Сигнализация для холодильника. Не жизнь, а «малина» c RaspberryPi 3

Запылилась за месяц у меня на полке Raspberry Pi 3 со встроенным Wi-Fi. Ресурсов процессора и объема памяти уже достаточно для запуска ресурсоемких программ. Как же быстро разработать и запустить на ней свою программу состоящую всего из одного небольшого файла с отправкой фото на почту и веб сервером мониторинга?

Соберем простую систему для охраны холодильника от незаконного проникновения с фото регистрацией и интеграцией в интернет через smtp. Устроим у себя настоящий интернет вещей на кухне!

Эта же функция будет полезна худеющим. Система будет фотографировать нарушителя кухонного спокойствия и момент возможного правонарушения. Открытие холодильника будем обнаруживать с помощью герконового реле, видеосъемка с помощью обычной веб камеры в свете открытого холодильника. Чтобы нарушитель точно не ушел от ответа, серию его фото будем отправлять на почтовый ящик.

Краткое содержание статьи

• Аппаратная часть
• Программная часть
• На Groovy
• На Java
• Как жить дальше с этими знаниями?

Аппаратная часть

Геркон — любой для охранной системы.
Веб-камера — у меня Logitech C310, подойдет любая поддерживаемая подсистемой Video4Linux
Raspberry Pi 3 Model B — есть встроенный WiFi и не нужен USB hub.

Геркон нужно подключить между контактом №17 и №15 — т.е. между GPIO3 и +3.3V по схеме.

Программная часть

В open source фреймворке Apache Camel и его компонентах Rhiot для JVM сделали многое, чтобы найти применение пылящемуся в шкафу одноплатному компьютеру. Достаточно, используя его язык для описания конфигурации, скомпоновать из готовых компонент «маршрут» сигналов/данных в системе и Camel превратит его в приложение.

В прошлой своей статье про разработку для интернета вещей в JVM я обещал пример для Camel и сегодня сдерживаю обещание! Идея этого проекта навеяна примером «Intruder detection with Raspberry-Pi». Только геркон доступнее и программно работать с ним так же как и с обычной кнопкой — не нужно никакого протокола I2C.

С помощью RouteBuilder создаем маршрут. Источники и приемники данных в camel описываются в виде URL и для каждого компонента/протокола описание формата любого компонента сможете прочитать на странице.

• controlbus — это компонент для управления маршрутами. В нашем случае с помощью него запускаем и останавливаем фотосъемку.
• pi4j-gpio — использует библиотеку pi4j для получения сигналов с GPIO «малины».
• webcam — получает кадр с веб камеры через интервалы времени, определенные компонентом-таймером.
• smtps — передача сообщения электронной почты.

camelContext.start() инициализирует компоненты и запускает маршрут. Реагировать на размыкание контакта геркона очень просто:

Визуализация реакции на геркон в hawt.io

Маршрут же фото регистрации с отправкой снимка на почту в hawt.io

addEventNotifier() позволяет нам перехватывать события маршрута. Мы будем реагировать на запуск и остановку маршрута и отправлять сообщение о статусе сигнализации на почтовый ящик.

Если ваша почта не на сервере mail.ru, то найдите smtp хост, порт для вашей почты и внесите их вместо «smtps://smtp.mail.ru:465».

Пробовал также искать лицо на фото в том же маршруте Camel, но даже Raspberry PI 3 model B подтормаживает на этой задаче.

Фрагмент кода запускает веб консоль hawt.io для мониторинга и управления приложением:

MavenClassLoader.usingCentralRepo()
        .forMavenCoordinates('io.hawt:hawtio-app:2.0.0').loadClass('io.hawt.app.App')
Thread.currentThread().setContextClassLoader(hawtIoConsole.getClassLoader())
hawtIoConsole.main('--port','10090')

Если же функциональности почти двухсот компонентов вам окажется мало, то разработать свой новый компонент для Apache Camel достаточно легко. Недавно делал это в проекте camel-gcode для отправки команд станку ЧПУ под управлением LinuxCNC из программы в JVM.

На Groovy

AlarmSystem.groovy

@Grab('org.apache.camel:camel-groovy:2.18.0')
@Grab('org.apache.camel:camel-core:2.18.0')
@Grab('org.apache.camel:camel-mail:2.18.0')
@Grab('io.rhiot:camel-webcam:0.1.4')
@Grab('io.rhiot:camel-pi4j:0.1.4')
@Grab('org.slf4j:slf4j-simple:1.6.6')
import org.apache.camel.builder.RouteBuilder
import org.apache.camel.impl.DefaultAttachment
import org.apache.camel.impl.DefaultCamelContext
import org.apache.camel.management.event.CamelContextStartedEvent
import org.apache.camel.management.event.CamelContextStoppedEvent
import org.apache.camel.support.EventNotifierSupport

import javax.mail.util.ByteArrayDataSource
import com.github.igorsuhorukov.smreed.dropship.MavenClassLoader

def login = System.properties['login']
def password = System.properties['password']

def camelContext = new DefaultCamelContext()
camelContext.setName('Alarm system')
def mailEndpoint = camelContext.getEndpoint("smtps://smtp.mail.ru:465?username=${login}&password=${password}&contentType=text/html&debugMode=true")
camelContext.addRoutes(new RouteBuilder() {
    def void configure() {
        from('pi4j-gpio://3?mode=DIGITAL_INPUT&pullResistance=PULL_DOWN').routeId('GPIO read')
                .choice()
                .when(header('CamelPi4jPinState').isEqualTo("LOW"))
                    .to("controlbus:route?routeId=RaspberryPI Alarm&action=resume")
                .otherwise()
                    .to("controlbus:route?routeId=RaspberryPI Alarm&action=suspend");

        from("timer://capture_image?delay=200&period=5000")
                .routeId('RaspberryPI Alarm')
                .to("webcam:spycam?resolution=HD720")
                .setHeader('to').constant(login)
                .setHeader('from').constant(login)
                .setHeader('subject').constant('alarm image')
        .process{
            def attachment = new DefaultAttachment(new ByteArrayDataSource(it.in.body, 'image/jpeg'));
            it.in.setBody("<html><head></head><body><img src="cid:alarm-image.jpeg" /> ${new Date()}</body></html>");
            attachment.addHeader("Content-ID", '<alarm-image.jpeg>');
            it.in.addAttachmentObject("alarm-image.jpeg", attachment);
            //set CL to avoid javax.activation.UnsupportedDataTypeException: no object DCH for MIME type multipart/mixed
            Thread.currentThread().setContextClassLoader( getClass().getClassLoader() );
        }
        .to(mailEndpoint)
    }
})
registerLifecycleActions(camelContext, mailEndpoint, login)
camelContext.start()

def hawtIoConsole = MavenClassLoader.usingCentralRepo()
        .forMavenCoordinates('io.hawt:hawtio-app:2.0.0').loadClass('io.hawt.app.App')
Thread.currentThread().setContextClassLoader(hawtIoConsole.getClassLoader())
hawtIoConsole.main('--port','10090')


void registerLifecycleActions(camelContext, mailEndpoint, login) {

    camelContext.getManagementStrategy().addEventNotifier(new EventNotifierSupport() {
        boolean isEnabled(EventObject event) {
            return event instanceof CamelContextStartedEvent | event instanceof CamelContextStoppedEvent
        }

        void notify(EventObject event) throws Exception {
            def status = event instanceof CamelContextStartedEvent ? 'up' : 'down'
            if ('up' == status){
                def suspendEndpoint = camelContext.getEndpoint("controlbus:route?routeId=RaspberryPI Alarm&action=suspend")
                suspendEndpoint.createProducer().process(suspendEndpoint.createExchange())
            }
            def message = mailEndpoint.createExchange();
            message.in.setHeader('to', login)
            message.in.setHeader('from', login)
            message.in.setHeader('subject', "Alarm system is ${status}")
            message.in.setBody("System is ${status}: ${new Date()}");
            mailEndpoint.createProducer().process(message)
        }
    })
    addShutdownHook { camelContext.stop() }
}

На Java

Чтобы сделать то же самое на java понадобилось больше букв, файлов и конечно Reflection API.

package com.github.igorsuhorukov.alarmsys;

//dependency:mvn:/com.github.igor-suhorukov:mvn-classloader:1.8
//dependency:mvn:/org.apache.camel:camel-core:2.18.0
//dependency:mvn:/org.apache.camel:camel-mail:2.18.0
//dependency:mvn:/io.rhiot:camel-webcam:0.1.4
//dependency:mvn:/io.rhiot:camel-pi4j:0.1.4
//dependency:mvn:/org.slf4j:slf4j-simple:1.6.6
import com.github.igorsuhorukov.smreed.dropship.MavenClassLoader;
import org.apache.camel.Endpoint;
import org.apache.camel.Exchange;
import org.apache.camel.Processor;
import org.apache.camel.builder.RouteBuilder;
import org.apache.camel.impl.DefaultAttachment;
import org.apache.camel.impl.DefaultCamelContext;
import org.apache.camel.management.event.CamelContextStartedEvent;
import org.apache.camel.management.event.CamelContextStoppedEvent;
import org.apache.camel.support.EventNotifierSupport;

import javax.mail.util.ByteArrayDataSource;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Date;
import java.util.EventObject;

class AlarmSystem {
    public static void main(String[] args) throws Exception{

        String login = System.getProperty("login");
        String password = System.getProperty("password");

        DefaultCamelContext camelContext = new DefaultCamelContext();
        camelContext.setName("Alarm system");
        Endpoint mailEndpoint = camelContext.getEndpoint(String.format("smtps://smtp.mail.ru:465?username=%s&password=%s&contentType=text/html&debugMode=true", login, password));
        camelContext.addRoutes(new RouteBuilder() {
            @Override
            public void configure() throws Exception {
                from("pi4j-gpio://3?mode=DIGITAL_INPUT&pullResistance=PULL_DOWN").routeId("GPIO read")
                        .choice()
                        .when(header("CamelPi4jPinState").isEqualTo("LOW"))
                        .to("controlbus:route?routeId=RaspberryPI Alarm&action=resume")
                        .otherwise()
                        .to("controlbus:route?routeId=RaspberryPI Alarm&action=suspend");

                from("timer://capture_image?delay=200&period=5000")
                        .routeId("RaspberryPI Alarm")
                        .to("webcam:spycam?resolution=HD720")
                        .setHeader("to").constant(login)
                        .setHeader("from").constant(login)
                        .setHeader("subject").constant("alarm image")
                        .process(new Processor() {
                            @Override
                            public void process(Exchange it) throws Exception {
                                DefaultAttachment attachment = new DefaultAttachment(new ByteArrayDataSource(it.getIn().getBody(byte[].class), "image/jpeg"));
                                it.getIn().setBody(String.format("<html><head></head><body><img src="cid:alarm-image.jpeg" /> %s</body></html>", new Date()));
                                attachment.addHeader("Content-ID", "<alarm-image.jpeg>");
                                it.getIn().addAttachmentObject("alarm-image.jpeg", attachment);
                                //set CL to avoid javax.activation.UnsupportedDataTypeException: no object DCH for MIME type multipart/mixed
                                Thread.currentThread().setContextClassLoader( getClass().getClassLoader() );

                            }
                        }).to(mailEndpoint);
            }
        });

        registerLifecycleActions(camelContext, mailEndpoint, login);
        camelContext.start();

        Class<?> hawtIoConsole = MavenClassLoader.usingCentralRepo()
                .forMavenCoordinates("io.hawt:hawtio-app:2.0.0").loadClass("io.hawt.app.App");
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(hawtIoConsole.getClassLoader());
        Method main = hawtIoConsole.getMethod("main", String[].class);
        main.setAccessible(true);
        main.invoke(null, (Object) new String[]{"--port","10090"});
    }

    private static void registerLifecycleActions(final DefaultCamelContext camelContext, final Endpoint mailEndpoint, final String login) {
        camelContext.getManagementStrategy().addEventNotifier(new EventNotifierSupport() {

            public boolean isEnabled(EventObject event) {
                return event instanceof CamelContextStartedEvent | event instanceof CamelContextStoppedEvent;
            }

            public void notify(EventObject event) throws Exception {
                String status = event instanceof CamelContextStartedEvent ? "up" : "down";
                if ("up".equals(status)){
                    Endpoint suspendEndpoint = camelContext.getEndpoint("controlbus:route?routeId=RaspberryPI Alarm&action=suspend");
                    suspendEndpoint.createProducer().process(suspendEndpoint.createExchange());
                }
                Exchange message = mailEndpoint.createExchange();
                message.getIn().setHeader("to", login);
                message.getIn().setHeader("from", login);
                message.getIn().setHeader("subject", "Alarm system is "+status);
                message.getIn().setBody("System is "+status+": "+new Date());
                mailEndpoint.createProducer().process(message);
            }
        });
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(){
            @Override
            public void run(){
                try {
                    camelContext.stop();
                } catch (Exception e) {
                    System.exit(-1);
                }
            }
        });
    }
}

Для сборки нужен:

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/maven-v4_0_0.xsd">

    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.github.igor-suhorukov</groupId>
    <artifactId>alarm-system</artifactId>
    <packaging>jar</packaging>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <properties>
        <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.github.igor-suhorukov</groupId>
            <artifactId>mvn-classloader</artifactId>
            <version>1.8</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.camel</groupId>
            <artifactId>camel-core</artifactId>
            <version>2.18.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.camel</groupId>
            <artifactId>camel-mail</artifactId>
            <version>2.18.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.rhiot</groupId>
            <artifactId>camel-webcam</artifactId>
            <version>0.1.4</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.rhiot</groupId>
            <artifactId>camel-pi4j</artifactId>
            <version>0.1.4</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-simple</artifactId>
            <version>1.6.6</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

Запускаем результат на Raspberry Pi 3 Model B

Сборка linux Raspbian на SD карте уже чудесным образом содержит Java 8 от Oracle. Настройте подключение к интернет по WiFi или подключите патчкордом и сконфигурируйте доступ к интернет по ethernet сети через RJ-45 разьем на плате.

Так что вся установка будет состоять из простых команд:

wget https://repo1.maven.org/maven2/com/github/igor-suhorukov/groovy-grape-aether/2.4.5.4/groovy-grape-aether-2.4.5.4.jar
wget https://raw.githubusercontent.com/igor-suhorukov/alarm-system/master/AlarmSystem.groovy

И запуска программы:

java -Dlogin=...ВАША_ПОЧТА...@mail.ru @Dpassword=******* -jar groovy-grape-aether-2.4.5.4.jar AlarmSystem.groovy

Или вы можете просто внести свои логин и пароль в скрипт, чтобы не светить их в истории команд:

def login = ...
def password = ...

Сразу после запуска скрипта маршрут «GPIO read» ждет сигнала с геркона и запущен, а второй маршрут «RaspberryPI Alarm» с вебкамерой — на паузе.

На это можно посмотреть в веб консоли...

Еще можно отложить jconsole в сторону. Ведь потоки и метрики jvm можно смотреть в hawt.io

Эта консоль мониторинга доступна по адресу http:// АДРЕС_МАЛИНЫ :10090/hawtio/

Java версию нужно собрать с помощью maven. Или же можно пойти на хитрость и запустить Java программу как скрипт с динамическим разрешением зависимостей следующим образом:

java -Dlogin=...YOUR_EMAIL...@mail.ru -Dpassword=******* -DscriptPath=https://raw.githubusercontent.com/igor-suhorukov/alarm-system/master/src/main/java/com/github/igorsuhorukov/alarmsys/AlarmSystem.java -jar java-as-script-1.0.jar

Про то как работает java-as-script-1.0.jar и что еще можно делать с его помощью будет отдельная статья.

Как жить дальше с этими знаниями?

Apache Camel оказался отличным инструментом для быстрого прототипирования, так как есть много готовых компонент для различной периферии, интернет-сервисов. Хоть его обычно и используют в enterprise приложениях для интеграции, но даже на современных одноплатных компьютерах и в решениях для «интернета вещей» он даст фору другим подходам для разработки систем. Просто «распробуйте» его и он вам понравится, особенно вместе с Groovy!

Проект доступен в github репозитарии alarm-system и засветился на официальном сайте Apache Camel в разделе «Camel and the IoT (Internet of Things)».

Автор: igor_suhorukov

Источник