トイレ在室監視ソリューション

Summary

遠隔地から個室トイレが使用中であるかどうかをリアルタイムで確認できるようにするソリューションです。
空室時にドアが開くタイプの個室トイレにのみ使用することができます。
// もちろんトイレに限らず、使用中にのみドアが閉まるような設備であれば使用することができます。

Description

アーキテクチャー全体図

Docker動作版

AWS動作版

センサー部 [sensor]

単体で Wi-Fi モジュールが付いている ESPr Door Sensor を使用します。
Arduino IDE を用いてソースコードをコンパイルして書き込みます。

環境依存する設定をまとめたヘッダーファイル /sensor/settings.h は /sensor/settings.example.h をもとに作成する必要があります。

リードスイッチに磁石が接近した瞬間、および磁石が離れた瞬間に所定の Wi-Fi アクセスポイントに接続を行い、インターネットを介して (宛先アドレスによってはLAN内で完結することも可能です) サーバーにPOSTします。

サーバー部 [server]

Docker動作版

Apache2 + mod_wsgi を利用して Python の Flask で動かします。
ただし /server/Dockerfile を用いてイメージをビルドし、Docker環境上で動かします。
データの永続化には SQLite3 を使用します。

AWS動作版

AWS Lambda にデプロイして動かします。
基本的には API Gateway と併用することを想定していますが、Lambda単体でも動作します。
データの永続化には RDS (MySQL) を使用します。

フロント部 [frontend]

Webサーバーは特に想定していませんが、コンテンツのビルドには Node.js v12 以降が必要です。
ビルドして生成されたファイルは、Webサーバーの公開ディレクトリーに配置します。

ユースケース

• 個室トイレに人が入る (=ドアが閉まった状態が継続する)
  • [sensor] サーバーにドアが閉まったことを送信
  • [server] サーバーが所定のドアが閉まったことをDBに保存
• 個室トイレから人が出る (=ドアが開いた状態が継続する)
  • [sensor] サーバーにドアが開いたことを送信
  • [server] サーバーが所定のドアが開いたことをDBに保存
• 個室トイレの空き状況を確認したい
  • [frontend] スマホやPCからダッシュボードを開く
  • [frontend] 現在の使用率、空き状況を確認できる
• サーバーとしての機能を停止/再開させたい
  • [frontend] スマホやPCから管理者用ダッシュボードを開く
  • [frontend] サーバーの機能停止/再開を行える

Dependency

センサー部 [sensor]

• Arduino IDE
• ESPr Door Sensor
• FTDI USBシリアル変換アダプター
  • ESPr Door Sensor にプログラムを書き込むのに必要

サーバー部 [server]

Docker動作版

いずれもDockerfileにて定義があるため、ビルドしたDockerイメージを用いるだけであれば手動でインストールする必要はありません。

• Docker
• Python 3.7
  • Python パッケージ
    • Flask
    • alembic
    • SQLAlchemy
    • その他については /server/requirements.txt を参照
• Apache2
  • mod_wsgi 4.5

AWS動作版

• Python 3.8
  • Python パッケージ
    • SQLAlchemy
    • mysql-connector
    • その他については /server-for-lambda/requirements.txt を参照

フロント部 [frontend]

• Node.js 12+
• Yarn
• Nodes.js パッケージ
  • Webpack
  • Babel
  • Chart.js
  • Sass
  • EJS
  • ESLint
  • その他については /frontend/package.json を参照

Setup

本リポジトリーから Clone してから実際に動かすまでの手順を示します。

センサー部 [sensor]

• ESPr Door Sensor への給電、および、これと接続した FTDI USBシリアル変換アダプター をPCにUSB接続します。
  • ESPr Door Sensor のジャンパーソケットは [PROG] 側に接続しておきます。
  • FTDI USBシリアル変換アダプター のジャンパーソケットは [3.3V] 側に接続しておきます。
  • バイナリーの書き込みにあたっては ESP8266 固有の設定が必要となります。詳しくはスイッチサイエンス社 Wiki (公式) を参照。
    • http://trac.switch-science.com/wiki/ESP-DOOR
• Arduino IDE から /sensor/ESPrDoorSensor.ino を開きます。
• /sensor/settings.example.h をもとに適宜設定値を含めた /sensor/settings.h を作成し、環境依存する値のマクロを定義します。
• コンパイル & ESPr Door Sensor への書き込みを行います。

サーバー部 [server]

Docker動作版

• コマンドライン上で /server に移動した状態で以下のコマンドでDockerイメージのビルドを実行します。
  • $ docker build -t {TAG_NAME} .
• ビルドに失敗した場合、適宜Dockerfileを修正して下さい。
• ビルドが終わったら以下のコマンドでコンテナーを起動します。
  • $ docker run -p 80:80 -e TZ=Asia/Tokyo --rm -d {TAG_NAME}

AWS動作版

• 任意のディレクトリー上で venv 仮想環境を作成します。
  • $ python3 -m venv .
• venv の環境に入ります。
  • $ source ./bin/activate
• 任意の空ディレクトリーを作成し、その中に移動します。
  • $ mkdir src
  • $ cd src
• /server-for-lambda 以下のデータをコピーします。
• 依存パッケージを同ディレクトリー内にインストールします。
  • $ pip install -r requirements.txt -t .
• ディレクトリー全体をzipで固めます。
  • $ cd ../
  • $ zip -r door-watcher.zip ./src/*
• 作成したzipファイルを AWS Lambda にアップロードします。
• Lambdaコンソール上でそれぞれの関数を紐づけ、デプロイします。
  • いずれの関数も同一のzipファイルを用いて構いません。
  • 呼び出す関数はそれぞれ該当するファイル名、所定の関数名を指定します。

フロント部 [frontend]

• コマンドライン上で /frontend に移動した状態で以下のコマンドで Node.js で使用する依存パッケージをインストールします。
  • $ yarn
• /frontend/src/js/settings-toilet.example.js をもとに環境依存する値 (APIサーバーのURL、末尾に / を含まないもの) を設定した /frontend/src/js/settings-toilet.js を作成します。
• /frontend/src/js/settings-room.example.js をもとに環境依存する値 (APIサーバーのURL、末尾に / を含まないもの) を設定した /frontend/src/js/settings-room.js を作成します。
• 以下のコマンドで公開ファイル群をビルドします。
  • $ yarn run dev
    • 本番モードでビルドするには $ yarn run build とします。
    • 本番モードでの出力には、mapファイルが含まれず、CSSおよびJavaScriptファイルが Minify されたものになります。
• ローカルサーバーでデバッグするには以下のコマンドを実行します。
  • $ yarn run start
• /frontend/public/ 以下に作られたファイルを、任意のWebサーバーの公開ディレクトリーに配置します。
  • アーキテクチャー全体図では Web Server に相当します。

Usage

センサー部 [sensor]

(Setup/センサー部 [sensor] での工程が完了している前提とします)

• ESPr Door Sensor のジャンパーソケットを [RUN] 側に接続します。
  • Arduino IDE のシリアルモニターを使用する場合は FTDI USBシリアル変換アダプター は接続したままにしておく必要があります。
• ESPr Door Sensor のリードスイッチに磁石を接近させます。
  • シリアルモニターを使用すると、Wi-Fiに接続を行い [ Closed ] として表示されるところまでのログが確認できます。
• ESPr Door Sensor のリードスイッチから磁石を離します。
  • シリアルモニターを使用すると、Wi-Fiに接続を行い [ Opened ] として表示されるところまでのログが確認できます。
• 実運用においては、ESPr Door Sensor をトイレの壁面や上枠等動かない箇所に取り付け、磁石を可動部かつドアを閉じた際に ESPr Door Sensor に接する箇所に取り付けます。

サーバー部 [server]

(Setup/サーバー部 [server] での工程が完了している前提とします)

Docker動作版

• サーバーに疎通できるクライアント環境のブラウザーから以下のURLにアクセスします。

  • http://{DOMAIN_NAME}/health
    • これはヘルスチェック用のAPIです。

• 画面上に {} とだけ表示されれば正常に起動できています。

• サーバーログを確認するには、以下のコマンドからDockerコンテナー内に入ります。

  • $ docker ps
    • 起動中のコンテナーの CONTAINER ID を確認します。
  • $ docker exec -it {CONTAINER_ID} bash
  • # tail -f /var/log/apache2/access.log
    • クライアントがアクセスしてきたURLとステータスコードを確認できます。
  • # tail -f /var/log/apache2/error.log | perl -nle 's/\?\\([a-f\d]{3})/chr($1)/ieg;s/\\x([a-f\d]{2})/pack("C", hex($1))/ieg;print $_;'
    • サーバーアプリケーション内でエラー発生した際のスタックトレースやアプリケーションが吐き出したログを確認できます。
    • パイプ(|)で繋いだ後ろのコマンドは、日本語を含むマルチバイト文字が文字化けしてしまう問題を解消するためのものです。

AWS動作版

• AWS Lambda のエンドポイントURLにアクセスします。
• ログについては、Cloud Watch から確認できます。

フロント部 [frontend]

(Usage/センサー部 [sensor]、Usage/サーバー部 [server]、Setup/フロント部 [frontend] での工程が完了している前提とします)

• ビルドしたフロント用コンテンツを配置しているWebサーバーに疎通できるクライアント環境のブラウザーから、フロント用コンテンツの index.html にアクセスします。
  • ダッシュボードの画面が表示されます。
  • センサー部のリードスイッチに磁石を近づけたり、離したりすると、ダッシュボードの表示が5秒置きに更新されます。
  • 非最新のブラウザーや Internet Explorer 等では正しく動作しない可能性があります。

References

• ESPr Door Seonsor の使い方 - スイッチサイエンス
• craicerjack/apache-flask
• ndegardin/apache-wsgi
• ICOOON MONO
  • このリポジトリーで使用している favicon の著作権は上記サイトの TopeconHeroes 様に帰属します。

License

MIT

Author

tissueMO