課程資訊
課程名稱
智慧整合感控系統之理論與實務
Theory and Practice for Cyber-Physical Systems 
開課學期
100-1 
授課對象
電機資訊學院  資訊工程學研究所  
授課教師
施吉昇 
課號
CSIE7316 
課程識別碼
922 U3980 
班次
 
學分
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期四2,3,4(9:10~12:10) 
上課地點
資105 
備註
總人數上限:50人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1001cps 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
本課程尚未建立核心能力關連
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

隨著各項半導體技術的進步,各種計算機系統(computing systems)均朝著輕薄短小的潮流發展,同時也使得計算機系統的應用領域不斷地推陳出新,因此,嵌入式系統以及普及運算的相關研究也在最近十年日益蓬勃發展。而嵌入式系統的發展也因其普及性,如何整合數位嵌入式系統與實體世界的互動,便成為二十一世紀即時嵌入式系統計算領域的重要挑戰。智慧整合感控系統(Cyber-Physical systems)係泛指以透過蒐集環境資訊或使用者資訊,並結合數位系統中的原有資訊,經過運算之後,讓數位系統可以藉由與使用者的合作互動,協助使用者完成其所要求的工作內容。而使用者導向實體數位資訊系統,更是以使用者的中心,設計一個易於使用,並可跟隨著使用者的使用習慣演化的實體數位系統。一個這樣的系統雖然與即時嵌入式系統計算領域在九十年代所關注的飛航系統(Avionics Systems)以及互動系統(interactive systems)有高度的相關性,但是,現代實體數位系統所面臨的挑戰,除了傳統的可預測性(predictability)與強健性(robustness)外,更增加了人機介面設計、人工智慧、服務品質保證、資源管理以及系統整合等挑戰。

此一課程的目的係在建立學生對智慧整合感控系統的認識並透過實驗學習開發此一系統實際運作所需的知識與技能。依據目前研究對智慧整合感控系統的定義,其包含整合各類感測系統(sensors),感測網路,元件間的通訊,人工智慧判斷,與控制系統(actuators)的一個複雜系統。因此,本課程將透過學習如何將實體感測系統與控制系統經由建構可描述的模型(Model),包含連續性模型(Continuous Model)與數位式模型(discrete model),以將實體系統元件與軟體進行整合之設計與驗證。實驗模組將以智慧型交通系統為主軸,經由實作感測系統,感測系統間之通訊協定,控制系統,系統模型建構,以及系統整合,讓學生了解系統整合所需的知識與技能。 

課程目標
本課程為一學期之課程,課程包含授課以及實驗兩部分。本課程的授課對象係以大專院校之電機資訊相關科系之大四及研究生或修習過相關基礎課程之學生為對象。每週規劃上課時數為三小時,透過授課講解各類型感測系統、控制系統與其讀取介面,搭配實驗則以電腦模擬感測器及控制系統與介面的設計。期末需以修習的課程內容以及實驗器材進行專題設計,以完成院校學生之整合智慧整合感控系統之設計、製作與測試。

本課程的目標在於讓修課同學:
- 了解多媒體電子系統、雲端服務之分散式系統、系統整合、系統模型建構、感測網路通訊、與位置感知等基本知識。
- 針對不同類型的感測訊號(無線電波訊號/紅外線/影像)進行系統模型建構。
- 針對控制系統主要是以驅動馬達以及機器進行系統模型建構。
- 整合不同的系統元件成為一個完整的智慧整合感控系統。 
課程要求
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
指定閱讀
 
參考書目
Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach, Edward A. Lee and Sanjit A. Seshia, http://LeeSeshia.org, ISBN 978-0-557-70857-4, 2011. 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/15  Course syllabus, and introduction to CPS. 
第2週
9/22  Introduction to Embedded systems, real-time systems, and cyber-physical systems.  
第3週
9/29  Unit 02: Modeling: continuous dynamics 
第4週
10/06  Unit 03: Discrete Dynamics 
第5週
10/13  Lab 1: modeling acoustic sensors 
第6週
10/20  Unit 04: Hybrid Systems 
第7週
10/27  Unit 04 
第8週
11/03  Lab 3: bluetooth control in LabView 
第9週
11/10  Unit 05: Composition of State Machines 
第10週
11/17  Concurrent Models for Computation 
第11週
11/24  Guest lecture by Dr. Hermann Kopetz and Real-time Programming 
第12週
12/01  Programming for CPS and Real-Time Systems 
第16週
12/29  Quantitative Analysis - Execution Time Analysis