Ficha Unidade Curricular (FUC)

Informação Geral / General Information

Carga Horária / Course Load

Área científica / Scientific area

Electrónica

Departamento / Department

Departamento de Ciências e Tecnologias da Informação

Ano letivo / Execution Year

2024/2025

Pré-requisitos / Pre-Requisites

Apenas existem pré-requisitos informais, nomeadamente, os alunos deverão ter conhecimentos sobre: -Conceitos básicos de electrónica -Sistemas digitais e microprocessadores -Programação -Fundamentos de Redes Digitais e Telecomunicações Os alunos que não possuam conhecimentos prévios nalguma das áreas mencionadas terão de fazer um esforço adicional durante a frequência desta UC de forma a colmatar os conhecimentos em falta.

Objetivos Gerais / Objectives

A UC de Sistemas Embebidos tem como finalidade desenvolver competências ao nível da compreensão, análise, desenho e implementação de sistemas computacionais capazes de interagir com o meio físico. Tendo em conta que esta UC se enquadra num mestrado de Engenharia em Telecomunicações e Informática, é dada especial atenção à aplicação destes sistemas em redes de sensores e actuadores sem fios num contexto da Internet of Things (IoT) uma vez que é um campo que tem sofrido um rápido crescimento recentemente, cruzando conceitos das principais áreas de conhecimento dos alunos, nomeadamente electrónica, informática e telecomunicações. Os objectivos e o programa estão maioritariamente relacionados com o projecto de sistemas que cruzam conhecimentos da área da electrónica, informática e telecomunicações.

Objetivos de Aprendizagem e a sua compatibilidade com o método de ensino (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes) / Learning outcomes

Após frequentar esta unidade curricular o aluno deverá adquirir as seguintes competências: OA1. ser capaz de explicar os princípios de funcionamento e a relevância dos sistemas embebidos, tendo em atenção os tradeoffs importantes em termos de energia, desempenho e custo. OA2. ser capaz de identificar as arquitecturas de redes sem fios actuais mais adequadas para este tipo de sistemas com ênfase na sua integração na Internet of Things (IoT). OA3. ser capaz de analisar os requerimentos funcionais de aplicações embebidas e, de acordo com estes, projectar um sistema embebido sem fios que integre hardware e software usando ferramentas adequadas. OA4. estar apto para planear e iniciar trabalhos de investigação na área dos sistemas embebidos, redes de sensores sem fios e Internet of Things (IoT).

Conteúdos Programáticos / Syllabus

CP1. Introdução aos Sistemas Embebidos CP1.1. Enquadramento e Motivação CP1.2. Desafios e Constrangimentos CP1.3. Aplicações CP2. Hardware para sistemas embebidos CP2.1. Arquitecturas para sistemas embebidos CP2.2. Microprocessadores e microcontroladores CP2.3. Barramento de dados CP2.4. Memória CP2.5. Dispositivos I/O (Input/Output) CP2.6. Interrupções CP2.7. Comunicação Série (I2C, SPI), Temporizadores, ADC CP3. Software para Sistemas Embebidos CP3.1. Programação embebida CP3.2. Sistemas Operativos e Gestão de Processos CP4. Sistemas Embebidos em Rede e Redes de Sensores CP4.1. Sensores e Actuadores CP4.2. Arquitecturas de Redes de Sensores e Internet of Things (IoT) CP 4.3. Camada Física CP 4.4. Controlo de Acesso ao Meio CP 4.5. Camada de Rede CP 4.6. Sincronização e Localização CP 4.7. Gestão de Energia CP 4.8. Segurança CP5. Técnicas de Projecto de Sistemas Embebidos CP5.1. Metodologia de Projecto CP5.2. Implementação e Testes

Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the curricular units content dovetails with the specified learning outcomes

- Os conteúdos programáticos sobre a Introdução aos Sistemas Embebidos (CP1) encontram-se associados ao OA1 e ao OA2, já que é nesta componente do programa que se introduzem os conceitos básicos relacionados com os príncipios de funcionamento e a relevância dos sistemas embebidos (OA1). - Os conteúdos programáticos sobre a hardware, software e projeto de Sistemas Embebidos (CP2, CP3 e CP5) encontram-se associados ao OA1 e OA3 que referem todos os aspectos relacionados com o funcionamento, projeto e desenvolvimento de sistemas embebidos. - Os conteúdos programáticos sobre Sistemas Embebidos em Rede e Rede de Sensores (CP4) encontram-se associados ao OA2 que está relacionado com a aplicação de sistemas embebidos em rede, bem como ao OA5 que refere a capacidade de iniciar trabalhos de investigação no âmbito dos sistemas embebidos integrados na IoT.

Avaliação / Assessment

O processo de avaliação de conhecimentos desta UC contempla apenas a modalidade de Avaliação ao longo do semestre ao abrigo do artigo 7 ponto 3 do RGACC. Nesta modalidade a avaliação é composta por duas componentes obrigatórias: a) Projeto (50%)- o projecto envolve o desenvolvimento de um sistema embebido sem fios/redes de sensores em grupos de 3 estudantes. A data de entrega dos projectos ocorre na 12ª semana de aulas, sendo marcada uma sessão de laboratório em que os grupos têm de demonstrar ao docente o funcionamento do sistema implementado e entregar a documentação associada. A nota atribuída ao projecto terá em conta estas duas componentes. b) Prova Escrita Final (50%) - Prova escrita individual que decorre na época de avaliações, com nota mínima de 9.5v. Esta prova pode ser realizada em 1ª época, 2ª época e época especial.

Metodologias de Ensino / Teaching methodologies

De forma a otimizar as horas de contato, grande parte dos conteúdos teóricos são disponibilizados aos estudantes através de videos semanais, os quais abordam cada um dos tópicos dos conteúdos programáticos, e que devem ser assistidos como trabalho autónomo. Estes videos são complementados com a disponibilização dos diapositivos em Powerpoint. As aulas decorrem de acordo com uma tipologia teórico-prática e de laboratório, compreendendo diferentes actividades educativas: - resolução de exercícios práticos que permitem demonstrar a aplicação dos conceitos teóricos. - exposição oral de exemplos de implementações práticas de sistemas embebidos com recurso a apresentações em PowerPoint e a demostrações laboratoriais, de forma a permitir uma transição mais suave entre a componente teórica da matéria e a sua aplicação prática abordada nas aulas em laboratório. - prática laboratorial onde vários problemas são resolvidos pelos alunos em grupo recorrendo ao material do laboratório de eletrónica. Para consolidar os conhecimentos e as competências adquiridas pelos estudantes existe ainda uma outra actividade educativa importante correspondente à implementação dos projectos que permite aos estudantes experienciarem as dificuldades associadas à implementação, teste e resolução de problemas neste tipo de sistemas. A implementação do projecto é realizada em grupo como trabalho autónomo, permite a aplicação de grande parte dos conceitos abordados no programa e consiste no desenvolvimento de um sistema embebido sem fios/rede de sensores. Para complementar as aulas teórico-práticas está ainda previsto uma série de trabalho autónomo adicional baseado na disponibilização de vários conjuntos de exercícios na plataforma de e-learning (Moodle) cobrindo a maioria das partes do programa;

Demonstração da coerência das metodologias de ensino e avaliação com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the teaching and assessment methodologies are appropriate for the learning outcomes

- Os videos com as apresentações sobre uma grande parte dos tópicos do programa e que integram parte do trabalho autónomo permitem aos estudantes adquirirem os conceitos teóricos fundamentais relacionados com o funcionamento e desenvolvimento de Sistemas Embebidos, aplicação em redes de sensores sem fios e integração na IoT (OA1, OA2, OA3 e OA4) - Os exercícios práticos disponibilizados no Moodle como trabalho autónomo e os resolvidos nas aulas teorico-práticas permitem ajudar a compreender os conceitos relacionados com o desenvolvimento de Sistemas Embebidos e aplicação em redes de sensores sem fios (OA2 e OA3) - A exposição oral de exemplos de implementações práticas de sistemas embebidos realizada nas aulas teórico-práticas e a resolução de problemas práticos recorrendo ao material do laboratório de eletrónica durante as aulas de laboratório abrange todos os objetivos de aprendizagem (OA1, OA2, OA3 e OA4 ). - A implementação dos projectos, que é realizada como trabalho autónomo, permite aos estudantes consolidarem as competências relacionadas com o projeto e desenvolvimento de sistemas embebido sem fios/rede de sensores tendo em contar tradeoffs em termos de energia, desempenho e custo, abrangendo todos os objetivos de aprendizagem (OA1, OA2, OA3 e OA4).

Observações / Observations

Bibliografia Principal / Main Bibliography

Waltenegus Dargie, Christian Poellabauer, “Fundamentals of Wireless Sensor Networks: Theory and Practice” , Wiley 2010. Wayne Wolf, “Computers as Components, Fifth Edition: Principles of Embedded Computing System Design”, Morgan Kaufmann, 2022.

Bibliografia Secundária / Secondary Bibliography

Nuno Souto - Sistemas Embebidos - Diapositivos, ISCTE/2024. Nuno Souto - Sistemas Embebidos - Fichas de Exercícios, ISCTE/2024. David J. Russell (Author), Mitchell A. Thornton, "Introduction to Embedded Systems: Using ANSI C and the Arduino Development Environment (Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems)", Morgan and Claypool Publishers (15 Sep 2010) Tammy Noergaard, "Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers", Newnes, 2012. Julio Sanchez; Maria P. Canton, "Embedded Systems Circuits and Programming", CRC Press, 2012. Shahin Farahani, “ZigBee Wireless Networks and Transceivers: The Complete Guide for RF/Wireless Engineers”, Newnes, 2008 Vários artigos de revistas e conferências relevantes para apoio para os projectos e aulas de laboratório.

Data da última atualização / Last Update Date

2024-07-25