Παρουσιαση βιβλιου

Για πανεπιστημιακή εκπαίδευση

ΑΣ ΞΕΚΙΝΗΣΟΥΜΕ

Ταυτότητα


Εκδόσεις: ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, Αθήνα
ISBN: 978-960-645-125-6
Κωδικός ΕΥΔΟΞΟΥ: 94644743
Έκδοση:
Έτος έκδοσης: 2021
Σελίδες: 480

480 σελίδες

Ένα βιβλίο εστιασμένο στον προγραμματισμό ψηφιακών συστημάτων για συλλογή, επεξεργασία, απεικόνιση και μετάδοση μετρήσεων

Ποικιλία θεμάτων

Arduino, Raspberry Pi και προγραμματισμός σε Processing, Python και MATLAB

Συνοδευτικό υλικό

Διαφάνειες μελέτης και διδασκαλίας, καθώς και πηγαίος κώδικας

Γενικά

Το βιβλίο αυτό «απαντά» στις πραγματικές ανάγκες ενός μηχανικού στην κατεύθυνση της ανάπτυξης ενός λειτουργικού και ολοκληρωμένου συστήματος μετρήσεων. Πολύ δε περισσότερο, παρουσιάζει τις επικρατέστερες τεχνολογίες και μεθοδολογίες για την ανάπτυξη των εφαρμογών. Δηλαδή, συγκεντρώνει γνώσεις με μια ενιαία αντίληψη και όχι αποσπασματικά, όπως έχουν συνηθίσει οι μηχανικοί σήμερα, που καλούνται να ανατρέξουν σε τελείως διαφορετικά βιβλία μεταξύ τους, μη γνωρίζοντας ακριβώς ποια εργαλεία θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν.

Βίντεο βιβλίου

Πρόλογος

Οι περισσότερες εφαρμογές για απλούς καταναλωτές ή τη βιομηχανία, έχουν ως επίκεντρο τις μετρήσεις. Το κινητό τηλέφωνο έχει πολλούς αισθητήρες που κάνουν ιδιαίτερα αποδοτικές τις αντίστοιχες εφαρμογές. Στο σπίτι, οι περισσότερες συσκευές διαθέτουν αισθητήρες, που στην πιο απλή περίπτωση χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Από την άλλη πλευρά, στη βιομηχανία, στο αυτοκίνητο και σε πολλά άλλα πεδία εφαρμογών, οι μετρήσεις έχουν κυρίαρχο ρόλο. Το μεγάλο πρόβλημα της υφιστάμενης ελληνικής και διεθνούς βιβλιογραφίας για τα συστήματα μετρήσεων είναι ότι, επικεντρώνονται μόνο σε κλασικές θεωρίες και θεωρητικές πρακτικές αποκλειστικά για τους αισθητήρες, αγνοώντας σχεδόν τελείως, ότι :

α) οι εφαρμογές προϋποθέτουν την ύπαρξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος μέτρησης και όχι την ύπαρξη απλά και μόνο των αισθητήρων. Ένα ολοκληρωμένο ψηφιακό σύστημα μέτρησης, διαθέτει αισθητήρες, μετρά, επεξεργάζεται, απεικονίζει και σε πολλές περιπτώσεις μεταδίδει τις αντίστοιχες μετρήσεις ή τα αποτελέσματα της επεξεργασίας

β) το βάρος της ανάπτυξης ενός σύγχρονου τέτοιου συστήματος, βρίσκεται στην ανάπτυξη του λογισμικού, δηλαδή στον προγραμματισμό

Επομένως, με την παρουσίαση μόνο αισθητήρων και κυκλωμάτων μέτρησης, δεν μπορεί να δο-θεί στο σύγχρονο μηχανικό η γνώση που απαιτείται, ώστε να μπορέσει να αναπτύξει ένα τέτοιο ολοκληρωμένο σύστημα μέτρησης. Βάσει των παραπάνω διαπιστώσεων, το βιβλίο αυτό «απαντά» στις πραγματικές ανάγκες ενός μηχανικού στην κατεύθυνση της ανάπτυξης ενός λειτουργικού και ολοκληρωμένου συστήματος μετρήσεων. Πολύ δε περισσότερο, παρουσιάζει τις επικρατέστερες τεχνολογίες και μεθοδολογίες για την ανάπτυξη των εφαρμογών. Δηλαδή, συγκεντρώνει γνώσεις με μια ενιαία αντίληψη και όχι αποσπασματικά, όπως έχουν συνηθίσει οι μηχανικοί σήμερα, που καλούνται να ανατρέξουν σε τελείως διαφορετικά βιβλία μεταξύ τους, μη γνωρίζοντας ακριβώς ποια εργαλεία θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν.

Ο μικρός αυτός πρόλογος, αντικατοπτρίζει την πεποίθηση του συγγραφέα ότι, κρατάτε στα χέ-ρια σας ένα μοναδικό βιβλίο που θα αποτελέσει για εσάς ένα εκπαιδευτικό εργαλείο και σημείο αναφοράς, στην κατεύθυνση ανάπτυξης πραγματικών εφαρμογών και όχι στην κατεύθυνση μιας θεωρητικής προσέγγισης, που τελικά σας αποπροσανατολίζει.

Διάρθρωση περιεχομένου

Το βιβλίο είναι οργανωμένο σε 12 κεφάλαια, ως εξής:

Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί μια εισαγωγή στα ολοκληρωμένα ψηφιακά συστήματα μετρήσεων, προσπαθώντας να δείξει τη «μεγάλη εικόνα», ώστε ο αναγνώστης να σχηματίσει μια πρώτη άπο-ψη για τα συστήματα αυτά.

Το σημείο «κλειδί» των ψηφιακών συστημάτων μέτρησης είναι, η μετατροπή των αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά. Το δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζει αυτή τη διαδικασία, μέσα από την αρχι-τεκτονική και τα χαρακτηριστικά της μονάδας μετατροπής που διαθέτει συνήθως ενσωματωμένη ένας μικροελεγκτής.

Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η αναπτυξιακή ψηφιακή πλατφόρμα Arduino (η γνωστότερη στον κόσμο). Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα βασικά της χαρακτηριστικά, καθώς και η φι-λοσοφία ανάπτυξης εφαρμογών σε αυτή.

Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναπτύσσονται μερικά βασικά κυκλώματα που αξιοποιούνται μέσα από το Arduino, προκειμένου ο αναγνώστης να αποκτήσει μερικές βασικές γνώσεις όπως, ο υπολογισμός του ρεύματος, κλπ.

Η γνωριμία με βασικούς αισθητήρες γίνεται στο πέμπτο κεφάλαιο. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά τους και αξιοποιούνται με το Arduino μέσα από πραγματικές εφαρμογές, προκειμένου ο αναγνώστης να κατανοήσει τη λειτουργία αλλά και την αξιοποίησή τους.

Η απεικόνιση των μετρήσεων, αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα σε ένα σύστημα μέτρησης, ειδικά για τα αυτόνομα και φορητά συστήματα. Το έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζει μια πληθώρα από εξωτερικά κυκλώματα απεικόνισης (π.χ. LCD οθόνη), τα οποία μπορεί να μελετήσει ο αναγνώστης και να κατανοήσει την αξιοποίηση των αντίστοιχων τεχνολογιών.

Στο έβδομο κεφάλαιο, μετατοπίζεται το βάρος στην ανάπτυξη λογισμικού για την απεικόνιση των μετρήσεων, με επίκεντρο το Processing. Οι δυνατότητες σχεδίασης γραφικών με το Processing, καθώς και η ανάπτυξη εικονικών οργάνων μέτρησης, αποτελούν τον πυρήνα των αντίστοιχων ε-φαρμογών του κεφαλαίου.

Η γλώσσα Python είναι αυτή τη στιγμή Νο1 στον κόσμο με εντυπωσιακές δυνατότητες και μεγάλη συλλογή βιβλιοθηκών που δίνουν τη δυνατότητα για ανάπτυξη σχεδόν οποιασδήποτε εφαρμογής. Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζονται μεταξύ άλλων, εφαρμογές για σχεδίαση γραφημάτων, επε-ξεργασία μετρήσεων και αποθήκευση δεδομένων.

Το ένατο κεφάλαιο, παρουσιάζει την αξιοποίηση του MATLAB, που αποτελεί το γνωστότερο επι-στημονικό μαθηματικό εργαλείο ανάπτυξης και ανάλυσης στον κόσμο και χρησιμοποιείται από τα περισσότερα πανεπιστήμια. Αυτό το κεφάλαιο περιλαμβάνει εφαρμογές, για τη γραφική απεικόνι-ση και στατιστική ανάλυση μετρήσεων.

Το Raspberri Pi είναι ο μικρότερος σε διαστάσεις και δημοφιλέστερος υπολογιστής στον οποίο μπορούν να αναπτυχθούν ολοκληρωμένες εφαρμογές μετρήσεων. Το δέκατο κεφάλαιο παρουσιάζει την πλατφόρμα αυτή και δείχνει τη βασική φιλοσοφία αξιοποίησής της.

Το ενδέκατο κεφάλαιο, δείχνει την αξιοποίηση ενός εξωτερικού μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό, προκειμένου να διαβάζει το Raspberry Pi, αναλογικά σήματα.

Τέλος, το δωδέκατο κεφάλαιο, παρουσιάζει μια εφαρμογή με την οποία μπορεί να γίνει απεικόνι-ση μετρήσεων στο διαδίκτυο, αξιοποιώντας την υπολογιστική πλατφόρμα Raspberry Pi.

Γιατί να το επιλέξετε

Πολλοί επισκέπτες ρωτούν για το περιεχόμενο και τους σκοπούς του βιβλίου. Σε αυτή την ενότητα μπορείτε να βρείτε απαντήσεις σε συχνές ερωτήσεις σχετικά με το βιβλίο.

  • Γιατί έπρεπε να γραφτεί ένα ακόμα βιβλίο για μετρήσεις ;

    Αυτό το βιβλίο καλύπτει το πιο σημαντικό κενό που υπάρχει στην αντίστοιχη βιβλιογραφία. Το κενό αυτό εστιάζεται: α) στην αντιμετώπιση των μετρήσεων στα πλαίσια ενός ολοκληρωμένου συστήματος που με-τρά, επεξεργάζεται και διαχειρίζεται τις μετρήσεις β) στην ανάπτυξη πραγματικών εφαρμογών αξιοποιώντας τις γνωστότερες ψηφιακές πλατφόρ-μες, καθώς και τα γνωστότερα εργαλεία λογισμικού

  • Στις πειραματικές εφαρμογές του βιβλίου, χρησιμοποιείται το Arduino, καθώς και το Raspberry Pi, ειδικά για την απεικόνιση μετρήσεων στο διαδίκτυο. Επιπρόσθετα, η ανάπτυξη λογισμικού γί-νεται σε κλασικό υπολογιστή (Processing, Python, MATLAB), με τη δυνατότητα επιλογής φυσικά και του Raspberry Pi. Ο συνδυασμός όλων αυτών των τεχνολογιών, δίνει τη δυνατότητα στο μη-χανικό να αποκτήσει μία εικόνα για τη σύνθεση των εργαλείων ανάπτυξης στην κατεύθυνση υλο-ποίησης μιας πραγματικής εφαρμογής.

  • Οι ψηφιακές πλατφόρμες Arduino και Raspberry Pi κοστίζουν 7-14€ και 45-55€ αντίστοιχα. Μην ξεχνάμε βέβαια ότι, το Raspberry Pi είναι υπολογιστής και όχι μια απλή πλακέτα που φιλοξε-νεί έναν φθηνό μικροελεγκτή, όπως στην περίπτωση του Arduino. Από την άλλη πλευρά, το Pro-cessing και η Python, είναι δωρεάν. Τέλος, παρά το γεγονός ότι, το MATLAB είναι εμπορικό πα-κέτο και το έχουν συνήθως αγορασμένο τα εκπαιδευτικά ιδρύματα, οι φοιτητές μπορούν να χρησι-μοποιούν το εναλλακτικό λογισμικό Octave, που είναι δωρεάν.

  • Είναι συνηθισμένο στη βιβλιογραφία να παρουσιάζονται εφαρμογές (αν παρουσιάζονται) με θεωρητικό τρόπο. Σε αυτό το βιβλίο, πρώτα αναπτύχθηκαν οι εφαρμογές στην πράξη και μετά πα-ρουσιάστηκαν. Αυτό, έδωσε την ευκαιρία για σωστή ανάλυση των εφαρμογών σε μια πραγματική βάση, εστιάζοντας σε ουσιαστικά σημεία που θα απασχολήσουν το σύγχρονο μηχανικό.

  • Κάποιοι αναγνώστες ίσως να σκεφτούν ότι, υπάρχει στο διαδίκτυο πληθώρα αντίστοιχων εφαρ-μογών και ότι ίσως, να ήταν εύκολη υπόθεση μια αναπαραγωγή τους. Καταρχήν, τα παραδείγματα που υπάρχουν στο διαδίκτυο είναι «χαοτικά», κανένα δεν τρέχει όπως είναι, αντανακλούν τον τρό-πο σκέψης του δημιουργού τους, ενώ δεν καλύπτουν το γνωστικό υπόβαθρο που απαιτείται για ένα νέο μηχανικό. Έτσι, όλες οι εφαρμογές αναπτύχθηκαν από το μηδέν με πολύ προσοχή, προκειμέ-νου να ικανοποιούνται οι στόχοι του βιβλίου και ο φοιτητής πραγματικά να μαθαίνει και να ανα-πτύσσει ένα αποτελεσματικό τρόπο σκέψης. Επομένως, το υλικό των εφαρμογών του βιβλίου είναι αυθεντικό και προσδοκά να «απαντήσει» στις ανάγκες των φοιτητών και άλλων αναγνωστών, που θέλουν να διερευνήσουν την ανάπτυξη σύγχρονων εφαρμογών.

  • Επειδή ο σκοπός του βιβλίο είναι εκπαιδευτικός, δίνοντας τη δυνατότητα για αξιοποίηση τόσο από τον φοιτητή, όσο και από τον καθηγητή, έχει αναπτυχθεί σημαντικό συνοδευτικό υλικό που περιλαμβάνει κυρίως: α) παρουσιάζεις power point β) τον κώδικα όλων των εφαρμογών Διαθέσιμο υλικό σε αυτή τη σελίδα και επικοινωνία στο p.m.papazoglou@hotmail.com

  • Το βιβλίο αξιοποιεί τις επικρατέστερες τεχνολογίες σε υλικό και λογισμικό, πράγμα που κάνει χρήσιμο το υλικό του από την αρχή ως το τέλος του. Η διδασκαλία ή η μελέτη του υλικού μπορεί να γίνει σε μια λογική φυσικής συνέχειας (με τη σειρά των κεφαλαίων) ή επιλογής συγκεκριμένων ενοτήτων και κεφαλαίων. Το βασικό πλαίσιο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «οδηγός», είναι οι ίδιες οι εφαρμογές, όπου με αφορμή το αντικείμενο που πραγματεύονται να «ανοίγει» κάθε φορά η σχετική συζήτηση.

  • Όλες οι εφαρμογές αποτελούν αυτοτελείς ενότητες τις οποίες μπορεί ο καθηγητής να υλοποιή-σει στο εργαστήριο (ως εργαστηριακές ασκήσεις) ή να τις χρησιμοποιήσει για την οργάνωση των θεωρητικών μαθημάτων. Από την άλλη πλευρά, κάθε κεφάλαιο διαθέτει στο τέλος του, ένα σύνο-λο από ασκήσεις. Οι ασκήσεις αυτές έχουν ποικιλία απαιτήσεων. Αυτό σημαίνει ότι, ορισμένες ασκήσεις μπορούν να γίνουν εύκολα και γρήγορα στην αίθουσα, ενώ άλλες μπορούν να ανατε-θούν ως εργασίες από τον καθηγητή. Έτσι, καλύπτεται όλο το φάσμα των απαιτήσεων σε επίπεδο ασκήσεων.

Δωρεάν Download υλικού & πρόσβαση

Διαφάνειες και πηγαίος κώδικας.

Υλικό

1. Εισαγωγή στα ψηφιακά συστήματα μετρήσεων
Διαφάνειες κεφ.1 (pdf) 

2. Μετατροπή αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά
Διαφάνειες κεφ.2 (pdf) | Κώδικες κεφ.2 (zip)

3. Η πλατφόρμα Arduino
Διαφάνειες κεφ.3 (pdf) | Κώδικες κεφ.3 (zip)

4. Απλά κυκλώματα και υπολογισμοί με το Arduino
Διαφάνειες κεφ.4 (pdf) | Κώδικες κεφ.4 (zip)
 
5. Μετρήσεις με βασικούς αισθητήρες στο Arduino
Διαφάνειες κεφ.5 (pdf) | Κώδικες κεφ.5 (zip)

6. Απεικόνιση μετρήσεων σε ηλεκτρονικές διατάξεις
Διαφάνειες κεφ.6 (pdf) | Κώδικες κεφ.6 (zip)
Βίντεο > Οθόνη LCD - I2C

7. Απεικόνιση και επεξεργασία μετρήσεων σε υπολογιστή με το Processing
Διαφάνειες κεφ.7 (pdf) | Κώδικες κεφ.7 (zip)
Βίντεο > Εισαγωγή στο Processing

8. Απεικόνιση και επεξεργασία μετρήσεων σε υπολογιστή με τη γλώσσα Python
| Κώδικες κεφ.8 (zip)

9. Απεικόνιση και επεξεργασία μετρήσεων σε υπολογιστή με χρήση MATLAB
Διαφάνειες κεφ.9 | Κώδικες κεφ.9 (zip)

10. Η υπολογιστική πλατφόρμα Raspberry Pi
Διαφάνειες κεφ.10 | Κώδικες κεφ.10 (zip)

11. Μετρήσεις με το Raspberry Pi
Διαφάνειες κεφ.11 (pdf) | Κώδικες κεφ.11 (zip)

12. Απεικόνιση μετρήσεων στο διαδίκτυο
Διαφάνειες κεφ.12 (pdf) | Κώδικες κεφ.12 (zip)

Πρόσθετα αρχεία
Όλοι οι κώδικες σε ένα αρχείο (Κεφ-2 έως Κεφ-12) (zip)

Στείλτε μήνυμα στο συγγραφέα του βιβλίου

Αν θέλετε να βοηθήσετε στη βελτίωση του υλικού, μπορείτε να γράψετε τη γνώμη και τις παρατηρήσεις σας. Μπορείτε επίσης να στείλετε το ερώτημά σας. Σε κάθε περίπτωση, μπορείτε να στείλετε απευθείας μήνυμα, μέσω της φόρμας που ακολουθεί.

Φόρτωση...
Το μήνυμα εστάλη. Σας ευχαριστώ!

Παροράματα

1. Στη σελίδα 267 και στο σχήμα 6.25, οι Pull Up αντιστάσεις συνδέονται στα δύο καλώδια (SCL, SDA) αντίστοιχα και όχι όπως φαίνονται στο σχήμα στο ίδιο καλώδιο.
2. Στη σελίδα 390 και στο πρώτο πλαίσιο, η εντολή είναι b=[10:10:100] και όχι b=[9.:9.:9.0]. Αυτό φαίνεται και ακριβώς από πάνω που γράψει τη σωστή μορφή της.