Projekt: Besucherzähler mittels Bluetooth MAC Adressen und MQTT

Ziel

Entwicklung eines Systems zur Schätzung der Anzahl der Besucher in einem Raum oder Gebäude, basierend auf den Bluetooth MAC-Adressen der Geräte in der Nähe. Der Besucherzähler soll mit einem ESP32 realisiert werden und die gezählten Besucherzahlen in Echtzeit über MQTT an ein zentrales System übertragen.

Beschreibung

Das Projekt nutzt die Fähigkeit des ESP32, als Bluetooth-Empfänger zu agieren. Der ESP32 scannt regelmäßig nach Bluetooth-Geräten in der Nähe und extrahiert deren MAC-Adressen. Jedes Mal, wenn ein Gerät erkannt wird, wird es als ein Besucher gezählt. Diese Informationen werden dann über MQTT an ein zentrales System übertragen.

Hardware:

• ESP32 als Hauptcontroller.
• MQTT-Broker (z. B. Mosquitto, HiveMQ) zur Kommunikation.
• Power Supply für den ESP32 (z. B. USB-Stromversorgung oder Batterie).

Software:

• ESP32 mit Bluetooth Low Energy (BLE) zur MAC-Adressen-Erkennung.
• MQTT-Broker für die Datenkommunikation.
• Zentrale Anwendung zur Visualisierung der Daten, z. B. ein Dashboard mit Grafana oder eine einfache Webinterface-Anwendung.
• Arduino IDE oder ESP-IDF für die Programmierung des ESP32.

Projektphasen

Phase 1: Planung und Vorbereitung

• Ziele:
  • Festlegung der Anforderungen und der Architektur des Systems.
  • Auswahl des Kommunikationsprotokolls (MQTT) und des verwendeten MQTT-Brokers.
• Aufgaben:
  1. Festlegung des Einsatzbereichs (z. B. ein Raum, ein Gebäude).
  2. Festlegung des gewünschten Zählmechanismus:
     • Bluetooth MAC-Adresse scannen: Erfassung der MAC-Adressen von Geräten in der Nähe.
     • Doppelte MAC-Adressen vermeiden: Sicherstellen, dass dieselbe MAC-Adresse nicht mehrfach gezählt wird (z. B. durch Caching und Timeout-Mechanismus).
  3. Festlegung des MQTT-Servers:
     • Auswahl eines lokalen MQTT-Servers (z. B. Mosquitto) oder eines Cloud-basierten MQTT-Dienstes.

Phase 2: Hardwareaufbau und Bluetooth-Scanning

• Ziele:
  • Aufbau der Hardware und Konfiguration des Bluetooth-Scanning-Systems auf dem ESP32.
• Aufgaben:
  1. ESP32 vorbereiten:
     • Konfiguration des ESP32 für den Bluetooth Low Energy (BLE)-Scan-Modus.
     • Initialisierung des Bluetooth-Moduls auf dem ESP32 zur Suche nach Geräten.
  2. MAC-Adressen sammeln:
     • Programmierung des ESP32, um nach Bluetooth-Geräten in der Nähe zu scannen.
     • Extrahieren und Speichern der MAC-Adressen der gefundenen Geräte.
  3. Datenübertragung:
     • Testen der Kommunikation mit einem MQTT-Broker, um MAC-Adressen und Besucherzahlen zu senden.

Phase 3: Softwareentwicklung und Besucherzählung

• Ziele:
  • Entwicklung der Logik zur Besucherzählung und Übertragung der Daten.
• Aufgaben:
  1. Zählmechanismus:
     • Bei jeder gefundenen MAC-Adresse wird die Anzahl der Besucher erhöht.
     • Filterung von mehrfach gesendeten MAC-Adressen innerhalb eines kurzen Zeitraums, um Duplikate zu vermeiden.
  2. Datenübertragung über MQTT:
     • Implementierung eines MQTT-Clients auf dem ESP32, der die Besucherdaten (z. B. aktuelle Besucherzahl) regelmäßig an den MQTT-Broker sendet.
  3. Timeout und Caching:
     • Implementierung eines Zeitmechanismus, um MAC-Adressen nach einer bestimmten Zeit aus der Liste zu entfernen, wenn sie nicht mehr gefunden werden.
  4. Optimierung:
     • Anpassung des Scanning-Intervalls, um eine Balance zwischen Genauigkeit und Stromverbrauch zu erreichen.

Phase 4: Integration und Visualisierung

• Ziele:
  • Empfang der Besucherzahl über MQTT und deren Visualisierung.
• Aufgaben:
  1. Zentrale Anwendung erstellen:
     • Ein Dashboard oder eine Webanwendung entwickeln, die die aktuellen Besucherzahlen anzeigt.
     • Beispiel: Verwendung von Grafana zur Visualisierung der Daten, oder ein einfaches Webinterface zur Darstellung der Besucherzahl in Echtzeit.
  2. Daten empfangen und visualisieren:
     • Konfiguration eines MQTT-Clients auf dem zentralen System, um die gesendeten Besucherzahlen zu empfangen und darzustellen.

Phase 5: Test und Optimierung

• Ziele:
  • Sicherstellen, dass das System zuverlässig funktioniert und die Besucherzahlen korrekt geschätzt werden.
• Aufgaben:
  1. Testen des Bluetooth-Scanning:
     • Überprüfung, ob der ESP32 die MAC-Adressen korrekt erfasst und Besucher korrekt zählt.
  2. Fehlerbehebung:
     • Sicherstellen, dass keine doppelten Zählungen stattfinden und das System korrekt reagiert, wenn Geräte den Bereich betreten oder verlassen.
  3. Optimierung der Zählgenauigkeit:
     • Anpassung der Parameter, wie z. B. Scanning-Intervalle, Timeout für MAC-Adressen und MQTT-Übertragungsintervalle, um eine möglichst genaue Zählung zu erzielen.

Phase 6: Dokumentation und Abschluss

• Ziele:
  • Dokumentation des Systems und des Quellcodes.
• Aufgaben:
  1. Erstellung eines Schaltplans:
     • Überblick über die verwendeten Komponenten und Verbindungen.
  2. Dokumentation der Software:
     • Beschreibung des Codes, insbesondere der Logik für Bluetooth-Scanning, Besucherzählung und MQTT-Kommunikation.
  3. Testberichte:
     • Zusammenfassung der Testergebnisse und Optimierungsvorschläge.

Lernziele

• Verständnis der Funktionsweise von Bluetooth Low Energy (BLE) zur Erkennung von Geräten in der Nähe.
• Implementierung eines MQTT-basierten Systems zur Übertragung von Daten in Echtzeit.
• Entwicklung eines Besucherzählmechanismus basierend auf MAC-Adressen und deren Schätzung.
• Einführung in die Nutzung des ESP32 für drahtlose Kommunikation und die Implementierung von IoT-Systemen.