Master's Thesis

Electronic firing block system for handguns

Final Thesis 2.86 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Jančí

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Kamil Jaššo, Ph.D.

Reviewer: Ing. Veronika Junasová

Abstract:

This master's thesis focuses on the design and implementation of an electronic biometric security system for handguns, a so-called "Smart Gun", aimed at preventing unauthorized use. Based on an analysis of legislation and firearm construction, a prototype control unit using the ESP32-S3 microcontroller and a capacitive fingerprint sensor for user identification was designed and constructed. The main outcome is a functional electromechanical mechanism that employs a servomotor and a spacer to physically block trigger movement, preventing firing even with a round in the chamber. The proposed solution emphasizes high energy efficiency in Deep-sleep mode and user-friendliness while maintaining maximum system reliability.

Keywords:

Firearm, weapon security, biometric authorization, ESP32, fingerprint sensor, trigger blocking, Firearms Act, Smart Gun.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své diplomové práce. Zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl otázky komise: Vysvětlete kopírování v práci. Jak je to s odolností vůči vlhku, reziduum po výstřelu? Jak jste vyřešil bezpečnost? Úmyslnou deaktivaci. Jaká je váha celého systému? Jaký typ baterie jste použil? Máte to na otisk prstu. Když bude odblokovaná, tak ji stále někdo může odcizit.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics (MPC-MEL)

Composition of Committee

doc. Ing. František Urban, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Juraj Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Levek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Ludvík (člen)
doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Kamil Jaššo, Ph.D.

Predložená DP sa zaoberá návrhom a realizáciou elektronického biometrického systému zabezpečenia ručnej palnej zbrane. Cieľom práce bolo navrhnúť, implementovať a experimentálne overiť funkčný systém, ktorý zabraňuje neoprávnenému použitiu zbrane prostredníctvom biometrickej autorizácie.

Predložená DP má logickú štruktúru a pokrýva všetky dôležité oblasti riešenej problematiky. Počas riešenia práce študent postupoval logicky - od analýzy problému, cez návrh hardvéru a softvéru, až po praktickú realizáciu, testovanie a vyhodnotenie vlastností navrhnutého systému. Študent preukázal schopnosť integrovať rôzne technológie (embedded systémy, biometrický zápis, návrh DPS a napájacieho obvodu aj mechanické riešenie) do jedného funkčného celku.

Počas riešenia diplomovej práce študent pracoval prevažne samostatne a konzultácie využíval cielene podľa potreby. K riešeniu pristupoval aktívne, systematicky a iniciatívne. Z predloženej práce je zrejmé, že študent disponuje veľmi dobrými technickými, programátorskými aj konštrukčnými znalosťami a dokáže ich efektívne aplikovať pri riešení komplexných inžinierskych úloh. Diplomovú prácu preto odporúčam k obhajobe a hodnotím 92b/A. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Veronika Junasová

Student se v předložené práci věnuje návrhu a realizaci elektronického systému blokace střelby ruční palné zbraně. Textová část práce je věnována rešerši palných zbraní a legislativy, návrhu konstrukčního, elektrického řešení, DPS, firmware-u a testování. Po jazykové stránce je práce psaná čtivě a spisovně se zanedbatelným množstvím překlepů. Věty na sebe logicky navazují a studentovo vyjadřování je na slušné úrovni. Malým nedostatkem je mísení vět v pasivu a v první osobě.
Po formální stránce je zde více nedostatků, a to v umístnění obrázků, uvádění výpočtů, bodových výčtech, množství prázdných řádků, náhodném začínání podkapitol na nových stranách, nesprávném číslování citací.
Citace neodpovídají úrovni závěrečné práce magisterského studenta. V textu rešerše je využito jenom 7 zdrojů, přičemž dva ([6], [7]) jsou odkazy na rozcestníky, bez citovaných informací – zbytek citací jsou převzaté obrázky. Text v podkapitolách 1.2, 1.3, 1.4, 2.1.2 je téměř výlučně překopírován od slova do slova z tohoto zdroje i včetně rozdělení a názvů kapitol, přičemž nejsou správně citovány zdroje. (Pro upřesnění – text v kapitolách 1.3, 1.4 je celý přebrán ze zdroje [3] (student nesprávně uvádí zdroj [4]), v kapitole 1.2 ze zdroje [4] a 2.1.2 ze zdroje [5] s nesprávně uvedeným zdrojem [7].) Celkově se jedná o 13 stran zkopírovaného textu. Pro zbylé části kapitoly 2 se student odkazuje na zdroje [6] a [7], přičemž by měl správně uvést jenom zdroj [5], který necituje vůbec. Zdroje [5], [8], [9] ze seznamu literatury nejsou citovány nikde v textu. Ve zkratce: 13 stran textu je zkopírován a veškerý text je špatně či prakticky vůbec citován.
Odborná práce sestává ze dvou částí – konstrukčním návrhu mechaniky a elektrické části. Konstrukční stránka je zde popsána jenom na dvou stranách bez bližší diskuse a reálné ukázce blokace. Jsou zde jen 3D modely, ze kterých není jasné, jak má systém fungovat. Taky v testování postrádám obrázky ukázky fungujícího mechanismu.
Po elektrické stránce je práce velice jednoduchá, zvláště na diplomovou práci, a student si ji ještě více ulehčuje použitím nejjednodušších možných řešení, které nemusí být nutně nejvhodnější – příkladem je volba servomotoru SG90 a mikrokontroléru ESP32. V návrhu elektrické části chybí jakékoliv informace ke snímači otisku prstů a jeho nárokům, důvod k výběru MCU je odůvodněná jen výpočetním výkonem a přítomnosti bezdrátových modulů, chybí popis požadavků na servomotor. Chybí teoretický odhad přibližné spotřeby, aby byla vybrána vhodná kapacita, a úvaha o kontrole zahřívání baterie či nabíječky při nabíjení. Student uvádí, že napájení servomotoru je navrhnuto precizně a používá hodnoty rezistorů 976k a 309k, jejichž použití je zbytečné. V práci chybí přílohy – především zde není celé schéma. Dále k práci nejsou přiložené elektronické přílohy se schématem, DPS či programem.
V kapitole testování je výpočet výdrže baterie špatně, není jasné, jak je uvnitř spravená konstrukce, upevnění elektro-mechanických částí a jak funguje zamykací mechanismus. Na obrázcích je vidět jenom jiná barva LED, není zde žádné měření. Hodilo by se ukázat graf napětí na zdrojích, o kterých student tvrdí, že jsou kritické a otestovat alespoň zrychleně výdrž baterie, ne ji jenom provizorně spočítat. Student tvrdí, že zařízení zcela funguje ale tohle z testování není možné poznat jako oponent můžu spoléhat jenom na slovo studenta.
Odevzdaná diplomová práce je náročností spíše na úrovni bakalářské práce s vážnými problémy v rešerši. Student z většiny zadání splnil a předložil prototyp zařízení. Pokud student na obhajobě prokáže funkčnost zamykacího mechanismu a konstrukci doporučuji zlepšit stupeň známky na C. Prozatím však vzhledem na uvedené nedostatky, zejména po technické stránce, v citování a rešerši, práci hodnotím stupněm D – 68 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Proč je nutné, aby napájení servomotoru bylo přesné? Kolik je rozsah napájení dle katalogového listu? Stačilo by použít rezistory z řady E12?
  2. Popište, jak by probíhal teoretický výpočet odhadu potřebné kapacity baterie. Dále vysvětlete proces měření spotřeby, výpočet výdrže použité baterie a definujte frekvenci používání zařízení (na str. 38 píšete 20krát za měsíc, na str. 59 20krát za týden). Jakou jednotku má výpočet 7.3 – jedná se o správný výpočet doby života?
  3. Ukažte obrázek zapojení tlačítek SW1, SW2 a SW3 a popište jejich základní GPIO nastavení ve firmware-u (vstup, výstup, pull-up, pull-down, open drain, analog, digital, atd.).
  4. Je přítomna nějaká indikace stavu nabití baterie?
  5. Proč jste zvolil servomotor SG90? Popište, jaké parametry servomotoru byli z Vašeho pohledu kritické při jeho výběru. Dále popište požadavky na životnost, spolehlivost, cenu. Zhodnoťte, zda vybraný servomotor je vhodný pro vaši aplikaci.
Points proposed by reviewer: 68

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová