Bachelor's Thesis

Smart Metering Device with Sigfox Interface

Final Thesis 8.1 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Janík

Acad. year: 2022/2023

Supervisor: Ing. Václav Šimek

Reviewer: Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Abstract:

The aim of this bachelor thesis is the design and production of a measuring device using
a microcontroller from the company NXP. The device sends measured values via the Sigfox
IoT network, allows them to be read via Bluetooth Low Energy and monitors its own energy
consumption from the battery. Any sensor whose values will be sent can be connected to
the device.

Keywords:

battery powered, bluetooth, consumption measurement, measuring device, nxp, sigfox, pcb

Date of defence

14.06.2023

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm E.

Topics for thesis defence

  1. Charakterizujte chytré měřicí zařízení.
  2. Shrňte základní veličiny a vztahy pro výpočet spotřeby (el. proudu/energie); objasněte mechanismus, který jste použil k odhadu spotřeby pomocí měření.
  3. Jak jste splnil požadavky bodů 4 a 6 zadání ohledně i) přesného měření a ii) interního ukládání, periodického odesílání a vyčítání/odesílání dat?
  4. Upřesněte, které zdrojové soubory k firmware, a v jakém souhrnném rozsahu, jste vytvořil, a které jste převzal.
  5. Jaká je výsledná přesnost měření?
  6. Jaká je celková spotřeba senzoru?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Orság, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Polčák, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Hradiš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Václav Šimek

Díky chybějící komunikaci se studentem a ztrátě v zásadě jakékoliv bližší představy o řešení projektu jsem bohužel nucen s ohledem na výše zmiňované okolnosti navrhnout z pozice vedoucího projektu hodnocení stupněm E - dostatečně, 55 bodů.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

V případě této bakalářské práce se jedná o zadání vypsané ve spolupráci se společností NXP. Předpokládá se praktický realizační výstup v podobě návrhu a technické realizace vestavěného zařízení.

Vedle samotné obvodové realizace je nedílnou složkou taktéž implementace obslužného firmware zajišťujícího provádění samotných měřeních a datovou komunikaci či přenos získaných údajů přes rozhraní BLE a Sigfox. Při celkovém pohledu se jedná dle mého názoru o zadání vykazující běžnou náročnost.

Bohužel moje dojmy z dosažených výsledků jsou poněkud rozporuplné. Po formální stránce byly intence zadání naplněny. Nicméně z pohledu technických kvalit výsledné realizace se zde poměrně zásadně projevila skutečnost, že já coby vedoucí a ani technický dozor ze společnosti NXP jsme prakticky nebyli informování o postupu řešení.

Práce s literaturou

Při získávání informačních pramenů nezbytných pro řešení tohoto projektu si student počínal samostatně. Lépe řečeno coby vedoucího mě o tomto aspektu student vůbec neinformoval. Tím pádem nebylo možno zkorigovat snad až příliš velké množství pramenů týkajících se problematiky BLE, a naopak rozšířit počet zdrojů věnujících se záležitostem či principům měření spotřeby.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Dlužno podotknout, že vzájemná komunikace v průběhu řešení projektu byla velmi sporadická. V zásadě se omezila pouze na období kolem registrace tématu, průběžnou kontrolu v polovině semestru a mnou vznesený dotaz na stav řešení projektu ke konci března letošního roku. 

Poněvadž se v tomto případě jedná o firemní zadání, očekával bych intenzivnější komunikaci spíše ve vztahu k přidělenému mentorovi ze společnosti NXP než k mojí osobě coby spíše formálnímu vedoucímu. Bohužel ani s jedním z nás student svoje počínání při řešení projektu blíže nekonzultoval.

Svým způsobem student prokázal schopnost samostatné práce, nicméně komunikace z jeho strany mohla být rozhodně pravidelnější a intenzivnější.

Aktivita při dokončování

S obsahem technické zprávy a tím pádem i s charakterem realizačního výstupu jsem se bohužel díky chybějící průběžné komunikaci se studentem seznámil až při nahlédnutí do informačního systému. Tím pádem nejsem schopen se vyjádřit k tomu, zda dokončení technické zprávy i realizačního výstupu proběhlo s nějakým předstihem. Ze strany studenta jsem o tomto bohužel nebyl předem informován.

Publikační činnost, ocenění

V souvislosti s řešením tohoto projektu mi není vedle technické zprávy známo vytvoření žádného dalšího publikačního výstupu či zisk souvisejícího ocenění.

Points proposed by supervisor: 55

Grade proposed by supervisor: E

Reviewer’s report
Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Výsledek práce studenta (tj., realizační výstup a technickou zprávu) navrhuji ohodnotit stupněm F; odůvodnění:



  • Zadání je obtížnější,

  • existence zadáním požadovaného realizačního výstupu (r.v.) a jeho základní funkčnost jsou sice doloženy, avšak nebylo dostatečně prokázáno, že r. v. splňuje požadavky zadání,

  • dokumentace r.v. je v části firmware nevyhovující a, ani z přiložených zdrojových souborů, nelze rozpoznat, které části firmware student vytvořil a které převzal,

  • zadáním požadované zhodnocení r.v. je nedostatečné,

  • technická zpráva má celkově neuspokojivou informační hodnotu a nevyhovující prezentační úroveň.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

  • Problematiku řešenou v předložené práci považuji za obtížnější, zejména kvůli požadavkům i) návrhu, výroby a oživení desky plošných spojů a ii) porovnání výsledků měření s výsledky z komerčně dostupných řešení - tyto požadavky (viz body 4, 5 a 7 zadání) mohly být kvalitně splněny jen díky uváženému rozvržení realizačních činností v čase. 
  • Další požadavky zadání považuji za průměrně náročné, tj. zvládnutelné pomocí vědomostí a dovedností získaných během dosavadního povinného studia.

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno pouze částečně s vážnějšími výhradami

  • Kromě rešeršních činností (viz body 1 až 3) zadání požadovalo navrhnout měřicí zařízení (bod 4), zvolit komponenty a vytvořit/oživit desku plošných spojů tohoto zařízení (bod 5), implementovat programové vybavení pro toto zařízení (bod 6) a zhodnotit realizační výstup (body 7, 8).
  • Neuspokojivá informační hodnota technické zprávy (viz níže, zejména části Rozsah technické zprávy a Prezentační úroveň technické zprávy) vzbuzuje vážné pochybnosti zejména ohledně uspokojivého splnění bodu 1 zadání a splnění bodů 6 a 7 zadání.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: splňuje pouze minimální požadavky

Z hlediska informačního považuji technickou zprávu za neuspokojivou - postrádám v ní mnohé, především technické, informace týkající se zejména i) oblasti rešeršní (např. ohledně měření, spotřeby elektrické energie, IoT/chytrých zařízení a vývoje DPS), ii) požadavků kladených na realizační výstup a případů jeho užití, iii) způsobu a výsledku zhodnocení realizačního výstupu.

Prezentační úroveň technické zprávy
  • Prezentační úroveň zprávy považuji za nejslabší část předložené práce a, kvůli mnohým nedostatkům (jejich reprezentativní výběr viz níže), ji hodnotím jako nevyhovující.
  • Zpráva obdobného rozsahu by mohla být vhodněji strukturovaná - např., některé stávající kapitoly (2-4, 5 a 6, 7 a 8) by šly sloučit či informace ze čtyř podkap. na str. 18 strukturovat jinak; tato výtka je však okrajová - zavažnější výtky shrnuji níže.
  • Zpráva sice reflektuje většinu bodů zadání, nicméně informace v ní obsažené jsou obecně poměrně vágní a povrchní, celkově neuspořádané, místy neodůvodněně stručné a málo ilustrativní (např., v kap. 2 není jediný graf, vzorec či obvodové schéma související s měřením spotřeby, části 3.2.1 a 3.2.2 se zdají nadbytečné a část 6.3 poměrně řídká, přitom např. úvod z oblasti měření prakticky schází a kap. 8 je prakticky bez vazby na implementaci ve zdrojových souborech).
  • Zpráva sice dokumentuje hardwarovou část zařízení, nicméně již např. uspokojivě nedokumentuje implementaci programového vybavení ani nedokládá, že realizované zařízení má zadáním požadované vlastnosti (zařízení mělo být mj. chytré, přesně měřicí, s ukládáním, vyčítáním a odesíláním dat) ani neporovnává výsledky pomocí něj získané s výsledky z komerčně dostupných řešení. Chybějící informace nedoplňuje ani ke zprávě přiložená videonahrávka.
  • Po přečtení zprávy zůstává řada, při čtení vyvstanuvších, otázek bez odpovědi.
40
Formální úprava technické zprávy
  • Úroveň formální úpravy technické zprávy považuji za průměrnou.
  • Z hlediska čistě jazykového, bez ohledu na informační hodnotu, hodnotím zprávu jako velmi dobrou, nicméně tento dojem z ní snižuje stránka typografická, jejíž úroveň hodnotím jako průměrnou až podprůměrnou - vytýkám např. opakovanou definici některých zkratek (např. IoT, BLE, GAP, GATT), označování téhož pomocí různých zkratek (DPS, PCB), "bílá místa" (např. str. 16, 22, 26, 30, 32), popř.  opakování či parafrázování dříve sdělených informací (např. parafrázování informace z první části podkap. 8.4 v její druhé části).
70
Práce s literaturou
  • V textu jsou odkazy na citace umístěny zpravidla až za tečkou ukončující větu, odkazy na citace převzatých ilustrací (aj.) jsou umístěny zpravidla v popisku příslušných ilustrací.
  • Až na neuspokojivé pokrytí informačními zdroji v oblasti rešeršní (např. ohledně měření, spotřeby elektrické energie, IoT/chytrých zařízení, vývoje DPS) lze konstatovat, že informační zdroje použité v technické zprávě jsou vhodně zvoleny, pokrývají klíčové části textu  a v technické zprávě je na ně odkazováno způsobem umožňujícím řádné odlišení prvků vlastních od převzatých.
60
Realizační výstup
  • Zadáním požadovaný realizační výstup má dvě části - hardwarovou (DPS navržená v KiCad) a softwarovou (firmware programovaný v jazyce C).
  • Implementace je přehledná, vhodně dekomponovaná a rozvržená do adresářů a zdrojových souborů. Soubory v jazyce C jsou sice opatřeny informačním záhlavím, z něj však nelze jasně určit, které soubory student vytvořil, a které převzal.
  • Dokumentaci k DPS, až na stručnost ohledně volby součástek a postupu/výsledků oživování DPS, považuji za uspokojivou (kap. 7), nicméně dokumentaci k firmware (kap. 8) považuji za nevyhovující, a to kvůli absenci vazby na implementaci ve zdrojových souborech.
  • Existenci realizačního výstupu a jeho základní funkčnost sice technická zpráva a k ní přiložená videonahrávka dokumentují, avšak již nedokládají splnění zadáním výslovně požadovaných vlastností (zařízení mělo být chytré, umožňovat přesné měření, interní ukládání dat, vyčtení dat přes BLE a periodické odesílání agregovaných dat přes Sigfox, výsledky měření měly být srovnány s výsledky z komerčně dostupných řešení).
50
Využitelnost výsledků

Vzhledem k neuspokojivému zhodnocení realizačního výstupu je jeho využití přinejmenším diskutabilní.

Topics for thesis defence:
  1. Charakterizujte chytré měřicí zařízení.
  2. Shrňte základní veličiny a vztahy pro výpočet spotřeby (el. proudu/energie); objasněte mechanismus, který jste použil k odhadu spotřeby pomocí měření.
  3. Jak jste splnil požadavky bodů 4 a 6 zadání ohledně i) přesného měření a ii) interního ukládání, periodického odesílání a vyčítání/odesílání dat?
  4. Upřesněte, které zdrojové soubory k firmware, a v jakém souhrnném rozsahu, jste vytvořil, a které jste převzal.
Points proposed by reviewer: 45

Grade proposed by reviewer: F

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová