Bachelor's Thesis

Lighting control design for city model

Final Thesis 3.81 MB Appendix 7.19 MB

Author of thesis: Jakub Sládeček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Škoda, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Motyčka, Ph.D.

Abstract:

The thesis deals with the selection and following realization of a suitable design for comprehensive lighting control of a LEGO model using a microcontroller. Emphasis is placed on controlling and dimming individual lights and groups of lights. First, the basic control options are distinguished, from which a system using the DMX512 interface is selected. Attention is focused on the design of electronic ballasts used to control lights according to the instructions of the ESP32 microcontroller.

Keywords:

Lighting control, ESP32 microcontroller, DMX512 standard, electronic ballast, step-down converter, change in colour temperature.

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své závěrečné práce. Dr. Škoda představil komisi posudek vedoucího a požádal studenta o zodpovězení otázek. Dr. Motyčka představil posudek oponenta a požádal studenta o zodpovězení otázky, student správně odpověděl. Rozpravu otevřela doc. Orságová s dotazem na praktické využití řídícího systému, student vysvětlil možnosti využití.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (předseda)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ilona Lázničková, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Škoda, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Valíček, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Jan Škoda, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem, realizací a testováním modulárního systému dynamického řízení osvětlení pro reálný model města z LEGO kostek. Student v rámci řešení odvedl mimořádný objem vysoce kvalitní práce, která v sobě kombinuje komplexní hardwarový vývoj i softwarové inženýrství. Všechny body zadání byly beze zbytku a velmi precizně splněny.
Po hardwarové stránce student navrhl vlastní elektronické předřadníky se snižujícími měniči s LC filtrem v programu KiCAD, nechal vyrobit dvouvrstvé desky plošných spojů a celkem 15 kusů těchto modulů ručně osadil, oživil a otestoval. Pro centrální řízení zvolil vhodnější mikrokontrolér ESP32 namísto původně uvažovaného Arduina, což mu umožnilo vytvořit asynchronní webový server a bezdrátové uživatelské rozhraní. Oceňuji také implementaci průmyslového standardu DMX512 pro komunikaci, nasazení DIP přepínačů pro adresaci a realizaci mechanického ovládání pomocí kovových tlačítek. Celý systém byl následně úspěšně integrován do dřevěné podstavy modelu včetně kompletní kabeláže.
Po softwarové stránce student úspěšně odladil program pro koncové čipy řady tinyAVR 1-series i řídicí ESP32, přičemž implementoval digitální filtr pro vizuálně plynulé změny jasu a systém přednastavených scén. Funkčnost celé soustavy následně exaktně ověřil spektrální analýzou (měření teploty chromatičnosti a indexu CRI), analýzou rozložení jasu programem LumiDISP a měřením proudových odběrů a úbytků napětí.
Spolupráce se studentem byla po celou dobu na výborné úrovni. Na konzultace chodil vždy připraven, vykazoval vysokou míru samostatnosti a projevoval aktivní snahu konstruktivně řešit vzniklé technické výzvy. Textová část práce je logicky strukturovaná, má vynikající grafickou úroveň a je psána téměř bez pravopisných či stylistických chyb. Jedinou drobnou formální výtkou je nekonzistence v dokumentaci, kdy je v textu detailně popisován mikročip ATtiny816, avšak v přiloženém schématu je uveden typ ATtiny416. Výsledný systém je plně funkční a splňuje veškeré požadavky zadání. Navrhuji hodnocení známkou A (výborně) s bodovým ziskem 98 bodů a doporučuji práci k obhajobě u SZZ.

Otázky k obhajobě:
1) V textu práce popisujete mikrokontrolér ATtiny816, ale v zapojení schématu figuruje typ ATtiny416. Můžete vysvětlit tento rozdíl a upřesnit, který z těchto čipů byl reálně na desky plošných spojů osazen?

2) V závěru zmiňujete možnost budoucího nasazení protokolu RDM pro vzdálenou správu. Jaké softwarové a hardwarové úpravy by si implementace RDM vyžádala na straně stávajících předřadníků? Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Motyčka, Ph.D.

Student Jakub Sládeček ve své bakalářské práci měl za úkol navrhnout a zrealizovat nový systém osvětlení včetně komplexního řízení pro model města z LEGO stavebních dílů. Student v tomto ohledu navrhnul zcela funkční řešení využívající komunikačního protokolu DMX512 a to pomocí mikrokontrolerů ESP32 a ATtiny816. V teoretické části student popisuje jednotlivé možnosti řízení osvětlení a zdůvodňuje volbu rozhraní DMX512. Návrhová část práce popisuje návrh schémat zapojení a desek plošných spojů a následnou realizaci a programování celého systému. Pozitivně hodnotím zejména vlastní návrh a výrobu elektronických předřadníků, které bylo pravděpodobně časově náročné, a to zejména při osazování součástek v tomto počtu. Kladně hodnotím i drobnosti v návrhu, které počítají i s potenciálními poruchami jako je například přerušení vodičů. V poslední části práce student popisuje implementaci LED osvětlení a jeho řízení do modelu města, jeho testování, laboratorní měření spekter jednotlivých zdrojů, rozložení jasu na vozovce a budovách a průběhu odebíraného proudu elektronickými předřadníky.  Z hlediska řízení student naprogramoval webové rozhraní, kde může uživatel měnit intenzitu osvětlení a náhradní teplotu chromatičnosti na úrovni jednotlivých budov a pro pouliční osvětlení. Práce je po odborné stránce na velice dobré úrovni. Kapitoly na sebe dobře navazují a velice kladně hodnotím i grafické zpracování, a to zejména u vývojových diagramů a schémat zapojení. Po stránce gramatické a stylistické neobsahuje práce téměř žádné chyby. Osobně mám výtku pouze k citování komunikace s generativní AI, která za mě není nutná a bylo by vhodnější uvést zdroje, ze kterých AI skutečně čerpala. Závěrem práci hodnotím velmi kladně celkem 95 body – stupněm A. Topics for thesis defence:
  1. Uvažoval jste při rešerši výběru řízení i použití LED čipů s integrovanými digitálními kontroléry jako je například sk6812 rgbww, které lze řídit rovnou z ESP32 bez nutnosti elektronického předřadníku? Jaké jsou výhody a nevýhody tohoto řešení?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová