Bachelor's Thesis

Modular System for the Automated Control of Museum Exhibits

Final Thesis 8.81 MB Appendix 14.55 MB

Author of thesis: Andrej Žabka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Michal Bastl, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Formánek, Ph.D.

Abstract:

A modular control system for interactive museum exhibits was designed and implemented using Raspberry Pi and ESP32 platforms. The system architecture is built on Internet of Things (IoT) principles, where a central Raspberry Pi unit handles scene orchestration, audiovisual content synchronization, and overall control logic. Distributed nodes based on ESP32 microcontrollers are used to directly control peripherals such as DC motors, relay modules, and input sensors. For reliable and asynchronous communication between devices, the MQTT protocol was implemented, with an emphasis on feedback tracking and automatic recovery during network outages. The solution also includes a web dashboard that allows museum operators to monitor hardware status, configure parameters, and diagnose the system in real time. The result of the thesis is a fully functional and deployed control system integrated into a real exhibit, demonstrating scalability, and low maintenance requirements under the conditions of daily museum operation.

Keywords:

interactive exhibit, control system, Raspberry Pi, ESP32, MQTT, state machine, scene orchestration, web dashboard, React

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: V jakém konkrétním muzeu byl systém implementován? Dotaz na možnosti nasazení systému v rámci únikové hry. Je uživatel schopen stavět architekturu systému sám? Co se stane, když je vyžádán přechod stavu během přehrávání zvuku? Je vaše řešení inspirováno nějakým existujícím řešením? Poznámka k implementaci spínaného zdroje a motoru.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. David Vlachý (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)
Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
Ing. Michal Bastl, Ph.D.

Pan žabka se ve své práci zabýval návrhem systému pro automatizované řízení muzejních expozic. Vypracoval rešerši v oblasti zvolené problematiky a následně navrhl řešení založené na platformách ESP32 a Raspberry Pi. Vytvořený systém využívá ESP32 jako jednotlivé uzly, které jsou centrálně řízeny nadřazeným systémem. Komunikace probíhá prostřednictvím Wi-Fi a protokolu MQTT.

Student vytvořil programové vybavení a firmware pro jednotlivé části systému tak, aby bylo možné konfiguraci scény provádět pomocí textového souboru ve formátu JSON. Uživatel tak může bez nutnosti zásahu do zdrojového kódu vytvořit scénář expozice, nastavit časování i reakce na jednotlivé události.

Student k práci přistupoval velmi iniciativně a zodpovědně a pravidelně konzultoval její průběžný stav. Téma práce vzešlo z jeho vlastního nápadu, přesto dokázal vhodně zohlednit doporučení vedoucího práce. Výsledné řešení bylo nasazeno v reálné expozici a v době odevzdání práce bylo již delší dobu v provozu.

Práci proto hodnotím jako výbornou / A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

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

Bakalářská práce se zabývá návrhem a realizací modulárního řídicího systému pro interaktivní muzejní expozice postaveného na platformách IoT. Téma je velmi aktuální, neboť moderní výstavnictví směřuje k automatizovaným a interaktivním prvkům, pro které jsou komerční průmyslová řešení (např. PLC) často zbytečně drahá nebo postrádají nativní multimediální podporu.

Práce je po formálně i odborné stránce na vysoké úrovni. Lze konstatovat, že autor beze zbytku splnil všechny cíle definované v zadání. Práce je logicky strukturovaná, srozumitelně napsaná a výsledkem je hotové, funkční a navýší škálovatelné řešení. Z tohoto důvodu práci doporučuji k obhajobě a po zodpovězení otázek jí hodnotím jako výbornou.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V práci uvádíte, že pro odesílání řídicích příkazů používáte MQTT s úrovní kvality služby QoS 0 a pro jejich potvrzení jste implementoval vlastní mechanismus sledování zpětné vazby („feedback tracker“) v backendu. Proč jste se rozhodl pro tento přístup namísto využití nativní podpory QoS 1 nebo QoS 2, které řeší garanci doručení a potvrzování přímo na úrovni samotného protokolu MQTT?
  2. Jako jedno z hlavních omezení uvádíte použití Wi-Fi komunikace. Nebylo by řešením přejít na jiné bezdrátové standardy, které platforma ESP nabízí? Dokázal byste tyto standardy zhodnotit a porovnat?
  3. Jakým způsobem byste v navrženém systému řešil šifrování komunikace (např. přechod na MQTTS) a jaký vliv by podle vašeho názoru měl tento krok na hardware uzlů ESP32 a celkovou latenci systému?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová