Master's Thesis

Automated Home Greenhouse with Remote Control Using Mobile Application

Final Thesis 5.95 MB

Author of thesis: Ing. Dinara Garipova

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Václav Šimek

Reviewer: Ing. Marta Jaroš, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis presents the design, development, and evaluation of an automated
domestic greenhouse system featuring smart remote control through a dedicated mobile
application. The primary objective is to create an energy-efficient, robust, and user-
friendly microclimate controller capable of sustaining optimal growth conditions. The hard-
ware subsystem is built around a microcontroller, interfacing with high-precision sensors
(air temperature, humidity, water, soil temperature, and capacitive soil moisture probes)
and actuators (heating elements, cooling fans, and water pumps). Remote data exchange
and synchronization are implemented via a real-time cloud database. The system was
thoroughly validated through a series of hardware and software tests, confirming stable
autonomous operation, reliable network reconnection, and highly intuitive mobile control.
The final implementation successfully ensures optimal microclimate regulation with minimal
maintenance requirements.

Keywords:

Internet of Things (IoT), automated greenhouse, ESP32, Arduino, Flutter, Dart, Firebase Realtime Database, BME280 sensor, DS18B20 sensor, capacitive soil moisture sensor, CO2 sensor, environmental monitoring, microclimate control, water pump, solenoid valve, cooling fan, heating element, hysteresis, debounce, smart agriculture, sensor calibration, system validation.

Date of defence

23.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Studentka nejprve prezentovala výsledky, kterých dosáhla v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Studentka následně odpověděla na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studentky na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm B.

Topics for thesis defence

  1. Systém aktuálně měří pouze vlhkost a teplotu půdy. Uvažovala jste o rozšíření systému o senzor měřící obsah živin v půdě, například NPK senzor? Jak náročná by taková integrace byla z hardwarového i softwarového hlediska?
  2. Je navržený systém optimalizován pro konkrétní druh rostliny, nebo pracuje s univerzálními prahy nastavenými uživatelem? Uvažovala jste o rozšíření mobilní aplikace o databázi rostlin s jejich specifickými požadavky na teplotu, vlhkost, světlo a půdu, případně o možnost načtení profilu rostliny pomocí QR kódu?
  3. Byl by systém schopen řídit mikroklima pro více druhů rostlin s odlišnými nároky v rámci jednoho skleníku? Co by taková funkcionalita vyžadovala z hlediska hardwaru i softwaru?
  4. Jak jste analyzovala existující řešení pro platformu ESP?
  5. Řešila jste v rámci řešení výpadky síťové komunikace?
  6. Přemýšlela jste nad použitím databáze?

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Application Development (NADE)

Composition of Committee

prof. RNDr. Alexandr Meduna, CSc. (předseda)
doc. RNDr. Jitka Kreslíková, CSc. (místopředseda)
Ing. Vladimír Bartík, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Hynek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pluskal, Ph.D. (člen)
Ing. Marta Jaroš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Václav Šimek

Na tomto místě bych si dovolil vyjádřit názor, že se v rámci tohoto projektu podařilo dosáhnout velmi solidního výsledku, který naplňuje intence diplomové práce. Realizační výstup je pak nasaditelný v praxi. Zvlášť v dnešní době by si takovéto řešení mohlo nalézt cestu k nemalé skupině uživatelů. S přihlédnutím k výše uvedeným skutečnostem pak navrhuji souhrnné hodnocení stupněm B - velmi dobře, 85 bodů.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Zadání této diplomové práce bylo připraveno na základě podnětu studentky. Cílem je navrhnout koncepci malého domácího skleníku s možností vzdáleného ovládání a možností autonomního řízení klimatu. I když požadavky kladené na předpokládané výstupy této práce zasahují do několika různých oblastí, přesto bych označil náročnost zadání jako obvyklou.

Z pozice vedoucího této práce se domnívám, že požadavky stanovené jednotlivými body zadání byly v úplnosti splněny. Realizační výstup je plně funkční, byť řídicí firmware mohl být lépe strukturován a implementován poněkud sofistikovanějším způsobem. Rovněž se podařilo koncipovat výsledné řešení v rozumné cenové hladině a z běžně dostupných komponent.

Aktivita při dokončování

Vzhledem k absenci častější komunikace nemohu zcela fundovaně posoudit, zda byl realizační výstup dokončován takříkajíc na poslední chvíli či nikoliv. V každém případě však bylo možné krátce před termínem odevzdání provést revizi technické zprávy, do jejíž finální podoby se podařilo zapracovat převážnou část připomínek vznesených ze strany vedoucího.

Publikační činnost, ocenění

V souvislosti s řešením této diplomové práce mi není známa navazující publikační činnost či zisk souvisejících ocenění.

Práce s literaturou

Studentka si potřebné informační zdroje zajistila ve vlastní režii. Domnívám se, že v přehledu literatury uváděné položky byly při řešení této diplomové práce vhodně použity. 

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

V zásadě nelze nic namítnout proti tomu, že studentka pracuje samostatně, což se v zásadě od kvalifikační práce i očekává. V zásadě veškerá komunikace byla omezena na období kolem prezentace semestrálního projektu a odevzdání finální verze diplomové práce. I přes to, že jsem nebyl o postupu prací informován na pravidelné bázi, podařilo se celý projekt zdárně dokončit. 

Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Marta Jaroš, Ph.D.

Práce představuje technicky zdařilou a komplexní realizaci IoT systému pro automatizaci domácího skleníku. Splňuje všechny body zadání, disponuje reálně funkčním prototypem a zdařilou dokumentací. Zadání diplomové práce je naprůměrně obtížné, jelikož vyžaduje pokrytí čtyř odlišných technických domén současně: embedded hardware, firmware, cloudový backend a multiplatformní mobilní aplikaci. 

Evaluation criteria Verbal classification Points
Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno

Zadání bylo splněno ve všech bodech.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Rozsah práce se pohybuje v obvyklém rozmezí. Všechny kapitoly jsou informačně bohaté a opodstatněné. 

Prezentační úroveň technické zprávy

Technická zpráva je psána jasně a srozumitelně, odborný anglický text je plynulý, čtenář se v něm snadno orientuje a kapitoly na sebe logicky navazují

Nicméně prezentační zpracování má několik opakujících se nedostatků:

  • Obrazová dokumentace mobilní aplikace (str. 62–69) zabírá celé stránky a vytlačuje průvodní text. Obrázky by bylo vhodnější přesunout do přílohy a v textu ponechat pouze reprezentativní ukázky.
  • Obrázky a grafy v práci obecně nejsou dostatečně čitelné a kvalitní
  • Kapitoly 5–7 obsahují rozsáhlé výpisy zdrojového kódu, které z pohledu čtenáře technické zprávy nepřinášejí dostatečnou přidanou hodnotu. Jejich místo by lépe zaplnil například komunikační diagram zachycující interakci mezi ESP32, backendem a mobilní aplikací.
  • Strana 53 je prázdná, což naznačuje nevhodné rozložení textu. Na straně 51 a na dalších místech se vyskytují vágní popisy bez konkrétních číselných hodnot a jednotek. Například „low intensity conditions" bez udání měřené hodnoty v lux nebo µmol/m²/s.
  • Kapitola 8 přináší v oblasti hardwarového a komunikačního testování konkrétní naměřené hodnoty (přesnost senzorů ±0,3 °C, latence příkazů průměrně 1,65 s, obnova Wi-Fi do 14,2 s), avšak bez citací referenčních specifikací. UX testování prostřednictvím Maze a focus group má popsanou metodiku i plánované metriky, ale žádné výsledky. Např. postrádám hodnocení použitelnosti a počet účastníků v Maze testování.
75
Formální úprava technické zprávy

Typografie je čistá a konzistentní. Anglický text je gramaticky korektní a odborný. Citace a reference jsou v pořádku. Jako nedostatek vidím nejednotné názvosloví pro backend server (cloud infrastructure, cloud backend server, Render cloud backend server, backend server).

85
Práce s literaturou

Seznam obsahuje 36 zdrojů, které jsou tematicky relevantní a pokrývají všechny oblasti zadání. Jsou využity jak odborné časopisecké články, tak technická dokumentace a datasheety výrobců. Citace jsou v textu důsledně provázány s příslušnými tvrzeními.

V citacích se nacházejí drobné typografické chyby:
- překlepy v [2] a [27],
- u [32] a [35] postrádám DOI.

80
Realizační výstup

Realizační výstup je nejsilnější stránkou práce. Fyzický prototyp skleníku byl postaven a 14 dní provozován v reálných podmínkách. Firmware pro ESP32 je implementován v C++ na Arduino core a obsluhuje 6 senzorů přes různá komunikační rozhraní (I2C, OneWire, UART, ADC) a řídí aktuátory prostřednictvím GPIO pinů, relé a MOSFET tranzistorů. Backend server běží na platformě Render, mobilní aplikace byla distribuována jako Android Package Kit a testována na reálných zařízeních.

Během vývoje studentka prokazatelně řešila netriviální inženýrské problémy:

  • hysterezi pro stabilizaci aktuátorů,
  • debounce mechanismus pro slider v mobilní aplikaci,
  • automatické znovupřipojení ESP32 k Wi-Fi a
  • prevenci duplicitních push notifikací.

Dokumentace je velmi pěkně zpracována. Obsahuje elektrické schéma, soupis materiálů s cenovou kalkulací a instalační průvodce. Použité open-source knihovny jsou řádně citovány.

Výhradu mám k validaci a testování řešení. Části věnované hardwaru (přesnost senzorů, kalibrace CO₂, bezpečnost topení) a komunikaci (latence příkazů, Wi-Fi výpadek) obsahují konkrétní naměřené hodnoty, avšak bez citací referenčních specifikací. UX testování prostřednictvím Maze a focus group má popsanou metodiku, ale žádné výsledky. 

Zdrojový kód firmware je funkční a srozumitelný
, avšak jeho umístění v jediném souboru bez modulárního členění a minimální komentování řídicí logiky by si zasloužily větší pozornost. Kód by bylo vhodné rozdělit do samostatných modulů podle odpovědnosti (senzory, aktuátory, komunikace, řídicí logika) a klíčové části opatřit vysvětlujícími komentáři. Absence hlaviček souborů a vysvětlujících komentářů je patrná napříč všemi třemi složkami zdrojového kódu, tj. firmware, backend i mobilní aplikace.

92
Využitelnost výsledků

Nejde o kompilační práci, ale o původní návrh a realizaci konkrétního systému, který integruje existující technologie novým způsobem. Výsledek je přímo využitelný jako funkční domácí IoT skleník a zároveň jako referenční open-source platforma pro podobné projekty (modulární architektura, zdokumentované schéma, seznam komponent včetně pořizovacích nákladů, instalační návod). Akademický přínos je spíše aplikační. Práce demonstruje kvalitní inženýrskou realizaci v oblasti smart agriculture/IoT.

Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Zádání diplomové práce hodnotím jako naprůměrně obtížné.
Zadání vyžaduje pokrytí čtyř odlišných technických domén současně: embedded hardware, firmware, cloudový backend a multiplatformní mobilní aplikaci. Jde o full-stack IoT systém s fyzickým prototypem.

Topics for thesis defence:
  1. Systém aktuálně měří pouze vlhkost a teplotu půdy. Uvažovala jste o rozšíření systému o senzor měřící obsah živin v půdě, například NPK senzor? Jak náročná by taková integrace byla z hardwarového i softwarového hlediska?
  2. Je navržený systém optimalizován pro konkrétní druh rostliny, nebo pracuje s univerzálními prahy nastavenými uživatelem? Uvažovala jste o rozšíření mobilní aplikace o databázi rostlin s jejich specifickými požadavky na teplotu, vlhkost, světlo a půdu, případně o možnost načtení profilu rostliny pomocí QR kódu?
  3. Byl by systém schopen řídit mikroklima pro více druhů rostlin s odlišnými nároky v rámci jednoho skleníku? Co by taková funkcionalita vyžadovala z hlediska hardwaru i softwaru?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová