Laboratorium Telekomunikacji i Systemów Automatyki zostało utworzone dla potrzeb kształcenia wysoko wykwalifikowanych specjalistów z zakresu informatyki, automatyki i telekomunikacji w ścisłym powiązaniu z badaniami naukowymi i rozwojem innowacyjnych technologii we współpracy z otoczeniem społeczno-gospodarczym, w tym interesariuszami gospodarki morskiej, rynku edukacyjnego i rynku pracy.

Główne wyposażenie Laboratorium

Dodatkowe wyposażenie laboratorium stanowi m.in.:

• Oprogramowanie Lab Viev
• NI Elvis III - Wielofunkcyjny trenażer z wymiennymi płytkami do nauki z różnych obszarów elektroniki, techniki cyfrowej i telekomunikacji, pozwalający na podłączenie szerokiego zakresu urządzeń i modułów elektronicznych,
• Emona Communications Board for NI ELVIS III - Płytka stanowiąca wyposażenie dodatkowe modułów Elvis III służąca do zajęć z systemów telekomunikacji, wraz z materiałami, pozwalająca na badania systemów przewodowej transmisji danych.
• Radia programowalne SDR USRP-2920 – zestawy zawierające po dwa urządzenia USRP każdy (nadawcze i odbiorcze), umożliwiających bezprzewodową komunikację w szerokim zakresie częstotliwości fal radiowych wraz z systemem anten.
• MyRIO – układy programowalne z matrycami FPGA,
• My DAQ - sterownik programowalny przeznaczony do pomiarów i analizy sygnałów w czasie rzeczywistym.
• Sterowniki programowalne Siemens Logo.

Przykład integracji sygnałów wejściowych i wyjściowych w aplikacji LabVIEW, źródło https://www.ni.com/pl


Przykład akwizycji parametrów fal radiowych w aplikacji LabVIEW, źródło https://www.ni.com/pl


Dołączony do LabVIEW pakiet oprogramowania NXG daje możliwość konfiguracji, automatyzacji i wizualizacji wyników uzyskanych w procesie testów projektowanej aparatury. Pozwala na przeglądanie wyników z dowolnego miejsca, budując internetowe interfejsy użytkownika, które mogą być wdrożone do dowolnej przeglądarki internetowej.

Przykład wizualizacji sygnałów wejściowych i wyjściowych z różnych urządzeń rzeczywistych w aplikacji LabVIEW,  źródło https://www.ni.com/pl


Przykład graficznej prezentacji kodu w aplikacji LabVIEW, źródło https://www.ni.com/pl


Zintegrowane środowisko programowania LabWindows/CVI ANSI C pomaga w tworzeniu niestandardowych aplikacji inżynierskich. Można go używać do zarządzania projektem, edycji i debugowania kodu źródłowego, budowania interfejsu użytkownika oraz testowania kodu wyjściowego i wydajności w jednej, uproszczonej przestrzeni roboczej z zakładkami. Zawiera także narzędzia do zaawansowanego debugowania, dokumentowania kodu i wdrażania projektowanych systemów. Oprogramowanie ułatwia także szybkie pozyskiwanie danych z wielu urządzeń/portów m.in.: GPIB, USB, szeregowych, Ethernetowych, PXI, VXI i FPGA przy użyciu wbudowanych bibliotek We/Wy.

Pakiet Measurement Studio jest zestawem narzędzi .NET przeznaczonym do aplikacji inżynierskich tworzonych w Microsoft Visual Studio, służącym do do akwizycji, analizy i wyświetlania danych pomiarowych. Dane można prezentować w przejrzysty sposób za pomocą elementów sterujących interfejsu. Do pozyskanych danych można dodawać opisy i znaczniki oraz przeprowadzać ich analizę w czasie rzeczywistym.

Przykład integracji programu LabVIEV z kodem Microsoft Visual Studio, źródło https://www.ni.com/pl


NI Elvis III jest rozwiązaniem edukacyjnym, stanowi kompleksowe rozwiązanie dydaktyczne do kształcenia studentów w ramach zajęć laboratoryjnych obejmujących: układy analogowe, mechatronikę, energoelektronikę, komunikację cyfrową, elektronikę cyfrową, sterowanie i inne. Dzięki zestawowi płytek opcjonalnych moduły Elvis III będą wykorzystywane  procesie kształcenia z zakresu:

• elektroniki analogowej i cyfrowej,
• robotyki,
• miernictwa,
• teorii sterowania.

Panel NI Elvis III, Źródło https://www.ni.com/pl






Przykład stanowiska edukacyjnego zawierającego panel ELVIS III i platformy LabVIEW, źródło httpswww.ni.com/pl

W skład zestawu NI Elvis III wchodzą m.in.:

• oprogramowanie dla systemów Windows i Mac z obsługą API dla języka LabVIEW i języków tekstowych,
• wejścia/wyjścia zawierające 16 AI, 4 AO i 40 DIO,
• 4-kanałowy, 100 MS/s (400 MS/s jednokanałowy), oscyloskop 50 MHz o rozdzielczości 14 bitów,
• 16-kanałowy, 100 MS/s analizator logiczny/ generator sygnałów wzorcowych,
• 16-kanałowe, 1 MS/s wejście analogowe o rozdzielczości 16 bitów,
• 40 linii DIO programowalnych indywidualnie jako wejście, wyjście, PWM lub cyfrowe.

Moduł Emona Communications Board DxIQ-45G dla NI Elvis III wykorzystywany jest do zaznajomienia studentów z zagadnieniami telekomunikacji analogowej i cyfrowej. Tematyka realizowanych ćwiczeń obejmuje m.in.: modulację / demodulację AM i FM, ASK, FSK i QPSK. Daje studentom możliwość szczegółowego zapoznania się z działaniem poszczególnych podsystemów wykorzystywanych w układach nadawczo-odbiorczych.

Konstruowanie poszczególnych układów bazuje na wykorzystaniu schematów blokowych. Każdy z bloków reprezentuje fragment obwodu realizujący określoną funkcję. Przykładem mogą tu być bloki sumatora, układy mnożące sygnały, oscylatory itd.

Moduł Emona Communications Board, źródło https://www.ni.com/pl



Moduł USRP (Universal Software Radio Peripheral) jest uniwersalną, konfigurowalną programowo platformą sprzętową radia programowalnego, która wykorzystywana jest do realizacji zadań badawczych oraz dydaktycznych. W połączeniu z oprogramowaniem SDR umożliwia efektywne prototypowanie nadajników i odbiorników radiowych. Dzięki otwartej architekturze możliwe jest dostosowanie USRP do wymagań związanych z konkretnym zadaniem projektowym lub obszarem badań: modulacje analogowe, modulacje cyfrowe, transmisja danych w morskich systemach komunikacyjnych, odbiór sygnałów GPS i inne.

Radio programowalne USRP-2920, Źródło https://www.ni.com/pl


Rys. 10. USRP-2920 panel przedni – złącza, Źródło https://www.ni.com/pl

Dostępne w urządzeniu dwa tory radiowe, RX1/TX1 oraz RX2, pozwalają na opracowanie oraz realizację nadajnika i odbiornika z wykorzystaniem jednego tylko urządzenia USRP. Umożliwia to studentom jednoczesną budowę i testowanie działania układów nadawczych oraz odbiorczych.
Rys. 11. Architektura USRP NI2920, Źródło https://www.ni.com/pl


Platforma USRP ma zainstalowane oprogramowanie firmware oraz sterowniki dedykowane dla środowiska LabVIEW. Oprócz tego w laboratorium wykorzystywane jest darmowe oprogramowanie Gnu Radio. Jest ono dostępne dla różnych systemów operacyjnych instalowanych na komputerach: Windows, Linux, Mac OSX oraz dla systemów uruchamianych na urządzeniach wbudowanych. Jest ono wykorzystywane m.in. na zajęciach laboratoryjnych z przedmiotu „Programowalne Systemy Radiowe”. Umożliwia zapoznanie studentów z zasadami działania poszczególnych elementów wykorzystywanych w konstrukcji urządzeń radiowych oraz pozwala na budowę własnych bloków przetwarzających sygnały. Umożliwia też zapoznanie studentów z najnowszymi technologiami wykorzystywanymi w systemach radiokomunikacyjnych.

Programowanie USRP z wykorzystaniem oprogramowania LabVIEW, źródło https://www.ni.com/pl


Programowanie transceivera USRP z wykorzystaniem Gnu Radio, źródło https://www.ni.com/pl




Układy nadawczo odbiorcze wykorzystywanych urządzeń USRP pracują w zakresie od 50 MHz do 2.2 GHz. Wykorzystują 16-bitowy przetwornik CA w nadajniku oraz 14-bitowy przetwornik AC w odbiornikach. Umożliwia to zapoznanie studentów z wieloma rodzajami systemów nadawczo-odbiorczych. W tym celu urządzenia wyposażone są m.in. w uniwersalne anteny VERT400 pracujące dookólnie w szerokim zakresie częstotliwości. Dopasowane są one do nadajników pracujących w pasmach 144 MHz, 400 MHz i 1200 MHz (2 M / 70 cm / 25 cm). Mają bardzo szeroki zakres odbiorczy, obejmujący pasma w zakresach: 118-160 MHz, 250-290 MHz, 360-390 MHz, 420-470 MHz, 820-960 MHz, 1260-1300 MHz. Przy długości około 17 cm i maksymalnej mocy wyjściowej 10 watów są dobrze przystosowane do wykorzystywania w warunkach laboratoryjnych. Za ich pomocą możliwe jest prowadzenie zajęć oraz badań obejmujących zarówno transmisje analogowe jak i cyfrowe.

Antena wertykalna VERT400, źródło https://www.ni.com/pl

Wykorzystywany w laboratorium sterownik MyRIO to przenośny system programowalny dedykowany do pracy w laboratoriach oraz realizacji rozbudowanych projektów studenckich. Zawiera układ programowalny wraz z matrycą FPGA oraz dużą liczbę wejść i wyjść co pozwala na budowanie skomplikowanych systemów mechatronicznych. Wyposażony jest w:

• procesor Xilinx Zynq Z-7010 wraz z układem FPGA,
• 512MB pamięci nieulotnej,
• 256 MB pamięci DDR3 RAM,
• wbudowane WiFi (802.11 b,g,n),
• 2 porty USB,
• 10 wejść analogowych,
• 6 wyjść analogowych,
• 40 cyfrowych wejść/wyjść,
• 3-osiowy akcelerometr.

Wykorzystywany jest do ćwiczeń laboratoryjnych w zakresie robotyki, teorii sterowania i programowania systemów wbudowanych

Sterownik MyRIO, Źródło https://www.ni.com/pl


Laboratorium wyposażone jest też w przetworniki MyDAQ przeznaczone do pomiarów i analizy sygnałów w czasie rzeczywistym. Z urządzeniem tym skojarzone jest kilkanaście programów tzw. wirtualnych instrumentów (Platforma NI Elvis) pozwalających na jego wykorzystanie między innymi jako multimetru cyfrowego (DMM), generatora funkcyjnego, oscyloskopu. Aplikacje te mogą funkcjonować niezależnie lub też spełniać funkcję podprogramów w środowisku LabVIEW. Daje to studentom możliwość tworzenia własnych aplikacji kontrolno-pomiarowych. Moduł MyDAQ zawiera dwa analogowe wejścia i wyjścia o rozdzielczości 16 bitów i szybkości próbkowania 200kS/s. Pozwala to na próbkowanie sygnałów o częstotliwościach akustycznych. Ponadto MyDAQ posiada osiem wejść i wyjść cyfrowych oraz źródła napięć stałych: +5V, +15V oraz −15V. Multimetr cyfrowy zbudowany na bazie ww. urządzenia pozwala mierzyć napięcia DC i AC do 60V, prąd oraz rezystancję.

Sterownik MyDAQ, Źródło https://www.ni.com/pl



Podstawą wyposażenia laboratorium dla przedmiotu „Układy automatyki” są dydaktyczne stanowiska laboratoryjne ze sterownikami PLC Logo oraz S7-1200 firmy Siemens. Wyposażone są one we współpracujące ze sterownikami oprogramowanie Logo Soft Control do sterowników Logo oraz TIA Portal dla S7-1200. Wykorzystywane jest też oprogramowanie „Factory I/O” służąc do symulacji środowiska pracy układów automatyki.

Laboratorium zapewnia możliwość kształcenia inżynierów w dziedzinie układów, urządzeń i systemów automatyki oraz metod ich programowania na poziomie inżynierskim i magisterskim. Przy budowie stanowisk wykorzystano konstrukcję modułową dzięki czemu możliwa jest praca z wykorzystaniem różnorodnych scenariuszy ćwiczeń, a także realizowanie stawianych przed studentami zadań za pomocą różnych urządzeń adekwatnie do potrzeb i wariantu ćwiczenia wybranego przez prowadzącego. Zajęcia laboratoryjne obejmują m.in. zagadnienia projektowania układów sterowania popularnymi urządzeniami oraz systemami wykorzystywanymi w gospodarstwie domowym, takimi jak: żaluzje, ogrzewanie, oświetlenie, brama garażowa, systemy ochrony, panele słoneczne itp. Tematyka dobrze wpisuje się w popularny trend „inteligentnych domów” i obejmuje także wykorzystanie sterowników PLC w sterowaniu procesami przemysłowymi.

Sterownik Siemens Logo z symulatorem wejść/wyjść, źródło www.kamami.pl

W laboratorium użytkowane jest też oprogramowanie Matlab/Simulink wykorzystywane do badania i symulacji modeli układów automatyki.

W ramach wyposażenia Laboratorium Telekomunikacji i Systemów Automatyki zostały dokonane następujące zakupy: 

• graficzne środowisko programowania systemów akwizycji danych sterowania, edukacyjna licencja wydziałowa oraz jedno stanowisko do zastosowań badawczych
• wielofunkcyjne stanowiska z wbudowanymi urządzeniami kompatybilne z oprogramowaniem z pkt. 1
• płytki dedykowana do wielofunkcyjnego stanowiska z pkt. 2 do nauki systemów komunikacyjnych
• zestawy edukacyjne do nauki komunikacji bezprzewodowej
• anteny do zestawów komunikacji bezprzewodowej
• stanowiska komputerowe
• sterowniki programowalne z układem FPGA + akcesoria
• urządzenia do akwizycji danych z interfejsem USB z dodatkowymi akcesoriami