Διπλωματική Εργασία. του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Διπλωματική Εργασία. του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών"

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Παλληκάρη Αλεξίου του Κωνσταντίνου Αριθμός Μητρώου: 5721 Θέμα «Ανάπτυξη συστήματος ασύρματων αισθητήρων για έλεγχο δομικής ακεραιότητας μέσω Ακουστικής Εκπομπής» Επιβλέπων Ευάγγελος Δερματάς Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, 03/2014 1

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Ανάπτυξη συστήματος ασύρματων αισθητήρων για έλεγχο δομικής ακεραιότητας μέσω Ακουστικής Εκπομπής» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Παλληκάρη Αλεξίου του Κωνσταντίνου Αριθμός Μητρώου: 5721 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Δερματάς Ευάγγελος Αναπληρωτής Καθηγητής Φακωτάκης Νικόλαος Καθηγητής 2

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Ανάπτυξη συστήματος ασύρματων αισθητήρων για έλεγχο δομικής ακεραιότητας μέσω Ακουστικής Εκπομπής» Φοιτητής: Επιβλέπων: Παλληκάρης Αλέξιος Δερματάς Ευάγγελος Περίληψη Ο Έλεγχος Δομικής Ακεραιότητας (ΕΔΤ) μέσω Ακουστικής Εκπομπής, αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο στην έγκαιρη διάγνωση δομικών σφαλμάτων και στην αύξηση της διάρκειας ζωής κτηρίων. Οι σύγχρονες εφαρμογές συστημάτων ΕΔΤ χαρακτηρίζονται από μεγάλο κόστος εφαρμογής και συντήρησης. Χρησιμοποιώντας νέες τεχνολογίες ολοκληρωμένων συστημάτων χαμηλής κατανάλωσης ισχύος, ασύρματης επικοινωνίας, καθώς επίσης και τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων και αναγνώρισης προτύπων, μπορεί να δημιουργηθεί ένα σύστημα ΕΔΤ φθηνό και αποδοτικό. Στόχος μας σε αυτή την διπλωματική είναι η υλοποίηση ενός συστήματος ασύρματων αισθητήρων, ικανών να επιτελέσουν έλεγχο δομικής ακεραιότητας μέσω ακουστικής εκπομπής, χρησιμοποιούντας μικροελεγκτές LPC2148 και πομποδέκτες nrf24l01. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Μη Καταστροφικός Έλεγχος Ακουστική Εκπομπή Εισαγωγή Μη Καταστροφικός Έλεγχος Ακουστική Εκπομπή Σήματα Ακουστικής Εκπομπής Έλεγχος Δομικής Τρωτότητας Δομή ενός συστήματος ΕΔΤ Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Επεξεργασία σήματος Αλγόριθμος Goertzel Εισαγωγή Φίλτρα Αναλογικά/Ψηφιακά Φίλτρα Αλγόριθμος Goertzel Υπερδειγματοληψία Μέγεθος πλαισίου επεξεργασίας (Ν) Εφαρμογή στην ΑΕ ανάλυση Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Αναγνώριση προτύπων Μέθοδοι Ταξινόμησης Εισαγωγή Αναγνώριση Προτύπων Διαδικασία Ταξινόμησης Η διαδικασία εκπαίδευσης Σχεδιασμός συστημάτων αναγνώρισης Τύποι συστημάτων αναγνώρισης προτύπων Αναγνώριση Προτύπων στον Έλεγχο Δομικής Τρωτότητας ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ηλεκτρονικό Σύστημα Εξοπλισμός Εισαγωγή Μικροελεγκτές

5 4.3 H οικογένεια μικροελεγκτών LPC21xx Η πλακέτα ανάπτυξης εφαρμογών LPC-P Το κύκλωμα πομποδέκτης nrf24l ΚΕΦΑΛΑΙΟ Υλοποίηση Συστήματος Γενικά Αρχικοποίηση συστήματος Αρχικοποίηση nrf24l01 chip Υλοποίηση 1 ου σταδίου επικοινωνίας Υλοποίηση 2 ου σταδίου επικοινωνίας Υλοποίηση 3 ου σταδίου επικοινωνίας ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Κώδικας 1 ου σταδίου υλοποίησης Κώδικας 2 ου σταδίου υλοποίησης Κώδικας 3 ου σταδίου υλοποίησης ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 6

7 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Μη Καταστροφικός Έλεγχος Ακουστική Εκπομπή 8

9 1.1 Εισαγωγή Στο 1 ο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας γίνεται εκτενής αναφορά στον Μη Καταστροφικό Έλεγχο (ΜΚΕ) και στις διάφορες μεθόδους που χρησιμοποιούνται κατά την εφαρμογή του, δίνοντας κυρίως έμφαση στη μέθοδο Ακουστικής Εκπομπής (ΑΕ). Επίσης γίνεται αναφορά στον Έλεγχο Δομικής Τρωτότητας (ΕΔΤ) ο οποίος είναι μια εφαρμογή του ΜΚΕ σε κτήρια και άλλες μηχανικές κατασκευές. Τέλος προχωρούμε στην περιγραφή της δομής ενός συστήματος ΕΔΤ που χρησιμοποιεί τη μέθοδο ΑΕ, το οποίο θα προσπαθήσουμε να υλοποιήσουμε στα επόμενα κεφάλαια. 1.2 Μη Καταστροφικός Έλεγχος Ο Μη Καταστροφικός Έλεγχος (ΜΚΕ) (Νon Destructive Testing - NDT) αποτελεί μια μεγάλη ομάδα μεθόδων αναλύσεως, οι οποίες ελέγχουν ένα αντικείμενο, ένα υλικό ή ένα σύστημα χωρίς να επιφέρουν βλάβη στην κατασκευαστική του αρτιότητα και τη μελλοντική του χρησιμότητα. Εξ ορισμού, οι μη καταστροφικές τεχνικές επιθεωρούν τα υλικά και τις κατασκευές χωρίς να πραγματοποιείται διακοπή ή βλάβη της δυνατότητας παροχής υπηρεσιών τους. Μη καταστροφικές δοκιμές και έλεγχοι χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο διαστάσεων, τον χαρακτηρισμό καθώς και τη μέτρηση φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων υλικών όπως μέτρα ελαστικότητας, σκληρότητα κ.α. Οι τεχνικές ΜΚΕ στη πλειοψηφία τους χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση μεταβολών μέσα στη δομή, μικρών αλλαγών στην επιφάνεια, παρουσία ρωγμών ή και άλλων φυσικών ασυνεχειών. Εξαιτίας του μεγάλου εύρους εφαρμογών υπάρχει μεγάλη ανάπτυξη και εξέλιξη διαφορετικών μεθόδων ΜΚΕ, για την κάλυψη διαφορετικών απαιτήσεων. Ο ΜΚΕ χρησιμοποιείται και κατά την κατασκευή προϊόντων για λόγους όπως εξασφάλιση ακεραιότητας και αξιοπιστίας προϊόντων, αποφυγή ατυχημάτων, εξασφάλιση καλής φήμης του κατασκευαστή, καλύτερος σχεδιασμός προϊόντων, έλεγχος στις διαδικασίες κατασκευής, και χαμηλότερο κόστος παραγωγής. [1] Η διεθνής κοινότητα του ΜΚΕ έχει υιοθέτησε ένα σύστημα το οποίο ταξινομεί τις μεθόδους ΜΚΕ σε έξι κατηγορίες: οπτική, διείσδυση, ακτινοβολία, μαγνητική ηλεκτρική, μηχανική ταλάντωση, θερμική και χημική - ηλεκτροχημική. Από τις παραπάνω κατηγορίες, οι σημαντικότερες και οι πιο ευρύτερα χρησιμοποιούμενες μέθοδοι ΜΚΕ, τόσο για τα υλικά όσο και τις κατασκευές είναι οι ακόλουθες: 1. Ακουστική εκπομπή (AΕ) 2. Ακουστό-υπέρηχοι 3. Διεισδυτικά υγρά 4. Δινορεύματα 5. Θερμογραφία 6. Μαγνητισμένα σωματίδια 7. Ολογραφία 8. Οπτικός έλεγχος 9

10 9. Ραδιογραφία ακτινών X ή Γ 10. Υπέρηχοι Εν γένει καμία μέθοδος δεν αποτελεί την ιδανική λύση για κάθε παράμετρο των προβλημάτων του ΜΚΕ και συνεπώς είναι άσκοπος ο χαρακτηρισμός μίας μεθόδου καλύτερης από κάποιας άλλης, ανεξαρτήτως εφαρμογής και κριτηρίων που πρέπει να ικανοποιούνται. Στην πράξη, συνηθίζεται ή και απαιτείται συχνά συνδυασμός μεθόδων για τον προσδιορισμό και τον έλεγχο διάφορων τύπων βλάβης και αστοχίας. Στην συνέχεια δίνεται μια σύντομη περιγραφή της κάθε μεθόδου. [1] Ακουστική Εκπομπή: Η Ακουστική Εκπομπή (ΑΕ) εφαρμόζεται σε υλικά που είναι δυνατόν να παρουσιάσουν εσωτερικές και επιφανειακές ατέλειες χρησιμοποιώντας τα μεταβατικά τασικά κύματα που δημιουργούνται στο υλικό λόγω απότομης απελευθέρωσης ενέργειας. Ακουστό-Υπέρηχοι: Η μέθοδος των ακουστό-υπερήχων συνδυάζει μέρος των πλεονεκτημάτων των υπερήχων με αυτά της ΑΕ. Αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται για τη διάδοση τασικών κυμάτων στο υλικό, ενώ η καταγραφή και επεξεργασία αυτών γίνεται με αισθητήρες και μεθόδους ΑΕ. Συνεπώς, με δύο μόνο αισθητήρες είναι δυνατός ο έλεγχος ύπαρξης βλάβης στο υλικό, χωρίς όμως να είναι δυνατός ο εντοπισμός της θέσης αυτής. Η ύπαρξη βλάβης στο υλικό επιδρά συνήθως στα χαρακτηριστικά διάδοσης του κύματος. Διεισδυτικά Υγρά: Η μέθοδος διεισδυτικών υγρών χρησιμοποιείται κυρίως για την ανίχνευση ατελειών τριχοειδών (capillary) διαστάσεων σε μη πορώδη υλικά (non-porous). Τα διεισδυτικά υγρά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τα περισσότερα μη πορώδη υλικά. Δινορεύματα: Η αρχή λειτουργίας των δινορευμάτων στηρίζεται στην αλληλεπίδραση μαγνητικών πεδίων, μεταξύ του αισθητήρα πηνίου και της ηλεκτρικά αγώγιμης κατασκευής. Θερμογραφία: Η θερμογραφία βασίζεται στην τοπική μεταβολή της θερμικής αγωγιμότητας λόγω ύπαρξης βλάβης στο υπό εξέταση αντικείμενο. Έτσι, θερμαίνοντας τη μία επιφάνεια του αντικειμένου και μετρώντας την κατανομή θερμοκρασίας στην ίδια επιφάνεια είτε στην απέναντι επιφάνεια, βρίσκεται η ύπαρξη τελειών. Η ανάπτυξη νέων τεχνικών μέτρησης θερμοκρασίας, υπερευαίσθητων στην υπεριώδη ακτινοβολία, έχει αυξήσει κατά πολύ τις δυνατότητες της μεθόδου. Μαγνητισμένα Σωματίδια: Η μέθοδος των μαγνητισμένων σωματιδίων είναι βασισμένη στις ιδιότητες μαγνητικού πεδίου και εφαρμόζεται μόνο για την ανίχνευση επιφανειακών ατελειών λόγω της μαγνήτισης των υλικών. Ολογραφία: Με χρήση της ολογραφίας μπορούν να καταγραφούν πολύ μικρές μετατοπίσεις της τάξεως του ¼ του μήκους του κύματος που χρησιμοποιείται στην περίπτωση του Laser. Η ύπαρξη ατέλειας βρίσκεται, καθώς παρατηρούνται τοπικά μεγαλύτερες επιφανειακές μετατοπίσεις απ ότι σε αντίστοιχα στοιχεία χωρίς ατέλεια. Η μέθοδος απαιτεί προσεκτική ευθυγράμμιση της οπτικής διάταξης, η οποία είναι πολύ ευαίσθητη σε μικροδονήσεις, ταλαντώσεις και γενικότερα σε εξωτερικές διεγέρσεις. 10

11 Οπτικός Έλεγχος: Ο οπτικός έλεγχος χρησιμοποιείται για την εξέταση των επιφανειακών ατελειών και μπορεί να εφαρμοστεί σχεδόν σε όλα τα υλικά και τις κατασκευές. Ο οπτικός έλεγχος πραγματοποιείται είτε με το γυμνό μάτι είτε με όργανα όπως μικροσκόπιο, ενδοσκόπιο κ.α. Ραδιογραφία με Ακτίνες X ή Γ: Με τη μέθοδο της ραδιογραφίας χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος, στη μορφή ακτινών Χ ή Γ. Η μέθοδος βασίζεται στην διαφορετική απορρόφηση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, λόγω των ιδιοτήτων και του πάχους του υλικού. Το ποσοστό απορρόφησης εξαρτάται κυρίως από το πάχος και την πυκνότητα του υπό έλεγχο αντικειμένου. Η ακτινοβολία που δεν απορροφάται καταγράφεται είτε σε ειδικό φιλμ, είτε από ειδικούς αισθητήρες δείχνοντας έτσι τις περιοχές ύπαρξης βλάβης. Με τη χρήση της ραδιογραφίας είναι δυνατόν να καταγραφούν μικρορωγμές εφόσον βρίσκονται παράλληλα στην εκπεμπόμενη δέσμη, ενώ ανάλογα με το ποσοστό απορρόφησης μπορούν να βρεθούν κενά υλικού. Υπέρηχοι: Ο ΜΚΕ με υπερήχους βασίζεται στη μελέτη της διαταραχής του εκπεμπόμενου στο υλικό κύματος, λόγω της ύπαρξης ατελειών. Η διάδοση των υπερήχων στα στερεά σώματα επηρεάζεται τόσο από τις φυσικές ιδιότητες του μέσου διάδοσης όσο και από την ύπαρξη διεπιφανειών όπως τα εξωτερικά σύνορα του αντικειμένου αλλά και ατέλειες όπως ρωγμές, πόροι, διαστρωματικές αποκολλήσεις κ.λπ. Για το χαρακτηρισμό της βλάβης χρησιμοποιείται πρότυπο ανακλώμενο ή διαθλώμενο κύμα, από αντικείμενο χωρίς βλάβη ή από αντικείμενο με γνωστό τύπο βλάβης. [1] 1.3 Ακουστική Εκπομπή Ο όρος Ακουστική Εκπομπή (ΑΕ), με βάση την Αμερικάνικη Ένωση Δοκιμών και Υλικών (ASTM), περιλαμβάνει τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη δημιουργία και μετάδοση των ελαστικών κυμάτων, που δημιουργούνται σε στερεό υλικό λόγω απότομης απελευθέρωσης ενέργειας. Η πηγή αυτών των κυμάτων συνήθως είναι μια τοπική μετατόπιση που συνοδεύει την πλαστική παραμόρφωση ή την έναρξη και διάδοση αστοχίας στο υλικό. Μια επισκόπηση της μεθόδου φαίνεται και στο σχήμα 1. [1] Σχήμα 1. Διαδικασία ελέγχου Ακουστικής Εκπομπής (ΑΕ) 11

12 Η ΑΕ είναι μια μέθοδος ΜΚΕ που χρησιμοποιείται συχνά στην αναγνώριση και τον εντοπισμό τυχόν παραμορφώσεων, διαφοροποιήσεων στη δομή υλικών ή/και κατασκευών, χωρίς να προκαλείται περαιτέρω φθορά στο υπό εξέταση σώμα. Βασίζεται στη μετατροπή αυτών των ελαστικών κυμάτων σε ηλεκτρικά σήματα με τη χρήση κατάλληλων πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων που διεγείρονται σε συχνότητες υπερήχων. Κατά τη διεξαγωγή ΜΚΕ με τη μέθοδο της ΑΕ, αισθητήρες τοποθετημένοι στην επιφάνεια του υλικού ανιχνεύουν κύματα που διαδίδονται έως την επιφάνεια του υλικού, με πηγή κάποια αστοχία ή παραμόρφωση του υλικού. Στην επιφάνεια της υπ εξέταση κατασκευής τοποθετούνται αισθητήρες και στο σημείο επαφής τους με την κατασκευή τοποθετείται συνήθως κάποιο παχύρρευστο υγρό όπως γράσο. Το ηλεκτρικό σήμα κάθε αισθητήρα ενισχύεται, φιλτράρεται και υφίσταται επιπλέον επεξεργασία από ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Οι βασικές απαιτήσεις κατά τον ΜΚΕ με τη μέθοδο της ΑΕ, είναι η απομόνωση του θορύβου, η αξιόπιστη αναγνώριση των σημάτων από πραγματικές αστοχίες του υλικού, ο προσδιορισμός της θέσης της αστοχίας και τέλος ο χαρακτηρισμός του τύπου και της κρισιμότητας της βλάβης στο υλικό. Η επιτυχής αντιμετώπιση των παραπάνω απαιτήσεων εξαρτάται από τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό και από τις μεθόδους επεξεργασίας των αποτελεσμάτων. Έπειτα οι αισθητήρες στέλνουν σήματα, έντασης ανάλογης της ενέργειας του κύματος, στο ηλεκτρονικό σύστημα που θα επεξεργαστεί αυτά τα σήματα και θα εξάγει πληροφορίες σχετικές με το μέγεθος και την τοποθεσία της παραμόρφωσης. Συχνές πηγές ΑΕ είναι τόσο φυσικά φαινόμενα όπως σεισμοί και διαδικασίες διάρρηξης πετρωμάτων όσο και η έναρξη και διάδοση ρωγμών, οι ολισθήσεις.[1] Ο ΜΚΕ με ΑΕ αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο στην επιθεώρηση υλικών, τη μελέτη μηχανισμών πλαστικής παραμόρφωσης, θραύσης και διάβρωσης. Παρέχει άμεσες πληροφορίες σχετικές με την απόκριση και τη συμπεριφορά ενός υλικού υπό τάση, που σχετίζονται με την αντοχή του, την συσσώρευση βλάβης και την έναρξη αστοχίας του. Μία από τις πιο δημοφιλέστερες εφαρμογές ΜΚΕ με την χρήση της ΑΕ είναι ο έλεγχος δομικής σταθερότητας σε κτήρια και άλλες κατασκευές, τόσο για αστοχίες υλικού από φυσική φθορά ή επικίνδυνη φόρτιση κατά τη διάρκεια λειτουργίας όσο και για σφάλματα εξαιτίας περιβαλλοντικών φαινομένων όπως οι σεισμοί. Η Ακουστική εκπομπή διαφέρει σε σχέση με άλλες μεθόδους ΜΚΕ για πολλούς λόγους. Πρώτος παράγοντας είναι ότι το σήμα προέρχεται από το ίδιο το υλικό και όχι από εξωτερική πηγή με άμεση συνέπεια να μην χρειάζεται η εφαρμογή εξωτερικής δύναμης, ώστε να προκληθεί έναρξη ή επέκταση βλάβης. Συνεπώς, η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε πραγματικού χρόνου εφαρμογές. Με τη μέθοδο αυτή μπορούμε να ανιχνεύσουμε αστοχίες του υλικού τη στιγμή που πραγματοποιούνται αυτές, διαχωρίζοντας έτσι όσα συμβάντα έχουν πραγματοποιηθεί σε προηγούμενο χρόνο από την εφαρμογή της μεθόδου και η εξέλιξή τους είναι στάσιμη.. Η μέθοδος ΑΕ μπορεί να καταγράφει ελαττώματα/ατέλειες σε πραγματικό χρόνο δηλαδή παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου σε πραγματικό χρόνο (real-time monitoring), οπότε ελαχιστοποιείται ο χρόνος καθήλωσης για επιθεώρηση. Δεύτερος παράγοντας είναι πως το κόστος δοκιμής και συντήρησης, είναι σημαντικά μικρότερο έναντι των συμβατικών ΜΚΕ όσον αφορά την επιθεώρηση και σάρωση επιφάνειας. Σε περίπτωση εντοπισμού 12

13 βλάβης, καθορίζεται η περιοχή με έντονη δραστηριότητα ΑΕ και, αν αυτό απαιτείται, ακολουθεί λεπτομερής τοπικός έλεγχος με άλλες μεθόδους ΜΚΕ. Σε κατασκευές που έχουν επικαλυφθεί με μονωτικό υλικό δεν απαιτείται αφαίρεση της μόνωσης για τη διενέργεια του ελέγχου παρά μόνο στα σημεία τοποθέτησης των αισθητήρων. Συνεπώς, το κέρδος σε χρόνο και κόστος είναι πολύ μεγάλο. Η χρήση μεθόδων ΑΕ μειώνει δραστικά το κόστος προγραμματισμένης συντήρησης, ενώ παράλληλα, παρέχει πληροφορίες σχετικές με τη δομική ακεραιότητα της εγκατάστασης. Επίσης, με τη ΑΕ μπορούμε να έχουμε γρήγορη και πλήρη ογκομετρική επιθεώρηση του υλικού με τη χρήση πολλών αισθητήρων, μόνιμη τοποθέτηση αισθητήρων για την παρακολούθηση ολόκληρων διαδικασιών και δεν απαιτούνται ειδικές συνθήκες καθαριότητας στον χώρο πραγματοποίησης της εφαρμογής. Ο έλεγχος με ΑΕ διαρκεί μερικές ώρες και σε κάποιες περιπτώσεις ακόμα λιγότερο. Δεν υπάρχει άλλη συγκρίσιμη τεχνική που να επιτρέπει επιθεώρηση του 100% του όγκου της κατασκευής, για κρίσιμες δομικά ατέλειες, σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα. [1] Τέλος τα δεδομένα ψηφιοποιούνται και αποθηκεύονται μόνιμα σε υπολογιστή, επιτρέποντας επανεπεξεργασία, ανάλυση και ενδεχομένως σύγκριση με προηγούμενες μετρήσεις. Η μέθοδος της ΑΕ πλεονεκτεί έναντι των άλλων συμβατικών μεθόδων ΜΚΕ για τους ακόλουθους κυρίως λόγους: Έγκαιρη και ταχεία διάγνωση ατελειών. Έλεγχος σε πραγματικό χρόνο. Μείωση κόστους. Εντοπισμός περιοχής βλάβης. Μείωση του χρόνου ελέγχου, καθώς δεν απαιτείται σάρωση της επιφάνειας, ούτε πολλαπλές δοκιμές από διαφορετικές θέσεις ελέγχου. Ελάχιστη καταστροφή εξωτερικής μόνωσης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέθοδοι τεχνητής νοημοσύνης και βάσεων δεδομένων: οι σύγχρονες μέθοδοι τεχνητής νοημοσύνης έχουν καταστήσει δυνατή τη συσσώρευση εμπειρίας πολλαπλών δοκιμών σε έμπειρα συστήματα για την καλύτερη αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών. Παρ όλα αυτά, με τη μέθοδο αυτή μπορούμε να υπολογίσουμε το μέγεθος μιας αστοχίας μόνο ποιοτικά για την ακριβή μέτρηση μεγεθών όπως η ισχύς, το βάθος κ.α. μίας ζημιάς πρέπει να χρησιμοποιηθούν άλλες εφαρμογές μη καταστροφικού ελέγχου. Ακόμη, επειδή η μέθοδος ΑΕ δεν βασίζεται σε εξωτερική πηγή ενέργειας για την συλλογή δεδομένων, μπορεί να καταγράφει μεταβατικά μη αντιστρεπτά φαινόμενα, σε πραγματικό χρόνο και δεν είναι άμεσα επαναλήψιμη στο ίδιο δοκίμιο-κατασκευαστικό στοιχείο, σε αντίθεση με τις άλλες μεθόδους ΜΚΕ. [1] Επιπροσθέτως, η ΑΕ είναι μια από τις πιο ευαίσθητες μεθόδους ΜΚΕ, για την καταγραφή αστοχιών σε μικροσκοπικό επίπεδο. Λόγω της αυξημένης όμως ευαισθησίας, είναι πιθανόν να καταγραφούν και σήματα που δεν ανταποκρίνονται στην αστοχία του υλικού, όπως εξωτερικοί μηχανικοί θόρυβοι, ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις, αλλά και σήματα λόγω τριβής μεταξύ των επιφανειών των ήδη ευρισκόμενων στο υλικό ατελειών. Επίσης, η χρήση της ΑΕ σε θορυβώδη περιβάλλοντα δεν ενδείκνυται, αφού προστίθεται αρκετός 13

14 θόρυβος στα προς ανάλυση σήματα για την αποφυγή του προβλήματος αυτού απαιτείται ψηφιακή επεξεργασία του σήματος που λαμβάνεται από το ηλεκτρονικό σύστημα και μείωση του θορύβου μέσω ειδικών φίλτρων. [1] Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η ΑΕ πραγματοποιείται με την έναρξη ή ανάπτυξη (σε πραγματικό χρόνο) μιας κάποιας αστοχίας στο υλικό. Η αστοχία αυτή προκύπτει όταν ασκείται στο υπό εξέταση υλικό δύναμη που μετατρέπεται σε μηχανική τάση στα μόρια του υλικού και που το οδηγεί στο κρίσιμο σημείο ελαστικότητάς του. Ανάλογα με το μέγεθος της εξωτερικής πίεσης και τις ιδιότητες του υλικού, το σώμα που δέχεται την πίεση μπορεί είτε να επιστρέψει στις αρχικές του διαστάσεις είτε να παραμορφωθεί μόνιμα. Αυτές οι δύο περιπτώσεις ονομάζονται ελαστική και πλαστική παραμόρφωση αντίστοιχα. Όταν, λοιπόν, μία παραμόρφωση πραγματοποιείται, τα μόρια του υλικού αρχίζουν να απομακρύνονται τόσο πολύ το ένα από το άλλο με αποτέλεσμα η ελκτική δύναμη του χημικού τους δεσμού να γίνεται μικρότερη της μηχανικής τάσης που τους ασκείται από το εξωτερικό περιβάλλον. Αποτέλεσμα αυτού είναι η διάσπαση του χημικού δεσμού και η απελευθέρωση της ενέργειας του στο περιβάλλον. Έτσι, σε περιπτώσεις κραμάτων μετάλλων έχουμε μεγάλο κίνδυνο αστοχίας, αφού τα διαφορετικά υλικά που απαρτίζουν το μείγμα έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες και άρα και διαφορετικά όρια αντοχής. [1] Η ενέργεια, λοιπόν, που απελευθερώνεται διοχετεύεται στο περιβάλλον μέσω κύματος που διαδίδεται στο υλικό και ενεργοποιεί τον αισθητήρα. Το κύμα αυτό διαδίδεται σε όλες τις κατευθύνσεις, ομόκεντρα γύρω από τη πηγή τους, έχοντας όμως μία κατευθυντικότητα που εξαρτάται από το είδος της πηγής ΑΕ. Για να γίνει δε αντιληπτό και αξιοποιήσιμο, ένα τέτοιο κύμα από τους θα πρέπει να είναι και αρκετά γρήγορο, γεγονός που επηρεάζει τη συχνότητα του σήματος που παράγεται. Ένα ακόμη χρήσιμο στοιχείο στην ΑΕ ανάλυση είναι το γεγονός ότι η μορφή του κύματος καθώς διαδίδεται στο υλικό αλλάζει, με αποτέλεσμα να χρειάζεται να ερευνήσουμε τη σχέση μεταξύ της μορφής ενός κύματος μόλις αυτό αρχίζει να διαδίδεται στο υλικό και της μορφής που αυτό έχει όταν φτάνει στον απομακρυσμένο αισθητήρα. Το τελευταίο επιτυγχάνεται με τη χρήση αισθητήρων ικανών να ενεργοποιηθούν από κύματα συγκεκριμένης περιοχής συχνοτήτων, συνήθως της ακουστικής περιοχής και να μετρήσουν εκατοντάδες σήματα ανά δευτερόλεπτο. 1.4 Σήματα Ακουστικής Εκπομπής Η ΑΕ ως μέθοδος ΜΚΕ, βασίζεται στη μετατροπή των τασικών κυμάτων σε ηλεκτρικά σήματα με την χρήση κατάλληλων αισθητήρων. Διακρίνονται δύο τύποι ΑΕ και συνεπώς αντίστοιχων μορφών ηλεκτρικών σημάτων (Σχήμα 2): 1. Συνεχής ΑΕ (continuous emission), όπου το σήμα παρουσιάζει σχεδόν σταθερά χαρακτηριστικά γνωρίσματα καθ όλη τη διάρκεια του. 2. Εκρηκτικού ΑΕ (burst emission), όπου είναι εφικτός ο σαφής διαχωρισμός της φάσης ανύψωσης και πτώσης του πλάτους του. 14

15 Σχήμα 2. Σήμα Συνεχής (αριστερά) και Εκρηκτικής (δεξιά) ΑΕ Σήματα συνεχούς τύπου εμφανίζονται κυρίως σε διαρροές και κατά τη πλαστική παραμόρφωση μεταλλικών υλικών, ενώ ρωγμές, σπασίματα κ.α. προκαλούν ΑΕ εκρηκτικού τύπου. Επιπλέον, τα σήματα ΑΕ μπορούν να παραχθούν από διαφορετικές πηγές όπως στοιχεία τριβής, ταλαντώσεις δομών κ.α. Μια εκτεταμένη αναφορά για τις πηγές ΑΕ σε διαφορετικά υλικά. [1] 1.3 Έλεγχος Δομικής Τρωτότητας Ως Έλεγχος Δομικής Τρωτότητας (ΕΔΤ) ονομάζεται η διαδικασία εφαρμογής μιας στρατηγικής αναγνώρισης και χαρακτηρισμού ζημιών σε μηχανικές κατασκευές. Ως βλάβη νοείται η αλλαγή στο υλικό ή/και γεωμετρικές ιδιότητες ενός δομικού συστήματος που επηρεάζει αρνητικά την λειτουργία του. Η διαδικασία ΕΔΤ απαιτεί την παρακολούθηση του συστήματος σε εύλογο χρονικό βάθος χρησιμοποιώντας δειγματοληψία μετρήσεων δυναμικής απόκλισης από μια διάταξη αισθητήρων, την εξαγωγή χαρακτηριστικών ευαίσθητων σε βλάβες, από τις μετρήσεις και την στατιστική ανάλυση των χαρακτηριστικών αυτών για να καθοριστεί η τρέχουσα κατάσταση της ακεραιότητας του συστήματος. Για μακροπρόθεσμο ΕΔΤ, το αποτέλεσμα της διαδικασίας είναι μια περιοδικά ανανεώσιμη πληροφόρηση για την ικανότητα της κατασκευής να εκτελεί την λειτουργία της παρά τη γήρανση και την υποβάθμιση στις οποίες υπόκειται. Σε περιπτώσεις ακραίων συμβάντων, όπως σεισμοί ή ακαριαία υπερφόρτιση, η διαδικασία χρησιμεύει για άμεση ενημέρωση για την ακεραιότητα της κατασκευής.[2] Το πρόβλημα του ΕΔΤ μπορεί να λυθεί ακολουθώντας το παράδειγμα της Στατιστικής Αναγνώρισης Προτύπων. [3][4] Η μέθοδος αυτή διακρίνεται σε 4 μέρη: 1) Αξιολόγηση Συνθηκών Λειτουργίας, 2) Απόκτηση και καθαρισμός Δεδομένων, 3) Εξαγωγή Χαρακτηριστικών και Συμπίεση Δεδομένων, 4) Ανάπτυξη Στατιστικού Μοντέλου για Διάκριση Δεδομένων. Η ικανότητα καθαρισμού, συμπίεσης, κανονικοποίησης, και συγχώνευσης δεδομένων, είναι νευραλγικής σημασίας, όπως φαίνεται, για τα μέρη 2-4. Παρακάτω προχωρούμε σε μια γενική περιγραφή των επιμέρους τμημάτων αυτής της μεθόδου.[5] 1) Αξιολόγηση Συνθηκών Λειτουργίας: Κατά το 1 ο στάδιο συγκεκριμενοποιούνται οι συνθήκες κάτω από τις οποίες εκτελούμε τον ΕΔΤ. Βρίσκουμε τους λόγους δημόσιας ασφάλειας και οικονομικής φύσεως για την οποία κρίνεται αναγκαία η παρακολούθηση της κατασκευής. Ορίζουμε το είδος και τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της βλάβης για τη παρακολουθούμενη κατασκευή, ή σε περιπτώσεις 15

16 πολλαπλών κινδύνων, ποιος κίνδυνος βλάβης μας αφορά. Καθορίζουμε τις λειτουργικές περιβαλλοντικές συνθήκες, κάτω από τις οποίες η ελεγχόμενη κατασκευή λειτουργεί. Τέλος, θέτουμε τα όρια για την απόκτηση δεδομένων σε λειτουργικό περιβάλλον, ώστε να έχουμε επαρκή εικόνα της κατάστασης. Χάρη στο 1 ο μέρος, περιορίζουμε το εύρος της αναζήτησης και έρευνας που πρέπει να γίνει, βελτιστοποιώντας τον έλεγχο της κατασκευής. [5] 2) Απόκτηση/Κανονικοποίηση/Καθαρισμός Δεδομένων: Κατά το 2 ο στάδιο γίνεται επιλογή του τύπου, του αριθμού και της τοποθέτησης των αισθητήρων, του υλικού απόκτησης/αποθήκευσης/μετάδοσης δεδομένων και τέλος των μεθόδων παρακολούθησης. Ο οικονομικός παράγοντας παίζει σημαντικό ρόλο στις επιλογές αυτές, ενώ η διαδικασία αυτή είναι ιδιαίτερη για κάθε εφαρμογή. Εξαιτίας της λειτουργίας σε μεταβαλλόμενες συνθήκες, γεννιέται η ανάγκη κανονικοποίησης δεδομένων κατά τη διαδικασία της αναγνώρισης σφαλμάτων. Η κανονικοποίηση δεδομένων είναι η διαδικασία διαχωρισμού των αλλαγών που έχουν ως αιτία, βλάβες στη δομή της κατασκευής, από βλάβες που οφείλονται στην αλλαγή των περιβαλλοντικών/λειτουργικών συνθηκών. Συνήθως κανονικοποιούμε τις ληφθείσες αποκρίσεις ως προς τις ληφθείσες εισόδους. Επιπλέον σε ευρέως μεταβαλλόμενες συνθήκες, η κανονικοποίηση γίνεται σε χρονική βάση ούτως ώστε να διευκολυνθεί η σύγκριση δεδομένων από ίδιες φάσεις ενός περιβαλλοντικού/λειτουργικού κύκλου. Αυτές οι πηγές μεταβολών πρέπει να ταυτοποιηθούν και να ελαχιστοποιηθούν, αν και δεν γίνεται να συχνά δυνατό να εξαλειφθούν. Γι αυτό και χρειάζεται η λήψη κατάλληλων μετρήσεων για την στατιστική ποσοτικοποίηση τους. Η τελευταία διαδικασία αυτού του σταδίου είναι ο καθαρισμός δεδομένων, όπου διαγράφουμε επιλεκτικά κάποια δεδομένα που θεωρούμε ασήμαντα για τα επόμενα στάδια. Ο καθαρισμός βασίζεται σε πρωτογενή γνώση των συνθηκών της απόκτησης δεδομένων. Επίσης τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων όπως το φιλτράρισμα και η αναδειγματοληψία θεωρούνται τεχνικές κάθαρσης δεδομένων. [5] 3) Εξαγωγή Χαρακτηριστικών και Συμπίεση Δεδομένων: Ο προσδιορισμός των χαρακτηριστικών που επιτρέπουν την αξιολόγηση μιας κατασκευής ως ασφαλούς ή όχι, είναι η καρδιά αυτού του σταδίου. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος βασίζεται στο συσχετισμό των μετρήσεων της απόκρισης συστήματος, όπως το πλάτος ή και η συχνότητα της δόνησης, με την οπτική παρατήρηση του υποβαθμισμένου συστήματος. Άλλη μέθοδος περιλαμβάνει την εφαρμογή μηχανικευμένων σφαλμάτων, παρόμοιων με αυτά που περιμένουμε σε πραγματικές συνθήκες, στις κατασκευές για να κατανοήσουμε τις παραμέτρους που υποδεικνύουν βλάβη. Το προβληματικό σύστημα χρησιμοποιείται ως παράδειγμα για τον έλεγχο της ακρίβειας των μετρήσεων που λαμβάνουμε. Η χρήση εργαλείων ανάλυσης βοηθά σημαντικά στη διαδικασία, καθώς επιτρέπει τη χρήση υπολογιστικής προσομοίωσης στην εφαρμογή των σφαλμάτων. Ο έλεγχος επισωρευτικής βλάβης, όπου δομικά στοιχεία του συστήματος υποβάλλονται σε συνθήκες ρεαλιστικής φόρτισης, αποτελεί μια καλή τεχνική για τον προσδιορισμό των κατάλληλων χαρακτηριστικών. Η διαδικασία αυτή μπορεί να περιλαμβάνει τεστ προκαλούμενης βλάβης (induced-damage testing), τεστ κοπώσεως, τεστ ανάπτυξης διάβρωσης ή κυκλικές θερμοκρασίες ώστε να συσσωρευτούν διάφοροι τύποι βλάβης με επιταχυμένο τρόπο. Κατά την εφαρμογή τέτοιων μεθόδων ΕΔΤ, η παραγωγή δεδομένων υπερβαίνει κατά πολύ, άλλες πιο 16

17 παραδοσιακές μεθόδους. Η συμπίεση δεδομένων είναι επωφελής και αναγκαία όταν έχουμε να συγκρίνουμε ομάδες χαρακτηριστικών μιας κατασκευής κατά τη διάρκεια ζωής της. Επίσης η παραγωγή δεδομένων για μεγάλο χρονικό διάστημα και υπό μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές/λειτουργικές συνθήκες, χρειάζονται σθεναρές τεχνικές μείωσης δεδομένων για να διατηρηθεί η ευαισθησία του συστήματος σε μελλοντικές αλλαγές. [5] 4) Ανάπτυξη Στατιστικών Μοντέλων: Στο τελευταίο στάδιο ασχολούμαστε με την εφαρμογή αλγορίθμων στα εξαχθέντα χαρακτηριστικά για να ποσοτικοποιηθεί η κατάσταση της κατασκευής. Οι χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι ταξινόμησης προτύπων, τοποθετούνται σε τρείς κατηγορίες. Όταν υπάρχουν δεδομένα για αβλαβείς και για πληγείσες κατασκευές, τότε οι αλγόριθμοι αναγνώρισης προτύπων ανήκουν στη γενική κατηγορία εκμάθησης με επίβλεψη (supervised learning). Οι αλγόριθμοι αυτοί χωρίζονται στις κατηγορίες της ταξινόμησης ομάδων και της ανάλυσης οπισθοδρόμησης (regression). Όταν δεν υπάρχουν παραδείγματα αβλαβών κατασκευών, τότε χρησιμοποιούμε αλγόριθμους εκμάθησης χωρίς επίβλεψη (unsupervised learning). Η συνηθισμένη τάξη τέτοιων αλγορίθμων είναι οι αλγόριθμοι ανίχνευσης καινοτομίας (novelty detection). Όλοι οι αλγόριθμοι αναλύουν στατιστικές κατανομές μετρημένων χαρακτηριστικών για να ενισχυθεί η διαδικασία αναγνώριση σφαλμάτων. Παράδειγμα αυτής της τεχνολογίας αποτελεί η ολοκλήρωση αισθητήρων σε κτήρια και γέφυρες. Οι αισθητήρες παρέχουν παρακολούθηση πραγματικού χρόνου για διάφορες δομικές αλλαγές. Όπως η πίεση και η φόρτιση. Τα δεδομένα που αποκομίζουμε, μεταδίδονται σε απομακρυσμένα κέντρα συλλογής δεδομένων. Με τη βοήθεια νέας τεχνολογίας, είναι δυνατός ο έλεγχος κτηρίων σε πραγματικό χρόνο, βασισμένος σε πληροφορίες από τους αισθητήρες. [5] Γνωστό τέτοιο παράδειγμα κατασκευής με ενσωματωμένο σύστημα ΕΔΤ, αποτελεί η γέφυρα «Χαρίλαος Τρικούπης» της ζεύξης Ρίο - Αντίρριο, με πάνω από 100 αισθητήρες που ελέγχουν τη δομή και τη κυκλοφοριακή κίνηση πάνω στη γέφυρα, σε πραγματικό χρόνο. [5] 1.5 Δομή ενός συστήματος ΕΔΤ Η βασική κατασκευαστική μονάδα του προτεινόμενου δικτύου αισθητήρων είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ικανό να λαμβάνει, να καθαρίζει και τέλος να αναμεταδίδει δεδομένα σε πραγματικό χρόνο. Ο επεξεργαστής της μονάδας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση ανάλυσης των δεδομένων όπως αναγνώριση προτύπων και διάγνωση σφαλμάτων. Ένα σύστημα ΕΔΤ απαρτίζεται από συγκεκριμένα στοιχεία που είναι: (α) η κατασκευή, (β) οι αισθητήρες, (γ) το σύστημα απόκτησης δεδομένων, (δ) το σύστημα διαχείρισης / μεταφοράς / αποθήκευσης δεδομένων, (ε) το σύστημα μετάφρασης δεδομένων και διάγνωσης. Η πλειονότητα των εγκαταστημένων συστημάτων ΕΔΤ χρησιμοποιούνται συχνά για την εκτίμηση της αντοχής κτηρίων κυρίως σε σεισμικά φαινόμενα. Άλλες εφαρμογές έχουν να κάνουν με την μόνιμη εγκατάσταση συστημάτων ΕΔΤ σε κτήρια για δομικό έλεγχο άλλα και προσωρινή εγκατάσταση για 17

18 αναγνώριση χαρακτηριστικών ιδιοτήτων μιας κατασκευής. Τα σύγχρονα εμπορικά συστήματα ΕΔΤ χαρακτηρίζονται από hub-spoke αρχιτεκτονικές με διανεμημένους αισθητήρες συνδεδεμένους σε συγκεντρωτικούς data servers μέσω ενσύρματης επικοινωνίας. Το κόστος όμως μιας τέτοιας ενσύρματης διάταξης είναι πολύ ακριβό για μικρά κτήρια ενώ για μεγάλες κατασκευές είναι σχεδόν απαγορευτικό, εξαιτίας κυρίως λόγω δαπανηρής εγκατάστασης και συχνής συντήρησης. Χρησιμοποιώντας νέες τεχνολογίες ολοκληρωμένων συστημάτων, ένα πρωτότυπο σύστημα ΕΔΤ μπορεί να δημιουργηθεί ως φθηνή και αποδοτική εναλλακτική επιλογή. Ο συνδυασμός προηγμένων MCUs, AD converters ασύρματων δικτύων, όπως επίσης και τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων και αναγνώρισης προτύπων έχει μεγάλες δυνατότητες (Σχήμα 3). [6] Σχήμα 3. Διάταξη συστήματος ΕΔΤ με ασύρματη επικοινωνία. 1.6 Συμπεράσματα Ο ΜΚΕ αποτελεί μια διαδικασία με σημαντικές εφαρμογές τόσο στην επιστήμη όσο και στην βιομηχανία. Το πλεονέκτημα ενός αξιόπιστου ελέγχου των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων ή της δομικής ακεραιότητας ενός υλικού, χωρίς την πρόκληση βλαβών πάνω του, προσδίδει μεγάλη αξία στη χρήση του στην αξιολόγηση βιομηχανικών προϊόντων, στην επιστημονική έρευνα και στην διερεύνηση σφαλμάτων. Η διαδικασία ΜΚΕ με τη μέθοδο ΑΕ, αποτελεί μια αρκετά αξιόπιστη και οικονομική τεχνική ελέγχου, που βρίσκει μεγάλη εφαρμογή στον έλεγχο δομικής τρωτότητας (ΕΔΤ) για μηχανικές κατασκευές. 18

19 19

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Επεξεργασία σήματος Αλγόριθμος Goertzel 20

21 2.1 Εισαγωγή Στο 2 ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, καθώς αποτελεί αναγκαία διαδικασία κατά την εφαρμογή ΜΚΕ με ΑΕ, για τον καθαρισμό της χρήσιμης πληροφορίας από πηγές εξωτερικού θορύβου. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην παρουσίαση του αλγορίθμου Goertzel για επεξεργασία ψηφιακών σημάτων. 2.2 Φίλτρα Κατά την επεξεργασία σήματος, το φίλτρο είναι μια κατασκευή ή διαδικασία που έχει ως στόχο την απομάκρυνση ενός ανεπιθύμητου συστατικού ή χαρακτηριστικού του σήματος. Το φιλτράρισμα αποτελεί μια βασική διαδικασία στον τομέα επεξεργασίας σήματος καθώς το κύριο γνώρισμα του είναι η πλήρης ή μερική κατάπνιξη ενός χαρακτηριστικού ενός σήματος. Συνήθως η διαδικασία περιστρέφεται γύρω από την απομάκρυνση κάποιων συχνοτήτων από το φάσμα συχνοτήτων του σήματος, με την απομάκρυνση παρεμβολών ή θορύβου. Το μειονέκτημα της διαδικασίας του φιλτραρίσματος είναι η πιθανή απώλεια πληροφορίας μέσα από το σήμα. Ο συνδυασμός σημάτων στον χώρο Fourier είναι μια εναλλακτική προσέγγιση στην απομάκρυνση συχνοτήτων. Υπάρχουν πολλές κατηγοριοποιήσεις φίλτρων οι οποίες συχνά επικαλύπτονται. [7] Οι πιο σημαντικές είναι: Γραμμικά και μη-γραμμικά Χρονικά αμετάβλητα και χρονικά μεταβαλλόμενα Αιτιατά και μη-αιτιατά, οπού ο διαχωρισμός γίνεται όταν η παροντική έξοδος του φίλτρου εξαρτάται ή όχι από μια μελλοντική είσοδο Αναλογικά και ψηφιακά Διακριτού χρόνου ή συνεχούς χρόνου Άπειρης κρουστικής απόκρισης (IIR) ή πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης (FIR) για διακριτού χρόνου ή ψηφιακά φίλτρα 2.3 Αναλογικά/Ψηφιακά Φίλτρα Στην κατηγορία των ψηφιακών φίλτρων, βρίσκονται τα φίλτρα που επεξεργάζονται δειγματοληπτειμένο, διακριτού χρόνου σήμα για να μειώσουν ή να τονίσουν συγκεκριμένα κομμάτια του σήματος. Η αντίστοιχη κατηγορία είναι τα αναλογικά φίλτρα, τα οποί είναι ηλεκτρονικά κυκλώματα που λειτουργούν πάνω σε συνεχούς-χρόνου αναλογικά σήματα. Ένα αναλογικό σήμα μπορεί να επεξεργασθεί από ένα ψηφιακό 21

22 φίλτρο, αφού πρώτα ψηφιοποιηθεί σαν ακολουθία αριθμών και έπειτα ανακατασκευαστεί ως ένα νέο αναλογικό σήμα. Αντίθετα σε αναλογικό φίλτρο η επεξεργασία σήματος είναι άμεση. [7] Η υλοποίηση ενός ψηφιακού σήματος περιλαμβάνει ένα μετατροπέα αναλογικού προς ψηφιακό σήμα για την δειγματοληψία της εισόδου, μαζί με ένα μικροεπεξεργαστή με μνήμη για αποθήκευση δεδομένων. Τέλος είναι αναγκαίος και ένα μετατροπέας ψηφιακού προς αναλογικό σήμα για να ολοκληρωθεί η έξοδος. Από την άλλη πλευρά ένα αναλογικό φίλτρο αποτελείται από απλά ηλεκτρικά κυκλώματα κάνοντάς το πιο φθηνό από ένα ψηφιακό φίλτρο. Η επεξεργασία των αναλογικών σημάτων από τα αντίστοιχα φίλτρα είναι άμεση, χωρίς καμία καθυστέρηση εξαιτίας της δομής των φίλτρων αυτών, αφού είναι κλασικά ηλεκτρικά-αναλογικά κυκλώματα. Αντίθετα, απαιτείται προγραμματισμός στα ψηφιακά φίλτρα καθώς υλοποιούνται μέσω μικροεπεξεργαστών και άρα κατά την επεξεργασία των σημάτων παρατηρείται καθυστέρηση. Η καθυστέρηση αυτή εξαρτάται τόσο από την πολυπλοκότητα της επεξεργασίας του σήματος όσο και από την ταχύτητα του επεξεργαστή. Οι χαρακτηριστικές καμπύλες των αναλογικών φίλτρων διαφοροποιούνται με αλλαγή των τιμών των ηλεκτρικών κυκλωμάτων που αποτελούν το φίλτρο. Οι τιμές αυτές υπόκεινται σε αλλαγές λόγω μεταβολής των περιβαλλοντικών συνθηκών λειτουργίας του φίλτρου ή λόγω της γήρανσης των στοιχείων. Από την άλλη πλευρά, τα ψηφιακά είναι απρόσβλητα από περιβαλλοντικές συνθήκες. [7] Με ψηφιακά φίλτρα είναι δυνατό να προσεγγίσουμε τις ιδανικές προδιαγραφές με οποιαδήποτε επιθυμητή ακρίβεια. Αντίστοιχη ικανότητα δεν διαθέτουν τα αναλογικά φίλτρα, διότι αυτό απαιτεί πολύπλοκα κυκλώματα με απροσδιόριστα αποτελέσματα, λόγω της μη ακριβούς γνώσης των τιμών των στοιχείων του κυκλώματος. Ακόμα τα ψηφιακά φίλτρα, ειδικά τα πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης (FIR), έχουν μεγάλη ευελιξία στο σχεδιασμό τους. Με άλλα λόγια, μπορεί να σχεδιαστεί φίλτρο οποιασδήποτε χαρακτηριστικής, ενώ τα αναλογικά περιορίζονται στην υλοποίηση μόνο των κλασικών φίλτρων. Τέλος ένα ψηφιακό φίλτρο υλοποιείται με προγραμματισμό ενός επεξεργαστή. Έτσι, μπορεί εύκολα να αλλαχθεί η λειτουργία ενός ψηφιακού φίλτρου, χωρίς να πραγματοποιηθεί καμία αλλαγή στη δομή του κυκλώματος. Αντίθετα, για την αλλαγή του τρόπου λειτουργίας ενός αναλογικού φίλτρου απαιτείται η ανακατασκευή του. Τα ψηφιακά μπορούν να επεξεργαστούν με μεγάλη ακρίβεια σήματα μικρής συχνότητας, εν αντιθέσει με τα αναλογικά, καθώς επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στην επεξεργασία σημάτων μεγάλων συχνοτήτων, όπως αυτά της περιοχής ραδιοσυχνοτήτων. Πιο αναλυτικά, όσον αφορά τα αναλογικά φίλτρα, όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, αποτελούνται από κλασικά ηλεκτρικά στοιχεία, όπως αντιστάσεις, πυκνωτές και πηνία, δίνοντας έτσι στη συνάρτηση μεταφοράς στο πεδίο της συχνότητας (μετασχηματισμός Laplace), ρητή μορφή. Ο βαθμός του πολυωνύμου του παρονομαστή του κλάσματος της συνάρτησης μεταφοράς του φίλτρου είναι και η τάξη του φίλτρου. Παρ όλα αυτά δεν είναι δυνατή η υλοποίηση οποιασδήποτε ρητής συνάρτησης με κλασικά ηλεκτρικά στοιχεία και άρα η υλοποίηση ενός αναλογικού φίλτρου. Όσον αφορά τα ψηφιακά, το σήμα που φιλτράρουν αυτά είναι διακριτό και προκύπτει από τη δειγματοληψία του αντίστοιχου αναλογικού σήματος λόγω της 22

23 διακριτότητας των σημάτων εισόδου και εξόδου χρησιμοποιούμε το μετασχηματισμό Ζ για την έκφραση αυτών. Έτσι, αν ορίσουμε ως h n, x n, y n την κρουστική απόκριση του φίλτρου, την είσοδο και έξοδο του φίλτρου στο χρόνο αντίστοιχα και ως H(z), X(z), Y(z) τη συνάρτηση μεταφοράς και το μετασχηματισμό Ζ της εισόδου και εξόδου του φίλτρου αντίστοιχα, τότε προκύπτουν τα παρακάτω: y n = Y(z)=X(z)H(z) Επειδή ένα ψηφιακό φίλτρο είναι ένα σύνολο εντολών που καλείται ένας επεξεργαστής να κάνει επεξεργασία σήματος πρέπει να έχει κάποιο μαθηματικό αλγόριθμο για την υλοποίηση του. Για να θεωρηθεί ένα αλγόριθμος κατάλληλος για την υλοποίηση ενός ψηφιακού φίλτρου θα πρέπει το σύνολο των αριθμητικών πράξεων που πραγματοποιούνται ανά δείγμα να είναι πεπερασμένος. Έτσι, προχωρούμε σε νέα κατηγοριοποίηση ψηφιακών φίλτρων: τα φίλτρα πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης FIR και τα φίλτρα άπειρης κρουστικής απόκρισης IIR. [7] Τα φίλτρα FIR δεν είναι αναδρομικά φίλτρα, δηλαδή δεν δέχονται ως εισόδους τους τις εξόδους τους. Έτσι προκύπτει η παρακάτω σχέση: y n = Η παράμετρος L ονομάζεται μήκος του φίλτρου. Εάν η συνάρτηση μεταφοράς ενός IIR φίλτρου έχει ρητή μορφή, τότε η έξοδος του φίλτρου δίνεται από την παρακάτω σχέση: H(z)= y n = -a 1 y n-1 - -a L y n-l +b 0 x n + +b K x n-k Από τα παραπάνω παρατηρούμε ότι τα IIR είναι αναδρομικά φίλτρα, δηλαδή στις εισόδους εντάσσονται και προηγούμενες έξοδοί τους. Τα φίλτρα IIR δεν έχουν πεπερασμένη στο χρόνο, κρουστική απόκριση. Με άλλα λόγια, η περιοδικά εισερχόμενες έξοδοι του φίλτρου το ανατροφοδοτούν με ενέργεια και έτσι στο πεδίο της συχνότητας η ενέργεια αυτή δεν φαίνεται να χάνεται οριστικά. Η τάξη τους ισούται με το πλήθος εξόδων που απαιτούνται σαν είσοδοι για τον υπολογισμό της τρέχουσας εξόδου. [7] 2.4 Αλγόριθμος Goertzel Ο αλγόριθμος Goertzel είναι μια τεχνική επεξεργασίας ψηφιακών σημάτων που παρέχει αποτελεσματικό εντοπισμό και ενίσχυση τμημάτων του σήματος που αντιστοιχούν σε προκαθορισμένες συχνότητες. Όπως ο Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (DFT), αναλύει μια επιλεγόμενη συνιστώσα συχνότητας από ένα διακριτό σήμα. Αντίθετα όμως με τον DFT, ο αλγόριθμος Goertzel εφαρμόζει μόνο ένα πραγματικό συντελεστή σε κάθε επανάληψη, χρησιμοποιώντας αριθμητική πραγματικών αριθμών για ακολουθίες πραγματικών εισόδων. Για την κάλυψη του πλήρους φάσματος συχνοτήτων ενός σήματος 23

24 εισόδων, ο αλγόριθμος Goertzel έχει μεγαλύτερη τάξη πολυπλοκότητας από τον Ταχύ Μετασχηματισμό Fourier (FFT), αλλά για τον υπολογισμό ενός μικρού αριθμού επιλεγμένων συχνοτήτων, είναι αποδοτικότερος. Η απλή δομή του αλγορίθμου Goertzel, τον κάνει επιθυμητό για ολοκληρωμένες εφαρμογές με μικρούς σε ισχύ μικροεπεξεργαστές. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και «αντίστροφα» ως μια συνάρτηση ημιτονοειδούς σύνθεσης, που απαιτεί ένα πολλαπλασιασμό και μια αφαίρεση ανά δείγμα. [8][9] Ο αλγόριθμος αυτός βασίζεται σε μαθηματικές σχέσεις, που έχουν τη μορφή διακριτού φίλτρου, εξ ου και ο χαρακτηρισμός του ως φίλτρο Goertzel. Το φίλτρο έχει δύο στάδια. Το πρώτο υπολογίζει την ενδιάμεσο ακολουθία s(n) για είσοδο x(n): s(n) = x(n) + 2cos(2πω)s(n-1) - s(n-2) όπου ισχύει s(-2)= s(-1)=0 και ω τιμή συχνότητας. Η παραπάνω σχέση μας δηλώνει ότι πρόκειται για ένα δευτέρου βαθμού IIR φίλτρο με πόλους και. [10] Στο δεύτερο στάδιο εισάγεται η ακολουθία s(n) για έξοδο y(n): y(n) = s(n) - s(n-1) Το δεύτερο στάδιο προσομοιάζει ένα FIR φίλτρο αφού δεν εξαρτάται η έξοδός του από προηγούμενες εισόδους. Ο μετασχηματισμός Z του πρώτου σταδίου δίνει τη μορφή: = Ενώ ο μετασχηματισμός Z του δευτέρου σταδίου δίνει τη μορφή: = ) Και τελικά το φίλτρο Goertzel θα έχει τη μορφή: = στο πεδίο της συχνότητας y(n) = στο πεδίο του χρόνου Για τον υπολογισμό του όρου DFΤ μπορούμε απλά να χρησιμοποιήσουμε τα τελευταία δύο δείγματα της ακολουθίας εισόδου. [10] Έτσι έχουμε: y(n) = s(n-1) - s(n-2) Για τον υπολογισμό, τέλος, της ενέργειας συνολικά του σήματος χρησιμοποιήσουμε τον τύπο παρακάτω: X(ω)Χ (ω)=s(n-2)2+s(n-1)2-2cos(2πω)s(n-2)s(n-1) Ο συγκεκριμένος αλγόριθμος είναι ιδιαίτερα χρήσιμος στο φιλτράρισμα του σήματός και στην εξοικονόμηση χρόνου επεξεργασίας των δειγμάτων. 24

25 Γενικά, ο αλγόριθμος Goertzel είναι χρήσιμος και σε άλλες εφαρμογές εντοπισμού συχνοτήτων, όπως οι ακόλουθες: DTMF αποκωδικοποίηση Αποκωδικοποίηση της εξέλιξης μίας κλήσης Μετρήσεις απόκρισης συχνότητας, οι οποίες επιτυγχάνονται με την αποστολή μιας συχνότητας και διαβάζοντας ταυτόχρονα το αποτέλεσμά της. Εάν αυτό γίνει για ένα εύρος συχνοτήτων, τότε η καμπύλη της απόκρισης συχνότητας μπορεί να περιέχει χρήσιμη πληροφορία. [10] Παρόλο που υπάρχουν ενσωματωμένα συστήματα ειδικά κατασκευασμένα για την υλοποίηση των παραπάνω εφαρμογών, η χρήση λογισμικού και ψηφιακών συστημάτων είναι οικονομικότερη. Όμως, πολλά από τα ενσωματωμένα συστήματα δεν έχουν την απαραίτητη ισχύ για την εκτέλεση ενός FFT αλγορίθμου για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε τον Goertzel αλγόριθμο αντί του FFT. Τέλος, πριν την εκτέλεση του αλγορίθμου θα πρέπει να προϋπολογιστούν ή προκαθοριστούν κάποιες άλλες τιμές, όπως η συχνότητα δειγματοληψίας, το μέγεθος του πλαισίου δειγμάτων (Ν) προς επεξεργασία και οι συντελεστές των φίλτρων. 2.5 Υπερδειγματοληψία Όσον αφορά τη συχνότητα δειγματοληψίας, σε πολλές περιπτώσεις αυτή είναι προκαθορισμένη. Για παράδειγμα, στις τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές η συνήθης τιμή της συχνότητας δειγματοληψίας είναι 8kHz. Επίσης, ο Μετατροπέας Αναλογικού / Ψηφιακού σήματος ADC μπορεί να λειτουργεί υπό εξωτερικό ρολόι ή κρύσταλλο, συσκευές των οποίων τη λειτουργία πολλές φορές ο προγραμματιστής δεν έχει δυνατότητα να αλλάξει και άρα η συχνότητα δειγματοληψίας καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά αυτών των συσκευών. Γενικά, στην δειγματοληψία αναλογικών σημάτων πρέπει να εφαρμόζεται το θεώρημα δειγματοληψίας του Nyquist. Σύμφωνα με αυτό, η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια της μέγιστης συχνότητας του σήματος προς δειγματοληψία. [7] Στην περίπτωση που η συχνότητα δειγματοληψίας είναι παραπάνω του διπλάσιου της μέγιστης συχνότητας του σήματός, τότε γίνεται υπερδειγματοληψία στο υπό επεξεργασία σήμα. Δηλαδή κατά τη διαδικασία της υπερδειγματοληψίας, το φίλτρο λαμβάνει περισσότερα δείγματα από το αρχικό αναλογικό σήμα από το σύνολο των δειγμάτων που θεωρούνται αναγκαία για την ανακατασκευή του αρχικού σήματος από το κατασκευασμένο ψηφιακό σήμα. Μία τέτοια περίπτωση μπορεί να ανακύψει και στην περίπτωση που η συχνότητα δειγματοληψίας είναι μεν ακριβώς το διπλάσιο της μέγιστης συχνότητας του σήματός, αλλά το σύστημα δέχεται προς επεξεργασία λιγότερα δείγματα από τα όσα παράγονται κατά τη δειγματοληψία. Κάτι τέτοιο μπορεί να είναι ωφέλιμο εάν ο προγραμματιστής ενδιαφέρεται για μία συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων, μικρότερων της μέγιστης, και άρα δεν τον ενδιαφέρει να έχει πλήρη και σαφή γνώση ολόκληρου του σήματος αλλά μόνο ενός τμήματός του. Γενικότερα η υπερδειγματοληψία σημάτων αυξάνει την ανάλυση σήματος και μειώνει τον θόρυβο. [7] 25

26 2.6 Μέγεθος πλαισίου επεξεργασίας (Ν) Ένας ακόμη παράγοντας που επηρεάζει το ρυθμό επεξεργασίας των δεδομένων είναι το μέγεθος του πλαισίου δειγμάτων που χρησιμοποιείται κατά την επεξεργασία των δεδομένων. Για παράδειγμα, αν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι 10kHz και απαιτείται πλαίσιο 100 δειγμάτων, τότε ο ρυθμός συλλογής δεδομένων είναι 100Hz ή αν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι 10kHz και χρειάζεται επεξεργασία δεδομένων ανά 100άδες,τότε θα χρειαστούμε 10 msec για τη συλλογή των δειγμάτων. [7] Έτσι, όπως γίνεται αντιληπτό και από τα παραπάνω παραδείγματα το μήκος του πλαισίου επεξεργασίας καθορίζει το ρυθμό με τον οποίο ξεκινά η επεξεργασία κάθε ομάδας δειγμάτων. Όσο μεγαλύτερο το Ν τόσο περισσότερο χρόνο χρειαζόμαστε για τη συλλογή των δεδομένων μας. Επιπλέον, το μέγεθος αυτό καθορίζει και το ποιες συχνότητες του σήματός μας είναι δυνατό να ελέγξουμε. Πιο συγκεκριμένα οι συχνότητες που μπορούμε να επεξεργαστούμε πρέπει να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του πηλίκου συχνότητα δειγματοληψίας/ν. [7] Τέλος, υπάρχουν δύο τύποι του αλγορίθμου Goertzel, ο βασικός και ο βελτιστοποιημένος, καθένας από τους οποίους έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Στη βασική μορφή του αλγορίθμου είναι δυνατός ο υπολογισμός τόσο του πραγματικού όσο και του φανταστικού μέρους του σήματος. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά γίνεται υπολογισμός των συντελεστών των φίλτρων, των οποίων οι τιμές υπολογίζονται μία φορά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν όσες φορές αυτό είναι απαραίτητο, και εκ των υστέρων γίνεται υπολογισμός των ποσοτήτων: Real = Q1-Q2*cosine Imag = Q2*sine Magnitude = Όπου Q1,Q2 οι δύο προηγούμενες έξοδοι του φίλτρου. Για τον προσδιορισμό ύπαρξης ή όχι της οποιασδήποτε συχνότητας στο συχνοτικό περιεχόμενο του σήματος, αρκεί η σύγκριση της ενέργειας του φίλτρου ανίχνευσης αυτής της συχνότητας με κάποιο κατώφλι και συνέχιση του φιλτραρίσματος του επόμενου πλαισίου δειγμάτων. [7] Κατά τη βελτιστοποιημένη έκδοση του αλγορίθμου δίνεται το πλεονέκτημα της εξοικονόμησης χώρου μνήμης όσο και χρόνου εκτέλεσης, με μειονέκτημα την αδυναμία υπολογισμού της φάσης του σήματος. Σε αυτή την περίπτωση, αντί να υπολογιστεί το πραγματικό και φανταστικό μέρος του σήματος και κατ επέκταση το σχετικό πλάτος αυτού, υπολογίζεται την ακόλουθη ποσότητα: = + Q1*Q2*coeff όπου coeff ο συντελεστής του φίλτρου. 26

27 2.7 Εφαρμογή στην ΑΕ ανάλυση Ο αλγόριθμος Goertzel αποτελεί ισχυρό εργαλείο ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων, ιδίως όταν είναι γνωστές, εκ των προτέρων, οι επιθυμητές συχνότητες για ενίσχυση σήματος ή για έλεγχο ταυτοποίησης του συχνοτικού περιεχομένου του. Ο αλγόριθμος Goertzel υπερτερεί απέναντι στον FFT, στην υλοποίηση ψηφιακών φίλτρων με ενσωματωμένα κυκλώματα, όσον αφορά την απλότητα των μαθηματικών πράξεων, τον χρόνο εκτέλεσης και χώρο αποθήκευσης τόσο κώδικα όσο και δεδομένων. Πρέπει να τονισθεί όμως, ότι το φίλτρα Goertzel είναι ασταθές, εξαιτίας της ανάδρασης του. Όπως, έχει γίνει αναφορά και προηγουμένως, το φίλτρο Goertzel είναι ανατροφοδοτούμενο, δηλαδή δέχεται ως εισόδους και εξόδους παρελθοντικών χρονικών στιγμών. Αποτέλεσμα αυτής της ιδιότητας είναι να μην μειώνεται η ενέργεια του με το πέρας του χρόνου και άρα να χαρακτηρίζεται ασταθές. [7] Μία εφαρμογή στην οποία χρησιμοποιείται ο αλγόριθμος Goertzel είναι και η ΑΕ ανάλυση, κατά την οποία συνήθως είναι γνωστές οι συχνότητες στις οποίες κυμαίνονται τα σήματα εισόδου, δηλαδή τα σήματα εξόδου ενός πιεζοκρύσταλλου ή αισθητήρα, και ζητείται να βρεθεί η ακριβής συχνότητα τους. Η εύρεση της συχνότητας βοηθά στον εντοπισμό της θέσης της ΑΕ πηγής και στον υπολογισμό της ενέργειας του σήματος, κάτι που μπορεί να είναι αναγκαίο για περαιτέρω ανάλυση, όπως η αναγνώριση ή ταξινόμηση του σήματος. 2.8 Συμπεράσματα Ο αλγόριθμος Goertzel αποτελεί μια τεχνική επεξεργασίας σημάτων με πολλά πλεονεκτήματα σε εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων. Η μικρή πολυπλοκότητα του αλγορίθμου για μικρό πλαίσιο δειγμάτων, η ευκολία αριθμητικών πράξεων που δεν περιλαμβάνουν τη χρήση πράξεων μιγαδικών αριθμών και η ταχύτητα του στον υπολογισμό ενός μικρού αριθμού επιλεγμένων συχνοτήτων, είναι σημαντικά πλεονεκτήματα για τις εφαρμογές αυτές, όπου η μικρή υπολογιστική ισχύς δεν αφήνει περιθώρια για τη χρήση FFT αλγορίθμων. Επίσης η ανάλυση ΑΕ έχει σημαντικά οφέλη από τη χρήση του φίλτρου Goertzel 27

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Αναγνώριση προτύπων Μέθοδοι Ταξινόμησης 28

29 3.1 Εισαγωγή Στο 3 ο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας γίνεται εκτενής αναφορά στην διαδικασία της Αναγνώρισης και Ταξινόμησης Προτύπων, στην διαδικασία εκπαίδευσης συστημάτων αναγνώρισης, στους πιο συνηθισμένους τύπους συστημάτων αναγνώρισης προτύπων καθώς και στις εφαρμογές τέτοιων συστημάτων στον Έλεγχο Δομικής Τρωτότητας. 3.2 Αναγνώριση Προτύπων Η αναγνώριση και ταξινόμηση αντικειμένων αποτελούν κάποιες από τις συχνότερα επαναλαμβανόμενες επεξεργασίες που εκτελεί ο εγκέφαλος όλων των ζώων και θεωρούνται σημαντικές για την επιβίωση τους. Η ανάλυση της διαδικασίας αναγνώρισης δείχνει πως η λειτουργία αυτή βασίζεται στην συγκέντρωση πληροφοριών μέσω των αισθητηρίων οργάνων, αρχική επεξεργασία της πληροφορίας και σύγκριση της με προϋπάρχουσες πληροφορίες αποθηκευμένες στη μνήμη. Γενικά, η αναγνώριση ή ταξινόμηση (classification) αντικειμένου (pattern) μπορεί να περιγραφεί ως η διαδικασία εκείνη με την οποία σήματα του περιβάλλοντος χώρου που αντιστοιχούν σε ένα αντικείμενο ή παράγονται από ένα φαινόμενο, ταξινομούνται σε μία από ένα πεπερασμένο σύνολο κατηγοριών (classes).[11] Οι κατηγορίες αυτές σηματοδοτούν ομάδες αντικειμένων με κοινά χαρακτηριστικά ή ιδιότητες. Χαρακτηριστικό γνώρισμα όλων αυτών των ομάδων είναι η ύπαρξη κάποιων ιδιοτήτων που περιγράφουν με μεγαλύτερη ή μικρότερη ακρίβεια όλα τα αντικείμενα που ανήκουν σε αυτές. Οι ομάδες αυτές στην ταξινόμηση προτύπων ονομάζονται κατηγορίες αντικειμένων. Ο αλγόριθμος που εφαρμόζει ταξινόμηση αντικειμένων ορίζεται ως ταξινομητής. Ο ίδιος όρος αναφέρεται επίσης και στην μαθηματική συνάρτηση, η οποία εφαρμόζεται από τον αλγόριθμο ταξινόμησης, που χαρτογραφεί τα δεδομένα εισόδου σε μια κατηγορία. [1] Ανεξάρτητα από το είδος του προβλήματος και τη συγκεκριμένη εφαρμογή, η διαδικασία αναγνώρισης προτύπων μπορεί να περιγραφεί από τέσσερα στάδια (Σχήμα 4): 1. Μέτρηση, καταγραφή και αποθήκευση δεδομένων (data acquisition). 2. Αρχική επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων (pre-processing and data analysis). 3. Εκπαίδευση του συστήματος ταξινόμησης (training). 4. Ταξινόμηση και αναγνώριση (classification and recognition). 29

30 Σχήμα 4. Βασικές συνιστώσες διάταξης συστήματος αναγνώρισης προτύπων. Κατά το πρώτο στάδιο, οι μεταβλητές που περιγράφουν το πρόβλημα, μετατρέπονται σε μια σειρά αναλογικών σημάτων με τη βοήθεια αισθητήρων. Σε συνήθεις εφαρμογές τέτοιο ρόλο έχουν τα ηλεκτρικά αναλογικά σήματα των μικροφώνων και τα σήματα επιταχυνσιόμετρων ή αισθητήρων πιεζοκρυστάλλων. Τα αναλογικά σήματα οδηγούνται στη μονάδα καταγραφής όπου γίνεται ψηφιοποίηση των σημάτων. Στο δεύτερο στάδιο ακολουθεί η επεξεργασία των ψηφιακών σημάτων και η ανάλυση τους με τις κατάλληλες κατά περίπτωση τεχνικές. Έπεται ύστερα η συμπίεση της πληροφορίας και αποθήκευση των χαρακτηριστικών παραμέτρων που είναι απαραίτητες για την παραπέρα αναγνώριση. Το συγκεκριμένο στάδιο είναι σημαντικό για την επιτυχία ολόκληρης της διαδικασίας. Στο τρίτο στάδιο πραγματοποιείται εκπαίδευση του δικτύου. Στο τελευταίο στάδιο γίνεται η κυρίως διαδικασία της ταξινόμησης και αναγνώρισης. Οι τεχνικές ΜΚΕ χρησιμοποιούν ευρύτερα μεθόδους αναγνώρισης προτύπων από τις οποίες οι σημαντικότερες περιγράφονται παρακάτω. [1] 3.3 Διαδικασία Ταξινόμησης Μετά από το στάδιο της εξαγωγής παραμέτρων πρέπει να επιλεγεί ένας κατάλληλος ταξινομητής ο οποίος θα είναι σε θέση να ταξινομεί με ακρίβεια τα αντικείμενα σε ένα σύνολο κατηγοριών. Για το σκοπό αυτό, τα αντικείμενα περιγράφονται με ορισμένα χαρακτηριστικά, κυρίως αριθμητικές τιμές βάσει των οποίων γίνεται η ταξινόμηση. Ο ταξινομητής δέχεται στην είσοδο του το παραμετρικό διάνυσμα του προτύπου και δίνει στην έξοδό του, την κατηγορία στην οποία το πρότυπο ταξινομείται. [1] Πρέπει να επισημανθεί ότι για κάθε πραγματικό πρόβλημα αναγνώρισης προτύπων (κατηγοριοποίηση) δεν είναι εφικτό να δημιουργηθεί ένα ιδανικό σύστημα ταξινόμησης, αφού δεν υπάρχει κάποια τεχνική εύρεσης της βέλτιστης μεθόδου ταξινόμησης για το πρόβλημα. Η δυσκολία στην επιλογή αυξάνεται μάλιστα καθώς υπάρχει μεγάλος αριθμός διαφορετικών μεθόδων ταξινόμησης προτύπων. Ως εκ τούτου υπάρχει σχεδόν πάντα ένα ποσοστό από λανθασμένες κατηγοριοποιήσεις. Το γεγονός αυτό μπορεί να συμβαίνει για τους παρακάτω λόγους: Τα χαρακτηριστικά τα οποία χρησιμοποιούνται είναι ανεπαρκή ή ακατάλληλα. 30

31 Τα δείγματα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για να εκπαιδευτεί και να κατασκευαστεί ο ταξινομητής δεν είναι αντιπροσωπευτικά. Ο ταξινομητής δεν είναι επαρκής για να διαχωρίσει τις διαφορετικές κατηγορίες. Συνεπώς, η επιλογή ενός ταξινομητή, ο οποίος να μπορεί να πετύχει όσο το δυνατόν καλύτερα αποτελέσματα, εξαρτάται από την εμπειρία του σχεδιαστή. Αν κατηγοριοποιηθούν οι μέθοδοι ταξινόμησης βάσει της μεθόδου μέτρησης της «ομοιότητας» του προτύπου x στις κατηγορίες Ω μπορούμε να διακρίνουμε τις ακόλουθες ομάδες μεθόδων: 1. Αιτιοκρατικές ή δομικές μέθοδοι (deterministic). Εδώ χρησιμοποιούνται συναρτήσεις απόφασης ή μετρήσεις της απόστασης του αγνώστου προτύπου με αντιπροσωπευτικό δείγμα ή δείγματα από τα πρότυπα κάθε μιας των κατηγοριών. 2. Στοχαστικές μέθοδοι (stochastic, probabilistic). Υποθέτοντας ότι τα πρότυπα κάθε κατηγορίας ακολουθούν γνωστή πυκνότητα πιθανότητας, αναζητείται η κατηγορία εκείνη η οποία μεγιστοποιεί την πιθανότητα εμφάνισης της, γνωρίζοντας την παραμετρική περιγραφή του αγνώστου προτύπου. 3. Μέθοδοι μη-γραμμικών δικτύων, ή νευρωνικά δίκτυα (Neural networks). Στις μεθόδους αυτές η διαδικασία ταξινόμησης προσομοιώνεται με μια συνάρτηση μεταφοράς η οποία μπορεί να αναλυθεί σε ένα σύνολο διασυνδεδεμένων μη-γραμμικών υπολογιστικών μονάδων. Το παραμετρικό διάνυσμα του προτύπου τοποθετείται στην είσοδο του δικτύου και ακολούθως υπολογίζεται η έξοδο του δικτύου που διαθέτει αριθμό εξόδων ίσο με τον αριθμό των κατηγοριών που το σύστημα αναγνωρίζει. Η ταξινόμηση του προτύπου γίνεται με την αναζήτηση της εξόδου του δικτύου που έχει την μεγαλύτερη αριθμητική τιμή. 4. Μέθοδοι ασαφών συνόλων (fuzzy recognizers). Χρησιμοποιώντας στοιχεία της θεωρίας ασαφούς λογικής και των ασαφών συνόλων μπορούμε να κατασκευάσουμε συστήματα ταξινόμησης προτύπων. Αυτές οι μέθοδοι έχουν σημαντικό πλεονέκτημα σε εφαρμογές όπου το πρότυπο περιγράφεται από μεγάλων διαστάσεων διάνυσμα, δεν διαθέτουμε όλες τις μετρήσεις που απαιτούνται για την πλήρη συμπλήρωση του παραμετρικού διανύσματος, και η γνώση που αναφέρεται σε ένα σύνολο εμπειρικών και ασαφών γενικά κανόνων. 3.4 Η διαδικασία εκπαίδευσης Η μέθοδος υπολογισμού της παραμέτρου της συνάρτησης ταξινόμησης που ονομάζεται και εκπαίδευση του συστήματος, επηρεάζει καθοριστικά το ρυθμό επιτυχών ταξινομήσεων αλλά και το είδος των αντικειμένων που αναγνωρίζονται. Συνεπώς η επιλογή της μεθόδου παίζει σημαντικό ρόλο στην επιτυχία κατασκευής ενός συστήματος ταξινόμησης προτύπων. Η επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου εξαρτάται κυρίως από τη μέθοδο ταξινόμησης, τη διασπορά των προτύπων κάθε κατηγορίας και το βαθμό κάλυψης διανυσματικού χώρου των προτύπων από περισσότερες από μια κατηγοριών. [1] Η εκπαίδευση ενός συστήματος ταξινόμησης χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: 31

32 Κατευθυνόμενη εκπαίδευση: Στην κατευθυνόμενη εκπαίδευση (supervised learning) η πληροφορία που διαθέτουμε για να εκπαιδεύσουμε το σύστημα ταξινόμησης είναι ένας πεπερασμένος αριθμός σωστά ταξινομημένων παραδειγμάτων. Η κατευθυνόμενη εκπαίδευση αποτελεί την πιο συχνά εμφανιζόμενη μέθοδο προσδιορισμού των σταθερών παραμέτρων ενός συστήματος ταξινόμησης Αυτεκπαίδευση: η αυτεκπαίδευση (unsupervised learning) αποτελεί την πιο δύσκολη περίπτωση εκπαίδευσης αφού η πληροφορία που διαθέτουμε είναι μονάχα η διανυσματική παράσταση προτύπων. Υποθέτοντας ότι η μνήμη του συστήματος είναι γνωστή, γίνεται εκτίμηση της κατηγορίας στην οποία ανήκει το κάθε πρότυπο εκπαίδευσης. Η εκτίμηση αυτή υλοποιείται με τον υπολογισμό της εξόδου της συνάρτησης ταξινόμησης για κάθε ένα από τα παραδείγματα εκπαίδευσης. Έτσι δημιουργούνται τεχνητά παραδείγματα που χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για τον επαναπροσδιορισμό της μνήμης του συστήματος βάσει της τεχνικής της κατευθυνόμενης εκπαίδευσης. Η επανάληψη αυτής της διαδικασίας οδηγεί στην επαναληπτική μέθοδο που διευκολύνει στην εκτίμηση της μνήμης και της κατηγορίας κάθε παραδείγματος εκπαίδευσης. Κριτήριο σύγκλισης της επαναληπτικής μεθόδου συνήθως είναι η ελαχιστοποίηση της μεταβολής της μνήμης του συστήματος για δύο διαδοχικά βήματα. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι δεν εξασφαλίζεται πάντα η σύγκλιση, παρά μόνο σε ειδικές μορφές της συνάρτησης ταξινόμησης. 3.5 Σχεδιασμός συστημάτων αναγνώρισης Η σχεδίαση συστήματος ταξινόμησης προτύπων περιστρέφεται γύρω από την επίλυση προβλημάτων τα οποία επηρεάζουν σημαντικά τη συμπεριφορά του. Τα σημαντικότερα προβλήματα αφορούν: 1. Το είδος των παραμέτρων των αντικειμένων προς αναγνώριση. Κάθε αντικείμενο διαθέτει ένα μεγάλο πλήθος χαρακτηριστικών. Η επιλογή των καταλληλότερων παραμέτρων προς μέτρηση αυξάνει την αξιοπιστία της ταξινόμησης. Επίσης ελαττώνει και την υπολογιστική πολυπλοκότητα του σχεδιαζόμενου συστήματος. 2. Τη δυνατότητα προεπεξεργασίας των μετρήσεων που λαμβάνονται ώστε να βελτιωθεί η αξιοπιστία της ταξινόμησης. Η προεπεξεργασία των μετρήσεων βοηθά στην απόρριψη μετρήσεων που δεν περιέχουν χρήσιμη πληροφορία, όπως και στον μετασχηματισμό των μετρήσεων σε παραμέτρους που παρέχουν πληροφορία για τα χαρακτηριστικά που επιτρέπουν τις κατηγορίες που επιθυμούμε. Σε πραγματικές εφαρμογές το πρόβλημα της προεπεξεργασίας και επιλογής των παραμέτρων γίνεται πολυπλοκότερο, αφού υπάρχει πληθώρα παραμέτρων και παραδειγμάτων ενώ υπεισέρχεται και ο οικονομικός παράγοντας. 3. Την κατάλληλη μέθοδο ταξινόμησης αντικειμένων. Το πρόβλημα είναι να βρούμε μια μέθοδο επεξεργασίας των παραμέτρων, επιλέγοντας κάποιο κριτήριο βελτιστοποίησης. Πολλές μέθοδοι χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές σήμερα αλλά καμία δεν αποτελεί την ιδανική επιλογή για κάθε εφαρμογή. [1] 32

33 3.6 Τύποι συστημάτων αναγνώρισης προτύπων Εδώ θα γίνει σύντομη αναφορά στα πιο γνωστά συστήματα αναγνώρισης προτύπων: Το Πολυεπίπεδο Δίκτυο Perceptron Το πλέον διαδεδομένο ΤΝΔ συνεχών τιμών εισόδου και εξόδου είναι το MLP. Σχηματικά μπορεί να παρασταθεί όπως φαίνεται στο Σχήμα 5. Σχήμα 5. Το πολυεπίπεδο δίκτυο Perceptron Ένα MLP όπως υποδηλώνει και η ονομασία του απαρτίζεται από πολλαπλά επίπεδα (τουλάχιστον τρία). Το επίπεδο εισόδου το οποίο δέχεται είσοδο από το περιβάλλον, ένα ή περισσότερα κρυφά επίπεδα τα οποία επεξεργάζονται τα δεδομένα εισόδου και το επίπεδο εξόδου που αποτελεί και την έξοδο του δικτύου. Το επίπεδο εισόδου από μερικούς ερευνητές δεν θεωρείται κανονικό επίπεδο, και δεν προσμετρείται ως τέτοιο, επειδή δεν είναι εφοδιασμένο με νευρώνες. [1] Το MLP, αποτελείται από νευρώνες του τύπου perceptron οι οποίοι διαθέτουν έναν γραμμικό και έναν μη γραμμικό τελεστή συνδεδεμένους σε σειρά: y = o = f (y) όπου x είναι οι είσοδοι του δικτύου και w τα βάρη του δικτύου Νευρωνικά Δίκτυα Ακτινικών Συναρτήσεων Βάσης Τα δίκτυα ακτινικών συναρτήσεων βάσης (Radial Basis Function RBF) αποτελούνται από ένα κρυφό επίπεδο και ένα επίπεδο νευρώνων εξόδου (Σχήμα 6). Η ονομασία τους οφείλεται στο γεγονός της μορφής του μη γραμμικού τελεστή που υπάρχει στους νευρώνες του κρυφού επιπέδου. Ο μη γραμμικός τελεστής είναι μια συνάρτηση που περιέχει μια έκφραση της γενικευμένης απόστασης του διανύσματος εισόδου με το αντίστοιχο διάνυσμα των συντελεστών βαρύτητας των συνάψεων του νευρώνα. Οι νευρώνες εξόδου δεν 33

34 διαθέτουν μη γραμμικό τελεστή και γι' αυτό τον λόγο εκτελούν μονάχα έναν γραμμικό μετασχηματισμό των εξόδων των νευρώνων του κρυφού επιπέδου. [1] Σχήμα 6. Ένα δίκτυο ακτινικών συναρτήσεων βάσης Γενετικοί Αλγόριθμοι Οι γενετικοί αλγόριθμοι (Genetic Algorithms) αποτελούν μεθόδους βελτιστοποίησης οι οποίοι προσομοιάζουν με ένα απλοϊκό τρόπο μερικές από τις διεργασίες της φυσικής εξέλιξης. Στηρίζονται σε προσομοίωση των μηχανισμών της φυσικής εξέλιξης. Όπως είναι γνωστό στα βιολογικά συστήματα ισχύει ο νόμος της φυσικής επιλογής, σύμφωνα με τον οποίο επιβιώνουν μόνο τα ισχυρότερα άτομα (survival of the fittest), τα οποία είναι καταλληλότερα για αναπαραγωγή (reproduction). Αυτή η εξέλιξη είναι προσανατολισμένη προς την κατεύθυνση της σταδιακής βελτίωσης των χαρακτηριστικών του πληθυσμού και την ολοένα καλύτερη προσαρμογή τους στο περιβάλλον. Αν και στοχαστικοί από τη φύση τους, οι γενετικοί αλγόριθμοι πραγματοποιούν συνήθως μία πολύ αποδοτική εξερεύνηση του χώρου λύσεων του προβλήματος οδηγώντας την εξερεύνηση σε υποσχόμενες περιοχές λύσεων και επιπλέον δεν περιορίζονται σε μία μόνο στενή κατηγορία προβλημάτων. [1] Αλγόριθμος Βραδείας Ψύξης Ο αλγόριθμος βραδείας ψύξης (Simulated Annealing Algorithm) είναι μια μέθοδος εύρεσης ελαχίστων που προσφέρει τη δυνατότητα διαφυγής από τα τοπικά ελάχιστα. Ονομάζεται έτσι διότι η βασική ιδέα του αλγορίθμου βασίζεται στη διαδικασία κατασκευής ανθεκτικών μεταλλικών κραμάτων. Έχει διαπιστωθεί ότι αν ένα μέταλλο ψυχθεί αργά τότε επιτυγχάνεται η διάταξη των μορίων σε τέτοια τοπολογία ώστε να παρουσιάζεται η μέγιστη ανθεκτικότητα. Προσομοιώνοντας την διαδικασία ψύξης μετάλλων με την προσπάθεια εύρεσης του ελάχιστου της συνάρτησης του σφάλματος αποφεύγονται τα τοπικά ελάχιστα, αποδεχόμενοι λύσεις οι οποίες δίνουν μεγαλύτερο σφάλμα με κάποια πιθανότητα η οποία είναι συνάρτηση 34

35 του αριθμού των επαναλήψεων του αλγορίθμου ή όπως συνηθίζεται να λέγεται της θερμοκρασίας της λύσης, συσχετίζοντας την λύση του τοπικά ελάχιστου με την θερμοκρασία του μετάλλου. [1] 3.7 Αναγνώριση Προτύπων στον Έλεγχο Δομικής Τρωτότητας Στην διαδικασία του Μη Καταστροφικού Ελέγχου (ΜΚΕ), υπάρχει σημαντική χρήση μεθόδων αναγνώρισης και ταξινόμησης προτύπων. Χάρη στις μεθόδους αυτές γίνεται εφικτός ο προσδιορισμός τυχόν αστοχιών και σφαλμάτων σε κατασκευές, με την επεξεργασία μετρήσεων όπως σημάτων Ακουστικής Εκπομπής ΑΕ. Η βέλτιστη επιλογή των παραμέτρων προς ταξινόμηση όπως και της μεθόδου ταξινόμησης έχει καταλυτική επιρροή στην υλοποίηση ενός συστήματος ΜΚΕ, καθώς όχι μόνο καθορίζει τη δομή του συστήματος ΜΚΕ, αλλά αυξάνει την αξιοπιστία του ελέγχου. Επιπροσθέτως βοηθά στη μείωση της υπολογιστικής πολυπλοκότητας (κάτι σημαντικό για τη χρήση ενσωματωμένων συστημάτων με μικρές δυνατότητες υπολογιστικής ισχύος), όπως και του κόστους υλοποίησης της εφαρμογής. Κατά την ανάπτυξη μιας μεθόδου ταξινόμησης, ο σχεδιαστής επικεντρώνεται στην εφαρμογή αλγορίθμων που επεξεργάζονται τα εξαχθέντα χαρακτηριστικά των μετρήσεων για την ποσοτικοποίηση της βλάβης στην κατασκευή. Στη διαδικασία ΜΚΕ με τη μέθοδο ΑΕ οι μετρήσεις των ακουστικών κυμάτων που παράγονται και διαδίδονται στο υλικό, προεπεξεργάζονται για να αποδώσουν τα χαρακτηριστικά που χρησιμεύουν για την ταξινόμηση τους. Οι προτιμώμενες παράμετροι περιλαμβάνουν το φάσμα συχνοτήτων, την κυματομορφή του σήματος ή το πλάτος του. Συχνά όμως μέσω περαιτέρω επεξεργασίας των σημάτων προκύπτουν και άλλες παράμετροι όπως η ενέργεια του κύματος που αποτελούν σημαντική πηγή πληροφορίας για την ταξινόμηση των σημάτων. Οι μέθοδοι ταξινόμησης που έχουν προταθεί κατά καιρούς μπορούν να χωριστούν στις δύο βασικές κατηγορίες της κατευθυνόμενης εκπαίδευσης και της αυτεκπαίδευσης. Παρακάτω δίνονται μερικά παραδείγματα: Κατευθυνόμενη εκπαίδευση Ανάλυση Επιφάνειας Απόκρισης (Response Surface Analysis): Η ανάλυση επιφάνειας απόκρισης (ΕΑ) χρησιμοποιείται για την απόκτηση της προσεγγιστικής σχέσης μεταξύ των φυσικών συχνοτήτων και των παραμέτρων βλάβης όπως η περιοχή βλάβης και το μέγεθος της. Παράδειγμα αποτελεί η επιφάνεια απόκρισης, η οποία εκφραζόμενη σε κυβικά πολυώνυμα συνδέει το μέγεθος της βλάβης με τις μετρούμενες συχνότητες. Η ανάλυση ΕΑ απαιτεί κατά τον σχεδιασμό των πειραμάτων, την εύρεση των καταλληλότερων σημείων για την αποτελεσματική κάλυψη της επιφάνειας, και εκτελεί ανάλυση οπισθοδρόμησης με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. [1] Διαχωριστική Fisher: Για την μείωση του πλήθους των δεδομένων προς ανάλυση σε κάποιο σύστημα ΕΔΤ, τα πολυδιάστατα διανύσματα χαρακτηριστικών συχνά προβάλλονται σε ένα μονοδιάστατο υποχώρο με τη χρήση γραμμικών ή τετραγωνικών προβολών. Η διαχωριστική Fisher είναι ένα τέτοιο παράδειγμα γραμμικής προβολής και είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για την διαχώριση δύο διαφορετικών στατιστικών κατανομών. Η διαχωριστική Fisher είναι ένας γραμμικός μετασχηματισμός, που μετασχηματίζει τις πολυδιάστατες κατανομές σε μονοδιάστατες, των οποίων 35

36 οι μέσοι όροι είναι απομακρυσμένοι όσο το δυνατό γίνεται περισσότερο, ενώ οι διακυμάνσεις τους είναι όσο το δυνατό μικρότερες. Ο γραμμικός διαχωρισμός υποθέτει ότι οι δύο κατανομές έχουν την ίδια διακύμανση. Όταν δεν ισχύει αυτή η υπόθεση, χρησιμοποιείται μια γενική τετραγωνική προσέγγιση, η οποία αυξάνει την υπολογιστική πολυπλοκότητα. [1] Νευρωνικά Δίκτυα: Τα νευρωνικά δίκτυα βρίσκουν συχνή εφαρμογή στην ανίχνευση, τον εντοπισμό και την ποσοτικοποίηση βλαβών σε κατασκευές. Δίκτυα όπως το πολυεπίπεδο Perceptron (MLP) με οπισθόδρομη διάδοση σφάλματος και το δίκτυο Ακτινικών Συναρτήσεων Βάσης (RBF) αποτελούν επιλογή πολλών εφαρμογών. Για την εκπαίδευση των δικτύων χρησιμοποιείται ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων. [1] Γενετικοί Αλγόριθμοι: Πολλές έρευνες χρησιμοποιούν ένα αντίστροφο πρόβλημα όπου καθορίζεται το βάθος και η θέση της βλάβης με τη χρήση τροποποιητικών (modal) παραμέτρων. Τότε το πρόβλημα βελτιστοποίησης λύνεται με την εφαρμογή γενετικών αλγορίθμων. Η συνάρτηση κόστους προς βελτιστοποίηση είναι η συνάρτηση των μετρούμενων τροποποιητικών συχνοτήτων και οι σχετιζόμενες συχνότητες προκύπτουν από ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων. Μηχανή Διανύσματος Υποστήριξης (SVM): Η μέθοδος SVΜ αποτελεί ισχυρό εργαλείο για προβλήματα ταξινόμησης και οπισθοδρόμησης. Η μέθοδος SVM χρησιμοποιείται σε εφαρμογές νευρωνικών δικτύων, όπου υπάρχει το πρόβλημα της υπερκάλυψης. Κατά αυτό το φαινόμενο, το δίκτυο δεν μπορεί να γενικεύσει τα δεδομένα εκπαίδευσης ενός ελέγχου σε άλλα δεδομένα. Έτσι εφαρμόζεται αυτή η μέθοδος η οποία ελέγχει την πολυπλοκότητα των δικτύων με την παράμετρο Vapnik Chervonenkis. Επιπλέον η μέθοδος αποτελεί ένα γενικό ταξινομητή αφού πολλές διαφορετικές διαχωριστικές συναρτήσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν εντός του πλαισίου της μεθόδου. [1] Αυτεκπαίδευση Ανάλυση διαγράμματος ελέγχου: Κατά τη μέθοδο αυτή γίνεται συνεχής παρακολούθηση των ποσοτήτων των χαρακτηριστικών που εξάγονται από τις μετρήσεις για ανωμαλίες. Πρώτα καθορίζονται τα άνω και κάτω όρια των παρατηρήσεων σύμφωνα με την στατιστική κατανομή των παρατηρήσεων κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας του συστήματος. Έπειτα νέες παρατηρήσεις από μια άγνωστη κατάσταση του συστήματος συγκρίνονται με τα όρια των μετρήσεων. Όταν οι παρατηρήσεις κυμαίνονται εκτός των ορίων το σύστημα παρακολούθησης προειδοποιεί για την ανωμαλία. Νευρωνικά Δίκτυα: Μία μέθοδος εφαρμογής αυτεκπαιδευόμενων νευρωνικών δικτύων σε έλεγχο ΜΚΕ, χρησιμοποιεί προσαρμοστικά νευρωνικά δίκτυα. Πρώτα το δίκτυο εκπαιδεύεται με τη χρήση δεδομένων προσομοίωσης από ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων. Έπειτα οι τροποποιητικές παράμετροι του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιούνται ως είσοδοι, ενώ στην έξοδο του δικτύου εμφανίζονται οι δομικές παράμετροι. Σε δεύτερο στάδιο όταν αποκτηθούν τροποποιητικές παράμετροι της πραγματικής κατασκευής, τότε το δίκτυο υπολογίζει τις σχετικές δομικές παραμέτρους. Τότε το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων ενημερώνεται με τις νέες δομικές 36

37 παραμέτρους και υπολογίζει τις νέες σχετικές τροποποιητικές παραμέτρους. Αν υπάρχουν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις μετρούμενες τροποποιητικές παραμέτρους και τους υπολογισμούς του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων, το δίκτυο περνά από νέο γύρο εκπαίδευσης έως ότου να μειωθεί η διαφορά. Τελικά οι ενημερωμένες δομικές παράμετροι χρησιμοποιούνται για να τροποποιηθεί το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων ή για να εντοπισθεί η θέση και ο βαθμός της βλάβης. [1] Έλεγχος Υπόθεσης (Hypothesis Testing): Κατά την μέθοδο αυτή, η κατασκευή υποκείμενο ερεθίζεται από μια αιτιατή χαοτική είσοδο μικρού αριθμού διαστάσεων. Μετά, ατράκτορες ανακατασκευάζονται από την υπολογισμένες χρονικές σειρές στην είσοδο και στην έξοδο λόγω του θεωρήματος ενσωμάτωσης. Εδώ ως ατράκτορας θεωρείται ένας αμετάβλητος υποχώρος του χώρου της πλήρους κατάστασης και ο λόγος της στατιστικής διακύμανσης του ατρακτορα εξόδου προς αυτή της εισόδου, χρησιμοποιείται ως το χαρακτηριστικό ένδειξης βλάβης. 37

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ηλεκτρονικό Σύστημα Εξοπλισμός 38

39 4.1 Εισαγωγή Στο 4 ο κεφάλαιο ασχολούμαστε με τα ενσωματωμένα συστήματα. Εξετάζουμε τους μικροελεγκτές και πιο συγκεκριμένα την αρχιτεκτονική ARM, την οικογένεια μικροελεγκτών LPC214x και τις περιφερειακές μονάδες που διαθέτει. Τέλος γίνεται παρουσίαση της πλατφόρμας ανάπτυξης LPC-P2148 της εταιρείας OLIMEΧ και του κυκλώματος πομποδέκτη nrf24l01 της Nordic, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν στην υλοποίηση του ενσωματωμένου συστήματος της διπλωματικής εργασίας. 4.2 Μικροελεγκτές Ο μικροελεγκτής (MCU) είναι ένας τύπος μικροεπεξεργαστή πάνω σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, το οποίο διαθέτει ενσωματωμένα υποσυστήματα, όπως μνήμη, διεπαφές εισόδου / εξόδου και περιφερειακά. Εξαιτίας της δομής του μπορεί να λειτουργήσει ελαχιστοποιώντας την ανάγκη σύνδεσης με εξωτερικά εξαρτήματα. Έτσι γίνεται ιδανικός για εξειδικευμένες εφαρμογές χαμηλού κόστους και κατανάλωσης ισχύος. Η λογική πίσω από τη δημιουργία μικροεπεξεργαστών για μη ενσωματωμένα συστήματα δίνει έμφαση στην υπολογιστική ισχύ. Καθώς ο μικροεπεξεργαστής δεν είναι ενσωματωμένος με άλλα υποσυστήματα και περιφερειακά, δεν έχει ανάγκη να είναι εξειδικευμένος, δίνοντας έτσι την ευχέρεια για υλοποίηση μεγάλου εύρους εφαρμογών. Αντίθετα οι περιορισμένες δυνατότητες των μικροελεγκτών για σύνδεση με εξωτερικά περιφερειακά, μειώνουν την υπολογιστική ισχύ και το εύρος των υλοποιήσιμων εφαρμογών. Οι μικροελεγκτές αντισταθμίζουν τα μειονεκτήματα αυτά με το μικρό μέγεθος και αριθμό ολοκληρωμένων συστημάτων που χρειάζονται στη λειτουργία συγκεκριμένων εφαρμογών, στο μικρό κόστος τους και στην ελάχιστη ενεργειακή κατανάλωση. Αναλυτικότερα, οι μικροελεγκτές έχουν τα εξής πλεονεκτήματα: Αυτονομία, μέσω της ενσωμάτωσης σύνθετων περιφερειακών υποσυστημάτων όπως μνήμες και θύρες επικοινωνίας. Η ενσωμάτωση περιφερειακών απλουστεύει τις διασυνδέσεις διευκολύνοντας την υλοποίηση εφαρμογών. Επίσης, οδηγεί σε χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος, μεγιστοποιώντας τη φορητότητα και ελαχιστοποιεί το κόστος της συσκευής στην οποία ενσωματώνεται ο μικροελεγκτής. Χαμηλό κόστος. Μεγαλύτερη αξιοπιστία, και πάλι λόγω των λιγότερων διασυνδέσεων. Μειωμένες εκπομπές ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και μειωμένη ευαισθησία σε αντίστοιχες παρεμβολές από άλλες ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές, λόγω του μικρότερου αριθμού και μήκους εξωτερικών διασυνδέσεων καθώς και των χαμηλότερων ταχυτήτων λειτουργίας. Περισσότεροι διαθέσιμοι ακροδέκτες για ψηφιακές εισόδους-εξόδους (για δεδομένο μέγεθος ολοκληρωμένου κυκλώματος), λόγω της μη δέσμευσής τους για τη σύνδεση εξωτερικών περιφερειακών. Μικρό μέγεθος συνολικού υπολογιστικού συστήματος. 39

40 Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές αυτοματοποιημένου ελέγχου, όπως συστήματα ελέγχου μηχανών αυτοκίνησης, ιατρικά εμφυτεύματα, τηλεχειριστήρια, και άλλα ενσωματωμένα συστήματα. Αποτελούν μια οικονομική επιλογή για τέτοιες εφαρμογές χάρη στο μικρό κόστος και μέγεθος τους. Αν και δεν λείπει ένα επίπεδο επιτήδευσης, πολλά ενσωματωμένα συστήματα έχουν πολύ μικρές απαιτήσεις σε μέγεθος μνήμης ή προγράμματος, χωρίς λειτουργικό σύστημα, και χαμηλή πολυπλοκότητα λογισμικού. Συνηθισμένες συσκευές εισόδου είναι διακόπτες, LEDs, LCD οθόνες, ραδιοπομποί, αισθητήρες κ.α. Σε αντίθεση με τους συνηθισμένους μικροεπεξεργαστές δεν έχουν πληκτρολόγια, οθόνες, εκτυπωτές ή άλλες συσκευές τυπικές για υπολογιστές και είναι πιθανόν να μην έχουν συσκευές ανθρώπινης αλληλεπίδρασης. Οι μικροελεγκτές πρέπει να προσφέρουν απόκριση πραγματικού χρόνου σε γεγονότα που ελέγχουν. Όταν κάποια γεγονότα συμβούν, ένα σύστημα διακοπών ειδοποιεί τον επεξεργαστή να σταματήσει την τρέχουσα αλληλουχία εντολών και να ξεκινήσει μια ρουτίνα εξυπηρέτησης διακοπής (Interrupt service routine ή ISR). Η ρουτίνα θα επεξεργαστεί την πηγή της διακοπής και θα επιστρέψει στην κανονική αλληλουχία εντολών. Πιθανές πηγές διακοπής εξαρτώνται από την εφαρμογή και συχνά περιλαμβάνουν γεγονότα όπως πίεση ενός κουμπιού, μια αλλαγή στην τιμή ενός αισθητήρα, μια μετατροπή ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακό κ.α. Σε περιπτώσεις όπου η κατανάλωση ισχύος είναι σημαντικός παράγοντας, τότε μια διακοπή μπορεί να ενεργοποιήσει τον επεξεργαστή από μια κατάσταση ύπνου. Όσον αφορά τα βασικά υποσυστήματα του μικροελεγκτή, ξεχωριστή θέση κατέχει ο επεξεργαστικός πυρήνας, που αποτελείται από την Αριθμητική Λογική Μονάδα (ALU), στοιχειώδεις καταχωρητές (registers), προσωρινή μνήμη RAM πολύ υψηλής ταχύτητας (cache memory) και διαχειριστή μνήμης (memory controller). Ο πυρήνας μπορεί να είναι ένας απλός 4μπιτος έως και ένας πολύπλοκος 64μπιτος. Στα επιμέρους υποσυστήματα του μικροελεγκτή περιλαμβάνονται: Κύκλωμα συνδετικής λογικής (glue logic) για τη σύνδεση των εξωτερικών μνημών και άλλων περιφερειακών παράλληλης σύνδεσης στην αρτηρία δεδομένων (bus) του επεξεργαστή. Μνήμη προγράμματος (τύπου ROM, FLASH, EPROM κλπ) η οποία περιέχει το λογισμικό του συστήματος. Volatile μνήμη RAM για αποθήκευση δεδομένων. Μόνιμη μνήμη αποθήκευσης παραμέτρων λειτουργίας. Κύκλωμα αρχικοποίησης (reset). Διαχειριστή αιτήσεων διακοπής (interrupt request controller) από τα περιφερειακά. Κύκλωμα επιτήρησης τροφοδοσίας (brown-out detection) το οποία παρακολουθεί την τροφοδοσία και αρχικοποιεί ολόκληρο το σύστημα όταν αυτή πέσει κάτω από τα ανεκτά όρια, προλαμβάνοντας έτσι την αλλοίωση των δεδομένων. Κύκλωμα επιτήρησης λειτουργίας (watchdog timer) το οποίο αρχικοποιεί το σύστημα, αν αυτό εμφανίσει σημάδια δυσλειτουργίας λόγω κολλήματος (hang). Τοπικό ταλαντωτή για την παροχή παλμών χρονισμού (clock). 40

41 Έναν ή περισσότερους χρονιστές-απαριθμητές υψηλής ταχύτητας (hardware timer-counter) για τη δημιουργία καθυστερήσεων, μέτρηση διάρκειας γεγονότων, απαρίθμηση γεγονότων και άλλων λειτουργιών ακριβούς χρονισμού. Ρολόι πραγματικού χρόνου (Real Time Clock, RTC) το οποίο τροφοδοτείται από ανεξάρτητη μπαταρία και γι αυτό πρέπει να έχει πολύ χαμηλή κατανάλωση ρεύματος. Σειρά ανεξάρτητων ψηφιακών εισόδων και εξόδων (Parallel Input-Output, PIO), που εξασφαλίζει τον έλεγχο ή τη διάγνωση της λογικής κατάστασης ενός ατομικού ακροδέκτη (pin) Γενικά, όλες οι οικογένειες μικροελεγκτών ενσωματώνουν τα περισσότερα από τα παραπάνω περιφερειακά, με διαφοροποιήσεις κυρίως στην ύπαρξη ή μη εσωτερικής μνήμης προγράμματος και στο είδος της. Έτσι, υπάρχουν: Μικροελεγκτές χωρίς μνήμη προγράμματος, οι οποίοι χαρακτηρίζονται ως ROM-less. Αυτοί παρέχουν πάντοτε μια παράλληλη αρτηρία (bus) δεδομένων, πάνω στην οποία συνδέονται εξωτερικές μνήμες προγράμματος και RAM. Μικροελεγκτές με μνήμη ROM, η οποία κατασκευάζεται με το λογισμικό της (Mask ROM) ή γράφεται μόνο μια φορά (One Time Programmable, OTP). Μικροελεγκτές με μνήμη FLASH, οι οποία μπορούν συνήθως να προγραμματιστεί πολλές φορές. Αυτή είναι η πιο διαδεδομένη κατηγορία. Συχνά ο προγραμματισμός της μνήμης μπορεί να γίνει ακόμη και πάνω στο κύκλωμα της ίδιας της ενσωματωμένης (embedded) εφαρμογής (δυνατότητα In Circuit Programming, ISP). Κάποιοι μικροελεγκτές χρησιμοποιούν αρχιτεκτονική Harvard, η οποία χρησιμοποιεί διαφορετικούς διαύλους μνήμης για εντολές και δεδομένα, επιτρέποντας την ταυτόχρονη χρήση τους. Η επιλογή των περιφερειακών προς ενσωμάτωση σε ένα σύστημα είναι δύσκολη. Συχνά οι παραγωγοί μικροελεγκτών επιλέγουν ανάμεσα σε μεγάλες συχνότητες και ευελιξία, ενάντια σε απαιτήσεις της αγοράς και μικρότερο κόστος. Γενικότερα όμως τα συνηθισμένα περιφερειακά υποσυστήματα που συνοδεύουν ένα ενσωματωμένο σύστημα είναι: Σύγχρονες σειριακές θύρες επικοινωνίας (πχ I 2 C, SPI, Ethernet). Μία ή περισσότερες ασύγχρονες σειριακές θύρες επικοινωνίας (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, UART). Περισσότερες από μία εισόδους για μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (Analog to Digital converter, ADC). Μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό σήμα (Digital to Analog converter, DAC). Υποσύστημα προγραμματισμού (τύπου ISP) και διάγνωσης (συνήθως είναι το καθιερωμένο πρότυπο JTAG). Χάρη σε αυτό, είναι δυνατός ο προγραμματισμός της μνήμης προγράμματος χωρίς να προαπαιτείται κάποιο πρόγραμμα υποδοχής. Γι αυτό το λόγο, είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στον αρχικό 41

42 προγραμματισμό, πχ κατά τη συναρμολόγηση, ή σε περίπτωση σφάλματος (bug) στο λογισμικό υποδοχής το οποίο να καθιστά αδύνατη την κανονική αναβάθμιση. Λόγω του ισχυρότατου ανταγωνισμού αλλά και της τάσης ενσωμάτωσης των μικροελεγκτών σε κάθε ηλεκτρική και ηλεκτρονική συσκευή, η βιομηχανία μικροελεγκτών έχει καταλήξει στην παραγωγή ανταγωνιστικών μοντέλων μαζικής παραγωγής καθώς και μικροελεγκτών για πιο εξειδικευμένες εφαρμογές. Έτσι διακρίνονται οι εξής κυρίως κατηγορίες: Μικροελεγκτές (καμιά φορά 4-bit αλλά συνήθως 8-bit) πολύ χαμηλού κόστους, γενικής χρήσης, με πολύ μικρό αριθμό ακροδεκτών. Σχεδιάζονται με έμφαση στη χαμηλή κατανάλωση ισχύος και την αυτάρκεια. Μικροελεγκτές (συνήθως 8-bit αλλά και 16 ή 32-bit) χαμηλού κόστους, γενικής χρήσης, με μέτριο έως σχετικά μεγάλο αριθμό ακροδεκτών. Διαθέτουν μεγάλο αριθμό κοινών περιφερειακών, όπως θύρες UART, I 2 C, SPI ή CAN, μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό και ψηφιακού σε αναλογικό. Μικροελεγκτές (κυρίως 32-bit) μέσου κόστους, γενικής χρήσης, με μεγάλο αριθμό ακροδεκτών. Χαρακτηρίζονται από έμφαση στην ταχύτητα εκτέλεσης εντολών, υψηλή αυτάρκεια περιφερειακών και μεγάλες δυνατότητες εσωτερικής ή εξωτερικής μνήμης προγράμματος (FLASH) και RAM. Στο χώρο αυτό έχουν ισχυρή παρουσία οι αρχιτεκτονικές με μεγάλη ικανότητα μεταφοράς λογισμικού (portability) από τον ένα στον άλλο κατασκευαστή Μικροελεγκτές εξειδικευμένων εφαρμογών, οι οποίοι ενσωματώνουν συνήθως κάποιο εξειδικευμένο πρωτόκολλο επικοινωνίας το οποίο υλοποιείται πάντοτε σε hardware. Τέτοιοι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σε τηλεπικοινωνιακές συσκευές όπως τα modem. Η πιο διαδεδομένη γλώσσα προγραμματισμού των μικροελεγκτών είναι η C, η C++ και οι παραλλαγές τους. Σε τμήματα του λογισμικού όπου απαιτείται ταχύτητα η μικρό μέγεθος χρησιμοποιούμενης μνήμης, μπορεί να χρησιμοποιείται η Assembly. Όμως οι μεγαλύτερες απαιτήσεις σε λειτουργικότητα και η ευκολία προγραμματισμού της C έναντι της assembly, σε συνδυασμό με την επάρκεια μνήμης των σύγχρονων μικροελεγκτών, έχουν γενικά εκτοπίσει την Assembly από τις περισσότερες εφαρμογές. 4.3 H οικογένεια μικροελεγκτών LPC21xx Η οικογένεια μικροελεγκτών (MCU) LPC214x βασίζονται στον 32μπιτο επεξεργαστή ARM7TDMI-S CPU, με εξομοίωση πραγματικού χρόνου και υποστήριξη embedded trace, η οποία συνδυάζει το MCU με ολοκληρωμένη μνήμη flash υψηλής ταχύτητας εύρους από 32 kb έως 512 kb. Μια διεπαφή μνήμης 128 bit και μια μοναδική αρχιτεκτονική επιτάχυνσης, επιτρέπουν εκτέλεση 32μπιτου κώδικα σε μέγιστο ρυθμό ρολογιού. Για εφαρμογές με ανάγκη για μεγάλη πυκνότητα κώδικα, η εναλλακτική επιλογή του 16μπιτου THUMB κώδικα, μειώνει το μέγεθος του κώδικα κατά 30% με ελάχιστη μείωση των επιδόσεων του επεξεργαστή. Εξαιτίας του μεγέθους και της χαμηλής κατανάλωσης ισχύος, η οικογένεια LPC214x είναι ιδανική για εφαρμογές όπου η σμίκρυνση είναι σημαντικός παράγοντας, όπως στα πεδία εφαρμογών ελέγχου πρόσβασης και αυτοματοποιημένων πληρωμών. Ένα μίγμα ενσωματωμένων διεπιφανειών σειριακής επικοινωνίας, που περιλαμβάνει μια USB 2.0 Full Speed συσκευή, πολλαπλά UARTs, SPI, SSP, 42

43 έως I2C και μια μνήμη on-chip SRAM 8 kb - 40 kb, δίνει την δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές communication gateways, θύρες πρωτοκόλλων, soft modems, αναγνώριση φωνής. Επίσης η οικογένεια LPC21xx διαθέτει 32μπιτους timers, δύο 10μπιτους μετατροπείς A/D, ένα 10μπιτο μετατροπέα D/A, κανάλια PWM και 45 ταχείες γραμμές εισόδου εξόδου Fast GPIO, προσόντα που δίνουν μεγάλο μέγεθος buffer και μεγάλη επεξεργαστική ισχύ συνδυαζόμενη με υπερχαμηλή κατανάλωση ισχύος, δίνοντας την δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές industrial control, και στην δική μας περίπτωση ultra low power sensor networks. Πιο συγκεκριμένα τα χαρακτηριστικά της οικογένειας LPC21xx δίνονται παρακάτω: 32bit μικροελεγκτής ARM7TDMI-S kb ενσωματωμένης στατικής μνήμης RAM και kb ενσωματωμένης μνήμης flash. In-System/In-Application Programming (ISP/IAP) μέσω boot-loader λογισμικού. EmbeddedICE RT και Embedded Trace διεπαφές που προσφέρουν αποσφαλμάτωση (debugging) σε πραγματικό χρόνο και ταχεία παρακολούθηση της εκτέλεσης εντολών. USB 2.0 Full Speed συσκευή με 2 kb RAM. Επιπροσθέτως η σειρά παρέχει 8 kb ενσωματωμένης RAM προσβάσιμης από το USB. Δύο 10μπιτοι A/D μετατροπείς που παρέχουν 14 αναλογικές εισόδους, με χρόνους δειγματοληψίας έως 2,44 μs ανά κανάλι. Ένας 10μπιτος D/A μετατροπέας Δύο 32μπιτοι χρονιστές (timers) / απαριθμητές (counters) εξωτερικών συμβάντων (με τέσσερα κανάλια συγκράτησης capture και τέσσερα κανάλια σύγκρισης compare ο καθένας), μια μονάδα PWM 6 εξόδων και watchdog timer. Χαμηλής κατανάλωσης ισχύος ρολόι, με ανεξάρτητη τροφοδοσία. Πολλαπλές σειριακές διεπαφές επικοινωνίας που περιλαμβάνουν δύο UARTs (16C550), δύο I 2 C (400 Kbit/s), SPI και SSP με ποικίλες ικανότητες μεγέθους δεδομένων προς μεταφορά και buffering. VIC (Vectored Interrupt Controller) με ρυθμίσιμες προτεραιότητες και διευθύνσεις για vectors. Έως 45 ακροδέκτες ταχείας εισόδου εξόδου γενικής χρήσεως (fast GPIO pins) ανοχής έως 5V. Έως 9 ακροδέκτες εξωτερικής διακοπής ευαίσθητοι σε αλλαγή επιπέδου/σκανδάλης (edge/level sensitive external interrupt pins) CPU ρολόι μέγιστου μεγέθους 60 MHz. Ενσωματωμένος ταλαντωτής (oscillator) με εύρος 1MHz 3MHz. Λειτουργίες εξοικονόμησης ισχύος όπως η άεργος λειτουργία (Idle) και ανενεργός λειτουργία (Power-down mode). Αυτόνομο άνοιγμα/κλείσιμο των περιφερειακών μονάδων και ρύθμιση του ρολογιού τους για μεγαλύτερη βελτιστοποίηση εξοικονόμησης ισχύος. Τροφοδοσία από POR και BOD κυκλώματα με εύρος λειτουργίας της CPU 3,3V ± 10% και IO pins με ανοχή έως 5V. 43

44 4.3.1 Επισκόπηση της αρχιτεκτονικής ARM7TDMI-S Σχήμα 7. Δομικό διάγραμμα μικροελεγκτή LPC2148 Η σειρά LPC21xx αποτελείται από μια ARM7TDMI-S CPU με δυνατότητα εξομοίωσης, τον δίαυλο ARM7 Local Bus για επικοινωνία με τους διαχειριστές μνήμης, τον δίαυλο AHB για επικοινωνία με τον διαχειριστή διακοπών, και τον δίαυλο ARM Peripheral Bus (APB) για σύνδεση με τις ενσωματωμένες περιφερειακές μονάδες (Σχήμα 7). Ο επεξεργαστής ARM7TDMI-S ρυθμίζεται σε little-endian byte order. Στα AHB περιφερειακά κατανέμεται ένα σύνολο διευθύνσεων εύρους 2 MB στο πάνω μέρος του χώρου μνήμης της ARM. Κάθε περιφερειακό διαθέτει ένα χώρο διευθύνσεων 16 kb εντός της μνήμης του 44

45 AHB. Οι λειτουργίες των περιφερειακών συνδέονται στον δίαυλο APB. Η γέφυρα AHB προς APB συνδέει τους διαύλους AHB και APB. Τα περιφερειακά του APB διαθέτουν χώρους διευθύνσεων εύρους έως 16 MB, ξεκινώντας από το σημείο διεύθυνσης των 3,5 GB. Κάθε περιφερειακό του APB έχει 16 kb χώρο διευθύνσεων εντός της αφιερωμένης μνήμης στο APB. Η σύνδεση των ενσωματωμένων περιφερειακών στους ακροδέκτες της συσκευής ελέγχεται από το Μπλοκ Σύνδεσης Ακροδεκτών (Pin Connect Block). Η ρύθμιση γίνεται μέσω λογισμικού για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής Η ARM7TDMI-S CPU O επεξεργαστής ARM7TDMI-S είναι 32μπιτος μικροεπεξεργαστής γενικής χρήσεως, ο οποίος έχει υψηλή απόδοση και χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Η αρχιτεκτονική ARM βασίζεται στις αρχές Reduced Instruction Set Computer (RISC), και το σετ εντολών και ο μηχανισμός decoding είναι απλουστευμένος σε σχέση με άλλους CISC επεξεργαστές. Βασικά στοιχεία της αρχιτεκτονικής ARM7 αποτελούν: H Ομοχειρία: Η ομοχειρία εντολών (pipeline) αποτελεί την καρδιά της CPU. Η ομοχειρία χρησιμοποιείται για να επεξεργάζεται εντολές μέσα στο πρόγραμμα. Η ARM7 χρησιμοποιεί μια ομοχειρία τριών σταδίων fetch decode execute. Είναι η πιο απλή μορφή ομοχειρίας και δεν παρουσιάζει προβλήματα, όπως read-before-write, πιο συνηθισμένα σε περίπλοκες δομές. Τα στάδια της ομοχειρίας είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους, πράγμα που σημαίνει ότι μια εντολή εκτελείται, όταν η επόμενη διαβάζεται αποκωδικοποιείται και η μεθεπόμενη καλείται. Αυτή η ομοχειρία επιταχύνει την απόδοση των εντολών της CPU σε σημείο όπου σχεδόν όλες οι εντολές της ARM εκτελούνται σε ένα κύκλο. Η ομοχειρία λειτουργεί καλύτερα σε γραμμικό κώδικα. Η χρήση βρόχων και διακλαδώσεων οδηγεί την ομοχειρία σε υπερχείλιση και πρέπει να ξαναγεμίσει πριν ανακτηθεί η πλήρης ταχύτητα εκτέλεσης εντολών., γι αυτό και το σετ εντολών της ARM εφαρμόζει συγκεκριμένα βήματα για να εξομαλύνει αυτά τα προβλήματα (Σχήμα 8). Οι Καταχωρητές (Registers): Η αρχιτεκτονική ARM7TDMI-S έχει χαρακτηριστικά load-and-store. Γι αυτό, όταν εκτελούνται εντολές επεξεργασίας δεδομένων, μεταφέρονται πρώτα στην μνήμη σένα κεντρικό σετ καταχωρητών (registers), έπειτα εκτελείται η εντολή και μετά τα δεδομένα αποθηκεύονται πίσω στη μνήμη. Η κεντρική ομάδα καταχωρητές είναι μια τράπεζα από 16 user registers R0-R15. Κάθε ένας έχει μέγεθος 32 bit και από το σύνολο αυτό οι δεκατρείς πρώτοι (R0-R12), είναι γενικής χρήσεως. Οι R13- R15 έχουν ειδικές λειτουργίες. Ο R13 χρησιμοποιείται ως δείκτης στοίβας ή stack pointer (SP), ενώ ο R14 ονομάζεται καταχωρητής σύνδεσης ή link register (LR). Όταν γίνεται κλήση ενός προγράμματος ή μιας λειτουργίας, η διεύθυνση επιστροφής στο αρχικό πρόγραμμα αποθηκεύεται στον LR και με το πέρας της λειτουργίας καλείται πίσω, επιτρέποντας έτσι γρήγορη πρόσβαση και επιστροφή από μια λειτουργία χωρίς βρόχους. Αν όμως μια λειτουργία είναι μέρος βρόχου, τότε το περιεχόμενο του LR αποθηκεύεται στον SP. Τέλος ο R15 ονομάζεται μετρητής προγράμματος ή program counter (PC) (Σχήμα 9). Ο Current Program Status Register (CPSR): Ο CPSR είναι 32μπιτος καταχωρητής που περιέχει σημαίες (flags), οι οποίες αναφέρουν και ελέγχουν την λειτουργία του επεξεργαστή. Τα τέσσερα πρώτα 45

46 bits του CPSR περιέχουν τους κωδικούς κατάστασης που καθορίζονται από τη CPU. Αυτά τα bits δίνουν την κατάσταση του αποτελέσματος εκτέλεσης μιας εντολής και είναι αρνητικό, μηδενικό, κρατούμενο ή υπερχείλιση. Τα bit 7 και 8 ελέγχουν τις δύο εξωτερικές πηγές διακοπής (interrupt), FIQ και IRQ. Τα πέντε τελευταία bits είναι mode bits. Η αρχιτεκτονική ARM7TDMI-S έχει επτά διαφορετικές λειτουργίες. Εκτός από τη λειτουργία χρήστη (user mode) υπάρχουν οι λειτουργίες διακοπής (interrupt), μνήμης (memory user), συστήματος (system) και ταχείας διακοπής (fast interrupt), καθεμιά με δικό της καταχωρητή σύνδεσης και δείκτη στοίβας, εκτός από τη λειτουργία ταχείας διακοπής που έχει και δικούς της R7-R12 καταχωρητές, για να έχει ταχύτερη λειτουργία. Κάθε λειτουργία εκτός της λειτουργίας χρήστη έχει έναν επιπλέον καταχωρητή: τον Saved Program Status Register (SPSR). Όταν μια εφαρμογή εκτελείται σε λειτουργία χρήστη και προκύψει μια διακοπή (interrupt) που θα οδηγήσει σε την CPU σε αλλαγή λειτουργίας, τότε τα δεδομένα του CPSR θα αποθηκευθούν στον SPSR. Όταν ο κώδικας της διακοπής εκτελεστεί και η CPU βγει από την ειδική λειτουργία τότε τα περιεχόμενα του SPSR επιστρέφουν στον CPSR, αφήνοντας την εφαρμογή να επανεκκινήσει την εκτέλεση του κώδικά της. Το σετ εντολών ARM7TDMI-S: Η αρχιτεκτονική ARM7 δύο σετ εντολών: To σετ εντολών ARM με εντολές μεγέθους 32 bits και το σετ εντολών THUMB με εντολές μεγέθους 16 bits. Ο επεξεργαστής είναι ρυθμισμένος να χειρίζεται εντολές και δεδομένα με το πιο σημαντικό bit να βρίσκεται στο χαμηλότερο στη σειρά bit, ή αλλιώς σε σειρά little-endian. Έχει όμως και την δυνατότητα να επεξεργάζεται δεδομένα σε σειρά big-endian. Επίσης κάθε εντολή ARM εκτελείται προαιρετικά, σε αντίθεση με άλλους μικροελεγκτές όπου προαιρετικά εκτελούνται μόνο οι εντολές βρόχων. Στο σετ της ARM τα πρώτα τέσσερα bits της εντολής συγκρίνονται με τους κώδικες κατάστασης του CPSR και εκτελούνται μόνο αν συμπίπτουν. Το THUMB σετ είναι στην πραγματικότητα μια συμπτυγμένη μορφή του σετ εντολών ARM (Σχήμα 10). Δίνει την δυνατότητα για αποθήκευση εντολών ενός κώδικα σε 16μπιτη μορφή, την ανάπτυξή τους σε εντολές ARM και την εκτέλεση τους. Αν και υπάρχει μείωση στην υπολογιστική απόδοση, με το σετ της THUMB επιτυγχάνεται υψηλότερη πυκνότητα κώδικα, κάτι αναγκαίο για εφαρμογές μεγάλου μεγέθους. Οι εντολές του σετ της THUMB δεν εκτελούνται προαιρετικά και επίσης δεν έχουν πρόσβαση σε όλους τους καταχωρητές εκτός των R0-R7. Σχήμα 8. Διάγραμμα λειτουργίας της ομοχειρίας 3 σταδίων της αρχιτεκτονικής ARM7 46

47 Σχήμα 9. Διάταξη βασικών καταχωρητών της αρχιτεκτονικής ARM7 Σχήμα 10. Αντιστοιχία καταχωρητών από το σετ εντολών THUMB σε ARM 47

48 4.3.3 Οι Περιφερειακές Μονάδες Συστήματος Τα περιφερειακά συστήματος είναι τα ενσωματωμένα υποσυστήματα που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο της απόδοσης και των λειτουργικών χαρακτηριστικών του μικροελεγκτή. Σε αυτά περιλαμβάνονται η μνήμη flash, η μνήμη SRAM, η διεπαφή εξωτερικής αρτηρίας (external bus interface), ο βρόχος κλειδώματος φάσης (PLL), ο διαιρέτης αρτηρίας περιφερειακών VPB Divider, ο εξωτερικός ταλαντωτής, η μονάδα ελέγχου χαρτογράφησης μνήμης MEMMAP και η δομή εξυπηρέτησης διακοπών μέσω του διαχειριστή οδηγούμενων διακοπών VIC. Η δομή μνήμης: Από τη σκοπιά του προγραμματιστή η μνήμη των συσκευών LPC21xx φαίνεται ως ένα συνεχές σύνολο 32μπιτων διευθύνσεων. Εσωτερικά όμως αποτελείται από διάφορους διαύλους. Ο πυρήνας της ARM7TDMI-S συνδέεται με το δίαυλο AHB, ο οποίος είναι η ταχύτερη οδός σύνδεσης με τα περιφερειακά υποσυστήματα. Συνδεδεμένος στον δίαυλο AHB είναι ο διαχειριστής διακοπών VIC και μια γέφυρα σε ένα δεύτερο δίαυλο που ονομάζεται VPB. Σε αυτόν είναι συνδεδεμένα όλα τα περιφερειακά υποσυστήματα χρήστη. Έχει ενσωματωμένο ένα διαιρέτη ρολογιού, που επιτρέπει στο VPB να τρέχει σε μικρότερη ταχύτητα από τον επεξεργαστή και το AHB, εξασφαλίζοντας έτσι μικρότερη κατανάλωση ισχύος όταν δεν λειτουργούν τα περιφερειακά. Τέλος υπάρχει και ένας τοπικός δίαυλος που ενώνει την μνήμη Flash με τον επεξεργαστή (Σχήμα 11). Η μνήμη flash έχει την δυνατότητα για αποθήκευση κώδικα και δεδομένων και έχει μέγεθος 512 kb. Μπορεί να προγραμματισθεί μέσω σειριακής διεπαφής JTAG, μέσω συστήματος ISP και UART0, και μέσω συστήματος IAP. Ο προγραμματισμός μέσω IAP έχει την δυνατότητα διαγραφής ή προγραμματισμού της Flash καθώς ο κώδικας της εφαρμογής τρέχει, αυξάνοντας την ευελιξία αποθήκευσης δεδομένων. Η μνήμη SRAM χρησιμοποιείται για αποθήκευση κώδικα ή δεδομένων και έχει μέγεθος 32 kb. Είναι σχεδιασμένη να προσπελαύνεται ως μνήμη διεύθυνσης μεγέθους ενός byte. O διαχειριστής της SRAM ενσωματώνει ένα buffer επανεγγραφής για να αποφευχθούν καθυστερήσεις στην CPU κατά τη διάρκεια συνεχόμενων εγγραφών. Σχήμα 11. Διάταξη εσωτερικών διαύλων μνήμης μεταξύ του επεξεργαστή και των περιφερειακών μονάδων 48

49 Ο χάρτης μνήμης: Παρά την ύπαρξη τόσων αρτηριών, ο χάρτης μνήμης ενός LPC21xx είναι γραμμικός. Η μνήμη flash είναι ξεκινά από τη θέση 0x και προς τα πάνω, ενώ η μνήμη RAM από τη θέση 0x και πάνω. Οι θέσεις 0x7FFFFFFF έως 0x διατηρούν τα προγράμματα αποσφαλμάτωσης (debugging) της ARM. Η περιοχή από 0x έως 0xE κρατείται για εξωτερική μνήμη. Τα περιφερειακά υποσυστήματα που συνδέονται με τον δίαυλο VPB κατέχουν την περιοχή 0xE έως 0xE με κάθε περιφερειακό να κατέχει μνήμη μεγέθους 16ΚΒ. Παρακάτω δίνεται το σχεδιάγραμμα του χάρτη μνήμης (Σχήμα 12). Σχήμα 12. Χάρτης μνήμης RAM Η Μονάδα Επιταχυντή Μνήμης: Η μονάδα επιταχυντή μνήμης ή Memory Accelerator Module (ΜΑΜ) αποτελεί το κλειδί για τον υψηλό ρυθμό εκτέλεσης εντολών. Το MAM συνδέει τη μνήμη flash με το τοπικό δίαυλο και εν συνεχεία με την CPU (Σχήμα 13). Στόχος του είναι να μειώσει το χρόνο πρόσβασης στην μνήμη flash. Η φιλοσοφία του MAM συνδυάζει τη χρήση μιας μνήμης υψηλής ταχύτητας και της δυνατότητας άμεσης πρόσβασης της CPU στην μνήμη flash. Η μνήμη flash διαιρείται σε δύο τράπεζες μεγέθους 128 bit με δυνατότητα ανεξάρτητης πρόσβασης. Ο κώδικας καταχωρείται ανάμεσα στις δύο τράπεζες, ούτως ώστε ο κώδικας της πρώτης να λαμβάνεται από το MAM και να εκτελείται, ενώ ο κώδικας της δεύτερης προετοιμάζεται για εκτέλεση επιτρέποντας έτσι ομαλή εκτέλεση του κώδικα. 49

50 Σχήμα 13. Διάγραμμα λειτουργίας της μονάδας MAM Ο Βρόχος κλειδωμένης φάσης: Ο Βρόχος Κλειδωμένης Φάσης ή Phase-Locked Loop (PLL) χρησιμοποιείται για να πάρουμε από ένα εξωτερικό ταλαντωτή μια συχνότητα εύρους 10MHz 25 MHz και πολλαπλασιάζοντας την έως το μέγιστο των 60 ΜHz να παρέχουμε τον χρονισμό των περιφερειακών χρήστη και του επεξεργαστή. Αυτό μας επιτρέπει στον μικροελεγκτή να τρέχει στην μέγιστη συχνότητα με τη βοήθεια ενός μικρού ταλαντωτή, ελαχιστοποιώντας έτσι τις ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές του μικροελεγκτή. Η αποδιδόμενη συχνότητα του PLL μπορεί να μεταβληθεί δυναμικά επιτρέποντας έτσι τη μείωση της ταχύτητας εκτέλεσης εντολών και κατανάλωσης ενέργειας όταν ο μικροελεγκτής βρίσκεται σε άεργη λειτουργία. Στο LPC2148 υπάρχουν δύο μονάδες PLL. H μονάδα PLL0 παράγει παλμούς για το κεντρικό ρολόι (CCLK), ενώ η μονάδα PLL1 τροφοδοτεί με σταθερή συχνότητα 48MHz, το USB. Σχήμα 1. Διαδικασία ρύθμισης και λειτουργίας της μονάδας PLL Ο χειριστής ισχύος: Ο μικροελεγκτής LPC21xx έχει δύο διαφορετικές λειτουργίες χαμηλής κατανάλωσης, την άεργο λειτουργία (IDLE mode) και την ανενεργό λειτουργία (POWER-DOWN mode). 50

51 Στην άεργο λειτουργία η εκτέλεση εντολών σταματά μέχρι μια διακοπή ή εντολή αρχικοποίησης (reset) να συμβεί. Τα περιφερειακά συνεχίζουν την λειτουργία τους και μπορούν να παράγουν διακοπές που θα αναγκάσουν τον μικροεπεξεργαστή να επανεκκινήσει την λειτουργία του. Στην άεργο λειτουργία μειώνεται η κατανάλωση ενέργειας από τον πυρήνα, τη μνήμη και όλες τις εσωτερικές αρτηρίες. Στην ανενεργό λειτουργία ο ταλαντωτής κλείνει και ο μικροεπεξεργαστής δεν λαμβάνει παλμούς. Η κατάσταση του μικροεπεξεργαστή, οι καταχωρητές και οι αποθηκευμένες στην SRAM τιμές διατηρούνται καθ όλη τη διάρκεια της λειτουργίας. Η λειτουργία τερματίζεται μέσω αρχικοποίησης ή με διακοπές που λειτουργούν χωρίς την ανάγκη σύνδεσης σε εσωτερικά ρολόγια. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας αυτής η κατανάλωση του μικροελεγκτή μηδενίζεται ουσιαστικά. Ο διαιρέτης αρτηρίας περιφερειακών: Ο διαιρέτης αρτηρίας περιφερειακών VPB Divider καθορίζει την σχέση μεταξύ του παλμού του επεξεργαστή (CCLK) και το παλμού των περιφερειακών συσκευών (PCLK) (Σχήμα 15).Ο VBP διαιρέτης εξυπηρετεί δύο σκοπούς. Πρώτα παρέχει στα περιφερειακά υποσυστήματα τον επιθυμητό παλμό χρονισμού, ώστε να λειτουργήσουν στην επιλεγμένη ταχύτητα. Έπειτα επιτρέπει την μείωση της κατανάλωσης ισχύος από τον μικροελεγκτή όταν η εφαρμογή δεν ζητά την λειτουργία των περιφερειακών μονάδων σε πλήρη ταχύτητα. Σχήμα 2. Διάγραμμα λειτουργίας της περιφερειακής μονάδας VPB Divider H δομή εξυπηρέτησης διακοπών: Ο πυρήνας ARM7TDMI-S έχει δύο γραμμές εξωτερικών διακοπών για τις λειτουργίες αίτησης ταχείας διακοπής (FIQ) και αίτησης διακοπής γενικού σκοπού (IRQ). Γενικά, σε ένα σύστημα ARM7 θα πρέπει να υπάρχει μόνο μια πηγή διακοπής που παράγει διακοπές τύπου FIQ έτσι ώστε ο επεξεργαστής σε λειτουργία και να επεξεργαστεί την διακοπή με τη μεγαλύτερη ταχύτητα. Αυτό σημαίνει ότι όλες οι υπόλοιπες πηγές διακοπής πρέπει να συνδεθούν με την λειτουργία IRQ. Σε ένα απλό σύστημα θα μπορούσαν να συνδεθούν με μια πύλη OR. Κάτι τέτοιο όμως θα ανάγκαζε τον επεξεργαστή να κάνει έλεγχο για την πηγή διακοπής σε κάθε περιφερειακή μονάδα όταν κάποια διακοπή τύπου IRQ εμφανιζόταν, σπαταλώντας έτσι χρόνο. Η ανάγκη για καλύτερο χειρισμό των πηγών διακοπής και της ταχύτητας εξυπηρέτησης τους οδηγεί στην χρήση της μονάδας Διαχειριστή Οδηγούμενων Διακοπών ή Vectored Interrupt Controller (VIC). 51

52 Σχήμα 3. Διάγραμμα λειτουργίας της μονάδας VIC Ο διαχειριστής VIC δέχεται 32 εισόδους αίτησης διακοπής και με προγραμματισμό τις θέτει σε τρείς κατηγορίες: FIQ, οδηγούμενες IRQ και μη-οδηγούμενες IRQ. Η δυνατότητα κατηγοριοποίησης με προγραμματισμό επιτρέπει την δυναμική ανάθεση ή αλλαγή προτεραιότητας της πηγής διακοπής κάθε περιφερειακής μονάδας. Οι αιτήσεις FIQ έχουν την μεγαλύτερη προτεραιότητα. Αν δύο ή παραπάνω πηγές διακοπής έχουν οριστεί ως FIQ, ο διαχειριστής τις συνθέτει μέσω πύλης OR για να παράγει το σήμα FIQ προς τον επεξεργαστή (Σχήμα 16). Η μικρότερη καθυστέρηση κατά την εξυπηρέτηση μιας FIQ αίτησης επιτυγχάνεται όταν μόνο μια πηγή είναι τοποθετημένη ως FIQ. Αν όμως υπάρχουν περισσότερες πηγές τοποθετημένες ο VIC τις ταυτοποιεί με τη χρήση μιας λέξης. Οι αιτήσεις οδηγούμενης IRQ έχουν μεσαία προτεραιότητα, αλλά έχουν πρόσβαση σε 16 από τις 32 θέσεις αιτήσεων. Οποιαδήποτε απο τις 32 αιτήσεις μπορούν να ανατεθούν σε οποιαδήποτε από τις 16 θέσεις Vectored IRQ, όπου η θέση 0 έχει τη μεγαλύτερη προτεραιότητα και η θέση 15 τη μικρότερη. Οι αιτήσεις μη-οδηγούμενης IRQ έχουν τη χαμηλότερη προτεραιότητα. Το μπλόκ ακροδεκτών: Όλοι οι ακροδέκτες εισόδου εξόδου του μικροελεγκτή συνδέονται μέσω ενός πολυπλέκτη, που ονομάζεται μπλόκ επιλογής ακροδεκτών ή Pin Select Block, με ένα αριθμό εσωτερικών λειτουργιών. Το μπλοκ επιλογής ακροδεκτών επιτρέπει στο χρήστη να ρυθμίσει ένα ακροδέκτη ως μια είσοδο έξοδο γενικής χρήσεως GPIO ή κάποια άλλη ανάμεσα σε τρείς λειτουργίες. Κατά την αρχικοποίηση όλοι οι ακροδέκτες ρυθμίζονται ως GPIO. Οι δευτερεύουσες λειτουργίες επιλέγονται μέσα από τους καταχωρητές PINSEL. Η επιλογή μιας συγκεκριμένης λειτουργίας αποκλείει όλες τις άλλες λειτουργίες, εκτός από τους ακροδέκτες που συνδέονται με τις μονάδες Α/D Μετατροπέα Οι Περιφερειακές Μονάδες Χρήστη Η οικογένεια μικροελεγκτών LPC21xx περιλαμβάνει μια πλειάδα ενσωματωμένων περιφερειακών μονάδων. Όπως έχει γίνει αναφορά και προηγουμένως, στις περιφερειακές μονάδες ενός μικροελεγκτή LPC21xx περιλαμβάνονται: συσκευή USB 2.0 Full Speed, δύο 10μπιτοι A/D μετατροπείς, ένας 10μπιτος D/A μετατροπέας, δύο 32μπιτοι χρονιστές / απαριθμητές εξωτερικών συμβάντων (με τέσσερα κανάλια συγκράτησης capture και τέσσερα κανάλια σύγκρισης compare ο καθένας), μια μονάδα Διαμόρφωσης Πλάτους Παλμού (PWM) 6 εξόδων και watchdog χρονιστής, πολλαπλές σειριακές διεπαφές επικοινωνίας 52

53 που περιλαμβάνουν δύο UARTs (16C550), δύο I 2 C (400 Kbit/s), SPI και SSP με ποικίλες ικανότητες μεγέθους δεδομένων προς μεταφορά και buffering. Επίσης διαθέτει έως 45 fast GPIO ακροδέκτες ανοχής έως 5V. Έως 9 ακροδέκτες εξωτερικής διακοπής (external interrupt pins) ευαίσθητους σε αλλαγή επιπέδου ή κορυφής (edge/level sensitive). Παρακάτω αναλύονται οι λειτουργίες των περιφερειακών μονάδων που χρησιμοποιούνται στην δημιουργία του συστήματος ασύρματων αισθητήρων. Η μονάδα SPI: Η μονάδα SPI είναι μια διεπαφή που προσφέρει σύγχρονη, σειριακή, διπλής κατεύθυνσης επικοινωνία μεταξύ πολλαπλών master και slave. Έχει τη δυνατότητα να ελέγχει ταυτόχρονα πολλά master και slave συνδεδεμένα σε κάποιο συγκεκριμένο δίαυλο. Μόνο μια επικοινωνία master slave επιτρέπεται από την διεπαφή κατά τη μεταφορά δεδομένων. Κατά την μεταφορά δεδομένων, ο master πάντα αποστέλλει 8 ή 16 bits δεδομένων στο slave, ενώ ο slave πάντα αποστέλλει ένα byte δεδομένων στο master. Η μονάδα SPI έχει τέσσερεις εξωτερικούς ακροδέκτες: ένα ακροδέκτη σειριακού χρονισμού, ένα ακροδέκτη επιλογής slave και δύο ακροδέκτες δεδομένων εισόδου master/ εξόδου slave και εξόδου master / εισόδου slave (Σχήμα 18). Ο ακροδέκτης χρονισμού παρέχει πηγή ρολογιού έως 400 Kbits/sec όταν βρίσκεται σε λειτουργία master, ή θα αποδέχεται μια εξωτερική πηγή ρολογιού όταν βρίσκεται σε λειτουργία slave. Ο δίαυλος SPI είναι μια απλή σειριακή σύνδεση δεδομένων για ταχεία μεταφορά δεδομένων αλλά δεν έχει ενσωματωμένο σχέδιο διευθύνσεων για την μεταφορά. Όταν ένας μικροελεγκτής είναι σε λειτουργία master, χρησιμοποιεί ένα ακροδέκτη GPIΟ ως επιλογή slave για το επιθυμούμενο περιφερειακό SPI. Όταν ένας μικροελεγκτής λειτουργεί ως slave, έχει την δική του είσοδο επιλογής slave που πρέπει να βρίσκεται σε χαμηλό επίπεδο για να επικοινωνήσει με ένα SPI master. Οι δύο ακροδέκτες μεταφοράς δεδομένων συνδέονται με την συσκευή SPI και ο προσανατολισμός τους εξαρτάται από τη λειτουργία της συσκευής είτε ως slave είτε ως master. Η μονάδα SPI προγραμματίζεται μέσω τεσσάρων καταχωρητών (Σχήμα 17). Ο καταχωρητής ελέγχου SPI περιέχει προγραμματιζόμενα bits που χρησιμεύουν στον έλεγχο της λειτουργίας της μονάδας. Οι ρυθμίσεις σε αυτό το καταχωρητή προηγούνται οποιασδήποτε μεταφοράς δεδομένων. Ο καταχωρητής κατάστασης SPI περιέχει bits μόνο-προς-ανάγνωση που χρησιμεύουν μόνο για την παρακολούθηση της κατάστασης της διεπαφής, όπως κανονική λειτουργία και ειδικές εξαιρέσεις. Ο κύριος σκοπός αυτού του καταχωρητή είναι να αναγνωρίζει την ολοκλήρωση της μεταφοράς δεδομένων. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω του SPIF bit. Τα υπόλοιπα bits στον καταχωρητή αποτελούν δείκτες εδικών εξαιρέσεων. Ο καταχωρητής δεδομένων SPI χρησιμοποιείται για να παρέχει την αποστολή και παραλαβή δεδομένων. Ένας εσωτερικός καταχωρητής χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα για αυτή την διαδικασία. Τα δεδομένα εγγράφονται στον καταχωρητή δεδομένων για την αποστολή και μεταβιβάζονται κατευθείαν στον εσωτερικό καταχωρητή. Έτσι η εγγραφή των δεδομένων αποστολής δεν πρέπει να γίνεται κατά τη διάρκεια άλλης αποστολής. Τα δεδομένα προς ανάγνωση αποθηκεύονται προσωρινά. Όταν τελειώσει η παραλαβή, τα ληφθέντα δεδομένα αποθηκεύονται σε μια προσωρινή μνήμη για να αναγνωστούν αργότερα. Η ανάγνωση του καταχωρητή δεδομένων SPI θα δώσει την τιμή της προσωρινής μνήμης. Τέλος ο καταχωρητής χρονισμού SPI 53

54 ελέγχει τον ρυθμό χρονισμού όταν η μονάδα SPI λειτουργεί ως master, ενώ δεν είναι αδρανής όταν η μονάδα βρίσκεται σε λειτουργία slave. Σχήμα 4. Διάγραμμα καταχωρητών διεπαφής SPI Κατά τη λειτουργία master ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία: Πρώτα ο καταχωρητής χρονισμού SPI ρυθμίζεται στο επιθυμητό ρυθμό, έπειτα γίνονται οι απαραίτητες ρυθμίσεις στον καταχωρητή ελέγχου SPI, γίνεται εγγραφή των δεδομένων προς αποστολή και ξεκινά η αποστολή. Μόλις το SPIF bit στον καταχωρητή κατάστασης SPI γίνει 1, λαμβάνονται τα ληφθέντα δεδομένα από τον καταχωρητή δεδομένων. Κατά τη λειτουργία slave ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία, όπου λαμβάνεται ως προϋπόθεση ότι το ρολόι συστήματος που οδηγεί το SPI είναι οκτώ φορές ταχύτερο από το SPI: Πρώτα γίνονται οι απαραίτητες ρυθμίσεις στον καταχωρητή ελέγχου SPI, έπειτα γίνεται εγγραφή των δεδομένων προς αποστολή στον καταχωρητή δεδομένων και ξεκινά η αποστολή, αφού το SPIF bit στον καταχωρητή κατάστασης SPI γίνει 1. Τέλος λαμβάνονται τα ληφθέντα δεδομένα από τον καταχωρητή δεδομένων και διαβάζονται. Παρακάτω δίνεται το διάγραμμα λειτουργίας της διεπαφής SPI. 54

55 Σχήμα 5. Δομικό διάγραμμα διεπαφής SPI Ο Μετατροπέας Αναλογικού προς Ψηφιακό σήμα: Ο Μετατροπέας Αναλογικού/Ψηφιακού σήματος ή A/D Converter (ADC), είναι ένας διαδοχικής προσέγγισης 10 bit μετατροπέας, με μικρότερο χρόνο δειγματοληψίας στα 2,44 μsec. Ο ADC έχει 8 πολυπλεγμένες εισόδους. Ο καταχωρητής ελέγχου ADC καθορίζει τις ρυθμίσεις για τη λειτουργία του μετατροπέα και εκκινεί την μετατροπή (Σχήμα 19). Κατά την ρύθμιση του ADC, πρώτα καθορίζεται το ρολόι περιφερειακών. Ο μετατροπέας παίρνει τους παλμούς χρονισμού του από το ρολόι περιφερειακών PCLK. Το PCLK διαιρείται έως την τιμή των 4,5 MHz. Αυτή είναι η μέγιστη τιμή που μπορεί να επιτευχθεί, και αν δεν μπορεί να επιτευχθεί αυτή η τιμή πρέπει να επιλεχθεί μια μικρότερη τιμή. Το PCLK διαιρείται με την τιμή που λαμβάνει το πεδίο CLKDIV του καταχωρητή συν ένα. Αν και υπάρχει δυνατότητα σβησίματος της μονάδας του ADC μέσω του καταχωρητή ελέγχου τροφοδοσίας περιφερειακών PCONP, τέτοια δυνατότητα προσφέρεται και από το PDN bit του καταχωρητή ελέγχου του ADC. Έτσι μειώνεται η κατανάλωση ισχύος και ο θόρυβος που προκαλεί ο μετατροπέας. Ο μετατροπέας είναι η μόνη περιφερειακή μονάδα που μπορεί να πάρει μετρήσεις από εξωτερικούς ακροδέκτες όταν αυτοί είναι ρυθμισμένοι σε λειτουργία GPIO, αν και ρύθμιση, μέσω του μπλοκ επιλογής ακροδεκτών, σε λειτουργία ADC αυξάνει την ακρίβεια μετατροπής. Η ανάλυση των δεδομένων της μετατροπής εξαρτάται από τον αριθμό των κύκλων χρονισμού ανά μετατροπή μείον ένα. Έτσι για μια μετατροπή με ανάλυση 10bit απαιτούνται 11 ADCLK κύκλοι και ούτω κάθε εξής. Η επιλογή της επιθυμητής ανάλυσης γίνεται μέσω του CLKS bit. Μόλις γίνει η ρύθμιση των παραμέτρων του μετατροπέα, ξεκινά η μετατροπή σήματος. Στο τέλος κάθε μετατροπής το αποτέλεσμα εγγράφεται στον καταχωρητή δεδομένων ADC (Σχήμα 20), και το Done bit ορίζεται ως 1. Το αποτέλεσμα αποθηκεύεται στο πεδίο V/Vdda ως ο λόγος της τάσης του αναλογικού καναλιού προς την τάση αναφοράς. Ο αριθμός του καναλιού για το οποίο έγινε η 55

56 μετατροπή αποθηκεύεται στο πεδίο CHN, ενώ αν το αποτέλεσμα δεν διαβαστεί πριν τη νέα μετατροπή θα αντικατασταθεί από τη νέα μέτρηση και θα ενεργοποιηθεί το OVERRUN bit. Το τέλος της μετατροπής μπορεί να καθορισθεί από μια διακοπή ή από απευθείας προγραμματισμό του Done bit στον καταχωρητή ADDR. Σχήμα 19. Καταχωρητής ελέγχου ADC Σχήμα 20. Καταχωρητής δεδομένων ADC 4.4 Η πλακέτα ανάπτυξης εφαρμογών LPC-P2148 Στην παρούσα διπλωματική, για τις ανάγκες υλοποίησης χρησιμοποιείται η πλακέτα ανάπτυξης εφαρμογών LPC-P2148. Η πλακέτα περιέχει την υλοποίηση του μικροελεγκτή LPC2148 με όλα τα χαρακτηριστικά της οικογένειας LPC214x καθώς και άλλα χαρακτηριστικά για την ανάπτυξη απλών εφαρμογών όπως δίνονται παρακάτω 32μπιτος μικροελεγκτής LPC2148 αρχιτεκτονικής ARM7TDMI-S, με 512 Kbyte μνήμης προγραμματισμού Flash, 42 Kbyte μνήμης RAM, συσκευή USB 2.0, RTC, ADC με 10 bit ανάλυσης και ελάχιστο χρόνο δειγματοληψίας 2,44 μsec, δύο μονάδες UART, δύο μονάδες I2C, μονάδα SPI, δύο 32μπιτους χρονιστές, μονάδα PWM, μία μονάδα DAC, ακροδέκτες εισόδου/εξόδου με ανοχή 5V και ικανότητα λειτουργίας έως 60 MHz. Πρότυπη θύρα σύνδεσης JTAG για προγραμματισμό / αποσφαλμάτωση με ARM-JTAG. Θύρα σύνδεσης USB με LED σύνδεσης USB. Δικαναλική διεπαφή RS232 και οδηγητές Θύρα σύνδεσης κάρτας SD/MMC. Δύο επιλογείς τύπου κομβίου. Ποτενσιόμετρο τύπου trimpot συνδεδεμένο με τον μετατροπέα AD Δύο LEDs κατάστασης Κόρνα 56

Σύνθετα Υλικά: Χαρακτηρισμός και Ιδιότητες

Σύνθετα Υλικά: Χαρακτηρισμός και Ιδιότητες Σύνθετα Υλικά: Χαρακτηρισμός και Ιδιότητες Εργαστηριακή Άσκηση 6: Ποιοτικός Έλεγχος Σύνθετων Υλικών Διδάσκοντες: Α. Παϊπέτης, Αν. Καθηγητής, Δρ. Μηχ/γος Μηχανικός Εργαστηριακή Υποστήριξη: Τ. Μπέκας, Υποψήφιος

Διαβάστε περισσότερα

Αναγνώριση Προτύπων Ι

Αναγνώριση Προτύπων Ι Αναγνώριση Προτύπων Ι Ενότητα 1: Μέθοδοι Αναγνώρισης Προτύπων Αν. Καθηγητής Δερματάς Ευάγγελος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται

Διαβάστε περισσότερα

ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΧΟΥΣ ΚΑΙ ΑΤΕΛΕΙΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ

ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΧΟΥΣ ΚΑΙ ΑΤΕΛΕΙΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ Άσκηση 1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΧΟΥΣ ΚΑΙ ΑΤΕΛΕΙΩΝ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΥΠΕΡΗΧΟΥΣ 1.1. Γενικά 1.2. Αρχή λειτουργίας 1.3. Μέτρηση πάχους εξαρτημάτων 1.4. Εντοπισμός ελαττωμάτων 1.5. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΘΕΩΡΙΑ ο ΜΑΘΗΜΑ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΘΕΩΡΙΑ ο ΜΑΘΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΘΕΩΡΙΑ 2017 7 ο ΜΑΘΗΜΑ Εισαγωγή Κύμα είναι η διάδοση των περιοδικών κινήσεων (ταλαντώσεων) που κάνουν τα στοιχειώδη σωματίδια ενός υλικού γύρω από τη θέση ισορροπίας

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο Συνθέτων Υλικών

Εργαστήριο Συνθέτων Υλικών Εργαστήριο Συνθέτων Υλικών Εργαστηριακή Άσκηση 03 ΔΟΚΙΜΕΣ(TEST) ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Διδάσκων Δρ Κατσιρόπουλος Χρήστος Τμήμα Μηχανολογίας ΑΤΕΙ Πατρών 2014-15 1 Καταστροφικές μέθοδοι 1. Τεχνική διάλυσης της μήτρας

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος Νόκας Γιώργος Βιβλιογραφία στον εύδοξο 1. Γ. Β. Μουστακίδης, Βασικές Τεχνικές Ψηφιακής Επεξεργασίας Σημάτων και Συστημάτων, εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί Ο.Ε., Θεσσαλονίκη,

Διαβάστε περισσότερα

ΙΑΤΡΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΥΠΕΡΗΧΟΓΡΑΦΙΑ

ΙΑΤΡΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΥΠΕΡΗΧΟΓΡΑΦΙΑ ΙΑΤΡΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΥΠΕΡΗΧΟΓΡΑΦΙΑ Γενικές Αρχές Φυσικής Κ. Χατζημιχαήλ ΙΑΤΡΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΥΠΕΡΗΧΟΓΡΑΦΙΑ Καλώς ήλθατε Καλή αρχή Υπερηχογραφία Ανήκει στις τομογραφικές μεθόδους απεικόνισης Δεν έχει ιονίζουσα

Διαβάστε περισσότερα

Φύλλο εργασίας. Ερωτήσεις ανασκόπησης του μαθήματος

Φύλλο εργασίας. Ερωτήσεις ανασκόπησης του μαθήματος Φύλλο εργασίας Παραθέτουμε μια ομάδα ερωτήσεων ανασκόπησης του μαθήματος και μια ομάδα ερωτήσεων κρίσης για εμβάθυνση στο αντικείμενο του μαθήματος. Θεωρούμε ότι μέσα στην τάξη είναι δυνατή η κατανόηση

Διαβάστε περισσότερα

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Παρουσίαση Νο. 1. Εισαγωγή

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Παρουσίαση Νο. 1. Εισαγωγή Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ακαδημαϊκό Έτος 2015-16 Παρουσίαση Νο. 1 Εισαγωγή Τι είναι η εικόνα; Οτιδήποτε μπορούμε να δούμε ή να απεικονίσουμε Π.χ. Μια εικόνα τοπίου αλλά και η απεικόνιση

Διαβάστε περισσότερα

Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων

Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων Μάθημα 9 ο Φασματοσκοπία Raman Διδάσκων Δρ. Αδαμαντία Χατζηαποστόλου Τμήμα Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών Ακαδημαϊκό Έτος 2017-2018 Ύλη 9 ου μαθήματος Αρχές λειτουργίας

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙςΤΗΜΗς & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑς ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΜΔΕ Προηγμένα Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα και Δίκτυα Διάλεξη 2 η Νικόλαος Χ. Σαγιάς Επίκουρος Καθηγητής Webpage: http://eclass.uop.gr/courses/tst233

Διαβάστε περισσότερα

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής Τεχνολογία Πολυμέσων Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το

Διαβάστε περισσότερα

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER 4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER Σκοπός του κεφαλαίου είναι να παρουσιάσει μερικές εφαρμογές του Μετασχηματισμού Fourier (ΜF). Ειδικότερα στο κεφάλαιο αυτό θα περιγραφούν έμμεσοι τρόποι

Διαβάστε περισσότερα

Μη Καταστροφικός Έλεγχος

Μη Καταστροφικός Έλεγχος Μη Καταστροφικός Έλεγχος Εισαγωγή 1 Διδάσκων: Καθηγητής Θεοδουλίδης Θεόδωρος Επιμέλεια Παρουσιάσεων: Κουσίδης Σάββας Τι είναι οι Μ.Κ.Ε. (NDT); Ορισμός: Μη Καταστροφικός Έλεγχος θεωρείται η εξέταση και

Διαβάστε περισσότερα

ΦΩΤΕΛΛΗΣ Α.Ε. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ

ΦΩΤΕΛΛΗΣ Α.Ε. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Α. ΓΕΝΙΚΑ Η εγκατάσταση ενός ολοκληρωμένου συστήματος συναγερμού αποσκοπεί στην προστασία χώρων όπως οικίες, επιχειρήσεις, βιομηχανίες, στρατιωτικές εγκαταστάσεις κλπ. σε περιπτώσεις: Ανεπιθύμητης εισόδου

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο πραγματικός κόσμος είναι ένας αναλογικός κόσμος. Όλα τα μεγέθη παίρνουν τιμές με άπειρη ακρίβεια. Π.χ. το ηλεκτρικό σήμα τάσης όπου κάθε

Διαβάστε περισσότερα

Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω:

Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω: Σημειώσεις Δικτύων Αναλογικά και ψηφιακά σήματα Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω: Χαρακτηριστικά

Διαβάστε περισσότερα

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1 Ήχος Χαρακτηριστικά του ήχου Ψηφιοποίηση με μετασχηματισμό Ψηφιοποίηση με δειγματοληψία Κβαντοποίηση δειγμάτων Παλμοκωδική διαμόρφωση Συμβολική αναπαράσταση μουσικής Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΑΕ ΙΙ. Αισθητήρια θερμοκρασίας Εισαγωγή

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΑΕ ΙΙ. Αισθητήρια θερμοκρασίας Εισαγωγή ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΑΕ ΙΙ Εργαστηριακή Άσκηση 1 Αισθητήρια θερμοκρασίας Εισαγωγή Η μέτρηση της θερμοκρασίας είναι μια σημαντική ασχολία για τους μηχανικούς παραγωγής γιατί είναι, συνήθως,

Διαβάστε περισσότερα

Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση

Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση Σήματα και Συστήματα Τα συστήματα επεξεργάζονται ένα ή περισσότερα σήματα: Το παραπάνω σύστημα μετατρέπει το σήμα x(t) σε y(t). π.χ. Σε ένα σήμα ήχου μπορεί να ενισχύσει

Διαβάστε περισσότερα

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι Διάλεξη 3: Ο Θόρυβος στα Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής 1 Ατζέντα Εισαγωγή Τύποι Θορύβου Θερμικός θόρυβος Θόρυβος βολής Θόρυβος περιβάλλοντος

Διαβάστε περισσότερα

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Ιατρικά Ηλεκτρονικά Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Σημειώσεις μαθήματος: http://medisp.bme.teiath.gr/eclass/courses/tio127/

Διαβάστε περισσότερα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ενότητα : ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER (H ΣΕΙΡΑ FOURIER ΚΑΙ Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER) Aναστασία Βελώνη Τμήμα Η.Υ.Σ 1 Άδειες

Διαβάστε περισσότερα

ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ NON DESTRUCTIVE TESTING NDT Methods

ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ NON DESTRUCTIVE TESTING NDT Methods ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ NON DESTRUCTIVE TESTING NDT Methods RadiographicTesting - Magnetic Particle Testing - Penetrant Testing - Ultrasonic Testing - Eddy Current Testing - Neutron Radiographic Testing-

Διαβάστε περισσότερα

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΘΟΡΥΒΟΣ - ΓΕΙΩΣΕΙΣ

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΘΟΡΥΒΟΣ - ΓΕΙΩΣΕΙΣ Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων ΘΟΡΥΒΟΣ - ΓΕΙΩΣΕΙΣ ΘΟΡΥΒΟΣ - ΓΕΙΩΣΕΙΣ Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα δημιουργούνται ανεπιθύμητα ηλεκτρικά σήματα, που οφείλεται σε διάφορους παράγοντες, καθώς επίσης και

Διαβάστε περισσότερα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform) ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform) Aναστασία Βελώνη Τμήμα Η.Υ.Σ Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Κ 17 Επικοινωνίες ΙΙ Χειμερινό Εξάμηνο Διάλεξη 5 η Νικόλαος Χ. Σαγιάς Επίκουρος Καθηγητής Webpage: http://eclass.uop.gr/courses/tst215

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΔΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΩΝ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥΣ

ΕΙΔΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΩΝ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥΣ ΕΙΔΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΩΝ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥΣ Α. Περιμετρικοί ανιχνευτές 1. Μαγνητικές επαφές Είναι κατάλληλες για τον εντοπισμό ανοιγμάτων. Αποτελούνται από δύο μαγνητικά τμήματα από τα οποία το ένα τοποθετείται

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση 9. Μη καταστροφικοί έλεγχοι υλικών Δινορεύματα

Άσκηση 9. Μη καταστροφικοί έλεγχοι υλικών Δινορεύματα Άσκηση 9 Μη καταστροφικοί έλεγχοι υλικών Δινορεύματα Στοιχεία Θεωρίας Η αναγκαιότητα του να ελέγχονται οι κατασκευές (ή έστω ορισμένα σημαντικά τμήματα ή στοιχεία τους) ακόμα και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας

Διαβάστε περισσότερα

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 1 η : Εισαγωγή. Καθ. Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 1 η : Εισαγωγή. Καθ. Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 1 η : Εισαγωγή Καθ. Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Σκοποί ενότητας Βασικά στοιχεία της ψηφιακής επεξεργασίας και

Διαβάστε περισσότερα

ΠΛΗ21 Κεφάλαιο 1. ΠΛΗ21 Ψηφιακά Συστήματα: Τόμος Α Κεφάλαιο: 1 Εισαγωγή

ΠΛΗ21 Κεφάλαιο 1. ΠΛΗ21 Ψηφιακά Συστήματα: Τόμος Α Κεφάλαιο: 1 Εισαγωγή Ψηφιακά Συστήματα: Τόμος Α Κεφάλαιο: 1 Εισαγωγή Στόχοι του κεφαλαίου είναι να γνωρίσουμε: Τι είναι τα Αναλογικά κ τι τα Ψηφιακά Μεγέθη Τι είναι Σήμα, Αναλογικό Σήμα, Ψηφιακό Σήμα Τι είναι Δυαδικό Σήμα

Διαβάστε περισσότερα

Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝ ΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Ένα σύστημα ηλεκτρονικής επικοινωνίας αποτελείται από τον πομπό, το δίαυλο (κανάλι) μετάδοσης και

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧ. Η/Υ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Ασύρματη Διάδοση ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ. Ευάγγελος Παπαπέτρου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧ. Η/Υ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Ασύρματη Διάδοση ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ. Ευάγγελος Παπαπέτρου ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧ. Η/Υ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Ασύρματη Διάδοση ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ Ευάγγελος Παπαπέτρου Διάρθρωση μαθήματος Ασύρματη διάδοση Εισαγωγή Κεραίες διάγραμμα ακτινοβολίας, κέρδος, κατευθυντικότητα

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες Ενότητα 3: Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων Όνομα Καθηγητή: Δρ. Ηρακλής Σίμος Τμήμα: Ηλεκτρονικών

Διαβάστε περισσότερα

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series)

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series) Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ Είναι σύνηθες να μελετάμε διάφορα φαινόμενα σε διακριτές (και όχι συνεχείς) τιμές της μεταβλητής του χρόνου, οπότε, μιλάμε για για σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου. Τα σήματα διακριτού

Διαβάστε περισσότερα

Ανάλυση και υλοποίηση ταλαντωτή τύπου Colpitts

Ανάλυση και υλοποίηση ταλαντωτή τύπου Colpitts Εργασία στο μάθημα «Εργαστήριο Αναλογικών VLSI» Ανάλυση και υλοποίηση ταλαντωτή τύπου Colpitts Ομάδα Γεωργιάδης Κωνσταντίνος konsgeorg@inf.uth.gr Σκετόπουλος Νικόλαος sketopou@inf.uth.gr ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

20-Ιαν-2009 ΗΜΥ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

20-Ιαν-2009 ΗΜΥ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων ΗΜΥ 429 1. Εισαγωγή στην Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων 1 Τι είναι η Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων (ΨΕΣ); Σήματα σχήματα που κωδικοποιούν ή αντιπροσωπεύουν πληροφορίες Τα σήματα που συναντούμε στη φύση δε βρίσκονται

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Κύκλος Ζωής Εφαρμογών ΕΝΟΤΗΤΑ 2. Εφαρμογές Πληροφορικής. Διδακτικές ενότητες 5.1 Πρόβλημα και υπολογιστής 5.2 Ανάπτυξη εφαρμογών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Κύκλος Ζωής Εφαρμογών ΕΝΟΤΗΤΑ 2. Εφαρμογές Πληροφορικής. Διδακτικές ενότητες 5.1 Πρόβλημα και υπολογιστής 5.2 Ανάπτυξη εφαρμογών 44 Διδακτικές ενότητες 5.1 Πρόβλημα και υπολογιστής 5.2 Ανάπτυξη εφαρμογών Διδακτικοί στόχοι Σκοπός του κεφαλαίου είναι οι μαθητές να κατανοήσουν τα βήματα που ακολουθούνται κατά την ανάπτυξη μιας εφαρμογής.

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στους Ταλαντωτές Οι ταλαντωτές είναι από τα βασικότερα κυκλώματα στα ηλεκτρονικά. Χρησιμοποιούνται κατά κόρον στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα

Εισαγωγή στους Ταλαντωτές Οι ταλαντωτές είναι από τα βασικότερα κυκλώματα στα ηλεκτρονικά. Χρησιμοποιούνται κατά κόρον στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Υλοποίηση και Εργαστηριακή Αναφορά Ring και Hartley Ταλαντωτών Φοιτητής: Ζωγραφόπουλος Γιάννης Επιβλέπων Καθηγητής: Πλέσσας Φώτιος

Διαβάστε περισσότερα

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου Ενότητα : Ψηφιακός Έλεγχος Συστημάτων Aναστασία Βελώνη Τμήμα Η.Υ.Σ Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό

Διαβάστε περισσότερα

Μετρήσεις Διατάξεων Laser Ανιχνευτές Σύμφωνης Ακτινοβολίας. Ιωάννης Καγκλής Φυσικός Ιατρικής Ακτινοφυσικός

Μετρήσεις Διατάξεων Laser Ανιχνευτές Σύμφωνης Ακτινοβολίας. Ιωάννης Καγκλής Φυσικός Ιατρικής Ακτινοφυσικός Μετρήσεις Διατάξεων Laser Ανιχνευτές Σύμφωνης Ακτινοβολίας Ιωάννης Καγκλής Φυσικός Ιατρικής Ακτινοφυσικός Maximum Permissible Exposure (MPE) - Nominal Hazard Zone (NHZ) Μέγιστη Επιτρεπτή Έκθεση (MPE) Το

Διαβάστε περισσότερα

Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier 1 Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier Ο μετασχηματισμός Fourier αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο της επεξεργασίας σήματος αλλά και συχνή αιτία πονοκεφάλου για όσους πρωτοασχολούνται

Διαβάστε περισσότερα

Ανθεκτικότητα Υλικών και Περιβάλλον

Ανθεκτικότητα Υλικών και Περιβάλλον Ανθεκτικότητα Υλικών και Περιβάλλον Ν. Μ. Μπάρκουλα, Επίκουρη Καθηγήτρια, Δρ. Μηχ/γος Μηχανικός 1 Τι είναι: Περίγραμμα Μαθήματος Επιλογής Μάθημα Επιλογής στο 9ο Εξάμηνο του ΤΜΕΥ Με τι ασχολείται: Με την

Διαβάστε περισσότερα

Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση 24/6/2013. Τηλεπισκόπηση. Κ. Ποϊραζίδης ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ

Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση. Τηλεπισκόπηση 24/6/2013. Τηλεπισκόπηση. Κ. Ποϊραζίδης ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑΣ Κ. Ποϊραζίδης Η ταξινόμηση εικόνας αναφέρεται στην ερμηνεία με χρήση υπολογιστή των τηλεπισκοπικών εικόνων. Παρόλο που ορισμένες διαδικασίες έχουν τη δυνατότητα να συμπεριλάβουν πληροφορίες

Διαβάστε περισσότερα

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Δρ. Στέλιος Τιμοθέου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΜΑΣ ΣΗΜΕΡΑ Αναλογικά και ψηφιακά συστήματα Μετατροπή

Διαβάστε περισσότερα

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13 1.1. Τι είναι το Matlab... 13 1.2. Περιβάλλον εργασίας... 14 1.3. Δουλεύοντας με το Matlab... 16 1.3.1. Απλές αριθμητικές πράξεις... 16 1.3.2. Σχόλια...

Διαβάστε περισσότερα

27/4/2009. Για την υλοποίηση τέτοιων αλγορίθμων επεξεργασίας απαιτείται η χρήση μνήμης. T η περίοδος δειγματοληψίας. Επίκ. Καθηγητής.

27/4/2009. Για την υλοποίηση τέτοιων αλγορίθμων επεξεργασίας απαιτείται η χρήση μνήμης. T η περίοδος δειγματοληψίας. Επίκ. Καθηγητής. Μάθημα: «Ψηφιακή Επεξεργασία Ήχου» Διάλεξη 6 η : «Επεξεργαστές με Μνήμη (Mέρος ΙI)» Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής Από προηγούμενο μάθημα... Αναπαράσταση καθυστέρησης ενός δείγματος η περίοδος δειγματοληψίας

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στα Συστήματα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος

Εισαγωγή στα Συστήματα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος ΕΣ 08 Επεξεργαστές Ψηφιακών Σημάτων Εισαγωγή στα Συστήματα Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος Κλήμης Νταλιάνης Λέκτορας Π.Δ.407/80 Τμήμα Επιστήμη και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Αρχιτεκτονική

Διαβάστε περισσότερα

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER Ανάλυση σημάτων και συστημάτων Ο μετασχηματισμός Fourier (DTFT και DFT) είναι σημαντικότατος για την ανάλυση σημάτων και συστημάτων Εντοπίζει

Διαβάστε περισσότερα

Συμπίεση Δεδομένων

Συμπίεση Δεδομένων Συμπίεση Δεδομένων 2013-2014 Κωδικοποίηση ζωνών συχνοτήτων Δρ. Ν. Π. Σγούρος 2 Φαινόμενο Μπλόκ (Blocking Artifact) Η χρήση παραθύρων για την εφαρμογή των μετασχηματισμών δημιουργεί το φαινόμενο μπλόκ Μειώνεται

Διαβάστε περισσότερα

Μη καταστροφικοί έλεγχοι συγκολλήσεων (NDT)

Μη καταστροφικοί έλεγχοι συγκολλήσεων (NDT) Μάθημα 9.2 Μη καταστροφικοί έλεγχοι συγκολλήσεων (NDT) 15.1 Εισαγωγή Ο έλεγχος των ηλεκτροσυγκολλήσεων ολοκληρώνεται μετά από 48 ώρες τουλάχιστον από την εκτέλεσή τους, επειδή η διαπίστωση τυχόν ρηγμάτωσης,

Διαβάστε περισσότερα

ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ: ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ, ΦΩΣΦΩΡΙΣΜΟΥ, ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ, ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ

ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ: ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ, ΦΩΣΦΩΡΙΣΜΟΥ, ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ, ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ: ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ, ΦΩΣΦΩΡΙΣΜΟΥ, ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ, ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ ΠΗΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΠΗΓΕΣ ΓΡΑΜΜΩΝ ΚΟΙΛΗΣ ΚΑΘΟΔΟΥ & ΛΥΧΝΙΕΣ ΕΚΚΕΝΩΣΕΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

4. Ποιο από τα παρακάτω δεν ισχύει για την ευαισθησία ενός δέκτη ΑΜ; Α. Ευαισθησία ενός δέκτη καθορίζεται από την στάθμη θορύβου στην είσοδό του.

4. Ποιο από τα παρακάτω δεν ισχύει για την ευαισθησία ενός δέκτη ΑΜ; Α. Ευαισθησία ενός δέκτη καθορίζεται από την στάθμη θορύβου στην είσοδό του. Τηλεπικοινωνικακά Συστήματα Ι - Ενδεικτικές Ερωτήσεις Ασκήσεις Δ.Ευσταθίου Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ, ΤΕΙ Κεντρικής Μακεδονίας 1) 1. Ποιο από τα παρακάτω δεν ισχύει για το χρονικό διάστημα που μηδενίζεται

Διαβάστε περισσότερα

ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ. Δρ. Φ. Σκιττίδης, Δρ. Π. Ψυλλάκη

ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ. Δρ. Φ. Σκιττίδης, Δρ. Π. Ψυλλάκη ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ Δρ. Φ. Σκιττίδης, Δρ. Π. Ψυλλάκη ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Ορυκτά Πρώτες ύλες Κεραμικά Οργανικά υλικά (πετρέλαιο, άνθρακας) Μέταλλα (ελατά και όλκιμα) Μεταλλικός δεσμός Κεραμικά

Διαβάστε περισσότερα

Q=Ne. Συνοπτική Θεωρία Φυσικής Γ Γυμνασίου. Q ολ(πριν) = Q ολ(μετά) Η αποτελεσματική μάθηση δεν θέλει κόπο αλλά τρόπο, δηλαδή ma8eno.

Q=Ne. Συνοπτική Θεωρία Φυσικής Γ Γυμνασίου. Q ολ(πριν) = Q ολ(μετά) Η αποτελεσματική μάθηση δεν θέλει κόπο αλλά τρόπο, δηλαδή ma8eno. Web page: www.ma8eno.gr e-mail: vrentzou@ma8eno.gr Η αποτελεσματική μάθηση δεν θέλει κόπο αλλά τρόπο, δηλαδή ma8eno.gr Συνοπτική Θεωρία Φυσικής Γ Γυμνασίου Κβάντωση ηλεκτρικού φορτίου ( q ) Q=Ne Ολικό

Διαβάστε περισσότερα

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 2η. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 2η. Σημειώσεις μαθήματος: E mail: Ιατρικά Ηλεκτρονικά Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Σημειώσεις μαθήματος: http://medisp.bme.teiath.gr/eclass/courses/tio127/ E mail: pasv@teiath.gr 2 1 Όπως

Διαβάστε περισσότερα

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1 Αρχές κωδικοποίησης Απαιτήσεις κωδικοποίησης Είδη κωδικοποίησης Κωδικοποίηση εντροπίας Διαφορική κωδικοποίηση Κωδικοποίηση μετασχηματισμών Στρωματοποιημένη κωδικοποίηση Κβαντοποίηση διανυσμάτων Τεχνολογία

Διαβάστε περισσότερα

ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ NON DESTRUCTIVE TESTING NDT Methods

ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ NON DESTRUCTIVE TESTING NDT Methods ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ NON DESTRUCTIVE TESTING NDT Methods RadiographicTesting - Magnetic Particle Testing - Penetrant Testing - Ultrasonic Testing - Eddy Current Testing - Neutron Radiographic Testing-

Διαβάστε περισσότερα

«Επικοινωνίες δεδομένων»

«Επικοινωνίες δεδομένων» Εργασία στο μάθημα «Διδακτική της Πληροφορικής» με θέμα «Επικοινωνίες δεδομένων» Αθήνα, Φεβρουάριος 2011 Χρονολογική απεικόνιση της εξέλιξης των Τηλεπικοινωνιών Χρονολογική απεικόνιση της εξέλιξης των

Διαβάστε περισσότερα

24-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

24-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR) 4-Μαρ-009 ΗΜΥ 49 5. Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού FIR 5. FIR Φίλτρα Ειδικά θέματα σχεδιασμού FIR: Half-bad FIR 4-Μαρ-009 Σχεδόν οι μισοί συντελεστές 0 μείωση υπολογιστικού κόστους κατά. Ιδιαίτερα

Διαβάστε περισσότερα

Αξιοποίηση της Τεχνολογίας των Μεταϋλικών για Αποδοτικότερη Ασύρματη Μεταφορά Ενέργειας

Αξιοποίηση της Τεχνολογίας των Μεταϋλικών για Αποδοτικότερη Ασύρματη Μεταφορά Ενέργειας 3 o Technology Forum Αξιοποίηση της Τεχνολογίας των Μεταϋλικών για Αποδοτικότερη Ασύρματη Μεταφορά Ενέργειας Αντώνιος Λάλας 1, 2, Νικόλαος Κανταρτζής 2, Δημήτριος Τζοβάρας 1 και Θεόδωρος Τσιμπούκης 2 1

Διαβάστε περισσότερα

Μη Καταστροφικοί Έλεγχοι Η μέθοδος των δινορρευμάτων

Μη Καταστροφικοί Έλεγχοι Η μέθοδος των δινορρευμάτων Μη Καταστροφικοί Έλεγχοι Η μέθοδος των δινορρευμάτων Θεόδωρος Θεοδουλίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας meander.uowm.gr Αναγνωρισμένες μέθοδοι Μη Καταστροφικών

Διαβάστε περισσότερα

να χαρακτηρίζεται από το ότι

να χαρακτηρίζεται από το ότι 1 ΑΞΙΩΣΕΙΣ 1. Φορτηγό πολλαπλών χρήσεων (0) για την αποκατάσταση ασφαλών και καθαρισμού της οδικής πλατφόρμας, με το εν λόγω φορτηγό να είναι εξοπλισμένο με: 1 2 - δεξαμενές που περιέχουν: καθαρό νερό,

Διαβάστε περισσότερα

Μέσα Προστασίας II. Τ.Ε.Ι. Κρήτης Σ.Τ.ΕΦ./ Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων. Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Ι

Μέσα Προστασίας II. Τ.Ε.Ι. Κρήτης Σ.Τ.ΕΦ./ Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων. Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Ι Τ.Ε.Ι. Κρήτης Σ.Τ.ΕΦ./ Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. Μέσα Προστασίας II Προστασία από την ηλεκτροπληξία Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Ι Επίκουρος Καθηγητής Τηλ:2810379231 Email: ksiderakis@staff.teicrete.gr

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑΣ Π. ΛΟΥΚΟΓΕΩΡΓΑΚΗ Διπλωματούχου Πολιτικού Μηχανικού ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ

Διαβάστε περισσότερα

ΜΕΛΕΤΗ ΓΝΩΣΤΙΚΩΝΝ ΡΑΔΙΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ

ΜΕΛΕΤΗ ΓΝΩΣΤΙΚΩΝΝ ΡΑΔΙΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡOΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕ ΜΕΛΕΤΗ ΓΝΩΣΤΙΚΩΝΝ ΡΑΔΙΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΖΗΣΚΑ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Δρ ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Σκοπός Πτυχιακής Εργασίας

Διαβάστε περισσότερα

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ Διάλεξη 1: Χωρητικότητα Καναλιών Το θεώρημα Shannon - Hartley Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής 1 Ατζέντα 1. Δυαδική σηματοδοσία 2. Μορφές δυαδικής σηματοδοσίας 3.

Διαβάστε περισσότερα

Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση

Το υποσύστηµα αίσθησης απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση Το υποσύστηµα "αίσθησης" είσοδοι της διάταξης αντίληψη του "περιβάλλοντος" τροφοδοσία του µε καθορίζει τις επιδόσεις

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Σχολή Οικονομίας Διοίκησης και Πληροφορικής Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Αρχές Τηλ/ων Συστημάτων Εργαστήριο 7 ο : Δειγματοληψία και Ανασύσταση Βασική

Διαβάστε περισσότερα

Ο μετασχηματισμός Fourier

Ο μετασχηματισμός Fourier Ο μετασχηματισμός Fourier είναι από τα διαδεδομένα εργαλεία μετατροπής δεδομένων και συναρτήσεων (μιας ή περισσοτέρων διαστάσεων) από αυτό που ονομάζεται περιοχή χρόνου (time domain) στην περιοχή συχνότητας

Διαβάστε περισσότερα

Αφαίρεση του Φαινομένου του Μικροφωνισμού σε Ακουστικά Βαρηκοΐας

Αφαίρεση του Φαινομένου του Μικροφωνισμού σε Ακουστικά Βαρηκοΐας Αφαίρεση του Φαινομένου του Μικροφωνισμού σε Ακουστικά Βαρηκοΐας Νιαβής Παναγιώτης Επιβλέπων: Καθ. Γ. Μουστακίδης Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικροφωνισμός σε ακουστικά βαρηκοΐας Προσαρμοστική αναγνώριση συστήματος

Διαβάστε περισσότερα

3 Διακριτοποίηση Συστημάτων Συνεχούς Χρόνου... 65

3 Διακριτοποίηση Συστημάτων Συνεχούς Χρόνου... 65 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ \ Πρόλογος 15 1 Εισαγωγικά Στοιχεία Βιομηχανικού Ελέγχου 19 1.1 Μοντέλα Περιγραφής Βιομηχανικών Συστημάτων... 19 1.2 Βιομηχανικοί Ελεγκτές 23 1.2.1 Σύστημα 23 1.2.2 Σύνδεση Συστημάτων 26 1.2.3

Διαβάστε περισσότερα

Έλεγχος Κίνησης

Έλεγχος Κίνησης ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα 1501 - Έλεγχος Κίνησης Ενότητα: Συστήματα Ελέγχου Κίνησης Μιχαήλ Παπουτσιδάκης Τμήμα Αυτοματισμού Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό

Διαβάστε περισσότερα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα Όνομα Καθηγητή: Ραγκούση Μαρία Τμήμα: Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε. Άδειες

Διαβάστε περισσότερα

WIRELESS SENSOR NETWORKS (WSN)

WIRELESS SENSOR NETWORKS (WSN) WIRELESS SENSOR NETWORKS (WSN) Δρ. Ιωάννης Παναγόπουλος Εργαστήριο Υπολογιστικών Συστημάτων Καθ. Γεώργιος Παπακωνσταντίνου Αθήνα 2008 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ WSN Σε συγκεκριμένες εφαρμογές, επιθυμείται η μέτρηση

Διαβάστε περισσότερα

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ 2015-2016 Προτεινόμενο Θέμα: [1] Ανάλυση της μόνιμης και της μεταβατικής κατάστασης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας με το λογισμικό PSAT Για

Διαβάστε περισσότερα

15/3/2009. Ένα ψηφιακό σήμα είναι η κβαντισμένη εκδοχή ενός σήματος διάκριτου. χρόνου. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής

15/3/2009. Ένα ψηφιακό σήμα είναι η κβαντισμένη εκδοχή ενός σήματος διάκριτου. χρόνου. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής 15/3/9 Από το προηγούμενο μάθημα... Ένα ψηφιακό σήμα είναι η κβαντισμένη εκδοχή ενός σήματος διάκριτου Μάθημα: «Ψηφιακή Επεξεργασία Ήχου» Δάλ Διάλεξη 3 η : «Επεξεργαστές Ε ξ έ Δυναμικής Περιοχής» Φλώρος

Διαβάστε περισσότερα

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ Ο Μετασχηματισμός Ζ Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ Ο μετασχηματισμός Z (Ζ-Τransform: ZT) χρήσιμο μαθηματικό εργαλείο για την ανάλυση των διακριτών σημάτων και συστημάτων αποτελεί ό,τι ο μετασχηματισμός

Διαβάστε περισσότερα

Αυτοματισμοί και Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα 2

Αυτοματισμοί και Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα 2 Αυτοματισμοί και Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 Τι είναι το PLC ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 2 Τι είναι το PLC. 2.1 Πλεονεκτήματα των PLC. 2.2 Η δομή ενός PLC. 2.3 Τα PLC της αγοράς. 2.4 Αρχή λειτουργίας ενός PLC.

Διαβάστε περισσότερα

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα -Μαρτ-9 ΗΜΥ 49. Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα . Παραθύρωση / Ψηφιακά Φίλτρα -Μαρτ-9 Είδη παραθύρων Bartlett τριγωνικό: n, n Blacman: πn 4πn.4.5cos +.8cos, n < . Παραθύρωση / Ψηφιακά Φίλτρα -Μαρτ-9 3 Hamming:

Διαβάστε περισσότερα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ενότητα 1, Μέρος 2ο: ΠΕΡΙ ΣΗΜΑΤΩΝ Aναστασία Βελώνη Τμήμα Η.Υ.Σ Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται

Διαβάστε περισσότερα

Κανονισμός και Ασφάλεια Λειτουργίας Εργαστηρίου

Κανονισμός και Ασφάλεια Λειτουργίας Εργαστηρίου Κανονισμός και Ασφάλεια Λειτουργίας Εργαστηρίου Οι κύριες πηγές Η/Μ ακτινοβολίας του Εργαστηρίου αφορούν γεννήτριες συχνοτήτων οι οποίες λειτουργούν στη μηιονίζουσα περιοχή του φάσματος των συχνοτήτων

Διαβάστε περισσότερα

Ασύρματη Μεταφορά Ενέργειας Αξιοποιώντας την Τεχνολογία των Μεταϋλικών

Ασύρματη Μεταφορά Ενέργειας Αξιοποιώντας την Τεχνολογία των Μεταϋλικών 1 st Energy Tech Forum Ανοικτή Συζήτηση για την Ενεργειακή Τεχνολογία και την Καινοτομία Ασύρματη Μεταφορά Ενέργειας Αξιοποιώντας την Τεχνολογία των Μεταϋλικών Αντώνιος Λάλας 1, 2, Νικόλαος Κανταρτζής

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 8. Αριθμητική Λογική μονάδα

Κεφάλαιο 8. Αριθμητική Λογική μονάδα Κεφάλαιο 8 Αριθμητική Λογική μονάδα 8.1 Εισαγωγή Στη μηχανική υπολογιστών η αριθμητική/λογική μονάδα (ALU) είναι ένα ψηφιακό κύκλωμα το οποίο εκτελεί αριθμητικούς και λογικούς υπολογισμούς. Η ALU είναι

Διαβάστε περισσότερα

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

ηλεκτρικό ρεύμα ampere Ηλεκτρικό ρεύμα Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο ρυθμός με τον οποίο διέρχεται ηλεκτρικό φορτίο από μια περιοχή του χώρου. Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού ρεύματος στο σύστημα SI είναι το ampere (A). 1 A =

Διαβάστε περισσότερα

Εφαρμογές Υπολογιστικής Νοημοσύνης στις Ασύρματες Επικοινωνίες

Εφαρμογές Υπολογιστικής Νοημοσύνης στις Ασύρματες Επικοινωνίες ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε. Εφαρμογές Υπολογιστικής Νοημοσύνης στις Ασύρματες Επικοινωνίες Πτυχιακή εργασία Φοιτήτρια: Ριζούλη Βικτώρια

Διαβάστε περισσότερα

ιαγώνισμα στη Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Επαναληπτικό Ι

ιαγώνισμα στη Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Επαναληπτικό Ι Θέμα 1 ο ιαγώνισμα στη Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Επαναληπτικό Ι Στα ερωτήματα 1 5 του πρώτου θέματος, να μεταφέρετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα της απάντησης που θεωρείτε

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Εργαστήριο 8 ο. Αποδιαμόρφωση PAM-PPM με προσαρμοσμένα φίλτρα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Εργαστήριο 8 ο. Αποδιαμόρφωση PAM-PPM με προσαρμοσμένα φίλτρα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Εργαστήριο 8 ο Αποδιαμόρφωση PAM-PPM με προσαρμοσμένα φίλτρα Βασική Θεωρία Σε ένα σύστημα μετάδοσης

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στα Προσαρµοστικά Συστήµατα

Εισαγωγή στα Προσαρµοστικά Συστήµατα ΒΕΣ 06 Προσαρµοστικά Συστήµατα στις Τηλεπικοινωνίες Εισαγωγή στα Προσαρµοστικά Συστήµατα Νικόλας Τσαπατσούλης Επίκουρος Καθηγητής Π..407/80 Τµήµα Επιστήµη και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήµιο Πελοποννήσου

Διαβάστε περισσότερα

Διαγώνισμα Φυσική Κατεύθυνσης Γ Λυκείου

Διαγώνισμα Φυσική Κατεύθυνσης Γ Λυκείου Διαγώνισμα Φυσική Κατεύθυνσης Γ Λυκείου Ζήτημα 1 ον 1.. Ένα σώμα εκτελεί ταυτόχρονα τις ταλαντώσεις με εξισώσεις x1 A2 f1t και x1 A2 f2t. Οι ταλαντώσεις έχουν την ίδια διεύθυνση, την ίδια θέση ισορροπίας

Διαβάστε περισσότερα

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Εφαρμοσμένος & Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός Ηλ. Αιθ. 012, 013. Στοχαστικά Συστήματα & Επικοινωνίες Ηλ. Αμφ.

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Εφαρμοσμένος & Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός Ηλ. Αιθ. 012, 013. Στοχαστικά Συστήματα & Επικοινωνίες Ηλ. Αμφ. ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ακαδημαϊκό Έτος 2014-2015 Περίοδος Ιουνίου 2015 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΩΡΑ 1ο-2ο ΕΞΑΜΗΝΟ 3ο-4ο ΕΞΑΜΗΝΟ 5ο-6ο ΕΞΑΜΗΝΟ

Διαβάστε περισσότερα

SUPER THERM ΘΕΩΡΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

SUPER THERM ΘΕΩΡΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Αυτό το σεμινάριο έχει απλώς ως στόχο να δώσει μερικά από τα βασικά της Θερμοδυναμικής, και πως σχετίζεται με τη μόνωση και με τη μόνωση με κεραμικά επιχρίσματα. Η θερμότητα μεταφέρεται με τους παρακάτω

Διαβάστε περισσότερα

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Εφαρμοσμένος & Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός Ηλ. Αιθ. 012, 013. Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Ηλ. Εργ.

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Εφαρμοσμένος & Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός Ηλ. Αιθ. 012, 013. Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Ηλ. Εργ. ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ακαδημαϊκό Έτος 2014-2015 Περίοδος Ιουνίου 2015 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΩΡΑ 1ο-2ο ΕΞΑΜΗΝΟ 3ο-4ο ΕΞΑΜΗΝΟ 5ο-6ο ΕΞΑΜΗΝΟ

Διαβάστε περισσότερα

Παναγιώτης Μαθιόπουλος Ph.D.

Παναγιώτης Μαθιόπουλος Ph.D. ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Παναγιώτης Μαθιόπουλος Ph.D. Καθηγητής Ψηφιακών Επικοινωνιών Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών ΕΚΠΑ Professor (1989 2003) Department of Electrical and Computer Engineering The

Διαβάστε περισσότερα

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης Σύστημα ονομάζουμε ένα σύνολο στοιχείων κατάλληλα συνδεδεμένων μεταξύ τους για να επιτελέσουν κάποιο έργο Είσοδο ονομάζουμε τη διέγερση, εντολή ή αιτία η οποία

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ 4 ο ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΩΡΙΑ 2017

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ 4 ο ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΩΡΙΑ 2017 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ 4 ο ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΩΡΙΑ 2017 Εξοπλισμός και Υλικά Σε ένα σιδηρομαγνητικό υλικό, το μαγνητικό πεδίο που επάγεται πρέπει να βρίσκει την ασυνέχεια υπό γωνία 90 ο ή 45 ο μοίρες.

Διαβάστε περισσότερα

ΠΟΜΠΟΣ ΕΚΤΗΣ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ

ΠΟΜΠΟΣ ΕΚΤΗΣ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ Σαν ήχος χαρακτηρίζεται οποιοδήποτε μηχανικό ελαστικό κύμα ή γενικότερα μία μηχανική διαταραχή που διαδίδεται σε ένα υλικό μέσο και είναι δυνατό να ανιχνευθεί από τον άνθρωπο μέσω της αίσθησης της ακοής.

Διαβάστε περισσότερα

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων Ενότητα 7: Μετατροπή Σήματος από Αναλογική Μορφή σε Ψηφιακή Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής 1 Μετατροπή Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό Είδη Δειγματοληψίας: Ιδανική

Διαβάστε περισσότερα

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ε π α ν α λ η π τ ι κ ά θ έ µ α τ α 0 0 5 Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 1 ΘΕΜΑ 1 o Για τις ερωτήσεις 1 4, να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που

Διαβάστε περισσότερα

ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ.

ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ. ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΠΡΟΒΛΕΠΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ 1 www.arpedon.com ΠΟΙΟΙ ΕΙΜΑΣΤΕ ΚΑΙ ΜΕ ΤΙ ΑΣΧΟΛΟΥΜΑΣΤΕ Ίδρυση το 2001, στην Αθήνα Προέλευση από τον βιομηχανικό χώρο 2

Διαβάστε περισσότερα