Aufbau eines Belegungssensors mit einem 5-Dollar-ESP32 und einer serverlosen Datenbank

Entwicklung einer Softwarelösung zur Erfassung von Personenerkennungsdaten auf einem Universitätscampus

• Im ersten Studienjahr Erfahrungen mit den Personenerkennungssensoren von Bluefox gesammelt, um den Betrieb der Mensa zu verbessern
• Nachdem die Universität den Mensabetreiber zu Aramark wechselte, wurden keine Personenerkennungsdaten mehr bereitgestellt

Idee zur Nachverfolgung von Metriken der Personenerkennung mit Bluetooth-Beacons

• Überlegungen zur Genauigkeit, die Anzahl der BLE-Beacons als Personenzahl zu verwenden
• Überlegungen zur Genauigkeit, die Verfügbarkeitsdauer von BLE-Beacons als Aufenthaltsdauer zu verwenden
• Berücksichtigung der Auswirkungen der MAC-Adressrandomisierung verschiedener Hersteller auf die Datenerfassung
• Überlegungen zur Übertragung der Ergebnisse an einen zentralen Server sowie zu Methoden der Datenerfassung und -analyse

Entwicklung eines kleinen Geräts für den langfristigen Einsatz

• Erste Versuche mit einem Raspberry Pi Zero W und die dabei aufgetretenen Probleme
• Komplexe Bluetooth-Verarbeitung unter Linux und Probleme mit der Wi-Fi-Verbindung

Eine günstige und effiziente Alternative mit dem ESP32

• Entscheidung für den ESP32 wegen Wi-Fi- und Bluetooth-Funktionen, geringem Stromverbrauch, niedrigem Preis und kleiner Bauform
• Neuschreiben des Datenerfassungscodes in C++ sowie Datenerfassung über Cloudflare Functions und die D1-Datenbank

Bereitstellung der Datenerfassungsgeräte und Überwindung von Hindernissen

• Implementierung eines HashSets zur Behebung von Speicherproblemen und Abstürzen der ESP32-Geräte
• Wahl von XIAO ESP32C3/S3-Geräten für einen langfristig stabilen Betrieb

Endgültige Datenerfassung und Zeitreihenprognose

• Durch Datenerfassung über einen Tag hinweg wurden Trends der Personenbewegung bei Änderungen der Vorlesungszeiten bestätigt
• Einsatz von NeuralProphet für die Zeitreihenprognose

Zusätzliche Überlegungen und künftige Arbeiten

• Untersuchung von Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit, die Anzahl der BLE-Beacons als Bevölkerungszahl zu verwenden
• Prüfung einer künftigen Erweiterung auf Anwendungsfälle für Universitätsgremien oder akademische Forschung

Meinung von GN⁺

Das Wichtigste an diesem Beitrag ist die geteilte Erfahrung bei der Entwicklung einer Softwarelösung, die günstige ESP32-Geräte und eine serverlose Datenbank nutzt, um Personenerkennungsdaten auf einem Universitätscampus zu erfassen und zu analysieren. Der Beitrag dürfte für Menschen mit Interesse an Software Engineering spannend sein und bietet besonders angehenden Softwareingenieurinnen und -ingenieuren mit Interesse an Embedded Systems und Datenanalyse nützliche Informationen.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• • Austausch von Erfahrungen beim Aufbau eines Geschäfts
  • Als jemand, der ein auf BLE-Beacon-Technologie basierendes Geschäft (occuspace.io) aufgebaut hat, gibt die Person Antworten auf die aufgeworfenen Fragen
  • Die Genauigkeit der Auslastungsmessung anhand der Anzahl von BLE-Beacons zeigt eine sehr hohe Korrelation, aber der Korrelationskoeffizient variiert je nach Ort
  • Die Genauigkeit der Messung der Aufenthaltsdauer über die Verfügbarkeitszeit von BLE-Beacons wird als unzureichend eingeschätzt, da sich die BT-MAC-Adresse je nach Hersteller alle 8–20 Minuten ändert
  • Es wird erwähnt, dass die Festlegung eines RSSI-Mindestwerts eine gute Idee ist, um die Genauigkeit zu verbessern, damit tatsächlich nur nahe Geräte gezählt werden
• • Erfahrungsbericht zu universitären IT-Systemen
  • Früher war es an einer Universität ein umständlicher Prozess über mehrere Bundesstaaten und Formulare hinweg, eine MAC-Adresse auf die Whitelist setzen zu lassen, aber es wird hoffnungsvoll angemerkt, dass sich die Situation inzwischen verbessert haben dürfte
• • Teilen von Hardware-Testergebnissen
  • Beim Test verschiedener Hardware (Seeed Studio XIAO ESP32S3/C3, WaveShare ESP32S3 Zero usw.) liefen nur XIAO ESP32C3/S3 über mehr als einen Monat hinweg stabil
  • Für den ESP32 wird empfohlen, der Stromschiene einen Kondensator mit hoher Kapazität hinzuzufügen, da dies die Stabilität bei Hardware mit empfindlicher Stromversorgung verbessern kann
• • Die Bedeutung, die Begeisterung aufrechtzuerhalten
  • Ein humorvoller Kommentar darüber, wie wichtig es ist, in einer „nerd snipe“-Situation die Begeisterung nicht zu verlieren
• • Teilen von Erfahrungen mit einem persönlichen Projekt
  • Es werden Erfahrungen mit dem Bau eines Weckers auf Basis des ESP32 geteilt, einschließlich LED-Array, Summer und PIR-Sensor
  • Als zusätzliche Entdeckung wird erwähnt, dass sich durch RSSI-Logging Informationen darüber gewinnen ließen, ob man im Bett ist und ob man sich nachts bewegt
• • Frage zur „Produktisierung“ eines ESP32-Projekts
  • Es wird gefragt, wie man ein ESP32-Projekt wie ein echtes Produkt aussehen lassen kann, und erwähnt, dass man als Softwareentwickler zu einer fertig wirkenden Form tendiert
• • Zu beachtende Punkte bei Projekten an Universitäten
  • Bei einem Projekt zur Verfolgung von Personen an einer Universität könne dies eine Gelegenheit sein, Rat zu Protokollen für Forschung an menschlichen Versuchspersonen einzuholen; empfohlen wird, den Professor zu fragen
  • Erwähnung der universitären Richtlinien zu IT-Datenschutz und Sicherheit
• • Vorschlag für eine Lösung zum Datenmanagement im Speicher
  • Als Lösung für das Problem, Daten im Speicher zu halten, wird vorgeschlagen, einen Kardinalitätsschätzalgorithmus zu verwenden, der bei konstantem Speicherbedarf die Anzahl eindeutiger Beacon-IDs schätzen kann
• • Teilen von Erfahrungen mit einem ähnlichen Projekt
  • Es wird eine persönliche Erfahrung geteilt, vor einigen Jahren ein ähnliches Projekt durchgeführt zu haben
• • Tipps zum Schreiben eines Blogposts
  • Der Rat, in einem Blogpost Referenzen aufzunehmen, da dies dem Verständnis der Leser helfen kann