SmartCan (Mobile Programming Final)

Android 앱이 모니터링, 제어(오차보정), 데이터소스 전환(LOCAL/FIREBASE/SERVER)을 담당하고, 서버/장비/대시보드는 앱 기능을 확장하는 형태로 설계했다.

• LOCAL: SQLite
• FIREBASE: Firestore
• SERVER: FastAPI + Neon(PostgreSQL)
• 확장: WebSocket 관리자 관제(/admin), Grafana 운영 대시보드

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전체 파이프라인

아두이노가 RFID 태깅으로 이벤트를 발생시키면 서버(FastAPI)가 이를 수신해 Neon(PostgreSQL)에 기록한다. 서버는 LSTM, SPC, CUSUM, R2R로 오차를 감지하고 보정하며, 이 과정은 WebSocket(/admin)으로 실시간 스트리밍되고 Grafana에서 지표로 집계된다. Android 앱은 LOCAL(SQLite), FIREBASE(Firestore), SERVER(REST) 모드로 이를 조회하고 모니터링한다.

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Android 앱이 중심인 이유

SmartCan은 서버와 하드웨어가 있는 프로젝트지만, 사용자가 실제로 조작하고 확인하는 중심은 Android 앱이다.

앱이 제공하는 기능:

1. 모드 전환(LOCAL/FIREBASE/SERVER): 1·2·3단계를 앱 한 곳에서 확인할 수 있다.
2. 실시간 모니터링 UI: 알람, 상태, SPC 결과를 앱 화면에서 즉시 확인한다.
3. 제어(오차보정 버튼): 사용자가 앱에서 보정 요청하면 장비 LED가 빨강(ERR)에서 초록(OK)으로 바뀌며 효과를 눈으로 확인한다.

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단계별 구현 (1/2/3단계)

1단계 — LOCAL: SQLite

• Android 앱이 SQLite로 저장하고 조회한다.
• 오프라인에서도 동작한다.

2단계 — FIREBASE: Firestore

• Android 앱이 Firestore에 저장하고 조회하며 실시간 갱신된다.
• 앱 설정으로 LOCAL과 FIREBASE 간에 전환할 수 있다.

3단계 — SERVER: FastAPI + Neon(PostgreSQL)

• Android 앱이 REST로 서버와 통신한다.
• 서버는 Neon(PostgreSQL)에 저장하고 조회한다.
• 서버는 명령어만으로 독립적으로 실행할 수 있다.

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앱 화면 구성

발표와 시연은 다음 3개 화면 중심으로 진행한다.

Dashboard (모니터링)

• 현재 SKU와 라인 상태
• 최근 알람 리스트(WARN/ERR)
• 최근 충진 결과(목표/실측, OK/ERR)

Control (제어)

• 오차보정 버튼
• 목표량/레시피(SKU) 설정

Settings (모드 전환)

• DataSource: LOCAL / FIREBASE / SERVER
• 현재 모드 표시

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SmartCan의 핵심: 자동 오류 보정

SmartCan의 차별점은 기록과 조회가 아니라 충진 오차를 감지하고 자동으로 보정 루프를 돈다는 점이다.

• LSTM: SKU와 이력을 기반으로 밸브 시간을 추정한다.
• SPC(관리도): 공정 분산과 허용오차를 기반으로 이상을 판단한다.
• CUSUM: 누적 변화로 드리프트를 조기에 감지한다.
• R2R(Run-to-Run): 직전 결과를 반영해 다음 사이클 보정값을 적용한다.
• 알람: 이상 감지 시 DB에 저장하고 관리자에게 즉시 푸시하며 Grafana에서 추이와 빈도를 확인한다.

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실행 흐름

1. (장비/UNO) RFID 태깅으로 SKU를 결정하고 can_in 이벤트를 전송한다.
2. (브리지/esp_bridge.py) 시리얼을 읽어 line1/event/can_in을 MQTT에 발행한다.
3. (서버/FastAPI) can_in을 수신하고 LSTM/R2R로 다음 밸브 시간을 계산해 Neon DB에 기록하고 WebSocket으로 푸시한다.
4. (장비/UNO) 충진을 수행하고 fill_result 이벤트를 전송한다(실제량/목표량/OK·ERR 포함).
5. (서버/FastAPI) fill_result를 수신하고 DB에 기록한 뒤 SPC/CUSUM으로 이상을 감지해 알람을 생성하고 WebSocket으로 푸시한다.
6. (Android 앱) 사용자가 오차보정 버튼을 클릭하면 서버로 보정 요청을 보낸다.
7. (서버/FastAPI) 보정값을 산출하고 기록한 뒤 CORR 명령을 발행하고 WebSocket으로 푸시한다.
8. (장비/UNO) CORR을 수신하고 LED를 빨강(ERR)에서 초록(OK)으로 전환한다.
9. (관리자) /admin에서 WebSocket 실시간 로그를 확인하고 Grafana에서 알람과 지표 추이를 확인한다.

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레포 구조

smartcan/
  arduino/           # UNO 스케치 (RFID/밸브/LED/LCD/7세그)
  backend/           # FastAPI 서버 (3단계)
  dashboard-app/     # Android 앱 (LOCAL/FIREBASE/SERVER 전환)
  infra/             # 로컬 개발용 docker (Postgres/MQTT/Grafana)
  esp_bridge.py      # UNO 시리얼 ↔ MQTT 브리지
  README.md

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실행 방법

Backend 실행 (FastAPI)

cd backend
python -m venv .venv
# Windows: .venv\Scripts\activate
# macOS/Linux: source .venv/bin/activate

pip install -r requirements.txt
uvicorn app.main:app --reload --host 0.0.0.0 --port 8000

Health check: GET /health
API 문서: GET /docs

환경변수 설정 (.env)

backend/.env.example을 backend/.env로 복사하고 수정한다.

#SQLite
#FIREBASE
DATABASE_URL=postgresql://<NEON_USER>:<NEON_PASSWORD>@<NEON_HOST>/<NEON_DB>?sslmode=require
SERVER_PORT=8000

# MQTT
MQTT_BROKER_HOST=localhost
MQTT_BROKER_PORT=1883

주의: .env는 커밋하지 않는다.

Android 실행 (Android Studio)

dashboard-app/을 Android Studio로 열고 Run한다.

모드 전환

dashboard-app/app/build.gradle.kts에서 DATA_SOURCE 값을 변경한다.

• "\"LOCAL\"" // 1단계: SQLite
• "\"FIREBASE\"" // 2단계: Firebase(Firestore)
• "\"SERVER\"" // 3단계: FastAPI + PostgreSQL(Neon)

변경 후 반드시 상단의 Sync Now를 클릭해야 적용된다.

SERVER 모드 주소

• 에뮬레이터: http://10.0.2.2:8000 (호스트 PC의 localhost)
• 실기기(같은 Wi-Fi): http://<PC 로컬 IP>:8000

FIREBASE 모드

• google-services.json과 Firestore 설정이 필요하다.

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DB 초기화

LOCAL (SQLite)

앱을 삭제하고 재설치하거나 앱 데이터를 삭제한다.

FIREBASE (Firestore)

Firebase Console에서 테스트 컬렉션을 삭제하거나 테스트 프로젝트를 분리한다.

SERVER (Neon PostgreSQL)

Neon Branch를 새로 생성하거나 스키마를 초기화한다(데이터 전체 삭제 주의).

로컬 Docker 초기화 (선택)

cd infra
docker compose down -v
docker compose up -d

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3단계 REST/WebSocket 인터페이스

Base URL: http://<server-host>:8000

기본 엔드포인트:

• GET /health
• GET /docs
• GET /admin
• WS /ws/admin

API 예시:

• GET/POST /api/v1/alarms
• GET/POST /api/v1/spc/states
• GET/POST /api/v1/cycles
• POST /api/v1/control/fill
• POST /api/v1/control/corr (앱 오차보정 버튼과 연결)

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Arduino (UNO) 로직

• RFID UID를 SKU에 매핑한다(COKE_355 / CIDER_500).
• Changeover 감지 시 노랑 LED를 표시한다.
• Changeover 직후 다음 태깅에서 BAD FILL이 발생하면 빨강 LED를 표시하고 fill_result(ERR)을 전송한다.
• 앱에서 오차보정 버튼을 누르면 서버가 CORR을 발행하고 UNO LED가 빨강에서 초록으로 전환된다.

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Grafana (운영 대시보드)

데이터 소스: Neon(PostgreSQL)

패널:

• 라인 상태
• 알람 빈도
• 오차율
• 모델 지표

권한:

• Folder: Admin Dashboard
• Teams: ops-admin(Edit), ops-viewer(View)

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빠른 시연 시나리오

1. 앱 Settings에서 LOCAL ↔ FIREBASE ↔ SERVER를 전환해 1·2·3단계를 확인한다.
2. Dashboard에서 알람과 상태를 확인한다.
3. BAD FILL을 유도해 빨강 LED를 표시한 뒤 앱에서 오차보정 버튼을 누르면 LED가 빨강에서 초록으로 전환되는 것을 확인한다.
4. 관리자 /admin에서 실시간 로그를 확인하고 Grafana 지표로 운영까지 확장해 보여준다.