ミーティング中の来客時に便利 ! AWS IoT でインターホンと警告灯を連動させてみた

今回の仕組みを作成するにあたり利⽤したサービスは以下のものになります。

• AWS IoT Core
• AWS IoT Events
  

これらのサービスについてはこの後セットアップしながら説明していきますが、より詳しく知りたい場合は、「詳しくはこちらを」から各種サービスの特徴ページをご覧ください。

AWS IoT Core
AWS IoT Core は、インターネットに接続されたデバイスから、クラウドアプリケーションやその他のデバイスに簡単かつ安全に通信するためのマネージド型クラウドサービスです。 詳しくはこちら »

AWS IoT Events
AWS IoT Events は、IoT センサーやアプリケーションで発⽣したイベントを容易に検出し対応できるようにする、完全マネージド型の IoT サービスです。 詳しくはこちら »

私の部屋のスピーカーに来るアナログ信号を MQTT メッセージに変えて AWS IoT Core に配信し 、同時に AWS IoT Eventsで状態を検出し、状態に合わせた MQTT メッセージをパトライトに向けて配信するという構成です。 具体的には、インターホンが鳴るとパトライトの緑が点灯するのですが、再び⼀定時間内にインターホンが鳴ると次はパトライトの⻩が点灯し、更に⼀定時間内に鳴ると次は⾚が点灯するという具合です。お客様をお待ちさせている状態を⾊で表現してみます。また、⼀定時間経つとパトライトの点灯も消す⼯夫も⼊れておきます。

では、早速作ってみたいと思います。

まず、部屋まで来ているスピーカーの線から⼀定のアナログ信号を検知したたら特定の MQTT トピックにメッセージを Publish するよう M5StickC に実装していきたいと思います。 今回実装は Arduino IDE を使うことを前提に下記に⼿順を記載していきますが、他にも Arduino 実装を便利に⾏うことができる開発環境やツールが⽤意されていますので、お好みでご利⽤いただければと思います。

こちらのページを参考に Arduino IDE を設定していきます。ドライバのインストール、ArduinoIDE のインストール、ボードマネージャ (今回は M5StickC 向け) の設定、M5StickC ライブラリのインストールまで⾏います。

今回のプログラムでは検知したアナログ値を MQTT メッセージとして AWS IoT に送信するために PubSubClient というライブラリと、JSON メッセージを簡単に作成するために ArduinoJson というライブラリを使用しています。これらのライブラリをそれぞれ利用できるようにセットアップします。

続いて、M5StickC が AWS IoT Core のエンドポイントに接続するために使⽤するデバイス証明書を発⾏します。デバイス証明書には接続の認可を⾏うためのポリシーを割り当てる必要があるので、ポリシーを作成し証明書に割り当てを⾏います。

今回作成した M5StickC 用のプログラムは main.ino としてダウンロードファイルの中に含めておきました。Arduino IDE で開き、メモしたエンドポイントの URI とダウンロードした証明書、及びプライベートキーを用いてソースコードを作成してきます。

また、M5StickC をネットワークにつなげる為に、接続先の WiFi アクセスポイントの SSID と接続パスフレーズについても書き換えていただく必要がありますが、M5StickC は 2.4GHz でしか通信できないのでご注意ください。

具体的には下記のソースコードを修正します。

また、root_ca, certificate 及び private_key も更新します。 

ダウンロードしたルート CA を⽤いて root_ca 変数の -----BEGIN CERTIFICATE----- から -----END CERTIFICATE----- の部分を更新し、証明書登録時にダウンロードした XXXXXXXXXX-certificate.pem.crt を⽤いて certificate 変数の -----BEGIN CERTIFICATE----- から -----END CERTIFICATE----- の部分を更新、XXXXXXXXXXprivate.pem.key を⽤いて private_key 変数の -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- から -----END RSA PRIVATE KEY----- を更新します。

プログラムの構成としては、setup 関数で表示の設定、WiFi への接続、MQTT 接続の初期化、AWS IoT Core への接続を行い、loop 関数でアナログ値の読み込みを行い、一定の閾値を超えた値を検出した際に、アナログ値を埋め込んだ JSON メッセージを作成して MQTT でトピックに対して Publish しています。また、高頻度で検知する (loop 関数を呼び出す) 必要はないので一定時間の wait を入れた上で loop 関数を終了するようにしています。

書き込みが⾏えたら、M5StackC でプログラムが起動し、設定した WiFi アクセスポイントへの接続、AWS IoT Core への接続が⾏われ、7 セグメントのフォントで 0 が表⽰されます。

さて、インターホンを鳴らすと AWS IoT でメッセージを受け取れるようになったので、次にそのメッセージをもとにパトライトを点灯するようにします。今回はパトライトの UX を活かす形で、⼀定時間内に複数回インターホンが鳴らされるとパトライトの⾊が緑→⻩→⾚と変わるようにしようと思います。また、留守中やパトライトを設置した部屋にいないタイミングでパトライトが点灯しっぱなしにならないように点灯から⼀定時間経ったらパトライトを消灯させたいと思います。

このような IoT 機器の状態に応じた動作をプログラムレスで実現できる AWS IoT Events を活⽤し実現してみたいと思います。

まずは AWS IoT Core に到達したメッセージを AWS IoT Events に連携するよう設定します。

M5StickC から Publish されるメッセージは、単純なアナログ値のみで Publish され、下記のようなメッセージフォーマットとなっています。

AWS IoT Core に到達したメッセージを AWS IoT Events に連携する為に AWS IoT Core のルールアクションを設定します。

AWS IoT のコンソールから ACT - ルールを選択して作成を選択します。任意のルール名を付けてクエリステートメントには下記を⼊⼒します。

AWS IoT Events に連携されたメッセージをもとに状態を管理しパトライトを操作する MQTT メッセージを送信するよう AWS IoT Events で 探知機モデル を作成していきます。パトライトの操作に使う MQTT トピックはこのあと設定しますが、cmd/myhome/patlite とするように設定していきます。また、パトライトに設定した MQTT トピックに

というメッセージを送ることでパトライトの点灯をコントロールできます。各 LED 色のキーに対して "0" (消灯)、"1" (点灯)、"2" (点滅) を設定できる仕様となっています。

このメッセージをインターホンの状態に合わせ IoT Events を使って Publish していくようにしていきます。

今回の AWS IoT Events の設定を予め作成し、エクスポートした Json ドキュメントを chime_status.json としてダウンロードファイルの中に含めておきました。

各種設定は下記のようになっています。

• normal
  
  • OnEnter
    • パトライトを全消灯する為の MQTT メッセージを発⾏
      
      
• first_call
  • OnEnter 
    • 1 分間何もなかったら Normal に遷移するためのタイマー reset_timer をセット
    • パトライトの緑を点滅させる為の MQTT メッセージを発⾏
      
      
• second_call
  • OnEnter
    • 再度 1 分後に Normal に遷移するために reset_timer をリセット
      パトライトの⻩を点滅させる為の MQTT メッセージを発⾏
      
      
• third_call
  • OnEnter
    • 再度 1 分後に Normal に遷移するために reset_timer をリセット
    • パトライトの⾚を点滅させる為の MQTT メッセージを発⾏
      
      

また、各状態遷移は以下の条件としています。

• to_call_1, to_call_2, to_call_3
  • $input.chime.analog_value > 0 の条件を満たしたら遷移
    
    
• to_normal
  • reset_timer のタイムアウト
    

さて、ここまででパトライトを制御する準備は整いましたので、あとはパトライトを AWS IoT に接続するよう設定し、点灯を確認していきます。

まず、パトライトを AWS IoT に接続する為のデバイス証明書の発⾏を⾏っていきます。

発⾏は M5StickC 向けに⾏った設定と同様になりますので、同様の⼿順でパトライト向けのデバイス証明書を発⾏します。具体的な⼿順は省略しますが、ポリシー設定は M5StickC では接続して Publish だけ⾏えばよかったのですが、⼀点注意点としてはパトライトではメッセージの Subscribe を⾏うので iot:Subscribe も許可するように設定するようにする必要があります。

また、AWS IoT のルート CA 証明書もモノの証明書、プライベートキーとともにダウンロード (Amazon Trust Services エンドポイント (推奨) の RSA 2048 ビットキーをダウンロード) しておきます。

このパトライトには本体の前⾯にボタンがついており押すことでライトが消灯しますが、そのまま放置しておいても IoT Events の動作によって 1 分後には⾃動で消灯することも確認できました。

今回の DIY によって、リモートでの打ち合わせ中に響くインターホンの呼び出し⾳がうるさくなくなり、かつ、妻からはピアノ教室の⼦供達をエントランスで待たせることなく対応できるようになったと感謝の⾔葉をいただきました。

M5StickC の実装は必要でしたが、それ以外のクラウド側のプログラムによる実装は⼀切なくデバイスの制御ができたのは AWS IoT Events によるメリットも⼤きいところですよね。⾃宅にパトライト設置、この他にもアイデア次第でいろいろな活⽤も考えられそうです。各部屋に配置したくなりました。