Bachelor's Thesis

System for Data Acquisition, Processing, and Visualization of a Truss Bridge Model

Final Thesis 6.47 MB Appendix 263.25 kB

Author of thesis: Samuel Polák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ondřej Richter

Reviewer: Ing. Martin Appel, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design and implementation of an embedded system intended for real-time measurement and graphical visualization of truss structure characteristics. The thesis builds upon an existing physical model and extends it with custom electronics, firmware, and a graphical user interface.

As part of the thesis, a printed circuit board with an ESP32-S3 microcontroller, HX711 measurement modules, power supply circuits, and a display interface was designed. The developed software provides strain gauge data acquisition, calculation of internal forces, visualization of the calculated characteristics, and communication with a host computer. The solution also included a modification of the mechanical structure.

Keywords:

ESP32-S3, HX711, truss structure, strain gauge, embedded system, printed circuit board, graphical user interface, superposition principle, signal processing, internal forces, TFT display, serial communication, noise

Date of defence

11.06.2026

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: Jaký typ kabelu byl použit k připojení tenzometrů? Lepil jste tenzometry, nebo byly osazeny již ve výchozí verzi zařízení? Je možné realizovat detekovaný dotyk i na prutech, nebo jen ve styčnících? Jaký je rozdíl mezi šumem a rušením? Je možné vytvořený model aplikovat na nějakém řešení v praxi? Proč jste v práci nepoužil lineární stabilizátor namísto použitého snižujícího měniče? Zkoumal jste rušení i ve frekvenční rovině, nebo pouze v časové? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako výborná.

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

Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)
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)
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ondřej Richter

Závěrečná práce pana Poláka se zabývá úpravou výukového modelu příhradové mostní konstrukce a současně vylepšením elektroniky umožňující vizualizaci napětí v jednotlivých prutech pomocí displeje.

V první části se student věnuje studiu původního řešení, uložení mostních konstrukcí v praxi a definici požadavků. Tato část vystihuje klíčové aspekty pro navržená zlepšení a vytváří vhodný základ pro praktickou část.

Praktická část popisuje úpravu původní konstrukce mostu, návrh a realizaci elektroniky včetně desky plošných spojů, vývoj firmwaru mikrokontroleru a návrh dotykového rozhraní. Kladně hodnotím zejména přepracování mechanické konstrukce, které vedlo k robustnějšímu řešení splňujícímu podmínky statické určitosti. Firmware je vhodně dokumentován pomocí diagramů, ukázek kódu i grafů, což přispívá k dobré srozumitelnosti práce. Pozitivně hodnotím také intuitivní vizualizaci prutové soustavy na displeji, která zvyšuje interaktivitu výukového modelu.

Stanovené cíle byly splněny. Student během řešení prokázal schopnost samostatné práce i aktivní přístup k řešení vzniklých problémů. Práci proto hodnotím klasifikačním stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
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 Appel, Ph.D.

Bakalářská práce studenta Samuela Poláka se věnuje návrhu zařízení pro sběr, zpracování a vizualizaci dat modelu prutové soustavy mostu. Práce navazuje na dříve vytvořený fyzický model a rozšiřuje ho o vlastní elektroniku, firmware, displejové rozhraní a úpravu mechanického uložení. Práce navazuje na práci, kterou jsem vedl, a jsem velmi rád, že se demonstrátor prutové soustavy dotahuje do reprezentativní podoby. Téma vhodně propojuje mechaniku, měření, elektroniku a programování.

Kladně hodnotím, že student navrhl a realizoval vlastní DPS s mikrokontrolérem ESP32-S3, měřicími moduly HX711, napájecí částí, USB-C rozhraním a konektorem pro displej. Dále vytvořil firmware pro zpracování dat z tenzometrů, filtraci signálu, výpočet silových účinků a jejich grafické zobrazení na dotykovém displeji. Velmi dobře působí také vizuální stránka práce. Text je přehledný, obrázky, grafy a schémata podporují popis řešení a výsledné GUI působí promyšleně.

Student se v práci věnuje i problému šumu a driftu měření a snaží se ho řešit pomocí softwarové filtrace a nulování offsetu. Test se dvěma závažími ukazuje dobrou shodu s výpočtem, kdy chyba vyšla přibližně 1 % a 3,65 %. K práci mám pouze dílčí výhrady. Chybí mi fotografie celého výsledného zařízení a není zcela jasné, zda je výsledná elektronika uložena v krabičce nebo jiném finálním krytu. Pro ještě přesvědčivější ověření by bylo vhodné doplnit více zatěžovacích stavů, včetně nesymetrických.

Celkově hodnotím práci jako velmi zdařilou. Student prokázal schopnost navrhnout a realizovat funkční embedded systém, propojit jej s mechanickým modelem a výsledky smysluplně vizualizovat. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. 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
Topics for thesis defence:
  1. V práci mi chybí fotografie celého výsledného zařízení. Můžete při obhajobě ukázat kompletní sestavu a vysvětlit, zda je elektronika uložena v krabičce nebo jiném finálním krytu?
  2. Jaké konstrukční nebo elektronické úpravy by podle vás nejvíce zlepšily stabilitu měření a snížily vliv šumu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová