Bachelor's Thesis

Power distribution board for the Mars rover model

Final Thesis 17.05 MB Appendix 9.28 MB

Author of thesis: Michael Klamár

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Stanislav Svědiroh

Reviewer: Ing. Albert Mlčoch

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the design, installation, and functional verification of a power supply on a printed circuit board (PCB) intended for the Mars Rover robotic platform. The thesis describes the architecture for distributing electrical energy from a battery source to multiple regulated voltage branches. These branches are controlled by switching circuits on the high-voltage side. The design includes the implementation of voltage, current, and temperature monitoring using INA238 integrated circuits, includ-
ing calibration of current measurement and branch diagnostics. In addition, the thesis deals with the implementation of overcurrent protection mechanisms, fault-condition processing, and system control via the UART communication interface. The practical part includes the assembly of the printed circuit board, development of firmware, and experimental testing of mechanisms and diagnostic functions.

Keywords:

power management system, printed circuit board, Mars Rover, power distribution, high-side switching, DC/DC converter, embedded system, current monitoring, INA238, LT1910, overcurrent protection, UART communication interface, robotics

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy oponenta. Dále zodpověděl dotazy týkající se způsobu zpracování bloků a jeho klidové spotřeby.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc. (předseda)
prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Čala, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D. (člen)
Ing. Adam Chromý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Jirgl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Stanislav Svědiroh

Student se tématu zhostil zodpovědně a organizovaně. O tom vypovídá i samotný text práce, který je logicky členěn a čtenáře postupně provádí od teoretických základů přes analýzu stávajícího návrhu desky, kontrolu hodnot pasivních součástek a samotné osazení až po návrh řídicího firmwaru a závěrečné ověření funkčnosti.
 
Teoretická část je spíše stručnější a svým rozsahem odpovídá nezbytnému úvodu do problematiky; její úroveň však považuji za dostačující vzhledem k jednoznačně praktickému zaměření práce.

Za nejsilnější stránku práce považuji to, že se student neomezil na pouhé osazení a oživení stávajícího návrhu. Při kontrole schématu a desky odhalil několik konkrétních
konstrukčních nedostatků původní verze - chybějící propoje, nevhodně zapojené ochranné diody i provoz pomocného měniče MAX17541 na samé hranici jeho vstupního napětí - a navrhl
jejich nápravu včetně doplnění aktivní přepěťové ochrany vstupu. Revidovanou verzi desky následně nechal vyrobit, osadil a oživil. Tím v principu prošel celým návrhovým cyklem, což
u bakalářské práce hodnotím velmi pozitivně.

Oceňuji rovněž, že kontrola hodnot pasivních součástek i závěrečné ověření jsou na rozdíl od pouhého konstatování funkčnosti podloženy konkrétními výpočty a měřeními. Student
doložil přesnost měření proudu vůči referenční elektronické zátěži (s maximální odchylkou okolo 1,1 %), charakteristiku nadproudové ochrany, shodu měřených napětí s multimetrem i
chování systému v definovaných chybových a poruchových stavech. Právě tato úroveň kvantitativního vyhodnocení dává výsledné práci potřebnou důvěryhodnost.

Řídicí firmware je navržen modulárně, se srozumitelným stavovým automatem napájecích větví, textovým komunikačním protokolem po UART, softwarovou nadproudovou ochranou a mechanismem automatické obnovy. Implementace působí promyšleně a je dobře dokumentovaná ukázkami kódu i diagnostickými výpisy.

Student v průběhu semestru pravidelně a aktivně konzultoval stav hardwaru i firmwaru a postupoval samostatně a iniciativně. Svým rozsahem se práce řadí spíše k nadprůměrně rozsáhlým bakalářským pracím a její literatura i formální úroveň jsou v pořádku.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení 90 bodů, tedy stupněm A. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Albert Mlčoch

Bakalářská práce pana Klamára se zabývá analýzou existující napájecí desky plošného spoje (DPS) pro mobilního robota a následným návrhem modifikací a ověřením funkce DPS.

V úvodu práce student popsal koncept napájecích desek u mobilních robotů. Dále popsal existující napájecí desku a podrobně rozepsal její funkcionalitu. Opakovaně však uvádí, že hlavní vstupní konektor na napětí 42 V je jediným vstupním bodem energie do rozvodné desky, což je v rozporu se schématem. Dle přiložené fotodokumentace je každá větev napájená z vlastního měniče mimo DPS. Měniče mohou být napájené z větve 42 V na DPS. Tato skutečnost ale není z práce patrná a lze ji dedukovat pouze z fotografií experimentu.

V kapitole 3 student provádí kontrolu hodnot použitých součástek, zejména rezistorů využitých v děličích a bočnících. Počítá výkonové ztráty součástek a maximální proudy bočníků. Výsledky však nesrovnává s parametry reálných součástek. Čtenář se tak v kapitole nedozví limity součástek, pouze že je ztrátový výkon na rezistorech "minimální", "výrazně nižší", nebo "zanedbatelný oproti jmenovitému" a podobně. Student by se měl vyjadřovat přesněji a číselně srovnávat své výpočty s daty výrobce. Provozní teploty a ohřev součástek není řešen vůbec. Přesnost měření není řešena. Student píše, že součástky použité na DPS jsou v souladu s požadavky systému, požadavky ovšem nijak nespecifikuje. Celá kapitola by se dle mě dala shrnout na jednu přehlednou tabulku, která by mohla obsahovat více dat, než celá kapitola 3.
Na začátku kapitoly student tvrdí, že provede kontrolu RC časování ochranného obvodu. V průběhu kapitoly ale píše o nabíjení kondenzátoru konstantním proudem, což tvrdí i dokumentace obvodu.

Kapitola 4 se zabývá osazením DPS a opravami chyb. Následně osazením modifikovaného DPS.

K dodanému firmwaru mám několik výhrad. Hlavní smyčka programu se vykoná jednou za více jak 500 ms. SW ochrana nadproudu má tedy značné zpoždění. Vhodnější by bylo využít přerušení, nebo alespoň podstatně zkrátit dobu čekání.
Student by mohl kód lépe komentovat. Popis kódu v textu práce se vyznačuje neustálým opakováním stejných informací a informací z předchozích kapitol, což text značně prodlužuje.

Poslední kapitola se zabývá funkční zkouškou upraveného DPS. Na větvi U2 (42 V) se nepodařilo zprovoznit měření napětí. Krom této chyby je DPS považován autorem práce za funkční. 

Student splnil všech pět bodů zadání.

Práce je psaná ve Slovenštině. Po formální stránce je práce poměrně úhledně napsaná. Student se nicméně dopouští drobných chyb, například zkratka DPS je v práci opakovaně definována na několika místech (úvod, kapitoly 1 a 2). Sejné informace se opakují napříč různými kapitolami i několikrát v rámci jedné kapitoly. Dále lze vytknout formát odstavců. Např. v kapitolách 2.1, 2.2 a 2.2.1 jsou odstavce odděleny někdy prázdným řádkem, někdy pouze zalomením a místy je prázdný řádek vložen nahodile v průběhu jedné věty.

Přes tyto výtky doporučuji práci k obhajobě. Výsledná C 70 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Co znamená, že vámi zkoumaný dělič "je elektricky bezpečný"? (strana 42)
  2. Objasněte, jak funguje větvení za blokem "State ACTIVE" v diagramu 5.5 (strana 65).
  3. Jaké jsou minimální a maximální odpínací doby v případě nadproudu? Měřil jste je? (Hardwarové i softwarové)
Points proposed by reviewer: 70

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová