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

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.

Класс com.github.igorsuhorukov.alarmsys.AlarmSystem:

AlarmSystem.java


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:

pom.xml c зависимостями проекта

<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)».