Универсальный лабораторный комплекс «Формирование практических навыков разработки и применения нано-, микро- и оптоэлектронных технологий (УЛК НМО) на платформе «Arduino»

Универсальный лабораторный комплекс «Формирование практических навыков разработки и применения нано-, микро- и оптоэлектронных технологий (УЛК НМО) на платформе «Arduino» Спирин Ю. Л.

Спирин Юрий Леонидович /Spirin Yury Leonidovich - кандидат технических наук, доцент, заместитель директора института электроники,

Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники (МИРЭА), г. Москва

Аннотация: приведено описание состава и функциональных возможностей лабораторного комплекса для закрепления студентами теоретических знаний, полученных в процессе лекции. Даны темы курсовых проектов, которые могут быть выполнены на основе представленного практикума.

Abstract: the description of the structure and functionality of the laboratory complex to secure the students theoretical knowledge obtained during lectures. The themes of course projects are described.

Ключевые слова: теоретические знания, наноэлектроника, микроэлектроника, оптоэлектронные устройства, ардуино.

Keywords: knowledge, nano-electronics, micro-electronics, opto-electronics, Arduino.

Быстрое развитие и комплексное использование изделий и технологий нано- и микроэлектроники, создание новых, более совершенных оптоэлектронных устройств и систем требует существенного совершенствования существующей лабораторной базы для обучения студентов.

Для закрепления теоретических знаний по вышеуказанным направлениям науки и техники и формирования необходимых практических навыков для самостоятельной и творческой работы, необходимы универсальные лабораторные стенды, позволяющие обеспечить изучение на одной лабораторной платформе на базе микрокомпьютера Arduino Uno R3[1]. Это важно для улучшения качества преподавания по направлениям подготовки 11.03.04 и 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника», 12.03.02 «Оптотехника», 27.03.01 и 27.04.01 «Стандартизация и метрология».

Для изучения особенностей разработки, сборки, программирования и проверки устройств и систем на стыке современных технологий получения и обработки информации комплекс может быть интересен также и для аспирантов, обучающихся по специальностям 05.27.01 «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах».

Комплекс предназначен для проведения лабораторных работ по следующим направлениям:

• Сборка и тестирование радиоэлектронных схем на макетных платах без пайки.

• Изучение параметров полупроводниковых приборов и компонентов.

• Изучение параметров интегральных аналоговых и цифровых микросхем.

• Усилители и стабилизаторы напряжения на транзисторах и операционных усилителях.

• Элементы и устройства цифровой техники.

• Микропроцессоры и микрокомпьютеры (на базе микрокомпьютеров Arduino и Raspberry Pi).

• Применение микрокомпьютеров (на базе Arduino и Raspberry Pi).

• Контрольно-измерительная техника на базе микрокомпьютеров.

• Изучение параметров элементов оптоэлектроники.

• Оптотехника.

• Методы и устройства для измерения параметров элементов и устройств оптотехники.

• Оптические модуляторы.

• Элементы и устройства волоконной оптики.

• Элементы на микромеханических электронных системах (МЭМС).

• Управляемые зеркала в видимом и инфракрасном диапазоне.

• Лазерные интерферометры.

• Сканирующие зондовые микроскопы (сканирующие туннельные микроскопы, атомно-силовые микроскопы и микроскопы ближнепольного взаимодействия).

• Фазовые сканирующие зондовые микроскопы.

• Основные технологические методы формирования наноструктур и наноэлектронных устройств цифровой и аналоговой техники.

• Основные методы исследования и подготовки поверхности подложек для наноэлектроники и наноструктур.

• Основные акустоэлектронные элементы и устройства.

• Основы пьезотрансформаторной техники.

• Исследование особенностей конструкции пьезоактюаторов.

• Изучение параметров элементов и устройств магнитной техники.

• Изучение особенностей работы устройств на мощных постоянных магнитах.

• Системы отображения информации.

• Аппаратно-программные комплексы для управления исполнительными устройствами (пьезоактюаторами, электродвигателями и т. д. в режиме реального времени).

В состав комплекса входят платформа Arduino Uno, монтажная площадка для Arduino, макетная плата, набор постоянных и переменных резисторов, набор фоторезисторов, термистор, набор конденсаторов, наборы биполярных и полевых транзисторов, выпрямительные диоды и светодиоды, коммутаторы, соединительные провода, микромоторы, акустические приемники и излучатели, набор операционных усилителей, простейшие логические микросхемы, D-триггеры, пьезотрубки и пьезоактюаторы, зонды для туннельной и атомно-силовой микроскопии, эластичные мембраны и зеркала, набор полупроводниковых лазеров, а также батарейный блок питания.

На основе предлагаемого комплекса возможно проведения широкой гаммы лабораторных работ, обеспечивающей закрепление теоретических знаний непосредственно в процессе лекций.

Особенностью этих работ является модульный принцип, причем первый модуль предназначен для выполнения в процессе лекции.

Ниже приведен список лабораторных работ, разработанных в настоящее время в Институте электроники МИРЭА и практически реализованных силами студенческого конструкторского бюро Института.

• Arduino Uno лабораторная работа № 1 - Исследование особенностей программирования систем управления светодиодами и светодиодными матрицами.

• Arduino Uno лабораторная работа № 2 - Исследование особенностей программирования систем управления сервоприводами.

• Arduino Uno лабораторная работа № 3 - Особенности программирования и управления таймерами.

• Arduino Uno лабораторная работа № 4 - Особенности управления и программирования систем отображения информации типа «Бегущий огонь».

• Arduino Uno лабораторная работа № 5 - Особенности управления и программирования систем отображения информации типа «Угасающий огонь».

• Arduino Uno лабораторная работа № 6 - Особенности управления и программирования определения угловых координат.

• Arduino Uno лабораторная работа № 7 - Особенности управления и программирования систем управления пьезоэлектрическими источниками звука.

• Arduino Uno лабораторная работа № 8 - Особенности управления и программирования системами на основе фотоэлектрических датчиков.

• Arduino Uno лабораторная работа № 9 - Особенности управления и программирования систем хранения информации на основе D-триггеров К155ТМ2.

• . Arduino Uno лабораторная работа № 10 - Особенности управления и программирования мощными нагрузками.

• Arduino Uno лабораторная работа № 11 - Особенности программирования и управления жидкокристаллическими индикаторами.

• Arduino Uno лабораторная работа № 12 - Особенности программирования и управления жидкокристаллическими индикаторными линейками.

• Arduino Uno лабораторная работа № 13 - Особенности программирования и управления джойстиком.

• Arduino Uno лабораторная работа № 14 - Особенности программирования и управления драйвером двигателя L298N.

• Arduino Uno лабораторная работа № 15 - Особенности программирования и управления цифровой компасом HMC5883L.

• Микросхема К155ЛН1 лабораторная работа № 16 - Исследование комбинационных логических схем.

• Микросхема К155ТМ2 лабораторная работа № 17 - Исследование триггеров.

• Микросхема К155ТМ2 лабораторная работа № 18 - Исследование принципов построения параллельных регистров и регистров сдвига.

• Микросхема К155ТМ2 лабораторная работа № 19 - Исследование принципов построения счетчиков.

• Микросхема К155ЛА3 лабораторная работа № 20 - Исследование принципов построения дешифраторов.

• Микросхема К140УД1 (2) лабораторная работа № 21 -Исследование усилителей.

В заключение следует отметить, что применение универсального лабораторного практикума позволило существенно повысить качество восприятия курсов электроники и наноэлектроники, оптотехники и акустоэлектроники.

Институт получил также возможность существенно расширить тематику курсовых проектов. В результате курсовые проекты максимально приближены к потребностям производства и фактически представляют собой самостоятельное научное исследование, что существенно увеличивает мотивацию студентов.

Для иллюстрации приведем краткий список предлагаемых курсовых проектов: o Система распознавания и слежения за лицами o Измеритель интервалов для велотенажеров o Поворотная веб-камера с повышенным разрешением o Оборудование для оптической скамьи для лазерного 3D-фото o Измеритель ёмкости аккумуляторов (Li-Ion/NiMH/NiCD/Pb) o Счетчик расхода воды высокой точности

o Мониторинг потребляемой электроэнергии в реальном времени o Дисплей для отображения частоты сети электропитания

o Цифровой вольтметр на Arduino с подключением к ПК через последовательный порт

o 4-канальный вольтметр с ЖК-индикатором на базе Arduino o Велосипедный спидометр на Arduino o Барометр универсальный цифровой

o ИК-термометр своими руками

o Инфракрасный датчик наличия крупных животных

o Охранная система для офиса и квартиры на базе Arduino

o Радиочастотное (RFID) устройство

o Генератор сигналов на Arduino

o Осциллограф на Arduino

o Управление лампами через смартфон

o Система управления приборами 220В со смартфона

o Светодиодные часы на Ардуино

o Управление светодиодной лентой на Ардуино

o Кодовый замок на Arduino

o Светодиодная матрица 9x9

o 3D интерфейс ввода на Arduino

o Сенсорная панель управления

o Управление пьезодвигателями грубого перемещения в сканирующих туннельных микроскопах

В заключение следует отметить, что использование Arduino и модульных платформ существенно повысило качество обучения и мотивацию студентов.

Литература

1. Маршалов О. В., Зиязов В. Г., Хисматуллин Ю. О. Опыт применения Arduino в учебном процессе по направлению подготовки 09.03.04 «Программная инженерия» / [Электронный ресурс] Universum: Технические науки, выпуск номер 7(19). - Режим доступа: http://ores.su/ru/journals/universum-tehnicheskie-nauki/2015-nomer-7-19/a203798 (дата обращения: 27.11.2015).

Особенности формирования компетенций студентов филологических специальностей средствами свободного программного обеспечения Билялова Л. Р.1, Газиев Э. Л.2, Ситшаева З. З.3, Узаков Т. К.4

1Билялова Лилия Ремзиевна /Bilyalova Liliya Remzievna -кандидат географических наук,

доцент;

2Газиев Эскендер Линурович / Gaziev Eskender Linurovich - кандидат физико-математических

наук, преподаватель;

3Ситшаева Зера Зекерьяевна /Sitshaeva Zera Zekeryaevna - кандидат физико-математических

наук, доцент;

4Узаков Тимур Константинови / Uzakov Timur Konstantinovich - преподаватель, кафедра математики, инженерно-технологический факультет, Крымский инженерно-педагогический университет, г. Симферополь

Аннотация: рассматриваются некоторые аспекты формирования профессиональных компетенций студентов-филологов в процессе изучения дисциплины «Новые информационные технологии». В качестве формирующих технологий предлагается использовать свободно распространяемые прикладные компьютерные программы.

Abstract: some aspects of students-philologists professional competences development in the process of IT studying are considered. As a form of technology are encouraged to use open source software applications.

Ключевые слова: компетенция, студент-филолог, свободное программное обеспечение.

Keywords: competence, students-philologist, free software.