Open-Source-Hardware
Tholus Flow
Open-Source-Sensor für Personenzählung und Näherungserkennung auf Basis von ESP32 und VL53L8CH. Diese Seite bündelt Hardware, Komponenten, Montage, Firmware, Inbetriebnahme und die wichtigsten Quellen für eine nachvollziehbare Reproduktion.
- Kategorie
- Open-Source-Sensorknoten
- Plattform
- ESP32 + VL53L8CH
- Einsatz
- Personenzählung und Näherungserkennung
- Firmware
- v2.0.1
Praktischer Referenzaufbau
Gut verfügbare Bauteile, ein klarer Upload-Ablauf und eine Dokumentation für Teams, die den Knoten wirklich nachbauen möchten.
Konfiguration im Gerät
WLAN, Schwellenwert, ROI und Zähllinie werden direkt im Sensor gespeichert und vereinfachen die Wartung.
Für den Feldeinsatz gedacht
Einrichtungs-WLAN, Live-Kalibrierung und Inbetriebnahme in der realen Szene für Eingänge, Durchgänge und dauerhafte Installationen.
Inhalt
Komponenten
Die wichtigsten Teile des Referenzaufbaus auf einen Blick.
Board, Breakout, Stromanschluss und Gehäuse sind Teil der öffentlichen Dokumentation und nicht länger in einem separaten Anhang versteckt.
Überblick
Eine Referenzplattform, die sich nachbauen lässt.
Tholus Flow wurde als reproduzierbarer, kostengünstiger und einfach zu montierender Sensorknoten entwickelt. Die Betriebskonfiguration liegt auf dem Gerät; die Firmware wird über Arduino IDE geladen und anschliessend über eine Anwendung oder Netzwerk-APIs verwaltet.
Veröffentlicht wird nicht nur der Code, sondern der vollständige Ablauf: Auswahl der Komponenten, Beschaffung, Montage, Verdrahtung, Firmware-Upload und reale Inbetriebnahme am überwachten Eingang oder Durchgang.
Architektur
Kompakter Knoten, einfacher I²C-Bus, separater Stromanschluss.
Das ESP32-Board mit CP2102 erleichtert Entwicklung und Firmware-Upload. Der VL53L8CH bietet mit seinem 8×8-Multizonen-Sensor und CNH-Daten mehr Spielraum als eine einfache Distanzmessung und bleibt damit für weitere Anwendungsfälle offen.
Stückliste
Empfohlene Teile für den Referenzaufbau.
| Komponente | Anzahl | Bezugsquelle | Suche / Referenz | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| ESP32 Development Board Type-C CP2102 WiFi | 1 | AliExpress |
ESP32 CP2102 Type-C board
|
Für einfachen Firmware-Upload, seriellen Zugriff und gute Mac-Kompatibilität; möglichst mit bereits verlöteten Stiftleisten. |
| VL53L8CH Breakout-Board + Stiftleiste | 1 | AliExpress |
VL53L8CH module board
|
8×8-Multizonen-ToF-Sensor; ohne vormontierte Stiftleiste sind Lötarbeiten nötig. |
| 24AWG-Dupont-Kabel | 1 Set | AliExpress |
10 cm / 20 cm kit
|
Ausreichend Buchse-zu-Buchse-Kabel für zwei Boards mit Stiftleisten einplanen. |
| Wasserdichter USB-C-Einbauanschluss, 2 Leitungen | 1 | AliExpress |
USB-C waterproof panel mount 2pin
|
Stromanschluss für das Gehäuse, ohne USB-Datenverbindung. |
| Wasserdichtes ABS-Gehäuse 100 × 68 × 50 mm | 1 | AliExpress |
ABS waterproof enclosure 100x68x50
|
Die Masse bezeichnen den nutzbaren Raum des Referenzgehäuses. |
Verdrahtung
Die logischen Verbindungen vor dem Schliessen des Gehäuses.
| Referenz | Funktion | Hinweis zur Umsetzung |
|---|---|---|
| ESP32 GPIO 21 → Sensor SDA | I²C-Daten | Die Firmware verwendet `Wire.begin(21, 22)`. Pinbelegung des gekauften Breakouts immer prüfen. |
| ESP32 GPIO 22 → Sensor SCL | I²C-Takt | Kurze, sauber geführte Leitungen verringern Störungen und instabile Messwerte. |
| ESP32 3V3 / passender VIN → Sensorversorgung | Sensor versorgen | Einige Breakouts haben VIN, andere 3V3. Keine 5 V an inkompatible Boards anlegen. |
| ESP32 GND → Sensor GND | Gemeinsame Masse | Sensor, Board und Stromanschluss benötigen eine saubere gemeinsame Masse. |
| Rote USB-C-Leitung → ESP32 5V / VIN | Gehäuse versorgen | Der 2-polige Anschluss dient nur der Stromversorgung, nicht dem Firmware-Upload. |
| Schwarze USB-C-Leitung → ESP32 GND | Gehäuse versorgen | Das Gerät vor dem Verschliessen über den nativen USB-Port des Boards programmieren. |
Montage
Befestigung und Gehäuse passend zur realen Szene.
Der Referenzaufbau bleibt bewusst einfach. Die Leistung hängt jedoch stark von Bohrungen, stabiler Sensorbefestigung und einer sauberen optischen Öffnung ab. Praktische Entscheidungen sind hier wichtiger als formale Eleganz.
- Board vor dem Schliessen des Gehäuses programmieren und auf dem Tisch testen.
- Bei Betrieb hinter einem Fenster die optische Öffnung sauber und nicht tief zurückgesetzt halten.
- Tiefe Schächte vor dem Sensor vermeiden, weil sie das Sichtfeld unnötig verkleinern.
- Sensor stabil und senkrecht zum Durchgang befestigen – etwa mit Abstandhaltern, Halterung oder technischem Kleber.
- Bei echtem Ausseneinsatz hängt die Dichtigkeit von sauber ausgeführten Bohrungen und geschütztem Anschluss ab.
Firmware
Kernfunktionen des Referenzaufbaus.
- dauerhafte Gerätekonfiguration für WLAN, Schwellenwert, ROI und Tracking
- initiales Einrichtungs-WLAN für Provisionierung und Inbetriebnahme
- Kopplung über Einrichtungscode und Admin-Token für Schreibzugriffe
- Live-Übertragung der 8×8-Matrix über WebSocket
- HTTP-API für Status, Konfiguration, WLAN-Einrichtung und Neustart
- Blob-Tracking und Linienübertritt für EIN-/AUS-Ereignisse
- Übermittlung von Ereignissen an Backend oder Cloud bei weiterhin lokaler Kalibrierung
Web-Werkzeug
Tholus Flow Lite ergänzt die Firmware um eine sofort nutzbare Oberfläche.
Sensor und Firmware waren bereits offen verfügbar. Für die praktische Nutzung mussten viele Maker jedoch noch eine eigene Softwareschicht bauen. Tholus Flow Lite verbindet sich im Browser mit dem Sensor und macht die Firmware unmittelbar nutzbarer.
Das Werkzeug bleibt bewusst leichtgewichtig: ein praktisches Dashboard zum Visualisieren, Testen und Anpassen – als brauchbarer und erweiterbarer Ausgangspunkt für kleine reale Projekte.
Funktionen
- Ein- und Austritte in Echtzeit
- geschätzte aktuelle Belegung
- einfache Live-Ansicht der Aktivität am Durchgang
- leichte Stunden- oder Tagesdiagramme
- grundlegender Ereignisverlauf
- einfache Steuerung für Kalibrierung und Feinabstimmung
Typischer Ablauf
- Sensor bauen und Firmware laden
- Gerät mit dem Netzwerk verbinden oder Einrichtungsmodus verwenden
- Werkzeug im Browser öffnen und mit dem Sensor verbinden
- Live-Daten und grundlegende Auswertungen ansehen
- Verlauf und Diagramme mit dem realen Verhalten vor Ort vergleichen
- Kalibrierung und Einstellungen bei Bedarf anpassen
Mögliche Einsätze
Firmware-Upload
Firmware mit Arduino IDE installieren.
Erforderliche Werkzeugkette
Neben der veröffentlichten Firmware steht auch die offizielle Umgebung zum Kompilieren und Hochladen bereit.
- Eine aktuelle Version der Arduino IDE installieren.
- Die Paketquellen-URL von Espressif für ESP32 in den Einstellungen ergänzen.
- Im Boardverwalter das Paket „esp32 by Espressif Systems“ installieren.
- Ein kompatibles Board auswählen; „ESP32 Dev Module“ ist meist der sinnvollste Ausgangspunkt.
- Die Bibliotheken ArduinoJson, arduinoWebSockets (Links2004) und STM32duino VL53L8CH installieren.
- ESP32 über den nativen USB-C-Anschluss des Boards verbinden.
- Firmware öffnen, seriellen Port und Board prüfen, dann kompilieren und hochladen.
- Bei instabilem Upload auf dem Mac eine konservativere Geschwindigkeit wie 115200 wählen.
esp32 by Espressif Systems
Stellt Core, WiFi, WebServer, Preferences, ESPmDNS, HTTPClient und Upload-Werkzeuge bereit.
ArduinoJson
Für JSON-Daten und Konfiguration.
arduinoWebSockets (Links2004)
Für die Live-Übertragung über WebSocket.
STM32duino VL53L8CH
Arduino-Treiber für den VL53L8CH-ToF-Sensor.
Inbetriebnahme
Erster Start, Kopplung und Kalibrierung.
- Knoten einschalten, MAC-Adresse und Gerätenamen in der seriellen Ausgabe prüfen sowie Einrichtungscode und Kennzeichnung bereithalten.
- Sensor über App oder Einrichtungswerkzeug koppeln.
- SSID, WLAN-Passwort und Cloud-Parameter festlegen.
- Warten, bis der Knoten wieder im lokalen Netzwerk erscheint.
- Kalibrierungsansicht öffnen, Live-Matrix prüfen und Schwellenwert, ROI sowie Zähllinie am realen Installationsort einstellen.
Checkliste
Vor der Installation nicht vergessen.
- genügend Buchse-zu-Buchse-Kabel für ESP32 und Sensor-Breakout
- Lötzinn, feine Spitze und Werkzeug für die VL53L8CH-Stiftleisten
- stabile 5-V-Stromversorgung und externes USB-C-Kabel
- interne Befestigung mit Abstandhaltern, technischer Klebung oder 3D-Halterung
- optisches Fenster oder saubere Abdeckung vor dem Sensor, falls nötig
- äussere Kennzeichnung mit Seriennummer, MAC-Adresse und Einrichtungscode
Quellen
Wichtige technische Referenzen.
FAQ
Häufige Fragen zur Nutzung und Weiterentwicklung.
Was ist vor dem Einsatz der Firmware im Feld zu beachten?
Der veröffentlichte Build verwendet kein statisches Zugangspasswort mehr. Das Einrichtungskennwort ist je Gerät eindeutig und folgt dem Muster `TF-<Einrichtungscode>`. Sensible Werte erscheinen in seriellen Logs nur maskiert.
Warum wurde der VL53L8CH gewählt?
Er verbindet ein besser kontrollierbares Sichtfeld als der VL53L7CH mit CNH-Daten. Das eröffnet neben der Personenzählung weitere Szenarien wie Gestenerkennung, Anwesenheit und fortgeschrittene Klassifikation.
Wie sieht der richtige Montageablauf aus?
Firmware laden, Sensor offen testen, endgültig verdrahten, im Gehäuse testen und anschliessend am realen Ort installieren und kalibrieren.