Bagaimana kami melakukan kursus pelatihan IOT

Pertanyaan tentang apa yang harus dimasukkan dalam kurikulum ketika Anda mulai merancang suatu kursus sama sekali tidak sepele. Apalagi jika ini adalah kursus IOT. Hari ini kami ingin berbagi pengalaman, bagaimana kami mengembangkan program pelatihan untuk Samsung IoT Academy , tujuan apa yang kami kejar dan apa yang kami lakukan.

Tujuan utama kami adalah membantu universitas mengangkat topik Internet tentang hal-hal, dan di daerah-daerah di mana sulit bagi universitas untuk melakukannya sendiri. Bahkan, masalah yang ada di bidang Internet hal, mulai dengan terminologi yang tidak jelas, kurangnya standar bersama dan "kebun binatang" peralatan, berakhir dengan tidak adanya topik ini dalam kurikulum universitas Rusia, menjadi dasar untuk perumusan persyaratan:

1. Isi program harus memenuhi kebutuhan pasar modern: studi kasus nyata dari industri IoT, standar yang diterima, peralatan industri, pekerjaan desain, dll.
2. Program ini harus memiliki ambang masuk yang cukup untuk berbagai mahasiswa IT dengan spesialisasi teknis dari universitas teknis, yaitu menjadi "program pendidikan" di internet.
3. Program ini harus mengarah pada penciptaan laboratorium di universitas IoT, bertindak sebagai corong untuk pemilihan siswa dan guru yang menemukan diri mereka dalam tumpukan besar teknologi IoT.

Dan inilah yang kami dapatkan.

Untuk siapa kursus ini?

Kami fokus pada siswa yang memiliki keterampilan berikut di pintu masuk:

• Praktik dasar rekayasa perangkat lunak: gaya pemrograman, kontrol versi, pengalaman dalam pengembangan diri proyek pendidikan atau pribadi.
• Kemahiran dalam bahasa pemrograman tingkat tinggi (Python, C ++, Java).
• Pengetahuan tentang dasar-dasar pemrograman Web, bahasa JavaScript.
• Kemampuan untuk bekerja di konsol Linux.

Seperti yang Anda lihat, tidak ada yang super rumit, dan kami berharap bahwa pada kursus 3-4 siswa telah cukup berhasil menguasai mereka.

Dan, tentu saja, hal utama - ia harus memiliki minat pada masalah Internet hal.

Kasing

Mereka memutuskan untuk mengatur materi dalam bentuk lima studi kasus. Masing-masing diambil dari kehidupan nyata. Banyak kasus lahir berkat Oleg Artamonov, yang menyarankan kisah nyata berdasarkan pengalaman profesionalnya yang unik.

Fitur penting dari Kasus kami: kami menawarkan pernyataan masalah yang dekat dengan bagaimana pelanggan nyata dapat mengirimkannya. Dari tugas ada transisi ke tugas, misalnya:

• Untuk mempelajari rentang sensor yang ada, untuk memilih dari mereka parameter kualitas-harga yang cocok untuk parameter. Perhatikan betapa murahnya perbedaan dari yang mahal, baru - dari yang lama, dan Cina - dari sensor Bosch.
• Periksa solusi yang ada, catat momen sukses dan tidak berhasil. Kami menyarankan ke mana harus mencari.
• Pilih teknologi komunikasi yang sesuai: berapa banyak router yang harus Anda instal jika kami memilih WiFi? Berapa banyak modul yang perlu Anda beli jika kami memilih ZigBee? Cakupan apa yang kami dapatkan dengan LoRa? Dan sebagainya.
• Hitung efektivitas biaya dari solusi. Perkirakan berapa biayanya dalam konfigurasi yang berbeda. Di mana membeli semua ini? Apa waktu pengiriman?

Diusulkan untuk mempelajari masalah-masalah ini sebagai persiapan untuk pelajaran. Selama diskusi umum di kelas yang dimoderatori oleh guru, siswa mulai memahami kelebihan dan kekurangan berbagai solusi.

Mari kita membahas secara singkat kasus-kasus tersebut:

Kasus 1: Rumah Pertanian dan LoRa

Untuk Kasus pertama, mereka mengambil plot berikut: memantau suhu dan kelembaban di gudang farmasi. Ini adalah tugas penting: insulin tidak dapat dibekukan, dan ramuan obat tidak bisa lembab.

Sejak awal, kami memutuskan untuk memberi siswa kesempatan untuk "merasakan" sesuatu yang baru untuk diri mereka sendiri. Dan yang baru ini, yang ditawarkan dalam Case pertama, adalah teknologi nirkabel LoRa. Bagi mereka yang hanya mendengar tentang BlueTooth dan WiFi, kedengarannya seperti fiksi ilmiah:

• Jarak transmisi data adalah beberapa kilometer.
• Bekerja dari satu baterai - beberapa tahun.
• Dimensi transceiver adalah miniatur.
• Tidak ada biaya bulanan untuk operator: Anda meletakkan stasiun pangkalan Anda, dan Anda dapat mulai bekerja.

Tetapi keajaiban tidak terjadi, dan dalam kasus LoRa, kami mendapatkan efek samping yang dirasakan siswa segera setelah mereka mulai bekerja dengan peralatan:

• Kecepatan transfer data sangat rendah: Anda akan bosan saat paket tiba.
• Jumlah data yang sangat kecil: baca byte.

Dari komponen, siswa menerima modul mikrokontroler, transceiver LoRa dan sensor kelembaban, suhu dan tekanan terintegrasi. Firmware modul yang ada berdasarkan sistem operasi real-time RIOT OS cukup dikembangkan untuk benar-benar melepaskan diri dari apa yang terjadi pada level mikrokontroler dan membiarkan siswa segera bekerja dengan data pada level tinggi - level penulisan program aplikasi.


Komponen untuk Kasus pertama: mikrokontroler + transceiver, adaptor, sensor

Kasus 2: Kunci Elektronik dan MQTT

Tugas pendidikan di sini adalah kontrol akses dan sistem manajemen. Sederhananya, kami membuat kunci itu, ketika membaca kunci elektronik, mengirim data ke server.



Dalam kerangka kerja Case, sebuah lokakarya diadakan dengan protokol MQTT yang banyak digunakan di Internet hal-hal - melalui itu masuk data sensoris, tindakan kontrol dan semua informasi yang menghubungkan node-node sistem.

Tugas apa yang MQTT bantu selesaikan:

• Pisahkan data dari aplikasi dengan benar: sehingga setiap programmer dapat menggunakan kembali perangkat Anda dengan programnya
• Untuk menjalin komunikasi dalam bahasa yang sama antara perangkat heterogen dari berbagai produsen.

Sayangnya, MQTT universitas biasanya tidak dipelajari. Dan itu menarik karena dibangun di atas model "Penerbit / Pelanggan" dan memperkenalkan paradigma yang didorong oleh peristiwa, yang hanya dapat dilihat oleh siswa dalam pemrograman GUI.

Bonus kecil: pada tugas ini, Anda dapat menarik siswa yang “berenang” dalam topik sirkuit. Lagi pula, di sini mereka perlu menyalakan relai dan mengendalikan lampu RGB melalui transistor.


Mikrokontroler dengan dua modul: transistor untuk mengendalikan pita RGB dan unit tombol

Kasing 3. Pencahayaan Adaptif dan 6LoWPAN

Semua orang tahu tugas untuk menghemat listrik: di sore hari, ketika matahari tinggi, cahaya redup, dan ketika gelap di malam hari, buat cahaya lebih terang.

Seperti yang mungkin sudah Anda duga, semuanya tergantung pada tugas regulasi otomatis. Berikut adalah contoh grafik: pada sumbu Y - iluminasi dalam lux, pada sumbu X - waktu. Grafik menunjukkan saat ketika lampu ambient berubah, dan perangkat mulai menyesuaikan dengan nilai baru:



Inilah latihan lain untuk mereka yang ingin memperketat sirkuit. Siswa akan belajar apa itu PWM (Pulse Width Modulation) dan bagaimana mengontrol kecerahan bola lampu LED.


Dalam prosesnya, siapa yang tidak tahu caranya - menguasai osiloskop

Kami mengusulkan menghubungkan setiap perangkat dalam jaringan bola lampu dan sensor sedemikian rupa menggunakan protokol 6LoWPAN - ini adalah protokol baru yang, tidak seperti LoRa, bekerja dengan cepat, memiliki jangkauan komunikasi yang pendek, tetapi dapat membuat jaringan mesh. Protokol ini sangat cocok untuk jaringan Smart Home, di mana kecepatan respons sangat penting dan jaraknya tidak berprinsip.

Akhirnya, dalam kasus ini konsep lain diperkenalkan - komputer mikro sebagai pusat utama dari sistem Internet of things. Tidak ada yang akan menginstal komputer desktop yang lebih kompak dan lebih murah untuk menginstal komputer mikro dengan Linux. Dalam kasus kami, ini adalah komputer Artik yang dibuat oleh Samsung. Anda dapat menghubungkan modul komunikasi protokol LoRa atau 6LoWPAN yang dibahas ke dalamnya dan kemudian menggunakannya sebagai server sistem Anda. Tentu saja, siswa akan membutuhkan keterampilan di konsol Linux.


Kami memompa komputer Samsung Artik 10 - memberinya modul LoRa (dalam foto berwarna putih)

Kasus 4: Tempat Sampah dan Cloud

Plot Case adalah ekonomi perkotaan yang cerdas. Bayangkan sebuah sistem yang mengoptimalkan rute truk sampah agar tidak mengendarainya dengan sia-sia. Di sini kita hanya membuat bagian dari sistem ini.

Kasing turun untuk melacak parameter berikut:

• Dump bin full - dengan range finder ultrasonik
• Kehadiran api - menggunakan sensor suhu
• Lokasi - menggunakan sensor GPS.

Peta perpindahan perangkat yang disimulasikan. Pada kenyataannya, hampir tidak ada orang yang bisa bergerak di Moskow dengan kecepatan seperti itu.

Dalam hal ini, kita berbicara tentang platform Internet of Things dan layanan cloud sebagai salah satu komponennya. Platform IoT mempercepat pengujian dan implementasi solusi.

Mengapa teknologi cloud penting? Ketika jumlah perangkat di jaringan mulai tumbuh secara eksponensial, biaya mempertahankan server mereka memaksa perusahaan untuk menggunakan layanan cloud. Kapasitas server cloud memungkinkan untuk berhasil menggunakan metode penambangan data. Oleh karena itu, rencana kami adalah untuk menambah tugas rumit Case yang terkait dengan penggunaan metode pembelajaran mesin.

Kami menawarkan siswa untuk bekerja dengan platform Samsung Artik Cloud. Sudah ada artikel tentang ini, jadi kami tidak akan mengulanginya.

Kasus 5: Rumah Kaca dan Pengembangan Tim

Dan akhirnya, Kasus terakhir.

Plot, yang dipertimbangkan dalam Case, adalah rumah kaca, dan ada cukup banyak sub-tugas: penyiraman otomatis, siklus pencahayaan harian untuk tanaman, antarmuka pengguna, logging, ploting.


Layar GUI Siswa Sekolah Musim Panas 2017

Alat dasar sudah dikuasai, kami fokus pada pengembangan tim. Kami mengatur permainan kecil di mana guru berperan sebagai pelanggan, dan siswa memainkan peran tim dari perusahaan pengembangan kecil. "Pelanggan" memberi tahu keinginannya untuk sistem, dan siswa harus secara kompeten menyusun kerangka acuan, menyoroti elemen paling penting dan mendesak dari fungsi yang akan diimplementasikan, mendistribusikan tugas di antara mereka sendiri, dan memilih manajer proyek di dalam kelompok.

Kami ingin menunjukkan kepada siswa kesulitan dalam komunikasi antara pengembang dan pelanggan. Benamkan diri Anda dalam situasi di mana pelanggan tidak dapat menjelaskan apa yang diinginkannya, dan pengembang perlu mencabut persyaratan untuk proyek tersebut.

Bagaimana jalannya kursus

Pada musim gugur 2017, kami meluncurkan kurikulum kami di dua universitas - MIPT dan MIREA. Untuk paruh pertama tahun ini, siswa menyelesaikan kasus, dan sekarang mereka telah memulai pekerjaan individu pada proyek mereka.

Semua materi disediakan dalam sistem pelatihan elektronik. Kami bahkan merancang buku kerja kertas untuk mempersiapkan kelas.



Lebih dari 100 siswa mendaftar untuk kursus pelatihan. Statistik hasil semester pertama - dalam gambar. Kami mengevaluasi hasil ini sebagai baik: kursus ini opsional, tetapi siswa menghadirinya, meskipun ada beban kerja pada kurikulum utama.



Menariknya, di antara mereka yang keluar dari jalur itu, jawabannya berlawanan: mereka mengatakan itu terlalu sulit atau terlalu mudah!

Sepertinya kita menebak tingkat rata-rata siswa. Kami belum menemukan cara untuk menurunkan tingkat masuk ke dalam program dengan benar, tetapi untuk orang-orang kuat kami memutuskan untuk menawarkan ini.

Lebih dekat ke perangkat keras

Awalnya, kami tidak termasuk dalam kursus pemrograman tingkat rendah mikrokontroler STM32 dari set pelatihan, percaya bahwa siswa tidak akan menguasainya dalam waktu yang ditentukan. Kami salah! Topik itu membangkitkan minat yang hidup.

Akibatnya, tepat di pertengahan tahun, MIREA Institute of IT menyelenggarakan kursus tambahan dari Oleg Artamonov "Programming modern microcontrollers". Oleg membangun kursusnya dari atas ke bawah, yaitu, ia menyarankan untuk mempelajari topik melalui pemrograman untuk sistem operasi real-time RIOT OS. Di sumber kami, Anda dapat menemukan catatan dan video ceramahnya.

Dan di MIPT, para guru dan siswa mulai melakukan kursus mereka sendiri dengan topik yang sama sendiri. Selain itu, guru MIPT muda kami melangkah lebih jauh ke tingkat abstraksi: sebelum bekerja dengan register secara langsung. Ini adalah grup VKontakte dan ceramah mereka di YouTube.

Merangkum pengalaman mereka, kami akan melengkapi program inti IoT Academy kami untuk tahun ajaran berikutnya. Lagi pula, tidak ada yang lebih baik daripada menyelesaikan masalah pada level tinggi, dan kemudian pada level rendah, dan merasakan penerbangan bebas di dunia abstraksi.


(Null, Lobur - Esensi Organisasi Komputer dan Arsitektur)

Apa selanjutnya

Bagaimana kita akan mengevaluasi hasil program? Tentu saja, pertama-tama, sesuai dengan proyek akhir individu lulusan. Pertama, proyek akan dilindungi di tingkat universitas, dan kemudian kami akan menyelenggarakan kompetisi antar universitas.

Dan pada bulan September 2018, kami akan meluncurkan kursus yang diperbarui di 10 universitas di seluruh Rusia:

1. MIPT (Moskow)
2. MIREA (Moskow)
3. HSE (Moskow)
4. SPbSU (St. Petersburg)
5. NSTU (Novosibirsk)
6. UrFU (Ekaterinburg)
7. KFU (Kazan)
8. SUSU (Chelyabinsk)
9. TUSUR (Tomsk)
10. NEFU (Yakutsk)

Sangat aneh bahwa sekarang program studi kami, yang mencerminkan kekhasan universitas tertentu, memperoleh fitur-fitur yang berbeda. Sebagai contoh:

• TUSUR (Tomsk) memilih keamanan informasi sebagai arahan dasar laboratorium IoT - kami sedang menunggu karya ilmiah dan terapan yang menarik di bidang terpenting Internet!
• Di Universitas Negeri Ural Selatan (Chelyabinsk) mereka memutuskan bahwa program akan ditawarkan sebagai basis untuk beberapa fakultas sekaligus - total lebih dari 500 siswa (!)
• Di Universitas Federal Ural (Yekaterinburg), interdisipliner sangat penting. Tim guru: ahli matematika, insinyur sirkuit, programmer, ekonom, insinyur radio, spesialis keamanan dan spesialis visi mesin!

IoT Academy Samsung memiliki tahun sekolah yang intens, tetapi sangat menarik di masa depan.