EMBEDDED SYSTEMS FOR E-HEALTH

Internazionalizzazione della Didattica EMBEDDED SYSTEMS FOR E-HEALTH

0622900029
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
DIGITAL HEALTH AND BIOINFORMATIC ENGINEERING
2021/2022



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2018
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
1EMBEDDED SYSTEMS FOR E-HEALTH MOD.1
324LEZIONE
324LABORATORIO
2EMBEDDED SYSTEMS FOR E-HEALTH MOD.2
18LEZIONE
216LABORATORIO
Obiettivi
IL CORSO TRATTA GLI ASPETTI METODOLOGICI E TECNOLOGICI PER LA REALIZZAZIONE DI SISTEMI EMBEDDED IN AMBITO BIOMEDICO E SALUTE DIGITALE ANCHE CON FINALITÀ DI DIGITAL THERAPEUTICS CHE SIANO SICURI ED EFFICIENTI DAL PUNTO DI VISTA ENERGETICO.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
PRINCIPALI ARCHITETTURE HARDWARE E SOFTWARE PER LA REALIZZAZIONE DI SISTEMI EMBEDDED, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO A QUELLI INDOSSABILI. PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE DEI SENSORI BIOMEDICALI E QUELLI TIPICAMENTE UTILIZZATI PER IL MONITORAGGIO DELLA SALUTE DEL PAZIENTE ED IL LORO INTERFACCIAMENTO. ASPETTI METODOLOGICI E TECNOLOGICI PER L’OTTIMIZZAZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE
PROGETTARE ED IMPLEMENTARE SISTEMI EMBEDDED E INDOSSABILI PER IL MONITORAGGIO DELLA SALUTE. SCEGLIERE UN SENSORE APPROPRIATO PER MISURARE UNA GRANDEZZA BIOLOGICA O RELATIVA ALLO STATO DI SALUTE DI UNA PERSONA. INTERFACCIARE UN SENSORE/ATTUATORE PER IL MONITORAGGIO DELLA SALUTE.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE LA CONOSCENZA DEL LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE C, UNA CONOSCENZA DI BASE DELL’ARCHITETTURA DEL PROCESSORE E DEL LINGUAGGIO MACCHINA, CONOSCENZE DI ELETTROTECNICA E CONCETTI BASE DEI CIRCUITI DIGITALI INTEGRATI.
NON SONO CONTEMPLATE PROPEDEUTICITA’
Contenuti
I - INTRODUZIONE AI SISTEMI EMBEBBED. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/0/0)
PROPRIETA’ E CARATTERISTICHE DI UN SISTEMA EMBEDDED. ARCHITETTURE HARDWARE E SOFTWARE COMUNI. PROBLEMATICHE PRINCIPALI NEL PROGRAMMARE SISTEMI EMBEDDED. INTRODUZIONE AI SISTEMI EMBEDDED USATI NEL CORSO.

II – INTERFACCIAMENTO CON LE PERIFERICHE (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/2)
POLLING, INTERRUZIONI E DYNAMIC MEMORY ACCESS PER L’INTERFACCIAMENTO CON LE PERIFICHE INTERNE ED ESTERNE AD UN MICROCONTROLLORE

III – TIMER HARDWARE (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 2/2/0)
ARCHITETTURA E FUNZIONAMENTO DEI TIMER HARDWARE PRESENTI SUI PRINCIPALI MICROCONTROLLORI

IV - ELETTROFISIOLOGIA E SISTEMI E-HEALTH. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/2)
ELETTROFISIOLOGIA E CARATTERISTICHE DEI PRINCIPALI SEGNALI BIOMETRICI E BIOMEDICI. EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA SULL'UOMO E SUI SISTEMI BIOLOGICI. MISURE DI BIOIMPEDENZA E RESISTENZA DEL CORPO UMANO. SICUREZZA ELETTRICA E SISTEMI E-HEALTH. RELAZIONE TECNICA SECONDO NORMA.

V - PRINCIPI ALLA BASE DELLA TRASDUZIONE E RELATIVI SENSORI IN AMBITO E-HEALTH. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/4)
SENSORI E TRASDUTTORI-GENERALITÀ. PARAMETRI CARATTERISTICI. ELEMENTI DI MISURE ELETTRICHE. UTILIZZO DI DATASHEETS. SISTEMI DI TRASDUZIONE: AMPEROMETRICO, POTENZIOMETRICO, PIEZOELETTRICO, FOTO ACUSTICO, CALORIMETRICO, OTTICO. PRINCIPALI BIOSENSORI. SENSORI PER DIGITAL THERAPEUTIC. SENSORI DI TENSIONE E BIOPOTENZIALI (ECG, EEG, EMG, MEG). SENSORI RESISTIVI. SENSORI INDUTTIVI. SENSORI DI PROSSIMITÀ. SENSORI DI SPOSTAMENTO. SENSORI CAPACITIVI. SENSORI AD EFFETTO HALL. SENSORI DI TEMPERATURA. RTD, TERMOCOPPIE. SENSORI DI ACCELERAZIONE: MEMS. RFID.

VI - INTERFACCIARE SENSORI ED ATTUATORI IN AMBITO E-HEALTH. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/4/2)
PRINCIPALI COMPONENTI CIRCUITALI NEI SISTEMI DI INTERFACCIAMENTO. IL PROBLEMA DEL BOUNCING: SOLUZIONI HARDWARE E SOFTWARE. CONNETERE PERIFERICHE SEMPLICI: OPEN COLLECTOR BUS, RESISTENZE DI PULL-UP E PULL-DOWN, INTRODUZIONE AL GPIO. ACQUISIZIONE DI SEGNALI ANALOGICI TRAMITE DAC. INTRODUZIONE ALLA REALIZZAZIONE DI DRIVER PER SENSORI ANALOGICI PARTENDO DAL DATASHEET. UTILIZZARE SENSORI AVANZATI: ACCELEROMETRO E TERMOMETRO. GENERARE UN SEGNALE TRAMITE PWM. INTERFACCIARSI CON UN DISPLAY LCD.

VII - ATTUATORI IN AMBITO E-HEALTH E CONTROLLO. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/4/2)
ELETTRODI COME ATTUATORI PER SISTEMI DI E-HEALTH. PROBLEMI DI INTERFACCIA FISICA CON I MATERIALI E BIOCOMPATIBILITÀ. DIODI LED, RELÈ, PULSANTI, DISPLAY. MOTORE IN CORRENTE CONTINUA: PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO; CONTROLLO DELLA VELOCITÀ CON PWM; CONTROLLO DELLA DIREZIONE CON H-BRIDGE. MOTORI IN RETROAZIONE: USARE ENCODERS E SERVO MOTORI.ATUATORI PER DIGITAL THERAPEUTIC.

VIII - BUS E PROTOCOLLI SERIALI. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/2)
COMUNICAZIONE SERIALE. PROTOCOLLI SERIALI ASINCRONI: RS-232. PROTOCOLLI SERIALI SINCRONI: SPI, I2C. INTERFACCE SERIALI COMUNI: TTL E UART

IX - CONSUMO ENERGETICO E SISTEMI DI ALIMENTAZIONE. (ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/2/2)
SISTEMI DI ALIMENTAZIONE. CONVERSIONE STATICA DELL’ENERGIA. SISTEMI AUTOALIMENTATI: PRINCIPI DI ENERGY HARVESTING NELLE APPLICAZIONI WEARABLES. ALIMENTAZIONE PER SISTEMI WEARABLES E IMPLANTABLES. VALUTAZIONE DEL CONSUMO ENERGETICO DI UN SISTEMA EMBEDDDED PER E-HEALTH: FIRMWARE E HARDWARE.

TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 36/20/16
Metodi Didattici
L'insegnamento prevede lezioni frontali ed esercitazioni in aula e laboratorio. Una parte delle ore di esercitazione sarà usata per lo svolgimento di un progetto di gruppo.
Verifica dell'apprendimento
L'ESAME PREVEDE LA REALIZZAZIONE DI UN PROGETTO DI GRUPPO E LA STESURA DELLA RELATIVA RELAZIONE. LA VALUTAZIONE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVERRÀ MEDIANTE UN COLLOQUIO ORALE CON VOTAZIONE IN TRENTESIMI BASATO SUL PROGETTO PRESENTATO.

IL PROGETTO MIRA A VALUTARE LE CAPACITÀ PROGETTUALI, REALIZZATIVE E DI TEAM WORK DELLO STUDENTE E PREVEDE LA PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA EMBEDDED PARTENDO DA SPECIFICHE FORNITE DAL DOCENTE. LA VALUTAZIONE DEI PROGETTI, SARÀ EFFETTUATA TENENDO CONTO DEI SEGUENTI ASPETTI:
- CAPACITA' DI ANALISI E SINTESI DELLE SPECIFICHE FORNITE;
- CAPACITA' DI LAVORARE IN GRUPPO;
- CONTENUTO E STRUTTURA DELLA RELAZIONE DESCRITTIVA DEL PROGETTO;
- DIMOSTRATORE DEL PROGETTO REALIZZATO.

IL COLLOQUIO ORALE DURA TIPICAMENTE 20MIN. PER VERIFICARE LE CAPACITÀ ESPOSITIVE ALLO STUDENTE VENGONO PROPOSTI TIPICAMENTE TRE DOMANDE VOLTE AD ACCERTARE IL LIVELLO DI CONOSCENZA DELLE ARCHITETTURE PER SISTEMI EMBEDDED E DEI COMPONENTI HARDWARE PRESENTATI NEL CORSO, DELLE PROBLEMATICHE PRINCIPALI NELLO SVILUPPO DI APPLICAZIONI SOFTWARE PER SISTEMI EMBEDDED E NELL’IMPLEMENTAZIONE DEL RELATIVO HARDWARE. LA VOTAZIONE DIPENDERÀ DAL GRADO DI MATURITÀ DIMOSTRATO NELL’ACQUISIZIONE DEI CONTENUTI ESPOSTI, DALLA QUALITÀ DELL'ESPOSIZIONE ORALE E DELL'AUTONOMIA DI GIUDIZIO DIMOSTRATA.

LA VOTAZIONE FINALE SI COMPONE DELLA MEDIA PESATA DELLE VALUTAZIONI OTTENUTE NELLA PARTE PROGETTUALE E NELLA PARTE ESPOSITIVA.

IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE MOSTRA UNA CONOSCENZA FRAMMENTARIA DEI CONTENUTI TEORICI E PRESENTA UN ELABORATO PROGETTUALE CONTENENTE ALMENO GLI ELEMENTI FONDAMENTALI CHE NE DEFINISCONO LA VALUTAZIONE. IL LIVELLO MASSIMO (30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI CONTENUTI TEORICI E PRESENTA UN ELABORATO PROGETTUALE ESAUSTIVO IN TUTTI GLI ASPETTI CONSIDERATI AI FINI DELLA VALUTAZIONE.

LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI APPLICATIVI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI NEL PROGETTO.

Testi
MASTERING STM32 - CARMINE NOVIELLO

SENSORI PER MISURE BIOMEDICHE, DE ROSSI DANILO; AHLUWALIA ARTI; MAZZOLDI ALBERTO; PEDE DANILO; SCILINGO ENZO PASQUALE, PATRON ISBN/EAN: 9788855527644
SENSOR TECHNOLOGIES. HEALTHCARE, WELLNESS, AND ENVIRONMENTAL APPLICATIONS. AUTHORS: MICHAEL J. MCGRATHCLIODHNA NÍ SCANAILL, OPEN ACCESS. COPYRIGHT © 2014 BY APRESS MEDIA, LLC

MICRO- AND NANO-SCALE SENSORS AND TRANSDUCERS. EZZAT G. BAKHOUM. CRC PRESS 2017. ISBN 9781138894303 - CAT# K32883

SLIDE DELLE LEZIONI, ARTICOLI SCIENTIFICI DI RIFERIMENTO DA UTILIZZARE COME APPROFONDIMENTO.

MATERIALE DIDATTICO INTEGRATIVO SARA' DISPONIBILE NELLA SEZIONE DEDICATA DELL'INSEGNAMENTO ALL'INTERNO DELLA PIATTAFORMA E-LEARNING DI ATENEO (HTTP://ELEARNING.UNISA.IT) ACCESSIBILE AGLI STUDENTI DEL CORSO TRAMITE LE CREDENZIALI UNICHE DI ATENEO.
Altre Informazioni
L'INSEGNAMENTO È EROGATO IN INGLESE
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3
  • Didattica