入退室管理システムをPythonで自作する方法！サーバー要件とコード例

入退室

学習塾や習いごとなどのスクールで、Pythonを使って入退室管理システムを自作したいと考えている方もいらっしゃるのではないでしょうか。

Pythonは学習コストが低く、豊富なライブラリがあるため、入退室システムの開発にも適しています。

しかし、実際に動くシステムを構築するには、コーディングだけでなく、サーバー環境の構築やデータベース設計など、多岐にわたる知識が必要です。

この記事では、Pythonで入退室管理システムを自作する場合の技術要件、具体的なコード例、そして実装上の課題について詳しく解説します。

Pythonで入退室管理システムを作る場合の技術要件

Pythonで入退室管理システムを構築するには、複数の技術要素を組み合わせる必要があります。

Python + Webフレームワーク

まず、PythonのWebフレームワークが必要です。代表的なものは、FlaskとDjangoです。Flaskは軽量でシンプル、Djangoは多機能で大規模開発向けという特徴があります。入退室管理システムであれば、Flaskで十分ですが、将来的な拡張性を考えるならDjangoも選択肢になります。

Flaskを使う場合、以下のようなライブラリが必要になります。

Flask==2.3.0
Flask-SQLAlchemy==3.0.0
requests==2.31.0
qrcode==7.4.2
Pillow==10.0.0
python-dotenv==1.0.0
gunicorn==21.0.0

サーバー環境

Pythonアプリケーションを24時間365日稼働させるには、VPS（仮想専用サーバー）またはPaaS（Platform as a Service）が必要です。

VPSの場合：

  • さくらのVPS、ConoHa VPS、AWS EC2など
  • OSはUbuntuやCentOSを選択
  • Nginxをリバースプロキシとして設定
  • Gunicornでアプリケーションを起動
  • SSL証明書（Let’s Encrypt）の設定

PaaSの場合：

  • Heroku、Railway、Renderなど
  • デプロイが簡単だが、カスタマイズ性は低い
  • 無料プランは制限が厳しく、実用には有料プランが必要

いずれにしても、共用のレンタルサーバーでは動かせません。Pythonアプリケーションを常時起動させる環境が必須です。

データベース

入退室履歴や生徒情報を保存するデータベースが必要です。Pythonで扱いやすいのは、PostgreSQLまたはMySQLです。開発環境ではSQLiteでも問題ありませんが、本番環境では複数ユーザーの同時アクセスに耐えられるPostgreSQLやMySQLを推奨します。

LINE Messaging API

LINE通知を送るには、LINE Messaging APIの設定が必要です。LINEの公式アカウントを作成し、Channel Access Tokenを取得します。Webhookエンドポイントを設定し、LINEからのリクエストを受け取る仕組みを実装します。

ディレクトリ構成例

Flaskで構築する場合の基本的なディレクトリ構成は以下のようになります。

入退室システム/
├── app.py                 # メインアプリケーション
├── config.py              # 設定ファイル
├── models.py              # データベースモデル
├── requirements.txt       # 依存ライブラリ
├── .env                   # 環境変数（APIキーなど）
├── static/
│   ├── css/
│   ├── js/
│   └── qr_codes/         # 生成したQRコード画像
├── templates/
│   ├── index.html
│   ├── admin.html
│   └── scan.html
└── migrations/           # DBマイグレーション

必要なスキルセット

  • Pythonの基礎〜中級レベル
  • Flask/Djangoの使用経験
  • SQLの知識（テーブル設計、クエリ）
  • Linuxコマンドの基礎
  • Nginx、Gunicornの設定
  • SSL証明書の設定
  • 環境変数の管理
  • LINE Messaging APIの理解

これらすべてを理解していないと、システムを構築・運用することは困難です。Pythonでのコーディングができるだけでは不十分で、インフラ構築の知識が不可欠なのです。

Pythonで入退室管理システムを構築するには、Webフレームワーク、サーバー環境、データベース、LINE APIなど、多岐にわたる技術要素が必要です。

では、実際にどのようなコードを書くのか見ていきましょう。

実装例とコードサンプル

Pythonでの実装例を、いくつかのコードサンプルと共に紹介します。

QRコード生成のコード例

生徒ごとにユニークなQRコードを生成するコードは以下のようになります。

import qrcode
import os

def generate_qr_code(student_id, student_name):
    # QRコードに埋め込むデータ（学生IDなど）
    data = f"STUDENT_ID:{student_id}"
    
    # QRコードを生成
    qr = qrcode.QRCode(
        version=1,
        error_correction=qrcode.constants.ERROR_CORRECT_L,
        box_size=10,
        border=4,
    )
    qr.add_data(data)
    qr.make(fit=True)
    
    # 画像として保存
    img = qr.make_image(fill_color="black", back_color="white")
    filename = f"static/qr_codes/{student_id}.png"
    img.save(filename)
    
    return filename

Webhookの実装例

LINEからのWebhookリクエストを受け取り、QRコードを読み取った際の処理を実装します。

from flask import Flask, request, jsonify
from datetime import datetime
import requests
import os

app = Flask(__name__)

LINE_CHANNEL_ACCESS_TOKEN = os.getenv('LINE_CHANNEL_ACCESS_TOKEN')

@app.route('/webhook', methods=['POST'])
def webhook():
    data = request.get_json()
    
    # QRコードから読み取ったデータを取得
    student_id = data.get('student_id')
    
    # データベースから生徒情報を取得
    student = get_student_by_id(student_id)
    
    if student:
        # 入退室記録をDBに保存
        record_attendance(student_id, datetime.now())
        
        # 保護者にLINE通知を送信
        send_line_notification(student.parent_line_id, student.name)
        
        return jsonify({'status': 'success'}), 200
    else:
        return jsonify({'status': 'error', 'message': 'Student not found'}), 404

def send_line_notification(line_user_id, student_name):
    url = 'https://api.line.me/v2/bot/message/push'
    headers = {
        'Content-Type': 'application/json',
        'Authorization': f'Bearer {LINE_CHANNEL_ACCESS_TOKEN}'
    }
    data = {
        'to': line_user_id,
        'messages': [
            {
                'type': 'text',
                'text': f'{student_name}さんが入室しました。'
            }
        ]
    }
    
    response = requests.post(url, headers=headers, json=data)
    return response.status_code

データベーススキーマ

Flask-SQLAlchemyを使ったデータベースモデルの例です。

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from datetime import datetime

db = SQLAlchemy()

class Student(db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    name = db.Column(db.String(100), nullable=False)
    parent_line_id = db.Column(db.String(100), nullable=False)
    qr_code_path = db.Column(db.String(200))
    created_at = db.Column(db.DateTime, default=datetime.now)

class AttendanceRecord(db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    student_id = db.Column(db.Integer, db.ForeignKey('student.id'))
    timestamp = db.Column(db.DateTime, nullable=False)
    status = db.Column(db.String(20))  # 'enter' or 'exit'
    
    student = db.relationship('Student', backref='attendance_records')

LINE通知の送信コード

保護者への通知を送信する処理の詳細です。

import requests
import json

def send_attendance_notification(parent_line_id, student_name, status):
    url = 'https://api.line.me/v2/bot/message/push'
    
    headers = {
        'Content-Type': 'application/json',
        'Authorization': f'Bearer {LINE_CHANNEL_ACCESS_TOKEN}'
    }
    
    message = f"{student_name}さんが{'入室' if status == 'enter' else '退室'}しました。"
    timestamp = datetime.now().strftime('%Y年%m月%d日 %H:%M')
    
    payload = {
        'to': parent_line_id,
        'messages': [
            {
                'type': 'text',
                'text': f"{message}\n時刻: {timestamp}"
            }
        ]
    }
    
    response = requests.post(url, headers=headers, data=json.dumps(payload))
    
    if response.status_code != 200:
        # エラーログを記録
        print(f"LINE API Error: {response.status_code}, {response.text}")
    
    return response.status_code == 200

これらのコード例を見ると、一つ一つは理解できるかもしれません。しかし、実際にはこれらを統合し、エラーハンドリングを追加し、セキュリティ対策を施し、サーバーにデプロイして24時間稼働させる必要があります。

コード自体は書けても、Nginxの設定ファイルを書く、SSL証明書を設定する、Gunicornでアプリケーションを起動する、systemdでサービスとして登録する、ログローテーションを設定するなど、インフラ構築の壁が立ちはだかります。

Pythonでのコーディング自体は可能ですが、実際に動かすためのインフラ構築が大きなハードルになります。

さらに、ICカードとの連携を考えている場合、技術的な難しさは一段と増します。

ICカード連携の難しさ

QRコードではなく、ICカードで入退室管理をしたいと考える方もいるでしょう。しかし、ICカード連携には大きな技術的ハードルがあります。

ICカードリーダーはUSB接続が基本

ICカードリーダー（Felica、MIFARE対応など）は、基本的にUSB接続のデバイスです。PCやラズベリーパイに直接接続して使用します。これをPythonで制御するには、専用のライブラリ（nfcpyなど）を使います。

import nfc

def on_connect(tag):
    print(f"カード検知: {tag}")
    # カードIDを取得
    idm = tag.idm.hex()
    return True

clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
clf.connect(rdwr={'on-connect': on_connect})

このコードはローカル環境（PCやラズベリーパイ）でのみ動作し、Webアプリケーションとして動かすことはできません。

Webブラウザから直接読み取れない

最も大きな問題は、Webブラウザから直接ICカードを読み取ることができないことです。Web技術（HTML、CSS、JavaScript）では、USBデバイスへのアクセスに制限があり、ICカードリーダーを直接制御することはできません。

QRコードであれば、カメラを使ってブラウザ上で読み取れますが、ICカードの場合はそうはいきません。

別途ネイティブアプリや専用端末が必要

ICカード連携を実現するには、以下のいずれかの方法が必要です。

1. ローカルアプリケーションの開発

  • PythonやElectronでデスクトップアプリを開発
  • ICカードリーダーからデータを読み取り、Webサーバーにデータを送信
  • 各教室のPCにアプリをインストールする必要がある

2. 専用端末の使用

  • ラズベリーパイなどのシングルボードコンピュータにICカードリーダーを接続
  • Pythonスクリプトを常駐させ、カード読み取りを監視
  • 読み取ったデータをWebサーバーにPOSTする

3. 既製の専用ハードウェアを導入

  • ICカード対応の入退室管理専用端末を購入
  • 価格は1台あたり数万円〜十数万円

いずれの方法も、Web完結型のQRコードシステムに比べて、技術的ハードルとコストが大幅に上がります。

技術的ハードルがさらに上がる

ICカード連携を実装する場合、以下のような追加の技術が必要になります。

  • USBデバイスドライバの知識
  • nfcpyなどの専用ライブラリの理解
  • ローカルアプリとWebサーバー間の通信設計
  • ラズベリーパイの設定とPythonスクリプトの常駐化
  • ハードウェアのトラブルシューティング

これらを理解し実装できる人は、かなり限られます。「Pythonが書ける」だけでは到底対応できない領域です。

ICカード連携は、Webブラウザから直接読み取れないため、別途ネイティブアプリや専用端末が必要で、技術的ハードルが非常に高くなります。

このように、Pythonでの自作は技術的に可能ですが、実際に運用するには多くの壁があります。

現実的な選択肢：既製品の活用

ここまで見てきた通り、Pythonで入退室管理システムを自作することは技術的には可能です。しかし、サーバー構築、データベース設計、LINE API連携、継続的なメンテナンス、そしてICカード連携となると、個人で対応するには負担が大きすぎます。

LINE入退クラウドのような既製品を使えば、これらすべての問題が解決します。QRコード対応、ICカード通知対応、LINE通知、管理画面、セキュリティ対策、すべて完備されており、月額1,650円から利用できます。

開発に数週間〜数ヶ月かける時間、サーバー代月額6,000円〜7,000円、そして継続的なメンテナンスの手間を考えると、既製品を使う方が圧倒的にコストパフォーマンスが高いのです。

プログラミングスキルを活かすなら、システム開発ではなく、授業の質を高めるための教材作りや、生徒管理の効率化に時間を使う方が、塾の成長につながります。

Pythonで入退室管理システムを自作することは技術的には可能ですが、Webフレームワーク、サーバー構築、データベース設計、LINE API連携など、多岐にわたる知識が必要です。さらにICカード連携となると、Webブラウザから直接読み取れないため、別途ネイティブアプリや専用端末が必要になり、技術的ハードルが一段と上がります。

開発時間、サーバー代、継続的なメンテナンスを考えると、月額1,650円からの既製品を使う方が現実的で、コストパフォーマンスも高い選択肢です。