Bachelor's Thesis

BLE modules comparison and design of PCB and education scenario.

Final Thesis 33.08 MB Appendix 6.96 MB

Author of thesis: Bc. Vojtěch Šťastný

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Radim Dvořák

Reviewer: Ing. Dinh Thao Le

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the comparison of selected Bluetooth Low Energy modules and the verification of their functionality and communication parameters. The theoretical part summarizes the principles of the Internet of Things, wireless communication technologies, and the architecture of Bluetooth Low Energy. The practical part includes testing and comparison of selected BLE modules, including communication with the modules via a serial interface and measurements of power consumption in various operating modes. Based on the obtained results, a module suitable for an educational scenario is selected. Subsequently, an extension module for an existing educational kit is designed and implemented, including schematic design, printed circuit board design, component assembly, and testing of the completed module. The thesis also includes the development of a laboratory exercise aimed at the practical demonstration of the fundamental principles of Bluetooth Low Energy technology using the educational kit and the developed module.

Keywords:

Bluetooth Low Energy, BLE, wireless communication, IoT, nRF Connect, power consumption, AT

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) V obrázku 4.2 je vztah mezi paketem Advertisement a Scan Request vizuálně nejednoznačný. Objasněte přesnou sekvenci vyměňovaných paketů během tohoto procesu. 2) Popište fázi Advertising v technologii BLE. Vysvětlete pojmy Advertising Event a Advertising Interval. Jak nastavení Advertising Intervalu ovlivňuje spotřebu energie, rychlost objevení zařízení a zahlcení sítě? 3) V tabulce 5.1 uvádíte, že modul Microchip RNBD350 je řízen přes ASCII příkazy bez vlastního firmwaru. Upřesněte toto tvrzení. Jaké jsou výhody a nevýhody tohoto přístupu v kontextu výběru mezi hodnocenými dvěma moduly?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Telecommunication and Information Systems (BPC-TLI)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Münster, Ph.D. (předseda)
Ing. Radim Číž, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Michal Skořepa, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Vrána, Ph.D. (člen)
Ing. Anna Kubánková, Ph.D. (člen)
Ing. Ľubomír Mráz (člen)
Ing. David Leitgeb (člen)

Supervisor’s report
Ing. Radim Dvořák

Pan student Šťastný vypracoval bakalářskou práci na téma „Srovnání vybraných modulů BLE a návrh vzdělávacího přípravku“.
V teoretické části práce řeší student bezdrátové technologie internetu věcí se zaměřením na technologii Bluetooth Low Energy (BLE), které je věnována samostatná kapitola. V praktické části poté student řeší srovnání dvou modulů této technologie, RayTac MDBT42TV a Microchip RNBD350, a návrh laboratorní úlohy pro předmět BPC-IoT.
Po formální stránce je práce na dobré úrovni, práce je přehledně členěna do na sebe navazujících kapitol a občasně se vyskytují drobné typografické chyby. Po jazykové stránce práce občasně obsahuje netechnické výrazivo a spojky (např. zařízení umí, takže apod.). Z hlediska práce s literaturou je práce na dobré úrovní. Práce obsahuje 27 citací, kdy většina odkazuje na odbornou literaturu, či technické specifikace, a jsou v textu řádně citovány. Drobnou výtku mám k číslování citací, kdy první citace v textu je označena jako citace [8]. Z hlediska faktičnosti je práce na taktéž dobré úrovni s minimálním počtem chyb.
Kvalita praktické části je na výborné úrovni. Student otestoval a srovnal jemu dostupné BLE moduly na základě několika kritérií a po výběru modulu RNBD350 navrhl a sestrojil desku plošných spojů (DPS), navrženou pro osazení do patice M.2 existujícího přípravku pro výuku. Kvituji, že při návrhu DPS student myslel nejen na kompatibilitu s vývojovou deskou, ale také na možnost samostatné aplikace pro rychlé testování a prototypování, a finální DPS tedy obsahuje USB konektor s převodníkem USB-UART. DPS lze tedy použít mimo výukový přípravek jako samostatné zařízení. Student dále navrhl laboratorní úlohu, která demonstruje funkcionalitu klíčových částí technologie BLE, včetně metody Advertisement, GATT, Transparentní UART apod. Součástí laboratorní úlohy je taktéž teoretický úvod, který studenta seznámí s funkcionalitou technologie BLE a základními pojmy. Pro účely laboratorní úlohy student vytvořil několik skriptů v jazyce MicroPython pro mikrokontrolér RP2040 osazený na laboratorním přípravku. Laboratorní úlohu jsem měl možnost si osobně vyzkoušet a dle mého názoru se jedná o povedené dílo vhodné k zařazení do výuky bez větších úprav.
O vývoji práce jsem byl v průběhu semestru řádně informován, primární komunikace probíhala online a v případě nutnosti student docházel na konzultace osobně.
Na základě výše uvedených skutečností hodnotím práci studenta stupněm A (90b.) a doporučuji práci k obhajobě. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Dinh Thao Le

Bakalářská práce studenta Vojtěcha Šťastného se zaměřuje na integraci technologie Bluetooth Low Energy (BLE) do výukového přípravku BPC-IOT. Student vyhodnotil dva BLE moduly, navrhl vlastní desku plošných spojů (DPS) a vytvořil návod k laboratorní úloze pro výuku základů technologie BLE.
Praktická realizace hardwarové části je zdařilá. Student navrhl funkční rozšiřující desku formátu M.2, která integruje BLE modul Microchip RNBD350 spolu s teplotním senzorem TCN75A na sběrnici I2C. Dále lze konstatovat, že přiložený laboratorní návod je kvalitně zpracován.
Samotný text práce však obsahuje několik technických a metodických nepřesností. Sekvenční diagram na obrázku 4.2, který znázorňuje navazování spojení mezi zařízeními typu Central a Peripheral, je v rozporu s doprovodným popisem. Metodika použitá pro vyhodnocení spotřeby elektrické energie je navíc zavádějící. Prezentováním silně zprůměrovaného proudu pro stav Advertising student slučuje špičkové odběry při vysílání s dobou nečinnosti, čímž de facto zastírá skutečný aktivní odběr rádiového modulu a opomíjí kritický dopad Advertising Intervalu.
Po formální stránce práce splňuje přijatelný standard, ačkoli obsahuje drobné typografické a strukturální nedostatky. Konkrétně některé zkratky nejsou při prvním použití definovány nebo jsou zavedeny nesprávně (uvedení zkratky před jejím plným zněním) a číselné hodnoty jsou místy odděleny od svých jednotek nevhodným zalomením řádku.
Na základě výše uvedeného hodnocení doporučuji práci k obhajobě s navrhovanou známkou A/90 bodů. Topics for thesis defence:
  1. V obrázku 4.2 je vztah mezi paketem Advertisement a Scan Request vizuálně nejednoznačný. Objasněte přesnou sekvenci vyměňovaných paketů během tohoto procesu.
  2. Popište fázi Advertising v technologii BLE. Vysvětlete pojmy Advertising Event a Advertising Interval. Jak nastavení Advertising Intervalu ovlivňuje spotřebu energie, rychlost objevení zařízení a zahlcení sítě?
  3. V tabulce 5.1 uvádíte, že modul Microchip RNBD350 je řízen přes ASCII příkazy bez vlastního firmwaru. Upřesněte toto tvrzení. Jaké jsou výhody a nevýhody tohoto přístupu v kontextu výběru mezi hodnocenými dvěma moduly?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová