Závěrečné práce pro studenty a možnost spolupráce | VEIT Electronics

Studenti a závěrečné práce

  • Dokument obsahuje možná témata nejen bakalářských a magisterských prací, ale i témata možné spolupráce na úrovni projektů.
  • Cílem je poskytnout studentům základní znalosti a praktické zkušenosti v oblasti špičkových technologií na reálných průmyslových aplikacích.
  • Témata jsou vybírána na základě reálných průmyslových aplikací ve společnosti Veit Electronics a věnují se těmto oblastem
    • HW/SW co-design
    • Hardware
    • Bezdrátové technologie
    • Zpracování dat a prezentace informace

Obsah

Kontakt

Na FI MUNI

RNDr. Zdeněk Matěj, Ph. D., místnost B401

Ve společnosti Veit Electronics

Mgr. Martin Čech

Bakalářské a diplomové práce

HW/SW co-design

Visual Studio plugin pro programování MCU

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské
  • Souhrn
    • Výrobci MCU podporují specifické programovací prostředí (IDE), pro které mají připravené nástroje.
    • Cílem této práce je portovat konkrétní mikrokontroler do IDE Visual Studio firmy Microsoft, které poskytuje vysokou úroveň udržovatelnosti a laditelnosti software.
  • Cíle
    • Zajistit podporu Visual Studia za pomoci pluginu VisualGdb pro konkrétní typ mikrokontroleru
    • Dílčím cílem je vytvoření generického programu pro převod různých MCU do Visual Studia
  • Úkoly
    • Portovat ARM mikrokontroler do VS
    • Organizace paměti a zajištění rutin
      • inicializace stacku (a stack pointeru),
      • mapování periferií do paměťového prostoru,
      • zavádění obsluh přerušení,
      • inicializace. části paměti a kódu (rodata, bss, text, atd)
      • ošetření a zavádění vyjímek
      • hardfault
      • busfault
      • C kód a jeho přenositelnost mezi různými Cortexy
    • Standardní rozhraní procesorů ARM Cortex (CMSIS)

Nástroje pro modelování a automatické generování kódu pro vestavěné systémy

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • Mikrokontrolery ve většině případů fungují podle striktních kroků ve kterých plní své úkoly, obvykle jsou tyto úkoly modelovány za pomocí konečných automatů (FSM).
    • Zaměření práce je prozkoumat dostupné nástroje, které umožňují simulaci a verifikaci FSM a generování kódu pro vestavěný mikrokontroler.
  • Cíle
    • Prozkoumat dostupné nástroje, aplikace a pluginy, které umožňují generování optimalizovaného kódu z grafického návrhu FSM.
    • Porovnat nástroje se zaměřením na vestavěné mikrokontrolery.
  • Úkoly
    • Posoudit dostupné nástroje pro grafické vytváření FSM včetně
      • Quantum Leaps, UML state machine formalismus
      • OpenModelica, Simulink, Yakindu
      • další
    • Porovnat nástruje s ohledem na tyto parametry
      • jednoduchost použití
      • metodiky testování a verifikace navržených FSM poskytnutých těmito nástroji
      • kvalita generovaného kódu
      • obecnost (podporuje různé MCU a platformy)
      • cena
      • další
    • Implementovat vzorový příklad, např. spuštění naftového motoru pomocí vybraných nástrojů pro jejich otestování
  • Zdroje
    • Událostmi řízené programování
      • Programovací paradigma ve kterém je tok programu určen událostmi jako např. uživatelské akce (klik myši, zmáčknutí tlačíta), výstupy ze senzorů nebo zprávamy z jiných programů/vláken.
      • V událostmi řízených aplikacích je obecně jedna hlavní smyčka programu, která naslouchá událeostem a spouští obslužné rutiny v momentech, kdy je událost zaznamenána. Ve vestavěných zařízeních může být toho samého docíleno za využití hardwarových přerušení místo konstantně běžící hlavní smyčky.
    • Quantum leap
    • http://www.eicaslab.com/The-Suite/What-is-EicasLab

Modelování a simulace ovládací jednotky dieselového motoru (ECU)

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • Automobilové motory se řídí striktními kroky pro korektní nastartování a běh. ECU (engine control unit) je jednotka, která tento proces řídí.
    • Cíle práce je otestovat nástroje FSM, vytvořit a simulovat ECU jednotku, která startuje dieselový motor na základě potřeby vyhodnocených vestavěným mikrokontrolerem.
  • Cíle
    • Prozkoumat dostupné nástroje, aplikace a pluginy, které umožňují generování optimalizovaného kódu z grafického návrhu FSM.
    • Namodelovat ECU v jednom vybraném nástroji
    • Simulovat a verifikovat funkčnosti navržené jednotky
    • Otestovat vygenerovaný kód v MCU na reálném motoru
  • Úkoly
    • Posoudit dostupné nástroje pro grafické vytváření FSM včetně
      • Quantum Leaps, UML state machine formalismus
      • OpenModelica, Simulink, Yakindu
      • další
    • Namodelovat FSM pro ECU
    • Simulovat a verifikovat ECU
    • Otestovat ECU v reálném nasazení

Univerzální tester pro otestování kvality specifické desky plošných spojů

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • Vytvořit komplexní testovací skripty pro testování DPS
    • Testovat a ověřit desky plošných spojů za použití vybavení firmy KeySight
  • Úkoly
    • Seznámit se se zařízeními firmy KeySight. Způsoby ovládání, připojení k PC, čtení a zápis dat z/do zařízení
      • 4410A,mMultimetr
      • E3631A, zdroj
      • InfiniiVision 2000 X-Series Osciloskop
    • Seznámit se se způsoby verifikace a testování DPS na těchto zařízeních
    • Navrhnout připojitelnost UUT (unit under test) pomocí desky s piny
    • Vytvořit jednoduchý obvod (jednoduchý rezisttor, kondenzátor, …)
      • Připojit obvod k zařízení KeySight
      • Napsat skripty pro KeySight zařízení pro otestování, že se obvod chová, jak je očekáváno (úbytky napětí atd.)
    • Otestovat funkcionalitu na konkrétní DPS z hlavní produktové řady Veit Electronics (bude poskytnuto)
      • Připojit DPS k zařízení KeySight
      • Napsat automatické skripty pro KeySight zařízení pro otestování funkčnosti dodané desky na různých scénářích
  • Zdroje

Hardware

Optimalizace spotřeby energie IoT měřícího uzlu.

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské
  • Souhrn
    • Internet věcí (IoT) je technologie, která činí svět chytřejším. Data různého typu jsou shromažďována z mnoha zařízení. Zařízení IoT sdílejí některé běžné požadavky, např. nízkou spotřebu energie, nízkou rychlost přenosu dat, …
    • V některých případech hraje hlavní roli spotřeba elektrické energie, protože senzorová jednotka je napájena z baterie a měla by takto fungovat roky.
    • Cílem práce je návrh senzorové jednotky která obsahuje nízkoenergetická zařízení a funguje po dlouhou dobu.
  • Cíle
    • Navrhnout prototyp senzorové jednotky, která obsahuje komponenty s velmi nízkou spotřebou energie, např. mikrokontrolér, tenzometr, čidlo teploty, vlhkosti, co2, …
    • Optimalizovat pracovní režim snímače tak, aby mohl být napájen z baterie po dlouhou dobu.
  • Úkoly
    • Vyhledání průmyslových senzorových technologií s efektivní spotřebou energie
    • Porovnat některé typy energeticky nenáročných mikrokontrolérů, které jsou vhodné pro shromažďování a odesílání dat ze senzorů
    • Navrhnout prototyp, který lze napájet z baterie alespoň po dobu 6 měsíců
    • Změřit energetickou spotřebu modulů
    • Optimalizovat provozní režim pro vyšší energetickou účinnost, například nastavením doby spánku a časových intervalů provozu či jiným navrhovaný řešení.

Optimalizace spotřeby energie tenzometrického snímače

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské\Magisterské
  • Souhrn
    • Tenzometr je zařízení, které se používá k vyhodnocení vlastností tahu materiálů. Důležitou aplikací jsou váhy.
    • Tato práce se zabývá nalezením řešení pro optimalizaci spotřeby elektrických obvodů založených na tenzometrech, ve kterých může být obvod napájen baterií a může být provozován po dlouhou dobu bez lidského zásahu.
  • Cíle
    • Navrhnout prototyp obvodu pro vážení, který je efektivní z hlediska spotřeby energie.
    • Optimalizovat pracovní režim snímače tak, aby mohl být napájen z baterie po dlouhou dobu.
  • Úkoly
    • Najít průmyslové tenzometry, které mají efektivní spotřebu energie
      • řešení založená na ADC
      • PicoStrain
      • další
    • Porovnat některé typy energeticky nenáročných mikrokontrolérů, které jsou vhodné pro shromažďování a odesílání dat ze senzorů
    • Navrhnout prototyp, který lze napájet z baterie alespoň po dobu 6 měsíců
    • Změřit energetickou spotřebu modulů
    • Optimalizovat provozní režim pro vyšší energetickou účinnost, například nastavením doby spánku a časových intervalů provozu či jiným navrhovaný řešení.

Prototyp zařízení využívající obnovitelného zdroje energie v chovatelském průmyslu

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské
  • Souhrn
    • Průmysl 4.0 je současný trend automatizace a výměny dat. Data ze strojů, zařízení a senzorů se shromažďují a zpracovávají periodicky v průběhu času. Nicméně v některých průmyslových lokalitách je nedostatek stálé elektrické sítě, například v odvětví chovu drůbeže, což znemožňuje či prodražuje učinné využívání konceptu Průmyslu 4.0. Ovšem ztráta kritických dat či chybějící podklady pro rozhodnutí mají i v tomto odvětví dalekosáhlé důsledky.
    • Cílem práce je prozkoumat možné způsoby získávání energie z obnovitelných zdrojů v drůbežářském průmyslu a navržením prototypu k nabíjení snímačů.
  • Cíle
    • Prozkoumat obnovitelné zdroje energie a jejich použití v drůbežářském průmyslu
    • Navrhnout prototyp zařízení, které tyto zdroje využívá pro napájení měřícího uzlu
  • Úkoly
    • Prozkoumat obnovitelné zdroje energie
    • Přizpůsobit nebo navrhnout řešení, které lze použít v domech pro chov drůbeže (solární, větrné, mechanické, chemické, …)
    • Navrhnout prototyp, který umožní běh měřícího uzlu z baterií alespoň po dobu 6 měsíců

Vizualizace a kontrola komponent vozidla

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské\Magisterské
  • Souhrn
    • Výrobci vozidel používají standardní komunikační sběrnice k výměně dat a řídících signálů mezi řídicími jednotkami a jinými součástmi vozidla. U konkrétních typů vozidel, jako jsou přepravní vozy pro drůbež, je k základním systémům integrováno mnoho dalších systémů, např. senzory a jednotky pro kontrolu prostoru přepravy. Tyto potřebují pro své fungování některá data z hlavních sběrnic vozidel či tyto sběrnice využívají pro svou komunikaci.
    • Cílem práce je prozkoumat sběrnice v těžké kamionové dopravě a navrhnout systém pro zobrazení údajů ze sběrnic a jejich analýzu
  • Cíle
    • Prozkoumat sběrnice použivané v kamionové dopravě
    • Vytvořit knihovny pro správu komunikace na sběrnici a vizualizace informací.
  • Úkoly
    • Prozkoumat standardy v těžké kamionové dopravě, jako např. CAN, CANOpen, SAE J1939, LIN, FlexRay, ….
    • Vyvinout nebo nakonfigurovat knihovnu pro vestavěný Linux, schopnou číst a zapisovat data na sběrnici
    • Vytvořit knihovnu pro analýzu a správu údajů o vozidle, která může obsahovat vyhledávací tabulku pro definování jmen/ID komponentů vozidla, která uživatele právě zajímají
    • Vyvinout vizualizační knihovnu pro zobrazení dat za pomocí jednoduchých grafických komponent (vytvořit šablony pro HMI komponenty, např. budíky, měřidla, indikátory)

Bezdrátové sítě

Prototyp bezdrátového nízkoenergetického měřícího uzlu sítě dlouhého dosahu

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • Průmyslové lokace se stávají stále chytřejšími díky analýze dat sesbíraných ze strojů a senzorů a následnému efektivnímu využití informaci k zasílání vhodných příkazů
    • Cílem práce je návrh a otestování prototypu zařízení využívajícího nízkoenergetických LAN a WAN (LPWAN)
  • Cíle
    • Navrhnout vhodnou technologii a propojení mezi měřícími/kontrolními uzly a prvkem sítě, který zajišťuje připojení do internetu (brána)
  • Úkoly
    • Porovnání nízkoenergetických bezdrátových sítí jako jsou Wi-Fi, IQRF, Bluetooth, ZigBee, LoRa, ….
      • Dosah
      • Propustnost
      • Energetická náročnost
    • Získat zkušenosti s provozem a konfigurací průmyslového hardwarového modulu vybrané technologie, která bude připojena ke snímači a k bráně
    • Vytvořit knihovnu pro příjem a odesílání dat v obvodu s vestavěným mikrokontrolerem

Implementace brány pro bezdrátovou IoT síť

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • Průmyslové lokace se stávají stále chytřejšími díky analýze dat sesbíraných ze strojů a senzorů a následnému efektivnímu využití informaci k zasílání vhodných příkazů. K tomu je zapotřebí brána, která přeposílá sebraná data přes internet na definované servery, kde probíhá masová analýza a zpracování dat.
    • Cílem práce je návrh a otestování prototypu síťové brány (gateway), která získává data ze senzorů a přeposílá je na server
  • Cíle
    • Navrhnout prototyp síťové brány, která slouží pro propojení serverů IoT cloudu a koncových zařízení
  • Úkoly
    • Prozkoumat dostupné IoT cloudové řešení
    • Seznámit se s LPWAN technologiemi a jejich hardwarovými moduly, jako např. LoRa, ZigBee,Bluetooth
    • Seznámít se s vestavěným Linuxem používaným na dané platformě
    • Vytvoření knihoven pro přeposílání dat mezi uzly sítě
    • Vytvoření knihoven pro komunikaci mezi servery a koncovými zařízeními
  • Zdroje

Návrh síťové infrastruktury pro Průmysl 4.0

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Magisterské
  • Souhrn
    • Cílem je navrhnout infrastrukturu používající bezdrátový nízkoenergetický přenos dat ke kontrole strojů a sběru dat ze senzorů
    • Navrhnout princip fungování a propojení jednotlivých prvků celého systému
    • Příkladem senzorů mohou být CO senzory, kamery, teplotní či vlhkostní čidla. Uživatelé mohou kontrolovat systémy ventilace, topení aj.
  • Cíle
    • Návrh síťové infrastruktury využívají LPWAN moduly.
    • Navrhnout způsob připojení brány (systém s vestavěným Linuxem), serverů a jednotlivých komponent sítě
  • Úkoly
    • Prozkoumat technologie nízkoenergetické WAN (LPWAN)
    • Získat zkušenosti s vestavěným Linuxem
    • Použít nízkoenergetické moduly k příjmu a odesílání dat (LP Bluetooth, LoRa, WIFI …).
    • Narvhnout konfiguraci brány pro posílání dat na server

Adaptér vysokovýkonného RF signálu na bezdrátovou technologii v mobilním telefonu

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • V některých prostředích není dostupný internet, mobilní signál ani jiné běžné bezdrátové komunikační technologie. Přesto je stále potřeba vzdáleného monitoringu a ovládání specifických strojů. Příkladem takových prostředí mohou být přepravní lodě.
    • Cílem práce je navrhnout prototyp zařízení, které umožní bezdrátové připojení mezi mobilním telefonem (WIFI/Bluetooth) a vysoce výkonným lokálním RF signálem
  • Cíle
    • Zvolit vhodný RF transmitter
    • Navrhnout prototyp adaptéru bezdrátových technologií běžně dostupných na mobilních zařízení na tuto RF technologii
  • Úkoly
    • Prozkoumat bezlicenční bezdrátová pásma pro přenosy dlouhého dosahu, např. Wi-Fi, IQRF, Bluetooth, ZigBee, LoRa, jiné radio frekvence….
      • Dosah
      • Propustnost
      • Energetická náročnost
    • Seznámit se s technologií Wifi a Bluetooth
    • Navrhnout prototyp adaptéru RF/Wifi či RF/Bluetooth

Zpracování dat

Webový portál pro zpracování dat a vizualizaci “internetu věcí”

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské/Magisterské
  • Souhrn
    • Internet věcí (IoT) je technologie, která činí svět chytřejším. Data různého typu jsou shromažďována z mnoha zařízení. Na straně serveru pak musí existovat software určený ke zpracování a  analýze těchto dat a vizualizaci informací..
    • Cílem práce je prozkoumat webové technologie a implementovat knihovny, které slouží pro real-time zobrazení a vizualizaci různých dat
  • Cíle
    • Implementace knihoven určených pro vizualizaci IoT dat na webovém portále v reálném čase
  • Úkoly
    • Seznámit se s datovými formáty příchozích dat
    • Seznámit se s “time series” datbázemi a jejich vizualizačními platformami
    • Vytvořit a optimalizovat knihovnu pro předzpracování dat k zobrazení
    • Vytvořit grafické komponenty pro webový portál sloužící pro zobrazení sesbíraných dat (v základu grafy)

Sběr dat a analýza řešení pro zařízení s nízkou spotřebou

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Bakalářské\Magisterské
  • Souhrn
    • V Průmyslu 4.0 se průmyslové lokace se stávají stále chytřejšími díky analýze dat sesbíraných ze strojů, senzorů a dalších “věcí”. To vyžaduje správný způsob ukládání a analýzy dat. V některých situacích je nedostatek elektrické energie či je energetický zdroj nestálý což může způsobovat problémy s ukládáním či zpracováním dat.
    • Cílem práce je navrhnout prototyp embedded zařízení pro uložení a analýzu dat v prostředí, kde není běžný zdroj energie či jsou běžné výpadky elektrické sítě
  • Cíle
    • Prozkoumat komerční řešení nízkoenergetických záznamníků dat, včetně nízkoenergetických NAS serverů
    • Navrhnout řešení pro ukládání a analýzu dat s nízkoenergetickými nároky
  • Úkoly
    • Prozkoumat existující řešení
    • Navrhnout bateriově napájené řešení pro záznam dat
    • Navrhnout řešení pro periodickou zálohu dat do externího cloudového úložiště
    • Optimalizovat provozní režimy zařízení pro nízkou spotřebu, např. za použití režimu spánku či fungování v časových intervalech, kdy je energie dostupná

 

Analýza dat v drůbežářském průmyslu

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Magisterské/Doktorské
  • Souhrn
    • Cílem práce je nalézt a vyhodnotit korelace mezi jednotlivými daty sesbíranými v prostředí chovu drůbeže
    • Tyto korelace potém použít k predikci různých parametrů (především hmotnosti drůbeže) na základě pozorovaných změn prostředí
  • Cíle
    • Nalézt korelace dat
    • Navrhnout řešení, které analyzuje data a predikuje potencionální problémy
  • Úkoly
    • Prozkoumat technologie dolování dat (data mining), řešení pro zpracování dat a nalezení možných korelací mezi vstupními parametry a výslednými produkty
    • Navrhněte aplikaci poradce, která využije těchto korelací k analýze dat, najde efekt změny některých parametrů a navrhne optimalizované řešení uživateli

Samoučící algoritmus pro detekci drůbeže v signálu z tenzometrického snímače

  • Předpokládaná úroveň znalostí: Magisterské/Doktorské
  • Souhrn
    • Navrhnout nový algoritmus pro automatické vážení drůbeže
    • Implementovat algoritmus do prototypu a provést měření
  • Cíle
    • Navrhnout a implementovat algoritmus pro detekci váhy drůbeže ze signálu z tenzometru
    • Určit kvalitu algoritmu, provést porovnání se stávajícím algoritmem
    • Stanovit závěr
      • Jaká je přesnost algoritmu
      • Je algoritmus lepší/horší než stávající algoritmus
      • Jaké výpočetní nároky jsou třeba pro běh algoritmu
  • Úkoly
    • Určit metodiku měření kvality algoritmu
    • Porovnat s existujícím algoritmem
    • Vytvořit prototyp (implementace do MCU)

Projekty

DPS rozšíření pro LoRa modul

  • Souhrn
    • Navrhnout DPS pro připojení LoRa modulu k desce Toradex
  • Úkoly
    • Navrhnout DPS jako modul pro desku Toradex s možností rozšiřitelnosti více moduly
      • analyzujte rozložení pinů a umístění rozhraní
      • navrhněte expanzní moduly pro SPI, UART, I2C
    • Navrhnout DPS pro propojení LoPy modulu

Linuxový ovladač pro LoRa modul

Modbus Ascii/RTU převodník

Node-red ovladač pro protokol Modbus RTU

Node-red ovladač pro cloud kity kompatibilní s moduly Toradex

  • Souhrn
    • Vytvořit modul pro NodeRed určený pro odesílání dat do cloudu. Data jsou sebrána za použití technologií Zigbee a IQRF

XBee ZigBee

 

IQRF

 

Případová studie technologie XBee

 

Případová studie technologie IQRF

  • Souhrn
    • Prozkoumat technologii IQRF a prezentovat její použitelnost jako platformy pro IoT
    • Sbírat data o teplotě prostředí a tato zobrazit v cloudu
    • Prezentovat data ve webovém rozhraní
  • Úkoly
    • Seznámit se s technologí a moduly IQRF
    • Vytvořit systém pro sběr a odeslání dat do cloudu za pomoci IQRF gateway a desky Toradex
  • Recourse

 

Obvod PicoStrain

  • Souhrn
    • Vizualizujte data z obvodu PicoStrain
  • Úkoly
    • Prozkoumejte technologii PicoStrain
    • Vytvořte program pro vizualizaci a vyhodnocení sebraných dat z obvodu PicoStrain
  • Zdroje

 

Data logger signálu

Testování konečných automatů za použití technologie Quantum leap

  • Souhrn
    • Implementovat FSM pro dieselový motor za pomocí Quantum Leap software.
  • Úkoly
    • Prozkoumat software Quantum Leap
    • Imlementovat FSM v prostředí QL
    • Vygenerovat kód pro ARM mikrokontroler a integrovat jej
  • Zdroje

Měření bezdrátového signálu

LoRa

Xbee

IQRF

 

AV video rozšíření pro moduly Toradex

 

Systémová diagnostika a funkční verifikace pro specifickou DPS v hlavní linii produktů Veit Electronics

VEIT Electronics


Zavedená globální značka jejíž výrobky se dnes prodávají ve více než 60 zemích světa!

Proč VEIT Electronics?

  • vaše práce nepůjde do šuplíku
  • za kvalitní výsledek dostanete peněžní odměnu
  • možnost u nás pracovat po dobu studia a po něm
  • možnost placené spolupráce i v rámci semestrálních prací
  • silné zázemí pro hračičky/experimentátory