Bachelor's Thesis

Temperature measurement system for the beverage industry

Final Thesis 5.84 MB Appendix 5.08 MB

Author of thesis: Matyáš Peroutík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Petyovský, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design, implementation, and testing of a distributed measurement system for collecting temperature data in the beverage industry, specifically in the brewing industry. The system architecture is based on a master-slave topology using the RS-485 industrial bus. The master unit is implemented using a Raspberry Pi 4 single-board computer. The distributed slave units use custom-designed hardware based on the Raspberry Pi Pico 2 development board with an RP2350 microcontroller. Temperature measurement is done by DS18B20 digital sensors. The firmware of the slave unit’s embedded system is implemented in C++, while the software component of the master unit is written in Python. The thesis also focuses on the reliability of communication between the units and the overall modularity of the proposed solution.

Keywords:

temperature measurement, distributed embedded system, serial communication, RS-485, Modbus RTU, Raspberry Pi

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval připravenou prezentaci a následně odpovídal na dvě dotazy položené oponentem závěrečné práce. V následující diskusi student obhajoval svou volbu snímače teploty. Jak byla zajištěna kalibrace senzorů v tancích? Komise se doptávala na fyzické umístění senzoru. Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Fialka, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Petyovský, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Pohl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Petyovský, Ph.D.

Zadání bakalářské práce studenta Matyáše Peroutíka bylo zadáním, o jehož realizaci měl student již od prvního setkání jasný zájem a přijal ho za své. Student se řešení práce od počátku aktivně věnoval a mým úkolem jako vedoucího bylo studenta pouze směřovat tak, aby jím stanovené cíle práce byly realisticky obtížné a v daném čase zvládnutelné.

Také v průběhu řešení práce zájem studenta o řešení tématu neochladl. Navržené připomínky z konzultací se vždy pokoušel zapracovat do řešení práce. Pracoval iniciativně a samostatně.

Úkolem studenta bylo provést rešerši principů a vlastností existujících distribuovaných systémů pro sběr a archivaci teplotních dat v potravinářském průmyslu. Na základě získaných znalostí specifikovat detailní parametry pro jím navrhovaný distribuovaný systém určený pro měření a archivaci teplotních dat z pivovarnické výroby. Dále navrhnout blokové schéma jeho vlastního distribuovaného měřicího systému a definovat požadavky na master a slave jednotky i ostatní dílčí komponenty (senzor teploty, displej, řídicí mikrokontroler pro slave jednotky a nadřazený jednodeskový počítač pro master jednotku, v neposlední řadě i jednotlivá komunikační rozhraní, tj. protokol Modbus na fyzické vrstvě RS-485).

Cílů práce bylo dosaženo, student hardware navržených slave jednotek zrealizoval a implementoval pro zvolený mikrokontroler řady Raspberry Pi Pico 2 potřebný firmware v jazyce C++. Celý systém včetně komunikace zprovoznil, ověřil jeho funkčnost a spolehlivost jako celku.

Jako vedoucí práce mohu zodpovědně konstatovat, že požadované cíle práce byly splněny. Výsledkem práce je realizovaný demonstrátor distribuovaného měřicího systému, firmware pro jednotlivé komponenty systému a ukázková vizualizační / ovládací aplikace pro master jednotku na jednodeskovém mikropočítači Raspberry Pi 4 implementovaná v jazyce Python pro Rasberry Pi OS. Předpokládám, že student bude chtít toto téma dále rozvíjet v rámci své budoucí diplomové práce.

Text práce je na akceptovatelné odborné i formální úrovni, a to včetně práce s literárními zdroji. Text práce některých podkapitol však mohl mít větší rozsah a být lépe rozčleněn, a to převážně v závěrečné části. Potvrzuji, že student věnoval řešení práce dostatek času, jednotlivé úkoly si vhodně rozvrhl a proto, se ani v závěru nedostal do časové tísně.

Dosažené výsledky i formální zpracování práce svědčí o bakalářských schopnostech studenta. Díky dosaženým výsledkům, úrovni zpracování textu i práci s literaturou lze na práci pohlížet jako na rozsáhlé bakalářské dílo. Předložené práci proto navrhuji hodnocení: Výborně – A. (95). Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Macho, Ph.D.

Cílem bakalářské práce pana Matyáše Peroutíka bylo navrhnout, realizovat a prakticky ověřit funkčnost distribuovaného systému pro měření a archivaci teplot v pivovarnických tancích.
Technická zpráva obsahuje cca 48 stran textu (kapitoly Úvod až Závěr) a je členěna do 8 kapitol včetně kapitol Úvod a Závěr. Dále obsahuje 6 stran samostatných příloh. Svým rozsahem práce odpovídá doporučenému počtu stran.
V kapitole 1 autor velmi stručně popisuje snímače teploty, možnosti realizace systémů pro sběr a archivaci dat z výrobních procesů a systémy pro řízení a sběr dat v pivovarnictví, které jsou dostupné na trhu.
Výhrady mám k uvedenému rozdělení snímačů teplot na odporové kovové, polovodičové (NTC a PTC) a digitální snímače. Autor míchá rozdělení snímačů podle fyzikálního principu s rozdělení podle výstupního rozhraní, které může být analogové nebo digitální.
V kapitole 2 pan Peroutík specifikuje požadavky na navrhovaný systém pro sběr a archivaci teplot v pivovarnictví. V podkapitole 2.4 uvádí, že změny teploty o desetinu stupně Celsia se pohybují v řádu hodin. Teplota má být měřena s rozlišením 1 stupeň Celsia. Na základě těchto úvah pak volí periodu vzorkování v řádu jednotek minut. Nedává mi smysl snímat a zaznamenávat teplotu s periodou v řádu jednotek minut, když se teplota během jednotek minut může změnit o hodnotu tisícin stupně Celsia (0.1/60 = 0,002), což je o 3 řády méně než předpokládaná rozlišovací schopnost zařízení na měření teploty.
Ve třetí kapitole je popsán hardwarový návrh měřícího a archivačního systému. Systém je koncipován jako distribuovaný s jednou jednotkou master založenou na jednodeskovém počítači Raspberry Pi 4 a několika jednotkami slave založenými na jednodeskovém počítači Raspberry Pi Pico 2. Koncipovat systém jako distribuovaný, volbu jednodeskových počítačů i implementaci sběrnice RS-485považuji za správné. Výhrady mám ke zbytečnému počtu revizí při vývoji jednotky slave popsaných na str.31 a 32. Kdyby se student nejprve zamyslel nad tím, jak bude indikovat stavy zařízení nebo stanovil spotřebu zařízení a hned zvolil spínaný zdroj místo lineárního stabilizátoru, mohl počet revizí znatelně snížit.
Čtvrtá kapitola je věnována implementaci komunikačního protokolu Modbus RTU, návrhu software zařízení master i slave, implementaci ukládání dat v jednotce master s využitím databázového systému MariaDB a uživatelskému rozhraní pro QLED displej připojený k jednotce master s využitím frameworku Qt6. Oceňuji velmi široký rozsah oblastí vývoje software, které musel student zvládnout, i originální způsob detekce a přidělování identifikátorů zařízením na sběrnici Modbus RTU inspirovaný DHCP protokolem v IP sítích.
Pátá kapitola obsahuje popis ověření komunikace mezi jednotkami a detekce a konfigurace slave jednotky.
V šesté kapitole pan Peroutík dokumentuje testování systému a ověření dlouhodobého funkčnosti systému v reálním pivovarnickém provozu. Snaha studenta ověřit odolnost realizovaného systému proti elektromagnetickému rušení považuji za chvályhodnou, ale testování s využitím vysílačky s FM modulací vysílající na nosném kmitočtu 145,350 MHz s výkonem 5 W nedává příliš velký smysl. Tento kmitočet je zhruba 1000 krát vyšší než kmitočet použité přenosové rychlosti 115 200 bitů za sekundu, což nemůže dávat relevantní výsledky. Toto nemám však studentovi za zlé, protože neměl k dispozici zkušebnu pro testování elektromagnetické kompatibility.
Práce je psána v logickém sledu a je na solidní grafické úrovni. Bohužel obsahuje překlepy a netechnické formulace. Např.: „chalaní“ místo chlazení (str. 17, 3. odstavec), „použitího“ místo použitého (str. 33, 2. odstavec) nebo „získání 32-bitové teploty“. Dále považuji za nevhodné do jedné podkapitoly umístit pouze blokové schéma a žádný text (podkapitola 3.3.1 na str. 25).
Pan Peroutík prokázal schopnost využívat odbornou literaturu. Převážná část práce je však vlastním dílem studenta.
Na závěr konstatuji, že předložená práce svědčí o výborných bakalářských schopnostech pana Matyáše Peroutíka. Přestože někdy nepostupoval přímočaře, dokázal navrhnout, realizovat a v reálném pivovarnickém provozu ověřit distribuovaný systém pro sběr a archivaci naměřených hodnot teplot. Rozsah a složitost prací spíše odpovídá diplomové práci než bakalářské práci. Jako oponent navrhuji hodnotit práci pana Matyáše Peroutíka známkou A/90 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Proč používáte pro sběr teplot periodu řádově jednotky minut nebo dokonce 30 s (viz. str. 55, 2 odstavec), když se teplota v tancích mění rychlostí 0,1 stupně Celsia a teplotu měříte s rozlišením 1 stupeň Celsia?
  2. Porovnával jste při testování v reálném pivovarnickém provozu naměřené hodnoty teplot získané vašim zařízením s údaji jiného měřicího systému?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová