Master's Thesis

Design and Implementation of an IoT Unit for Three-Phase Current Monitoring in a Laboratory Environment

Final Thesis 4.13 MB

Author of thesis: Bc. Ondřej Palát

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Vojtěch Slabý

Reviewer: Ing. Jan Bajer

Abstract:

This diploma thesis provides design documentation of embedded device for monitoring occupancy and runtime of test laboratory machinery by measuring three phase currents in power supply cables in machine electrical cabinet. Signal processing is performed in ESP32C6 microcontroller. Data are transmitted wirelessly via Zigbee communication protocol and for local data inspection LCD display with buttons is placed on the device enclosure.

Keywords:

Three phase current measurement, IoT, Zigbee, embedded device, ESP32C6, battery management, printed circuit board design

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obeznámil komisi s výsledky své DP. Po přečtení posudků následovaly dotazy oponenta (viz posudek) a komise: Životnost baterie. Dosah Zigbee. Omezení. Seznam příloh (zveřejnění). Upravené varianty pro budoucí rozšiřitelnost. Důvod použití protokolu Zigbee. Účel sběru dat. Problémy při 'oživování' desky. Student na všechny dotazy oponenta i komise odpovídal uspokojivě.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Computer Science and Control (N-AIŘ-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Oldřich Trenz, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jakub Kůdela, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Kurfürst, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Švihálek (člen)
prof. Ing. Petr Doležel, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Vojtěch Slabý

Diplomová práce se zabývá návrhem a realizací měřicího zařízení využívajícího Hallovy sondy pro měření proudu, včetně vývoje ovládacího panelu a návrhu pouzdra vhodného pro umístění do rozváděčových skříní. Téma práce vyžadovalo komplexní inženýrský přístup, neboť zahrnovalo návrh elektroniky od úvodních schémat přes postupnou iteraci až po funkční desku plošných spojů, dokumentace a naprogramování firmwaru se vzdálenou komunikací.

Je nutné poznamenat, že student přišel s tématem sám na základě své profesní praxe ve firmě, kde pracuje. Oceňuji, že student k řešení přistupoval velmi svědomitě a pravidelně docházel na konzultace, na které byl vždy připraven. Při zpracování celého projektu prokazoval vysokou míru samostatnosti a proaktivního přístupu.

Student se úspěšně věnoval vývoji firmwaru, který pro spolehlivou správu ovládání a měření využívá operační systém reálného času (RTOS). Významným přínosem práce je, že se studentovi podařilo celé měřicí zařízení samostatně sestavit, zprovoznit a otestovat. Navíc úspěšně realizoval měření proudu a získaná data srovnal s konvenčním měřidlem. Všechny body zadání byly splněny a praktická část práce je na velmi dobré úrovni. Formální úroveň práce v textové části mírně snižují občasné stylistické a pravopisné nedokonalosti.

I přes tyto nedostatky v textové části student odvedl především při návrhu, realizaci a oživování hardwaru i firmwaru velký kus práce, a tudíž ji doporučuji k obhajobě.
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 B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Bajer

Předložená diplomová práce se věnuje vývoji prototypu vestavěného zařízení určeného k monitorování provozu strojů prostřednictvím měření třífázových proudů. Zvolené řešení využívá mikrokontrolér ESP32 a bezdrátový protokol Zigbee, přičemž je doplněno o lokální rozhraní v podobě LCD displeje a ovládacích tlačítek.
Z inženýrského hlediska se jedná o komplexní projekt, který úspěšně propojuje návrh hardwaru (DPS), vývoj firmwaru a bezdrátovou integraci do IoT struktur. Oceňuji zejména praktickou realizaci funkčního prototypu. Kladně lze hodnotit také některé názorné grafické podklady, jako je například obrázek 11 (srovnání komunikačních vrstev IoT protokolů) nebo obrázek 35 (přehledné blokové schéma aplikace).
Navzdory nespornému praktickému přínosu trpí práce závažnými nedostatky v oblasti metodiky, práce s daty a především ve formálním a stylistickém zpracování. V přehledu metod měření proudu autor u Hallových snímačů předčasně konstatuje, že tento typ byl pro práci vybrán. Následný popis dalšího typu senzoru se tak stává zcela nadbytečným. Rozhodnutí o volbě mělo logicky následovat až po celkovém vyhodnocení. Tabulka porovnávající senzory v kapitole 2.4 je v textu zcela opomenuta – chybí na ni odkaz a text s ní nijak nepracuje. Její výpovědní hodnota je navíc snížena vágním popisem parametrů („malý“, „střední“, „velký“) namísto uvedení aspoň řádových rozsahů. Graf porovnávající navržené zařízení s referenčním měřidlem má zbytečně velký rozsah osy (0–20 A), ačkoliv se sledované hodnoty pohybují pouze mezi 16–18 A. Kvůli tomuto nevhodnému škálování jsou reálné rozdíly a nuance v měření téměř nečitelné.
V textu zcela chybí odkazy na obrovské množství obrázků. Izolovaně působí i některé rovnice, u kterých navíc chybí popis použitých veličin. Při popisu schémat zapojení a návrhu DPS autor s obrázky téměř nepracuje. Text by působil mnohem uceleněji, kdyby autor čtenáře naváděl přímo na konkrétní části schémat či topologie desky. Některé přejaté obrázky obsahují popisky v angličtině, což narušuje kontinuitu české práce. V textu se objevuje celý jeden odstavec vyvedený odlišným fontem a nekonzistentní je i styl citování literatury (v první polovině práce jsou reference umisťovány až za tečku na konci věty, ve druhé polovině před ni).
Autor se v textu neudržel na úrovni odborného stylu a sklouzl k neprofesionálním výrazům (např. v kap. 3.3 při popisu vývoje DPS používá slangové obraty jako „oživování desky“ nebo „vylitá zem“). Práce obsahuje zbytečně dlouhá a komplikovaná souvětí, která zhoršují srozumitelnost textu. Typografickým prohřeškem je také častý výskyt osamocených jednopísmenných předložek a spojek na koncích řádků.
Student prokázal silné praktické schopnosti při samotném návrhu a realizaci hardwaru i firmwaru monitorovacího zařízení. Výsledný prototyp je funkční a splňuje zadání. Prezentace inženýrské práce v textové podobě však vykazuje značné formální, strukturální i jazykové nedostatky, které celkovou úroveň práce srážejí.
Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení známkou B / velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. 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 C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 3.3 je na Obrázku 36 zobrazena komunikace se senzorem SHT31. Proč byla vybrána komunikace právě s tímto modulem? Proč ne se všemi moduly, nebo jen I2C protokol obecně?
  2. Ačkoliv v práci věnujete značnou pozornost teoretickému výběru bezdrátové platformy, detailnější popis samotné softwarové implementace v textu chybí. Mohl byste upřesnit, jakým způsobem byla komunikace přes Zigbee síť integrována do prostředí FreeRTOS?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová