Master's Thesis

Implementation of stage lighting using a prototype of LED tubes

Final Thesis 5.45 MB Appendix 6.42 MB

Author of thesis: Ing. Vilém Brouček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Marek Sikora, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis focuses on the design and construction of a set of wireless ARGB LED tubes. The thesis first analyzes the existing solution and discusses possible modifications and improvements. These include latency reduction, tube synchronization, implementation of signal-loss handling, support for dual-color effects, and the development of a mobile application.
As part of the thesis, new hardware and software were developed using STM32 microcontrollers and radio-frequency modules based on the Si4432 integrated circuit, addressing the specified requirements. The thesis also provides a detailed description of the device's individual components, including its operation and control. Further the design process of the printed circuit boards and the development of firmware for the microcontrollers are described. The thesis also covers the development of libraries for controlling RF modules and the creation of a mobile application for the Android operating system. The application serves as an alternative to DMX512-based control and enables device operation via Bluetooth.
The final part of the thesis describes the creation of MIDI-based lighting sequences and the practical testing of the complete system.

Keywords:

Android application development, ARGB LED, Bluetooth, DMX512, HC-05, LED strip, Si4432, SK6812, stage lighting, STM32, RF module, wireless lighting control

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Otázky oponenta: Jakým způsobem byste navrhl metodiku měření latence a synchronizace trubic, tedy zpoždění od změny DMX512 signálu až po změnu světelného výstupu na LED pásku, včetně vyhodnocení jitteru mezi jednotlivými trubicemi? V práci uvádíte použití RF komunikace v pásmu 433 MHz. Jak byste ověřil, že výsledné zařízení splňuje legislativní požadavky na vysílací výkon, šířku pásma a klíčovací poměr? Jaké úpravy by byly nutné, pokud by měření prokázalo překročení limitů? Při ztrátě RF paketu trubice zhasne a čeká na další datový paket. Jak byste navrhl pokročilejší mechanismus resynchronizace, aby se trubice po krátkém výpadku znovu zapojila do efektu bez viditelného probliknutí nebo fázového posunu? Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (MPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDM-ZVUK)

Composition of Committee

prof. Ing. Kamil Říha, Ph.D. (předseda)
MgA. Michal Indrák, Ph.D. (místopředseda)
MgA. et Mgr. Ondřej Jirásek, Ph.D. (člen)
Ing. Šimon Skvaril (člen)
Mgr. Tomáš Staudek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Marek Sikora, Ph.D.

Student ve své diplomové práci vytvořil prototyp šesti bezdrátových LED trubic ovládaných skrze protokol DMX a mobilní aplikaci. Práce navazuje na jinou diplomovou práci z dřívějších let, ale značným způsobem ji přepracovává, rozšiřuje a teprve v této práci jsou výsledkem plně funkční trubice dle zadání vedoucího. Výsledek práce je mimořádně konkurenceschopný produkt využitelný pro osvětlování živých koncertů, scén při natáčení videoklipů, či jiných eventů. Díky podpoře DMX protokolu lze trubice ovládat standardizovaným způsobem ve světě světelné techniky. Trubice byly vyvíjeny ve spolupráci s rockovou skupinou a byly testovány na několika koncertech. Trubice zvládly překonat všechny nástrahy produkčního prostředí, jako je rušení, dosah, synchronizace, automatizace skrze DMX a budou nadále využívány jako součást světelné techniky skupiny.
Student splnil všechny stanovené cíle a prokázal schopnost řešit složité inženýrské problémy napříč hardwarem i softwarem. Student pravidelně konzultoval a účastnil se i koncertů spolupracující kapely. Po formální stránce práce neobsahuje žádné závažné nedostatky. Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Student se v diplomové práci zabývá realizací scénického osvětlení pomocí bezdrátově ovládaných LED trubic. Práce navazuje na předchozí prototyp, který byl výrazně přepracován a rozšířen. Výsledkem je funkční systém s vysílačem, ovládáním přes DMX512, mobilní aplikací a připravenými MIDI stopami.

Za hlavní přínos práce považuji rozsáhlou praktickou realizaci a schopnost autora identifikovat zásadní nedostatky původního řešení, zejména latenci, problémy se synchronizací, omezení RF modulů HC-12 a blokující části programu. Přechod na platformu STM32, přímé řízení RF modulu Si4432 přes SPI, využití DMA pro řízení LED pásků a návrh vlastního komunikačního protokolu představují technický posun. Pozitivně hodnotím také reálné ověření systému při použití na koncertech.

K práci mám však několik výhrad. Především chybí podrobnější kvantitativní ověření výsledků. Práce by měla obsahovat měření latence, jitteru mezi trubicemi, ztrátovosti paketů, dosahu, výdrže akumulátoru, proudového odběru a RF parametrů. Řada závěrů je založena spíše na praktickém pozorování než na přesné měřicí metodice.

Za slabší konstrukční stránku považuji použití vývojových desek Blue Pill a dalších hotových modulů osazených do patic. Pokud již byly navrhovány nové DPS, bylo by vhodnější integrovat mikrokontrolér, RF část, Bluetooth i napájecí obvody přímo na vlastní desku. Řešení by bylo mechanicky spolehlivější, čistší, lépe opakovatelné a bližší finálnímu výrobku. Po formální stránce je práce přehledná a logicky členěná. Experimentální část je vzhledem k rozsahu realizace poměrně stručná.

Zadání považuji za splněné. Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem byste navrhl metodiku měření latence a synchronizace trubic, tedy zpoždění od změny DMX512 signálu až po změnu světelného výstupu na LED pásku, včetně vyhodnocení jitteru mezi jednotlivými trubicemi?
  2. V práci uvádíte použití RF komunikace v pásmu 433 MHz. Jak byste ověřil, že výsledné zařízení splňuje legislativní požadavky na vysílací výkon, šířku pásma a klíčovací poměr? Jaké úpravy by byly nutné, pokud by měření prokázalo překročení limitů?
  3. Při ztrátě RF paketu trubice zhasne a čeká na další datový paket. Jak byste navrhl pokročilejší mechanismus resynchronizace, aby se trubice po krátkém výpadku znovu zapojila do efektu bez viditelného probliknutí nebo fázového posunu?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová