Hlavní navigace

Modrá Twibright Ronja: výukový spoj na ČVUT

Karel Kulhavý

V rámci FRVŠ grantu G1 830/2010, bakalářské práce a výzkumného záměru realizoval ČVUT výukový spoj Ronjou. Mezi FEL a FE vznikl 120metrový propoj. Dnes se na něj podíváme.

Úvod do tohoto tématu podle mě nejlépe vystihují vlastní slova týmu na ČVUT FEL:

„V rámci bakalářské práce, FRVŠ grantu G1 830/2010 a výzkumného záměru MSM6840770014 se podařilo vyrobit dvojici optických pojítek na základě návrhu volně dostupného projektu RONJA. Do původního návrhu byla implementována řada vlastních změn a vylepšení, které napomohly snadnější instalaci spoje, jeho zaměření a zprovoznění a díky diagnostickému modulu je možné vzdáleně monitorovat a sledovat charakteristiky spoje.

Vybudovaný optický spoj bude sloužit pro demonstrační a ukázkové účely pro potřeby výuky, kdy se studenti budou moci prakticky seznámit s technologií optického přenosu volným prostředím FSO. Naměřené výsledky a praktické poznatky poslouží rovněž pro potřeby výzkumu jevů ovlivňujících atmosférický útlum, jeho závislost na aktuálním stavu počasí a chování optického paprsku při průchodu atmosférou při různých situací a hodnotách atmosférického útlumu.“ – P. Lafata, B. Bakala: Rozšíření funkcionality optického pojítka, ČVUT FEL


P. Lafata, B. Bakala: Rozšíření funkcionality optického pojítka, ČVUT FEL

120metrová Ronja mezi Fakultou Elektrotechnickou a Fakultou Strojní ČVUT.

Z mé zkušenosti je Ronja bezvadný výukový nástroj na učení se elektroniky. Uživatel Thomas Egi z Německa, dlouhodobý frekventant IRC kanálu #twibright prohlásil, že původně se učil obor obrábění kovů a elektronika ho odpuzovala. Když ale narazil na Ronju, díky ní ho elektronika zaujala a zjistil, jak je vlastně zajímavá. Díky tomu teď má lepší práci, než by mohl mít bez toho: živí se výrobou informačních systémů pro muzea na míru. Jsou to skříně obsahující PC a různé periferie připojené k výkladním skříním exponátů, které interaktivním způsobem poskytují návštěvníkům informace k exponátům.

Určitá odtažitost vysokoškolského prostředí od reality

Když jsem studoval Matfyz, narážel jsem na lidi, kteří měli sofistikované teoretické znalosti z informatiky, ale netušili, jak PC nebo procesor uvnitř fungují a PC v životě zřejmě vůbec nikdy neotevřeli. Nechali byste si operovat slepé střevo od doktora, který má sice sofistikované znalosti z lékařských sympozií, ale v životě neviděl pacienta uvnitř? Následkem toho pak na Matfyzu docházelo k ztrátě kontaktu s realitou, jako např. profesor, který na své přednášce tvrdil, že násobení dvou matic je elementární výpočetní operace s jednotkovou časovou složitostí. Hádám že násobení matic v životě neprogramoval, aby si všiml, že složitost je kubická s rozměrem matice, případně s exponentem asi 2,8 pokud použijeme sofistikovanější algoritmus.


Ilustrace: Cmglee, GFDL.

Představu, že násobení dvou matic má konstantní časovou složitost uvádím jako příklad, kdy vysokoškolskému profesorovi unikla vazba na praktickou realitu.

Také si vzpomínám, jak mě jeden kamarád, student ČVUT, požádal, abych mu vysvětlil tranzistor. Ukázalo se to být ale nemožné. Když jsem mu řekl: hele, podívej tady máš přechod báze-emitor a ten se chová v zásadě jako dioda, má exponenciální závislost proudu na vstupním napětí, tak vždycky odvětil: já to ale nechápu, na přednášce nás učili, že tranzistor má mezi emitorem a bází vždycky 0,7 voltů, jak by se tedy tohle napětí mohlo měnit s proudem, když je pořád konstantní? Snažil jsem se mu situaci všemožně vysvětlit, ale nešlo to, jakýkoliv protiargument vždycky vyvracel opakováním tohoto dogmatu, které se na přednášce naučil. Toto dogma je užitečnou aproximací pro některé druhy práce s tranzistorem, je ale nepravdivé.

Stejně tak si vzpomínám, že mi někdo od Ronji říkal, že jeho profesor na ČVUT se podíval na schéma přijímače Ronji a tvrdil, že Ronja nemůže nikdy fungovat. Dále jsem se osobně setkal s absolventem elektroniky ze Švýcarské federální polytechniky (ETH) v Curychu, který mi po shlédnutí schématu přijímače tvrdil, že Ronja nikdy nemůže fungovat. Toto tvrzení je logické non-sequitur ze standardní teorie elektroniky a je to hypotéza, která je nepravdivá – byla invalidována zhruba 3000 instancemi, kde Ronja fungovala. Navíc existuje mechanistické vysvětlení, proč Ronja přijímač funguje, a proč bude spolehlivý a bude mít nízký šum.


P. Lafata, B. Bakala: Rozšíření funkcionality optického pojítka, ČVUT FEL

Vnitřek optických hlavic podle ČVUT. Svítí třístupňové LED indikátory síly přijímaného signálu, které na ČVUT do Ronji přidali. Tím se rozšířila ergonomie na možnost dle jejich slov relativně přesného zaměření i bez externího multimetru.

Nedokážu říci, jak častá je taková ztráta kontaktu s realitou na vysokých školách. Jedná se pouze o anekdoty.

Kromě prevence ztráty kontaktu s realitou má výuka na reálném zařízení z mé zkušenosti ergonomický benefit: pokud student své znalosti používá na manipulaci reálného objektu podle nějakého cíle, který si stanovil, znalosti do hlavy lezou s výrazně menší námahou a jsou tam ukotveny ve spojitosti s reálně prožitými souvislostmi, v jakési síti, nikoliv osamoceně. Reálný objekt současně dává studentovi okamžitou interaktivní odezvu ohledně platnosti jeho hypotézy: studentovi bych do báze tranzistoru mohl pustit nějaký menší proud a ukázat mu na voltmetru, že tam není 0,7 voltů, ale 0,55 voltů, a student by viděl velmi přesvědčivý důkaz o neplatnosti jeho dogmatu. Ve studentovi je tak dle mého názoru stimulována vědecká metoda, která se skládá z tvorby falzifikovatelných vědeckých hypotéz a jejich ověření nebo vyvrácení experimentem.

Stejně tak když jsem začínal vyvíjet Ronju, ani jsem nevěděl, jak tranzistor funguje. Myslel jsem pouze, že báze je vstup, kolektor výstup a emitor společný bod, nicméně ani tato domněnka není pravdivá. Tranzistor se dá totiž používat s emitorem jako vstupem a bází společným bodem. První moje zapojení zesilovačů s extrémním šumem(1, 2, 3, 4, 5, 6mě rychle poučily, jak tranzistory reálně fungují.


P. Lafata, B. Bakala: Rozšíření funkcionality optického pojítka, ČVUT FEL

Tým ČVUT doplnil do optických hlavic Ronji diagnostický modul s webovým serverem a síťově updatovatelným firmwarem, měřícím teplotu a sílu signálu, a dali Twister do hlavice. Svodem ze střechy vedou dva UTP kabely s 2 Ethernety, tedy s 8 vodiči pro Ethernet, 4 pro zem a 4 pro +18 V napájení.

Chvála rozhodnutí ČVUT realizovat praktickou výukovou trasu

Proto ČVUT aplauduji jejich rozhodnutí postavit výukovou trasu s plně open-source širokopásmovým, nízkošumovým, bezdrátovým optickým zařízením. Spojuje v sobě prvky dvou moderních, masově nasazených technologií – bezdrátového přenosu dat a optického přenosu dat. Vykazuje nízkou komplexitu, proto se na něm studenti mohou učit, aniž by byli zatěžováni vrstvami uměle vytvořených problémů následkem byrokratických kreací, kterými jsou některé komunikační protokoly prorostlé (ono stačí už to, jaký telefonní seznam je ta IEEE norma na Ethernet).

Příště si dovolím některé detaily návrhu ČVUT zkritizovat a současně tím ukážu, jak je při návrhu tak multidisciplinárního zařízení jako je FSO ďábel skryt v mnoha detailech.

Našli jste v článku chybu?
15. 12. 2016 10:06
Prezdivka (neregistrovaný)

Vzkaz autorovi: Jo jo, ke ztrate kontaktu s realitou dochazi docela casto. Treba si predstavte, ze se tady na Rootu (server se zamerenim na IT), jeden z autoru pokousel propasovat sociologicke studie na tema slovniku jisteho Fina. To je prdel, co? Asi ztratil kontakt s realitou a zapomnel, ze tohle neni Vitalia.

15. 12. 2016 12:17
Karel (neregistrovaný)

Ono to obvykle nebývá urban legend, ale lidová slovesnost. Student něco blbě pochopí (vidí generalizaci tam, kde není), stydí se zeptat, ale kamarádům pak vypráví, jakou kravinu učitel řekl. Setkal jsem se s tím v průběhu studií mockrát. Učitel řekne při rozebírání konkrétního schematu něco typu "před LED není potřeba dávat rezistor, protože výstup dá právě 10mA". No a student slyší jen "před LED není potřeba dávat rezistor", vrtá mu to hlavou, považuje to za kravinu. Ale učitele se nezeptá. Pro…