PřF:C3003 IOTABC - Informace o předmětu
C3003 Internet věcí pro analytickou biochemii
Přírodovědecká fakultapodzim 2024
- Rozsah
- 2/0/0. 2 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.
- Vyučující
- prof. RNDr. Petr Skládal, CSc. (přednášející)
- Garance
- prof. RNDr. Petr Skládal, CSc.
Ústav biochemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta - Rozvrh
- Čt 15:00–16:50 C05/114
- Předpoklady
- znalosti práce s počítačem a s internetem, minimální zkušenosti z oblasti programování
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Předmět si smí zapsat nejvýše 30 stud.
Momentální stav registrace a zápisu: zapsáno: 0/30, pouze zareg.: 7/30, pouze zareg. s předností (mateřské obory): 0/30 - Cíle předmětu
- Cílem přednášky s navazujícími praktickými domácími pokusy je jednoduchou formou nabídnout pohled na základy systémů IoT (internet of things) pro měření různých veličin v biochemii s využitím elektronických modulů na bázi systémů Arduino či Raspberry Pi. Následně bude představeno, jak pomocí WiFi poslat experimentální údaje k webovým stránkám či službám pro záznam, zobrazení a vyhodnocení dat, nebo s využitím Bluetooth do smartphonu jako základu pro přenosná měřící zařízení. Poutavou formou se zájemcům přiblíží moderní technologie a snad se přispěje k pochopení základů digitální elektroniky (základní sensory, AD převodníky, sériová komunikace) a k překonání bariér v oblasti programování (ukázky na bázi C++, Python, HTML, PHP).
- Výstupy z učení
- Student zvládne základní principy elektroniky užitečné pro pochopení záznamu a uchovávání dat z bioanalytických systémů. Seznámí se možnostmi použití mikrokontrolérů jako řídících jednotek experimentálních zařízení. Naučí se výchozí úroveň programování mikrokontrolérů, bezdrátové komunikace a tvorby webových stránek pro ovládání instrumentace a záznam dat.
- Osnova
- 1. Co jsou IOT zařízení, jejich užitečnost pro moderní instrumentaci a využití pro vědecké experimenty, zpracování laboratorních dat v on-line režimu. Mikrokontrolery vhodné pro běžné uživatele – představení koncepce Arduino.
- 2. Zopakování základů elektroniky – pasivní a aktivní součástky – odpory a Ohmův zákon, kondenzátory, diody a LED, tranzistory, stabilizátory napětí. Základní sensory pro měření teploty, vlhkosti, tlaku a intenzity světla.
- 3. Arduino a jeho odvozené varianty, hardware a software, instalace integrovaného vývojového prostředí (IDE), základy programování, volba a možnosti demonstračního modulu (Seeduino Xiao), použití knihoven pro začlenění dalších komponent. Vytvoření a spuštění prvního programu – „Hello World“, rozblikání LED, sledování tlačítek a digitální rozhraní.
- 4. Měření napětí – analogově-digitální převodníky, úprava vstupního signálu, základy vzorkování dat – snímání stavu potenciometru, měření osvětlení fotoodporem, teploměr jinak. Digitálně-analogový převodník a jeho náhrada.
- 5. Komunikace s mikrokontrolerem – sériové rozhraní a jeho USB převodníky, přenos dat z periferií – I2C, OneWire a SPI sběrnice, příklad měření teploty a přenos do PC – USB teploměr, zpracování sériových dat na straně PC.
- 6. Bezdrátové přenosy dat – Bluetooth sériový port a vhodné moduly, úsporná varianta BLE. Jak dostat data do mobilního telefonu (s Androidem), ukázka vývoje aplikace pro zobrazení dat pomocí MIT App Inventor – obrázkové programování. Představení koncepce Micro-Bit.
- 7. Jak dostat data do internetu – moduly pro WiFi komunikaci. Základy tvorby webových stránek – HTML a CSS, oživení obsahu s PHP – bezdrátová meteostanice. Moderní domácnost – RGB LED a ovládání osvětlení z webu.
- 8. Koncepce bezdrátově ovládaného fotometru – pokročilé měření intenzity světla fotodiodou, webová stránka přímo v mikrokontroleru.
- 9. Operační zesilovače jako základ pro přenosnou elektrochemii – point-of-care bioanalytika na příkladu bluetooth glukometru, ukázka profesionálního modulu EmstatPico.
- 10. Linux na dlani – koncepce Raspberry Pi, představení programování v Pythonu a sestavení webové kamery pro sledování obrazových dat z mikroskopu.
- Literatura
- doporučená literatura
- Simon Monk: Hacking Electronics: Learning Electronics with Arduino and Raspberry Pi. 2017, McGraw-Hill, ISBN: 9781260012200. Simon Monk: Programing Arduino Next Steps 2nd ed., 2019. ISBN-10: 1260143244
- Výukové metody
- přednáškový kurz doplněný domácími experimenty
- Metody hodnocení
- písemný test s 30 otázkami - výběr z nabízených variant, pro úspěšné absolvování nutné alespoň polovina otázek zodpovězena správně
- Informace učitele
- Přednáška je plánována od podzimního semestru 2021 a bude nabízena v programech mag. Biochemie / Analytická biochemie, bak. Biochemie / Aplikovaná biochemie + Bioinformatika, dokt. Bioanalytická chemie.
- Další komentáře
- Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
- Statistika zápisu (nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2024/C3003