Detail předmětu

Elektronika pro monitorování a ochranu životního prostředí

FEKT-BPC-EPZAk. rok: 2025/2026

Cílem studia je rozšíření znalostí a dovedností studentů v oblasti monitorování životního prostředí při využití speciálních senzorů a senzorických systémů, dále v oblasti ekodesignu elektroniky a využívání ekologických metod napájení, energeticky nenáročných komunikačních technologií a bezdrátových sítí s ohledem na bezpečnost v IoT. Mezi specifická témata patří sledování kvality vzduchu, vody, půdy, hluku, světla a dalších environmentálních faktorů, návrh hardware a software pro snížení spotřeby energie, metody napájení využívající solární energii, energy harvesting, využití komunikačních protokolů a technologií pro IoT zařízení s nízkou spotřebou energie.  

V rámci předmětu se studenti seznámí s následujícími tématy:

  • Úvod do problematiky úsporné elektroniky a senzorů 

  • Mikrokontrolery pro senzorické aplikace 

  • Mikrokontrolery s jádrem ARM 

  • Napájení nízkopříkonových zařízení 

  • Optimalizace spotřeby 

  • Enviromentální senzory 1 

  • Enviromentální senzory 2 

  • Bezdrátový přenos dat, IEEE 802.15.4 

  • Bezdrátový přenos dat, Zigbee, Matter, Thread 

  • Bezdrátový přenos dat, Lora, LoraWAN 

  • Zabezpečení přenášených dat, komprese dat 

  • Konstrukce nízkopříkonového IoT zařízení 

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Vstupní znalosti

Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. Student by měl mít znalosti na úrovni elektrotechnických předmětů prvního ročníku studia. Student by měl být schopen vysvětlit základní principy elektronických obvodů. Specifikovat druhy elektronických součástek a diskutovat jejich funkci. Vybrat a použít vhodné měřicí přístroje pro měření parametrů elektronických zařízení. Porozumět programu (funkci) v jazyku C++. 

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy. 

 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

V průběhu semestru mohou studenti získat celkem 30 bodů za aktivní práci v laboratorních cvičeních. Závěrečná zkouška je hodnocena maximálně 70 body. Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.  

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s metodami a technickými prostředky monitorování životního prostředí při využití speciálních senzorů, v oblasti ekodesignu elektroniky, využívání ekologických metod napájení, energeticky nenáročných komunikačních technologií a bezdrátových sítí s ohledem na bezpečnost v IoT.  

Absolvent předmětu je schopen: 

  • Vysvětlit technické možnosti monitorování životního prostředí 

  • Popsat používané mikrokontrolery a speciální senzory  

  • Navrhnout ekodesign elektroniky 

  • Využít ekologické metody napájení  

  • Aplikovat efektivní zpracování a analýzu dat 

  • Používat komunikační technologie a bezdrátové sítě s nízkou spotřebou energie 

  • Orientovat se v problematice bezpečnosti v IoT 

 

Studijní opory

Studijní materiály jsou k dispozici v E-learning VUT.

 

 

Základní literatura

[1] WANI, Khursheed Ahmad (ed.). Sensors for Environmental Monitoring, Identification, and Assessment. Online. Advances in Environmental Engineering and Green Technologies. IGI Global, 2024. ISBN 9798369319307. DOI: 10.4018/979-8-3693-1930-7 (EN)
[2] BARATON, M.-I. Sensors for Environment, Health and Security: Advanced Materials and Technologies. Springer, 2008. ISBN 1402090080 (CS)
[3] MIGUEL F. ACEVEDO. Real-Time Environmental Monitoring. CRC Press, 2017. ISBN 9781351228923. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-EKT bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný, je součástí profilujícího základu
  • Program BPC-TLI bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.
Ing. Jan Kufa, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do elektroniky pro monitorování životního prostředí
  2. Mikrokontrolery a jejich využití pro monitorování
  3. Ekologické metody napájení
  4. Softwarové a hardwarové úpravy pro úspory energetické energie
  5. Základní principy senzorů ovzduší a jejich jednotlivé typy
  6. Další senzory pro monitorování prostředí
  7. Procesory STM32
  8. IEEE802.15.4
  9. ZigBee, Matter, Thread
  10. Lora, LoraWAN
  11. Zabezpečení přenášených dat, proprietární protokoly
  12. Konstrukce nízkopříkonových zařízení
  13. Rezerva

 

 

 

 

 

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.
Ing. Jan Kufa, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do problematiky elektroniky pro monitorování životního prostředí a měření osvětlení
  2. Měření teploty, relativní vlhkosti a atmosférického tlaku
  3. Měření půdní vlhkosti a kvality vody
  4. Meteostanice pro měření kvality vzduchu s odesíláním dat na internet
  5. Měření spotřeby elektrické energie a energetická optimalizace
  6. Procesory STM32 - HAL, programování
  7. Ethernet, LwIP, protokol MQTT
  8. Protokol Zigbee
  9. Protokoly Matter/Thread
  10. Protokol Lora/LoraWAN
  11. Návrh proprietárního protokolu
  12. Optimalizace spotřeby
  13. Rezerva - náhradní cvičení
Tento předmět vznikl za podpory projektu Akcelerace zelených dovedností a udržitelnosti na VUT v Brně s reg. č. NPO_VUT_MSMT-2143/2024-5.