Implementeren van de vastgestelde functionaliteit Systematisch kunnen testen van functionaliteit op basis van een programma van eisen Verdiepen en toepassen van concepten uit de fourier analyse Verdiepen en toepassen van concepten uit de programmeertechniek 4.2 Registratie van de vorderingen van de student in Volg+ In Volg+ worden per student, per studieblok van 9 of 10 weken de volgende gegevens bijgehouden: Cijfer voor het project, (3 studiepunten) Cijfer voor colleges, al dan niet opgedeeld in een apart cijfers per college, (4 studiepunten) Aantekening of men vanuit de beroepspraktijk een bijdrage aan de studie heeft geleverd; dit wordt geregistreerd per blok (alleen in de I-fase, in principe vanaf blok I3, 8 studiepunten per blok) De cijfers voor het project en de colleges bepalen of een blok met voldoende resultaat is afgesloten. Elke student ontvangt ca. 14 dagen na de laatste toets van het betreffende blok een uitdraai uit het systeem VOLG+ opdat hij of zij een overzicht heeft van zijn of haar resultaten. In de volgende paragrafen zal per onderdeel een toelichting worden gegeven. 4.3 Cijfer voor project (code PROJ, 3 studiepunten) De projectbeoordeling is grotendeels een groepsbeoordeling. Dit cijfer wordt bepaald aan de hand van projectdocumenten en het product dat het project oplevert, te weten: Beoordeling startdocument, gewicht; 10%. Beoordelingsaspecten: * Zijn doelstellingen in het startdocument realistisch voor het niveau? * Zijn de doelstellingen waargemaakt? * Is het document verzorgd, geeft het blijk van vaardigheid in schriftelijk communiceren? Beoordeling Functioneel ontwerp, gewicht; 15%. Beoordelingsaspecten: * Geeft het functioneel ontwerp blijk van inzicht in de materie? * Dekt het functioneel ontwerp het programma van eisen? * Is het document verzorgd, geeft het blijk van vaardigheid in schriftelijk communiceren? Beoordeling procesverslag; 5%: Beoordelingsaspecten: * Projectvaardigheden, was de planning, rolverdeling en samenwerking goed? * Is er invulling gegeven aan verbeterpunten? Beoordeling eindverslag project, gewicht; 30%. Beoordelingsaspecten: * Heeft het verslag een goede structuur (tittelblad, hoofdstukindeling, samenvatting, conclusies, literatuurlijst) * Geeft het verslag blijk van voldoende inhoudelijke kennis? Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 9 van 11

10 Beoordeling eindproduct, gewicht; 40% van het projectcijfer: Beoordelingsaspecten: * Voldoet de functionaliteit aan het programma van eisen? * Ziet het er netjes afgewerkt uit? * Hoe is de eindpresentatie en verdediging? 4.4 Cijfer voor Conceptueel onderwijs (code COll, 4 studiepunten) Niet parate kennis is belangrijk, maar competent zijn in het oplossen van problemen. Iemand is competent als hij of zij, op het moment dat er zich een probleem aandient, vol overgave gaat nadenken en vaardig de juiste concepten weet te benutten om het probleem te kunnen oplossen. Een competentie is dan ook opgebouwd uit attitude, vaardigheid en kennis. Competent zijn betekend vaak kennis van verschillende colleges op handige wijze kunnen combineren. Om tegemoet te komen aan de wens om niet de parate vakkennis, maar zoveel mogelijk competentie gericht te beoordelen kan per studieblok bepaald worden hoe colleges beoordeeld worden. Voor dit studieblok is gekozen voor de volgende wijze van toetsen van de colleges: Programmeren: Er zullen tijdens de workshops opdrachten worden uitgereikt die moeten worden gemaakt. In de afronding van het project zal worden getoetst of de concepten die behandeld zijn tijdens de workshops op de juiste manier zijn toegepast in het project. Fourier analyse: In week 9 of 10 zal de een toets over de gehele stof worden gehouden. 4.5 Cijfer voor bijdrage beroepspraktijk (code BRPT, 8 studiepunten) Bij het voltijdonderwijs wordt een student geacht ca 40 hr per week aan de studie te werken. Bij het deeltijdonderwijs is dat ca. 26 uur. In beide type opleidingen kun je als student vanuit hetzelfde startniveau in 4 jaar de Ing-titel behalen. Dit wordt bereikt door de beroepspraktijk een integraal deel te laten zijn van de opleiding. Het beoefenen van een relevant beroep is dus voorwaarde om de studie te kunnen doen. Vanaf de I-fase worden in principe per studieblok 8 studiepunten toegekend voor relevant werk over een maximum van 6 blokken; je wordt geacht vanaf blok I3 deze relevante beroepspraktijk te kunnen aantonen. Er wordt voor de beroepspraktijk geen cijfer gegeven. Voor dit blok I2 is dit onderdeel dus niet van toepassing. 4.6 Eisen om voor een blok te slagen Om voor een studieblok van 9 of 10 weken te slagen moet je voor zowel het project als voor de concepten een 5,5 of hoger halen. 4.7 Bij onvoldoende resultaat Bij een onvoldoende krijg je een aanvullende opdracht. Het streven is dat je de gelegenheid krijgt een onvoldoende beoordeling binnen 4 weken te herstellen. Dit gebeurt in onderling overleg met de betrokken begeleider. Als je ook bij deze herkansing een onvoldoende scoort, wordt in onderling overleg met betrokken docenten en de mentor een afspraak gemaakt over een persoonlijk herstelplan. Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 10 van 11

11 5 Literatuur en handleidingen 5.1 Te gebruiken bij het project Studentenhandleiding voor het plannen van projecten. Titel: Project Planning and Work Breakdown Auteur: Beerthuizen, P. Uitgever: Studentenhandleiding DtHTO - Hogeschool van Amsterdam Druk: Versie 1.1 Deze handleiding is verkrijgbaar bij de DtHTO - Hogeschool van Amsterdam. Als algemene leidraad bij het werken in projecten is er: Titel: Werkmodellen projectonderwijs voor docenten en studenten Auteur: Project Orbit Uitgever: DtHTO - Hogeschool van Amsterdam Druk: Juni 2000 Deze leidraad is verkrijgbaar bij de DtHTO - Hogeschool van Amsterdam. 5.2 Fourier analyse Titel: Introduction to Electric Circuits Auteurs: Dorf, Richard C. en Svoboda James A. ISBN: Uitgever: John Wiley & Sons Druk: 5 e editie 5.3 Programmeren in C++ Titel: Aan de slag met C++ Auteur: Laan ISBN: Uitgever: A/S Druk: derde of later Blok I-2/H-4 Embedded systems pag. 11 van 11