Προγραμματισμός σε Internet of Things

Γιατί να παρακολουθήσω το πρόγραμμα

Στις μέρες μας η τεχνολογία της πληροφορικής και των επικοινωνιών βελτιώνεται συνεχώς με αποτέλεσμα την ανάπτυξη νέων, ή βελτίωση υπαρχόντων εφαρμογών με μεγάλες δυνατότητες επεκτασιμότητας. Οι τομείς της καθημερινότητας ήδη που επηρεάζονται άμεσα εξαιτίας τεχνολογικών αλμάτων είναι οι ακόλουθοι:

• Υπηρεσίες υγείας
• Μεταφορές
• Εμπόριο
• Έξυπνο σπίτι
• Περιβάλλον
• Βιομηχανία
• Γεωργικές καλλιέργειες

Κοινό χαρακτηριστικό γνώρισμα όλων των παραπάνω κατηγοριών είναι ότι οποιαδήποτε απόπειρα αυτοματοποίησης διαδικασιών απαιτεί τη δυνατότητα παρατήρησης και συλλογής δεδομένων στον περιβάλλοντα χώρο. Η εφαρμογή των κατάλληλων μεθόδων συλλογής των δεδομένων, καθώς και η επιλογή κατάλληλων μεθόδων επεξεργασίας τους θα μπορέσει να προκαλέσει την ανάληψη κάποιας δράσης.

Προς αυτή την κατεύθυνση, αναπτύσσονται νέες μεθόδους σχεδίασης κυκλωμάτων αισθητήρων, οι οποίοι είναι ικανοί να μετρούν με ακρίβεια πληθώρα παραγόντων (πχ περιβαλλοντικών, μηχανικών και άλλα). Η πρόοδος προς αυτή την κατεύθυνση, σε συνδυασμό με την πρόοδο στα ευέλικτα δίκτυα ιντερνετ και επικοινωνιών, διαμορφώνουν πρωτόγνωρες δυνατότητες συλλογής και μετάδοσης μεγάλου όγκου δεδομένων. Οι δυνατότητες αυτές βελτιώνονται ραγδαία, οδηγώντας σταδιακά σε πλήρη αυτοματοποίηση διαδικασιών που πριν θα ήταν αδύνατο. Ο όρος Διαδίκτυο των Πραγμάτων (internet of things – IoT) προσπαθεί να περιγράψει ακριβώς αυτό το τεχνολογικό άλμα των ευφυών αισθητήρων που είναι διασυνδεδεμένοι με ένα δίκτυο και έχουν τη δυνατότητα να μεταδίδουν τιμές μετρήσιμων μεγεθών με σκοπό την επεξεργασία τους και της ανάληψης συγκεκριμένης δράσης.  Συνεπώς, ο όρος ΙοΤ αναφέρεται σε δίκτυα συνδεδεμένων έξυπνων αντικειμένων, που επιτρέπει τη διασύνδεση συσκευών μεταξύ τους με σκοπό την ανταλλαγή δεδομένων και τη συλλογή πληροφοριών, χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.

Σκοπός του προτεινόμενου προγράμματος είναι η εξήγηση της αρχής λειτουργίας του internet of things, η παράθεση πρακτικών προβλημάτων που λύνει και η παρουσίασή του ως μία τεχνολογία που θα λύσει πολλά προβλήματα στο εγγύς μέλλον. Αναγνωρίζοντας τη σημασία των αισθητήρων στα δίκτυα internet of things. κύρια συνεισφορά του προγράμματος είναι η εκτενής παρουσίαση διαδεδομένων μικροελεγκτών μπορούν να συνδεθούν με απλούς αισθητήρες για αυτόματη λήψη (και μερικές φορές επεξεργασία) δεδομένων. Οι μαθητές στα πλαίσια του προγράμματος θα έχουν την ευκαιρία να εφαρμόσουν γνώσεις που ήδη έχουν. Για παράδειγμα θα υλοποιήσουν πολύ απλά κυκλώματα αισθητήρων και θα διαπιστώσουν πόσο εύκολο είναι να συνδέσουν δικά τους κυκλώματα με μικροελεγκτές τους οποίους στη συνέχεια θα προγραμματίσουν με στόχο την αυτοματοποίηση μίας λύσης. Η ροή του προγράμματος έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε το επίπεδο δυσκολίας να αυξάνει σταδιακά, ενώ παράλληλα εξασφαλίζεται ότι οι μαθητές θα κατανοούν και θα συμμετέχουν ενεργά στις διάφορες ασκήσεις / projects που θα υλοποιηθούν.

Επιδιωκόμενο αποτέλεσμα μετά την ολοκλήρωση του προγράμματος:

• Οι μαθητές θα είναι σε θέση να περιγράψουν με σαφήνεια την έννοια του internet of things, ενός όρου που εξ ’ορισμού προκύπτει ως αποτέλεσμα προόδου σε διαφορετικές τεχνολογικές περιοχές.
• Εξαιτίας της φύσης του αντικειμένου, στα πλαίσια του προγράμματος οι μαθητές θα έρθουν σε επαφή και θα αναπτύξουν δεξιότητες σε περιοχές όπως: υλοποίηση απλών κυκλωμάτων, σύνδεση κυκλωμάτων με μικροελεγκτές, προγραμματισμός μικροελεγκτών.
• Η ροή του προγράμματος βασίζεται και δίνει έμφαση στην υλοποίηση πρακτικών projects
• Οι μαθητές θα έρθουν σε επαφή με βασικές αρχές προγραμματισμού και θα μάθουν πως πρέπει να προσεγγίζουν πρακτικά προβλήματα του αντικειμένου του μηχανικού.

Το πρόγραμμα οργανώνεται με βάση τις ακόλουθες θεματικές περιοχές:

Εισαγωγή στα δίκτυα (θεωρία)

• • Έννοια δικτύου υπολογιστών
  • Οικιακά δίκτυα υπολογιστών
  • Ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας: Χαρακτηριστικά, περιπτώσεις χρήσης
  • Μοντέλα επικοινωνίας (συσκευή με συσκευή, συσκευή με δίκτυο cloud)

Αισθητήρες (θεωρία)

• • Παρουσίαση της συσκευής του αισθητήρα ως ενεργοποιητή
  • Παραδείγματα αισθητήρων
  • Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων
  • Σημασία της ενεργειακής αυτονομίας στους αισθητήρες
  • Περιγραφή βασικών αλγορίθμων (ποιοτικά μόνο): Αυτό-προσαρμογή, αυτό-οργάνωση, αυτό-ανακάλυψη
  • Κατασκευή απλών κυκλωμάτων αισθητήρων σε πλακέτα δοκιμών (πχ. Μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας κτλ.)

Εισαγωγή στο διαδίκτυο των πραγμάτων – internet of things, IoT (θεωρία)

• • Τι είναι το διαδίκτυο των πραγμάτων – κύρια χαρακτηριστικά του
  • Παραδείγματα εφαρμογών
    • Έξυπνο σπίτι
    • Έξυπνες πόλεις
    • Έξυπνη βιομηχανία
    • Έξυπνο περιβάλλον
    • Έξυπνη ενέργεια
    • Έξυπνη κτηνοτροφία
    • Έξυπνη γεωργία
    • Μεταφορές
    • Ιατρική παρακολούθηση
  • Αρχιτεκτονική IoT
  • Ασφάλεια IoT

 Προγραμματισμός Αισθητήρων με Πλατφόρμα Arduino

• • Εισαγωγή στους μικροελεγκτές
  • Παραδείγματα χρήσης μικροελεγκτών
  • Σε τι διαφέρει ο μικροελεγκτής από τον υπολογιστή
  • Εισαγωγή στο Arduino ως πλατφόρμα μικροελεγκτή
  • Χρήση του Arduino ως διαδραστική ηλεκτρονική συσκευή
  • Επισκόπηση μοντέλων Arduino
  • Περιγραφή της πλατφόρμας Arduino Uno
  • Ολοκληρωμένα πακέτα εξαρτημάτων (Starter Kit) για Arduino
  • Κάρτες επέκτασης (shields) της πλατφόρμας Arduino
  • Παραδείγματα εφαρμογών με χρήση Arduino
  • Project 1: Λαμπάκι που αναβοσβήνει
  • Project 2: Αυτόματο φωτάκι νυκτός
  • Project 3: Μέτρηση θερμοκρασίας
  • Project 4: μέτρηση απόστασης

 Πλατφόρμα Raspberry Pi

• • Εισαγωγή στην πλατφόρμα Raspberry Pi – πλεονεκτήματα χρήσης του
  • Σύγκριση Arduino με Raspberry Pi
  • Επισκόπηση μοντέλων Raspberry Pi
  • Περιπτώσεις χρήσης Raspberry Pi
  • Περιγραφή αρχιτεκτονικής Raspberry Pi
  • Περιφερειακά επέκτασης Raspberry Pi
  • Περιγραφή εγκατάστασης λειτουργικού συστήματος στο Raspberry Pi (real demo)

 Προγραμματισμός Raspberry Pi με python

• • Εισαγωγή στην Python. Διαφορές – ιδιεταιρότητες σε σχέση με λοιπές γλώσσες προγραμματισμού.
  • Χρήση του περιβάλλοντος ανάπτυξης εφαρμογών (IDE).
  • Σχόλια και εκτύπωση. Το πρώτο μας πρόγραμμα σε python.
  • Ανάθεση τιμών σε μεταβλητές.
  • Τύποι δεδομένων: αριθμητικής τιμές και συμβολοσειρές.
  • Πράξεις μεταξύ αριθμών.
  • Εισαγωγή δεδομένων. Αλλαγή τύπου δεδομένων.
  • Λογικές μεταβλητές
  • Λογικές πράξεις
  • Εκτέλεση προγράμματος Python
  • Δομές ελέγχου ροής
  • Δομές επανάληψης
  • Δημιουργία συναρτήσεων
  • Βιβλιοθήκη time

 Προγραμματισμός Αισθητήρων με πλατφόρμα Raspberry Pi

• • Εκτέλεση κώδικα python από το τερματικό
  • Εντολές GPIO σε Python
  • Project 1: Προγραμματισμός διακοπτών
  • Project 2: Διακοπτόμενος φωτισμός
  • Project 3: Σύνδεση LCD οθόνης σε Raspberry και προγραμματισμός
  • Project 4: καταγραφή υγρασίας και θερμοκρασίας με αισθητήρα HDC100X
  • Project 5: μέτρηση απόστασης με αισθητήρα υπερήχων
  • Project 6: Ενδεικτική εφαρμογή «έξυπνου σπιτιού» για έλεγχο συσκευών μέσω internet

Η διάρκεια του προγράμματος

Το πρόγραμμα ολοκληρώνεται σε 2 τετράμηνα (ένα έτος).

• • Χειμερινό Τετράμηνο: από 26 Σεπτεμβρίου μέχρι 23 Ιανουαρίου
  • Εαρινό Τετράμηνο: από 6 Φεβρουαρίου μέχρι 29 Μαΐου

Μαθήματα γίνονται μία φορά την εβδομάδα, είτε καθημερινές 18.00-20.00 είτε Σάββατα 18.00-20.00

Δυνατότητα και για Online

Τα μαθήματα, εκτός από την κλασσική διδασκαλία σε πραγματική τάξη, μπορούν να διενεργηθούν και μέσω τηλεδιάσκεψης σε εικονική τάξη, με ζωντανή σύνδεση με τον εκπαιδευτή, ή με συνδυασμό και των δύο. Ο τρόπος διδασκαλίας θα εξαρτηθεί από τις παρούσες συνθήκες, σε συνάρτηση και με τις προτιμήσεις των μαθητών.

Ο εκπαιδευτής μπορεί να παρέχει το διδακτικό υλικό μέσω κοινής χρήσης της οθόνης του, ζωντανής μετάδοσης του ίδιου σε βίντεο ή με το να εργάζεται στο cloud όπου οι μαθητές μπορούν να βλέπουν τα πάντα σε πραγματικό χρόνο. Οι ίδιοι οι μαθητές μπορούν να συμμετάσχουν ενεργά και ανεμπόδιστα, και να θέτουν ερωτήσεις όπως θα έκαναν σε μια κανονική τάξη. Επιπλέον, αναλαμβάνουν επιμορφωτικές εργασίες και projects τα οποία ο εκπαιδευτής μπορεί να δει και να παρέχει τα σχόλια και τις αξιολογήσεις του εύκολα και γρήγορα.

Μαθητές στους οποίους απευθυνόμαστε

• Το πρόγραμμα απευθύνεται σε μαθητές από Β’ Γυμνασίου και B’ Λυκείου.
• Τα μαθήματα πραγματοποιούνται σε ολιγομελή τμήματα.

Προαπαιτούμενες γνώσεις

• Η εκπαίδευση αυτή προσφέρει μια ολοκληρωμένη προσέγγιση στη θεωρία και πρακτική άσκηση στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων – Internet of Things και δεν απαιτεί προηγούμενες γνώσεις.