Bachelor's Thesis

Design and manufacturing of equipment for automatic control of central air conditioning

Final Thesis 7.98 MB

Author of thesis: Marek Gajdečka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Filip Kšica, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vladimír Skřivánek

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design and implementation of an autonomous control system for a local air conditioning unit. The objective is a fully non-invasive solution that mechanically operates the existing wall-mounted switch based on sensor data, thereby regulating the room temperature without interfering with the electrical installation. The hardware architecture consists of a distributed network of microcontrollers. Peripheral measuring nodes collect data regarding temperature, humidity, and the current operational state of the air conditioning unit, wirelessly transmitting it to the central control unit. The central unit subsequently performs the actuation via a servomotor. For local configuration of operational parameters, the control unit features a user interface with a display and a rotary encoder. The thesis describes the hardware design, software development, and control logic implementation. This logic evaluates the necessity of control actions based on time windows, occupancy detection, and current relative humidity. Final experimental measurements serve to verify the functionality of the designed hardware and control algorithm under test conditions.

Keywords:

air conditioning control, non-invasive automation, sensor network, hysteresis control, temperature contro

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil komisi s výsledky své bakalářské práce a odpověděl na otázky oponenta. Následovala diskuze k závěrečné práci a otázky komise: Cenová náročnost řešení. Použití jiných senzorů pro zjištění počtu osob v místnosti. Co se děje v případě otevření okna. Použití PIR senzorů. Použití termokamery pro snímaní místnosti. Student odpověděl na dotazy komise k její spokojenosti.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Applied Computer Science and Control (AIŘ)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miloš Hammer, CSc. (místopředseda)
Ing. et Ing. Stanislav Lang, Ph.D. (člen)
Mgr. Jan Faltýnek, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Lošák, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Kšica, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc. (člen)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Luděk Janák (člen)

Supervisor’s report
Ing. Filip Kšica, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem a realizací zařízení pro automatické ovládání centrální klimatizace v kancelářských prostorách budovy A1 Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Cílem práce bylo vytvořit neinvazivní systém umožňující autonomní řízení klimatizační jednotky na základě měřených parametrů prostředí a uživatelsky definovaných pravidel.

Práce zahrnovala návrh hardwarové části zařízení, implementaci řídicí logiky i tvorbu základního uživatelského rozhraní. Student se v rámci řešení zabýval například návrhem regulační logiky s hysterezí, provozními režimy systému nebo sběrem dat ze senzorů teploty a vlhkosti. Pozitivně hodnotím zejména snahu řešit úlohu komplexně a vytvořit provozuschopné řešení použitelné v reálném provozu kancelářských prostor.

Průběh řešení však nebyl vždy dostatečně systematický. Během konzultací bylo opakovaně nutné vracet se k základním principům návrhu a fungování systému a postup práce byl relativně pomalý. Návrh jednotlivých částí vznikal spíše postupně a operativně, což se následně projevilo také v oblasti testování a vyhodnocení výsledků. Ověření funkčnosti jednotlivých režimů i celého systému mohlo být provedeno důsledněji a lépe zdokumentováno.

Slabší stránkou práce je rovněž textová část. Přestože rešeršní kapitoly působí místy poměrně rozsáhle, vlastní technické řešení a návrhová rozhodnutí nejsou vždy popsána dostatečně přehledně a systematicky. Práce obsahuje i stylistické a formální nedostatky a místy působí spíše jako průběžně vznikající technická dokumentace než jako ucelený odborný text.

Výsledkem práce je funkční řešení automatického řízení klimatizace s možností dalšího rozvoje, zejména v oblasti robustnějšího testování a dlouhodobého provozního ověření. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení C – dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací D
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Vladimír Skřivánek

Předložená bakalářská práce se zabývá vysoce aktuálním tématem automatizace a optimalizace provozu lokálních klimatizačních jednotek. Odborný přínos spočívá především v návrhu plně neinvazivního a originálního řešení, které nevyžaduje zásah do stávající elektroinstalace. Autor úspěšně zkonstruoval a naprogramoval distribuovaný systém založený na mikrokontrolérech ESP32, který dokáže mechanicky spínat klimatizaci a regulovat teplotu na základě multisenzorických dat. Získané výsledky testování prokazují, že základní hysterezní regulační smyčka je funkční a systém splňuje požadavek na zamezení cyklování kompresoru.
Práce ovšem vykazuje určité inženýrské a metodické nedotaženosti, které snižují její reálnou využitelnost v praxi a brání udělení vyššího hodnocení. Zásadním nedostatkem je absence hlubší energetické analýzy u bateriově napájených uzlů. Autor uvádí teoretickou výdrž 130 hodin, avšak v textu zcela chybí příslušné výpočty a měření reálných odběrů. Dále se jako problematická ukázala volba PIR senzorů pro přesnou detekci pohybu osob a fakt, že primární teplotní senzor vyžaduje trvalé napájení ze sítě, což omezuje jeho ideální umístění v prostoru.
Přes výše zmíněné výhrady student prokázal schopnost aplikovat teoretické znalosti při tvorbě reálného zařízení. V diskuzi navíc prokázal kritické myšlení, když dokázal slabá místa svého řešení identifikovat a navrhnout cesty k jejich odstranění. Práce splňuje požadavky kladené na závěrečné práce, a proto ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V práci uvádíte, že senzorický uzel pro měření teploty vyžaduje trvalé napájení přes USB-C. Proč není tento modul také napájen bateriově, což by zajistilo maximální flexibilitu jeho umístění v místnosti? Jaké konkrétní hardwarové a softwarové úpravy by si přechod na bateriové napájení u tohoto uzlu vyžádal?
  2. Na straně 41 zmiňujete, že teoretické výpočty předpokládají provozní dobu bateriově napájené jednotky okolo 130 hodin. Můžete komisi detailně vysvětlit, jak byla tato hodnota spočtena? Jaký byl naměřený (nebo tabulkový) odběr proudu v režimu Deep Sleep a v době aktivního vysílání dat?
  3. Pro detekci průchodu osob jste zvolil dvojici PIR senzorů. Je obecně známo, že tyto senzory mají poměrně dlouhý tzv. „mrtvý čas“ po sepnutí. Zvažoval jste během návrhu i jiná, cenově dostupná řešení (např. laserovou závoru či ToF senzory), než jste v diskuzi rovnou navrhl použití poměrně drahého mmWave radaru?
  4. Jak je v řídicím softwaru (případně jak by mohla být) ošetřena situace, kdy dojde k výpadku komunikace přes protokol ESP-NOW, například v důsledku vybití baterie u modulu zpětné vazby na výdechu klimatizace? Hrozí v takovém případě zacyklení akčního členu?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová