Bachelor's Thesis

High-speed multiple beam optical curtain for uphill runs

Final Thesis 9.26 MB Appendix 11.52 MB

Author of thesis: Bc. Robin Langer

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Čala, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the development and implementation of a final solution for a running optical barrier. The optical barrier is unique due to its use of a multi-beam configuration and high-speed evaluation. The theoretical introduction focuses on the physical principles of the electro-optical components used and the main tenets of object detection using optical signals. The practical part includes the design process, testing of electro-optical components, a description of the final solution, the software part, and the mechanical implementation. The final section of the thesis deals with the verification of the speed parameters of the optical barrier and suggestions for improvements.

Keywords:

Race evaluation, optical barrier, STM32, light barrier, electronic stopwatch, laser sensing, 3D printing, HMI

Date of defence

18.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy odpověděl na dotazy ohledně odezvy systému. Student se pokusil vysvětlil princip ověření délky odezvy. Student byl tázán na způsob obsluhy přerušení.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Petyovský, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Veselý, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Gábrlík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Bakalářská práce se věnuje návrhu, realizaci a ověření funkčnosti vysokorychlostní vícepaprskové optické závory určené pro běžecké závody. V teoretické části práce se student věnuje rozboru optoelektronických prvků, principům snímání pomocí světelné závory a rovněž prezentuje stručnou analýzu dostupných komerčních řešení. Tato část práce tvoří výchozí základ pro navazující návrh vlastního zařízení. V praktické části se student zaměřil na experimentální ověření vlastností vybraných optických i elektronických prvků vhodných pro konstrukci závory, navrhl a realizoval obvody vysílací i přijímací části zařízení, včetně filtrace signálu a zpracování výstupů pomocí mikrokontroleru STM32. Věnoval se též návrhu DPS, mechanickému řešení využívající 3D tisk a v neposlední řadě i uživatelskému rozhraní pro vyhodnocovací zařízení. Celé zařízení zkonstruoval v konfiguraci s 8 kanály (optickými paprsky) a úspěšně ověřil základní požadavek na čas detekce průchodu závorou pod 1 ms, který není závislý na počtu kanálů, což je obvyklý ovlivňující faktor u komerčních řešení. Z časových důvodů nedošlo k detailnějšímu vyhodnocení dalších praktických parametrů realizovaného zařízení, zejména potřebná přesnost vzájemného polohování optických částí systému a analýza parazitních vlivů (oslunění, znečištění optických komponent nebo stárnutí použitých laserových zdrojů). S tím souvisí i chybějící rozbor možností detekce snížení citlivosti systému těmito externími vlivy. Práce neřeší postup pro asistované nebo automatizované nastavení systému, konkrétně chybí návrh mechanismu či metodiky pro přesné a opakovatelné zaměření vysílacích prvků na detektory, což může negativně ovlivnit délku instalace a spolehlivost při praktickém nasazení.
Student konzultací využíval v obvyklé míře, jak při teoretickém návrhu senzorického systému, tak i v praktických fázích návrhu. K řešení zadaného problému přistupoval samostatně a prokazoval dobrou schopnost analyzovat výsledky měření i technické aspekty návrhu optoelektronické snímací části. Přestože další části systémů byly realizovány v základní podobě bez důrazu na uživatelský komfort a pokročilou detekci průchodu s inteligentním, prostorově-časovým vyhodnocením vícekanálového signálu, dosažené výsledky naplňují požadavky zadání a realizované zařízení je funkční a představuje dobrý základ pro další rozvoj. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm velmi dobře (B) / 85 bodů. Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Martin Čala, Ph.D.

Bakalářská práce pana Langera „Vysokorychlostní vícepaprsková optická závora pro běžecké závody“ se zabývá návrhem a realizací systému pro přesné měření času při běžeckých závodech. Student navrhl vícepaprskovou optickou bránu s odezvou do 1 ms, přičemž řešení kombinuje zdroje světla, snímače, mikrokontrolér STM32 a dotykové HMI rozhraní. Výsledné zařízení je funkční a prokazuje schopnost autora samostatně řešit komplexní technický problém.

Práce však vykazuje několik nedostatků. Požadavky na systém jsou uvedeny až po teoretické části, což narušuje logiku textu. V kapitole 1.2.2 se objevuje mylná informace, že orientace odrazky u reflexní závory musí být kolmá na dopadající světlo (na toto navazuje jeden z dotazů k práci). V teoretické části chybí diskuse o klíčových parametrech, např. vyzařovací úhel. Analýza komerčních řešení není dále využita, a to ani pro inspiraci vytvořeného řešení. Nejasnosti panují také ohledně použitých frekvencí signálu – v různých částech práce se bez dostatečného vysvětlení objevují hodnoty 100 kHz a 200 kHz.

Formálně práce trpí nevhodným stylem psaní (1. osoba množného čísla, hovorové výrazy – např. „zadrátovali“), psaním jednotek a konstant kurzívou. Obrázky jsou často daleko od textu, který s nimi pracuje. Teoretická část postrádá citace, přestože obsahuje evidentně převzaté informace. Některé použité zdroje (např. [3], [10], [14]) nejsou vhodné pro odbornou práci. Části algoritmu jsou popsány slovně místo ukázky kódu.

Navzdory těmto výhradám je třeba ocenit rozsah a funkčnost navrženého řešení. Práce splňuje požadavky na bakalářskou úroveň a má potenciál dalšího rozvoje.
Doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení B/80 bodů. Topics for thesis defence:
  1. 1. Vysvětlete, jak funguje koutový odražeč a proč u něj není nutné, aby světlo dopadalo kolmo na jeho povrch.
  2. 2. Jakou odhadujete přesnost měření času, která je u takového řešení klíčový parametr?
Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová