Este proyecto propone la creación de un Portal de Laboratorios Remotos para que los alumnos puedan realizar a distancia las prácticas de ciertas asignaturas impartidas por el Departamento de Electrónica, Automática e Informática Industrial en algunos de los Grados, Máster e incluso de la titulación de Ingeniería Técnica Industrial del plan anterior, ya que aún se cuenta con alumnos matriculados en algunas de tales asignaturas.

Será una aplicación web cuyo objetivo es que el alumno interactúe de forma real con instrumentos ubicados en los laboratorios del Departamento, a través de interfaces intuitivas, tal como si asistieran a ellos presencialmente.

Desde varios años atrás el Departamento ha estado trabajando en la construcción de algunos laboratorios de bajo coste accesibles de forma remota, dada la imposibilidad económica de contar con los equipos suficientes para poder llevar a la práctica estos laboratorios presencialmente. Por tanto, la posibilidad de poder compartir estos laboratorios a través de Internet ofrecen un panorama didáctico muy beneficioso para el alumno.

La finalidad de los laboratorios es diferente según los casos, entre los cuales:

• Experimentar con placas reales (a diferencia de los simuladores), de modo que agilicen su proceso de aprendizaje y motiven su interés por las asignaturas.

• Proporcionar prácticas complementarias para poder asimilar mejor los conceptos teóricos o que sirvan de preparación a las prácticas presenciales.

• Ofrecer una herramienta online que sirva para aplicar una nueva metodología de aprendizaje autónomo.

• Ofrecer repositorios de prácticas y recursos docentes.

El proyecto se articula principalmente en dos acciones:

1. construir el Portal web donde poder integrar los diferentes laboratorios que se vayan desarrollando en el Departamento. Este Portal permitirá la gestión de usuarios y de laboratorios, siendo necesario para algunos de ellos hacer una gestión de reservas de tiempos de utilización
2. integrar tres laboratorios remotos ya existentes, lo que implicará adaptar las aplicaciones web ya desarrolladas para poder integrarlas en el nuevo portal; y 3) construir un nuevo puesto de trabajo que sirva como laboratorio remoto para la automatización de edificios, tema en auge hoy en día y que se prevé utilizar en diferentes asignaturas de Grado y Máster.

Inicialmente los laboratorios se utilizarán en las asignaturas propuestas, pero dado su carácter remoto se tiene intención de compartir su uso para  asignaturas similares impartidas en el mismo Centro o incluso en otras Escuelas de la UPM con materias afines, como podría ser la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, e incluso a más a largo plazo contactar con otras universidades nacionales e internacionales.

A continuación se va a hacer una descripción de cada uno de los laboratorios.

Laboratorio remoto “FPGA”

Este laboratorio remoto surgió como una herramienta complementaria a la formación presencial que facilita el acceso a un sistema de desarrollo de lógica programable comercial en las asignaturas Sistemas Electrónicos Digitales, Electrónica Digital y Microprocesadores del Grado en Electrónica Industrial y Automática y en la asignatura Microelectrónica de la titulación Ingeniería Técnica Industrial del Plan de Estudios anterior.

La práctica que se desea incluir en el Portal de Laboratorios Remotos es una práctica esencialmente libre que permite a los alumnos trabajar sobre una placa entrenadora de FPGA disponible en nuestro laboratorio, especialmente útil cuando se requiere realizar prácticas avanzadas con el lenguaje HDL.

De esta forma pueden realizar prácticas de programación sobre dispositivos lógicos programables para su trabajo práctico de la asignatura. Los alumnos podrán acceder a la tarjeta entrenadora, cargar sus proyectos y visualizar el resultado, bien sobre la placa mediante una representación de los cambios en sus periféricos, bien mediante recogida de datos en instrumentos virtuales.

La práctica se encuentra ya operativa en su primera versión sobre Moodle, para el uso de alumnos del anterior Plan de Estudios, pero actualmente se están desarrollando mejoras en la interfaz web y en los mecanismos de acceso remoto al laboratorio. El laboratorio tiene acoplada una webcam para visualizar en remoto la placa física.

Laboratorio remoto de “Regulación Automática”

Se pretende incorporar cuatro prácticas en el Portal de Laboratorios  Remotos que permita a los alumnos controlar remotamente una célula Peltier, la cual está  conectada a un ordenador dotado de una tarjeta de adquisición de datos. Por medio de estas prácticas los  alumnos experimentarán los conceptos teóricos de la asignatura Regulación Automática impartida en el Grado en Ingeniería Electrónica y Automática y de las asignaturas Regulación Automática I y II de la titulación Ingeniería Técnica Industrial del Plan de Estudios anterior, ya que aún hay alumnos matriculados.

Estas prácticas se han realizado desde hace muchos años de forma presencial en el laboratorio de Regulación Automática, donde los alumnos se  organizaban en grupos de dos y realizaban los guiones propuestos. En el  Grado, en la asignatura del mismo nombre, se han reducido el número de  prácticas presenciales con la célula Peltier, de modo que las cuatro  prácticas de antes se realizan en una única sesión actualmente, por lo que se desea ofrecer un entorno virtual para que los alumnos puedan realizar previamente unas  sesiones preparatorias. Además, se pretende también dar acceso a aquellos alumnos del Plan de Estudios anterior para que las puedan realizar de forma online.

Cabe destacar que este entorno de prácticas ya ha sido desarrollado como resultado de un Proyecto Fin de Carrera y ha sido probado satisfactoriamente en su primera versión desde la plataforma Moodle del Departamento. Sin embargo, actualmente se está mejorando parte de la placa de control para optimizar su teleoperación y se está desarrollando una nueva interfaz web más potente.

Laboratorio de “Informática”

Dado al gran número de alumnos de la asignatura de primer curso de Informática del Grado en Ingeniería Electrónica y Automática (355 alumnos en el curso 2013/2014), se desarrolló una aplicación web que fuera un entorno de desarrollo para el lenguaje C como herramienta de apoyo a la asignatura.

Este laboratorio tiene una serie de ventajas a destacar respecto a la modalidad presencial. Desde el punto de vista del profesor permite proponer ejercicios y prácticas al alumno y evaluar el trabajo realizado por cada uno de una forma mucho más automática, ya que todas sus acciones quedan registradas en una base de datos. Por otra parte, la aplicación permite a los alumnos escribir, compilar y ejecutar el código a través de un navegador, es decir, sin necesidad de instalar ningún tipo de compilador o software adicional, con el añadido de que permite al alumno comprobar si su solución es correcta o no.

Se pretende integrar este laboratorio a través del Portal de Laboratorios Remotos con diferentes objetivos:

- Los profesores de la asignatura utilicen esta herramienta como apoyo para sus clases y puedan proponer ejercicios complementarios a los vistos en clase.

- Los alumnos tengan un repositorio de ejercicios con los que practicar y estudiar.

- La posibilidad de sustituir ciertas prácticas presenciales a modalidad online.

Laboratorio de “Automatización de Edificios”

La idea es desarrollar un puesto de laboratorio que permita a los alumnos de las asignaturas de grado y máster relacionadas con la automatización familiarizarse con la tecnología KNX (http://www.knx.org/es/), uno de los estándares más extendido, abierto y multifabricante en el campo de la automatización de edificios.

Se pretende montar un puesto de trabajo, al que se accedería remotamente, equipado con varios dispositivos: elementos KNX (actuador de alimentación KNX, Router TCP/IP, etc.) y dispositivos convencionales (sensor de apertura de ventanas, detector de fuga de agua, etc.). Algunas maquetas de ejemplo pueden verse en la Figura 4.

Con este laboratorio los alumnos podrían trabajar con equipos reales usados en la automatización de edificios y viviendas y familiarizarse con los conceptos de control, eficiencia energética, seguridad y confort.

Este puesto de trabajo permitiría además realizar Trabajos Fin de Grado en muy diversos temas: Inteligencia ambiental, domótica asistencial, interfaces hombre máquina, e integración de robots móviles en entornos domóticos, entre otros.

Con este proyecto se pretende potenciar las competencias que permitan al alumno familiarizarse con nuevas herramientas para la realización de prácticas y otras actividades docentes, incrementando sus habilidades, actitudes y responsabilidades. De forma más concreta, los objetivos más relevantes del proyecto se pueden expresar como:

• El incremento de la motivación en el desarrollo de prácticas en las asignaturas involucradas, así como la mejora en el rendimiento a la hora de utilizar los recursos de los laboratorios de dichas asignaturas.

• Crear un esquema de trabajo que permita la extensión de las maquetas de diseño en el equipamiento de aquellos laboratorios que requieran en condiciones actuales de inversiones excesivamente elevadas de dinero.

• Explorar las posibilidades de la realización de prácticas a distancia como apoyo a la enseñanza.

• Optimización de recursos disponibles, ya que los sistemas para realizar las prácticas han de ser forzosamente compartidos.

A continuación se detallan las fases en que se desarrollarán las distintas acciones de que consta el proyecto:

Instalación y configuración del Portal

Fase 1: Instalación del Portal

• Instalación y configuración del software necesario.

Fase 2: Autenticación de usuarios

• Integración con el LDAP de la Universidad para autenticar a los alumnos y profesores del centro.

Fase 3: Gestión de reservas de laboratorios

• Desarrollo del módulo para la gestión de los diferentes laboratorios integrados en el Portal, teniendo en cuenta que algunos de ellos tendrán que definir un tiempo de uso exclusivo para cada alumno.

Laboratorio remoto aplicado a la docencia de las asignaturas: Electrónica Digital y Microprocesadores, Sistemas Electrónicos Digitales (Grado) y Microelectrónica (Plan 2002)

Fase 1: Desarrollo del módulo de prueba para las prácticas planteadas

• Adecuación del sistema de desarrollo ya existente para la realización de prácticas remotas.
• Pruebas del sistema.

Fase 2: Integración del laboratorio en el Portal

• Configuración de las prácticas.
• Desarrollo de manuales de usuario para el uso del laboratorio y de cada una de las prácticas.
• Pruebas globales del sistema.
• Desarrollo de encuestas.

Laboratorio remoto aplicado a las asignaturas: Regulación Automática (Grado) y Regulación Automática I y II (Plan 2002)

Fase 1: Adaptación del laboratorio

• Adecuación del sistema ya existente para la realización de prácticas remotas.
• Pruebas del sistema.

Fase 2: Integración del laboratorio en el Portal

• Configuración de las prácticas.
• Desarrollo de manuales de usuario para el uso del laboratorio y de cada una de las prácticas.
• Pruebas globales del sistema.
• Desarrollo de encuestas.

Laboratorio remoto aplicado a la docencia de la asignatura: Informática (Grado y Plan 2002)

Fase 1: Adaptación del laboratorio

• Adecuación del sistema ya existente para la realización de prácticas remotas.
• Pruebas del sistema.

Fase 2: Integración del laboratorio en el Portal

• Configuración de las prácticas.
• Desarrollo de manuales de usuario para el uso del laboratorio.
• Pruebas globales del sistema.
• Desarrollo de encuestas.

Laboratorio remoto aplicado a la docencia de la asignatura: Automatización

Fase 1: Construcción del puesto de trabajo

• Montaje y validación.

Fase 2: Programación del software de control

• Diseño y documentación.
• Desarrollo de control de bajo nivel.
• Pruebas del sistema.

Fase 3: Desarrollo de la aplicación web

• Desarrollo de las interfaces web para el control remoto del equipamiento.
• Pruebas del sistema.

Fase 4: Integración del laboratorio en el Portal

• Configuración de las prácticas.
• Desarrollo de manuales de usuario para el uso del laboratorio.
• Pruebas globales del sistema.
• Desarrollo de encuestas.

La evaluación de las distintas acciones de que consta el proyecto se realizará según se indica:

• Comprobación por el profesor de la facilidad de uso de la plataforma web por parte de los alumnos.
• Registro de los resultados de las prácticas en una base de datos para su evaluación.
• Valoración subjetiva de la eficacia de los materiales en sí.
• Valoración estadística sobre la ampliación de conocimientos como consecuencia de las nuevas prácticas, sobre la consolidación del trabajo práctico autónomo, del fomento de su iniciativa y creatividad.
• Valoración subjetiva de los alumnos mediante encuesta de la nueva metodología implantada.