クラウド連携・指紋認証Arduino勤怠管理システムの構築

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Mega 2560 R3	1	メインマイコン（ピン数多め）
ElectroPeak R301T指紋センサー	1	指紋認証用
ElectroPeak Micro SD TFカードアダプター	1	ローカルログ保存用
ElectroPeak DS3231 I2C RTCモジュール	1	高精度リアルタイムクロック
ElectroPeak 3.5インチ TFTカラーLCDシールド	1	表示・タッチ操作用
ElectroPeak NodeMCU ESP8266 ESP-12E	1	Wi-Fi通信・クラウドアップロード用
ElectroPeak オス-メス ジャンパーワイヤー	1セット	配線用

必要な工具

• レーザーカッター（筐体製作用）
• はんだごて

使用アプリ・オンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

IoTデバイスの理解が必須となる今日、指紋認証による勤怠管理デバイスをArduinoで構築します。出退勤記録をSDカードに保存し、インターネット接続時にThingSpeakクラウドプラットフォームへ自動アップロード。CSV等の形式でデータをダウンロード可能です。

学べること

• 指紋センサーの扱い方
• NodeMCUを用いたThingSpeakへのデータアップロード
• 指紋センサーとArduinoによる勤怠システムの構築

ThingSpeakとは

IoTプラットフォームの一つで、ライブデータをクラウドで収集・可視化・分析できます。無料アカウントで利用開始可能。

ThingSpeak連携・データアップロード手順

1. ThingSpeak.comでアカウント作成
2. ログイン後、「My Channels」→「New Channel」でチャネル作成
3. フィールド名を設定（日付、名前、出勤、退勤、労働時間等）
4. 「API Keys」タブから「Channel ID」と「Write API Key」を控える
5. Arduino IDEでThingSpeakライブラリをインストール
6. サンプル「WriteMultipleFields」を開き、SSID、パスワード、Channel ID、Write API Keyを設定

注意：ThingSpeakへのデータ送信は最低15秒間隔を空ける必要があります。

勤怠管理システムの構築

指紋認証で出退勤を記録し、日付・氏名・出勤時刻・退勤時刻・労働時間をSDカードに保存。指定時刻にThingSpeakへアップロード。ネット未接続時はデータを保持し、接続復帰時に送信。EEPROMに保存するため停電時もデータ消失なし。

回路図

全モジュール接続後、LCDシールドをArduino Megaに装着します。
Tip：LCDシールドで隠れるピンは、基板裏から配線を引き出して対応可能。

必要ライブラリ

• Adafruit-Fingerprint-Sensor-Library
• Adafruit-GFX-Library
• MCUFRIEND_kbv（TFT LCD用）
• RTClib（RTC用）

メインスケッチ（11名分のデフォルト名登録済み、変更可能）とNodeMCU用アップロードスケッチは添付ファイルからダウンロード可能。

NodeMCU アップロード用コード

#include "ThingSpeak.h"
#include 

char ssid[] = "YOUR SSID";
char pass[] = "SSID PASSWORD";
WiFiClient client;
unsigned long myChannelNumber = YOUR CHANNEL ID;
const char * myWriteAPIKey = "YOUR CHANNEL WRITE API KEY";

String Final = "", Date = "", Enter = "", Exit = "", Name = "", WT = "";

void String_Analyze(String input) {
  int index1 = input.indexOf('*', 0);
  int index2 = input.indexOf('*', index1 + 1);
  int index3 = input.indexOf('*', index2 + 1);
  int index4 = input.lastIndexOf('*');
  Name = input; Date = input; Enter = input; Exit = input; WT = input;
  Name.remove(index1);
  Date.remove(index2); Date.remove(0, index1 + 1);
  Enter.remove(index3); Enter.remove(0, index2 + 1);
  Exit.remove(index4); Exit.remove(0, index3 + 1);
  WT.remove(0, index4 + 1);
}

void Get_String() {
  while (Serial.available()) {
    Final = Serial.readString();
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  ThingSpeak.begin(client);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
}

void loop() {
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
      WiFi.begin(ssid, pass);
      Serial.print("0"); delay(5000);
    }
  }
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  Get_String();
  String_Analyze(Final);
  
  if (!Final.equals("")) {
    ThingSpeak.setField(1, Date);
    ThingSpeak.setField(2, Name);
    ThingSpeak.setField(3, Enter);
    ThingSpeak.setField(4, Exit);
    ThingSpeak.setField(5, WT);
    int x = ThingSpeak.writeFields(myChannelNumber, myWriteAPIKey);
    if (x == 200) { delay(100); Serial.print("1"); }
    else { delay(100); Serial.print("0"); }
    delay(17000);
    Final = "";
  }
}

String_Analyze()関数で「日付*名前*出勤*退勤*労働時間」形式の文字列を分解し、ThingSpeakの各フィールドに格納。アップロード成功なら「1」、失敗なら「0」をArduinoへ返却。

筐体の組み立て

アクリル板やプラスチック板をレーザーカットで加工し、電子部品を収納。カットデータ（DWG形式）は添付ファイルからダウンロード可能。

組み立て後、12Vアダプターを接続するだけで動作開始します。

今後の拡張アイデア

• LCDにアイコンを追加して視認性向上
• RFIDカード認証オプションの追加
• ThingSpeak代わりにGoogleスプレッドシートへ直接書き込み

添付ファイル

• electropeak_attendance_code_q4bsYBzou5.zip（Arduino/NodeMCUスケッチ）
• attendanceboxlasercut_ryMUOo5d7h.dwg（筐体レーザーカットデータ）