スマートロックを自作した。

スマートロック高い。

皆さん、スマートロックを知っていますか?
ボタンを押したり、カードをかざしたりすると鍵が開くような鍵のことで、最近では一般家庭の玄関に取り付ける為の製品が続々と出てきています。スマホアプリからBluetooth Low energyなんかを使って解錠させる製品が流行りですね。

スマートロックの何が良いかというと、鍵を鞄の奥底から探さなくて良いこと。旅行から帰った時なんかに、鍵がどこに行ったかもわからず、失くしてしまったのではないかと玄関先で冷や汗をかくこともしばしばあるので助かります。まあ、普通の人はサクッと見つけてサクッと解錠しているんでしょうが。
ただし、便利とは言ってもどれも3万円や5万円辺りのそこそこ良いお値段なので、自分で作ることにしました。
と思ってゆっくり放置してたらどんどん安い製品が出てきました。



こっちはもう部品を買ってるんだぞ!

つくる:準備編

今回の目標
1.  (市販品より)安くつくる
2. 楽に使えるようにする
3. 今までにやったことがないことをして技術を身につける

しくみ
今回は、Felicaカードをドアに取り付けた読み取り部にかざすと、鍵が開いたり閉まったりするタイプにしました。Felicaカードと言われてもピンとこないかもしれませんが、suica等の交通系ICカードがその規格を使っています。

当初は、ESP32というBLEとWi-fi機能がついたマイコンの載ったボードを使って、アプリから解錠するタイプにしようと思っていました。
適当に作ったandroidアプリからLEDをチカチカさせたりしてみて、ソフトは8割方できたかなという所になって「アプリ起動して操作するの面倒くさいな…かといって自動にすると誤爆しそうだし…」と思い、カードをかざすタイプに方向転換しました。

カードはスマホケースに入れたViewクレジットカードを使うので、実際の運用はスマホをポケットから出してかざすだけです。この距離ならナイフのほうが速い的なノリです。
オートロック付きのものもありますが、自分がオートロック機能をつけると120%閉め出されるのでやりません。

鍵の開け締めは、ドアの内側のノブをサーボーモータで回します。つまみをケースで覆ってしまい内側から人力で開けられなくなるので、解錠ボタンと施錠ボタンも用意することにします。

素材

  • Arduino nanoコピー品: 400円くらい。プログラムを書き込んだらその通りに動いてくれる今回の装置の頭脳。前回のアイカツ装置から奪いました。
  • サーボモータSG-90:400円くらい。秋月で一番安いやつですが、パワーは十分です。
  • FelicaリーダーライタRC-S620S:3600円くらい。フラットケーブル接続なので一緒にこれも買いました。
  • スイッチ:10円~。適当でいいです。かっこいいボタンを使うとかっこよくなるかもしれません。
  • 抵抗器:1個1円~。今回は家にあった330Ωと200kΩのものを使いました。
  • FET:30円~。これを使った気がします。回路を入り切りするスイッチ的に使います。マイコンの出力電圧で使えるものを選びましょう。
  • ケース:0円~。ドアロックに取り付ける部分。最悪ダンボールでもできます。好きに作りましょう。

普通に作れば1万円以下でできると思います。ESP32なんかを使ったBLE解錠なら、RC-S260Sが要らないので、もっと安くなります。

つくる:ハード編

まずケースですが、今流行りなので3Dプリントで作ります。前々からやってみたかった奴です。

今回はDMM.makeで外注して印刷することにしましたが、3Dプリントするにはまず3Dモデルが必要です。作りましょう。

Fusion360という3DCADソフトは個人なら無料で使うことができて、機能的にもなかなか優れているらしいです。これを使っていきましょう。
初心者なので、色々チュートリアルを見ながら作って、こんな感じになりました。
lock1lock2左の部分がモータの回転部に取り付け、ノブに被せて鍵を開け締めする所。
右がモーターを固定して内側で左の部品を回転させるケース。
真ん中はFelicaリーダーのカバーです。

よく見ると3つの部品が小さい橋のようなもので繋がっているのですが、DMMは複数部品を同時に印刷できないので見かけ上一つの部品にしています。
DMMのプリント料には送料も含まれているので、このような形で発注しておいて、届いてからバラすことで送料を節約できるらしいです。

できたモデルをアップロードするとこんな感じ。
lock3一番安い塗装なし磨きなしのナイロンでプリントすることにしました。大体4500円くらいですが、この辺はサイズと素材次第らしいです。
相場がよくわからないけど、たくさんプリントする人は家庭用3Dプリンターを買ったほうが良さそうなお値段。

注文してからだいたい1週間くらいで届きます。途中で「印刷を開始しました」というメールが来るのがワクワク感を高めてくれて良いです。
DSC02662届いたのがこれ。ん?この包装は…
DSC02663予めバラされてる!バレてる~!部品を繋げて送料を節約しようとしたのバレてる~
質感としては、如何にも積層させました感が出る縦筋模様ではなくて、梨地に近い印象。リーダー部分はは外に出すので後から塗装でもしようかと思っていましたが、思ってより見た目が悪くないのでそのまま使います。

DSC02668組み付けるとこんな感じになります。
サーボについてきた羽根を回転軸に取り付けて機構部は完成。外れやすいので接着剤をつけておくと良いです。

回路のほうはあまり難しいことはなく、スイッチでONOFFできるようにしたり、カードリーダーを使えるように素直に繋ぎます。
工夫した所として、サーボの電源送りにFETを使った事があります。サーボに常に電圧を掛けていると、モーターが指定した位置で止まる力を持ち続けて、普通の鍵で開け閉めできません。
そこで、FETを使って必要なときだけモーターを電源に繋いであげる構成にすることで、鍵でもカードでも開けられるようにしています。

回路的はこちらのサイトとほぼ同じです。
簡単に実体配線図を書けてお見せできるツールがあれば全体を書きたいです。

DSC02745ユニバーサル基板に実装して全部繋いだのがこれです。電源は基板右側に刺さっているUSBケーブルから取ります。

白と青の線が繋がっているコネクタは、arduino miniの書き込みがリーダーを繋いだ状態ではできないため、カードを追加する時は線を外せるようにするための工夫です。
ただ、普通にフラットケーブルを抜いたり、arduino自体を抜き差し可能にしたほうが効率が良いと思います。馬鹿なのでそれに気づかずにコネクタをつけて「天才では?」と思っていました。

つくる:ソフト編

arduino IDEというものを使って開発していきます。C言語が分かれば簡単です。
これから始める皆さんには下の本がおすすめです。本の後半がarduino公式リファレンスになっていてその場でわからないことを調べられます。

FelicaリーダーのRC-S620SはSONY製品なのですが、SONYがarduino用にライブラリを公開しているので、これを使いましょう。
RC-S620Sの使い方はこちらのブログを参考にさせていただきました。
サーボモーターは標準ライブラリが最初からIDEに入っているので、それを使います。角度を指定するだけなのでとても簡単。

カードをかざしたときにどういうことを行っているかというソースコードを本当は載せたいのですが、セキュリティ性が低すぎてインターネットのおじさんたちにボコボコにされるので書けません。同じように作って空き巣に遭ったときに家財保険が効くのかも怪しいです。まあ外せばわからないでしょうが。

あ、それと上にも書きましたが、サーボを動かす前と後にFETを駆動させたり止めたりしましょう。

あんまり書くことないです。

設置・運用

DSC02746玄関に設置しましょう。
基本的に全部両面テープで貼り付けるだけです。固定力は腕でもなかなか外せないレベルで出ます。
カードリーダーはフラットケーブルなのでドアの隙間から出してあげます。

DSC02747外側はこうなります。リーダーとカバーも両面テープでお互いを留めていて、テープのためのスペースも確保しています。

使うとこんな感じ。結構便利そうです。

リーダーのカバーが白一色でもう少し訴えかけるビジュアルが欲しかったので、かっこいいステッカーを貼ることにしました。
DSC02750ありがとうさくらインターネット。ステッカーはこれしか持っていなかったので下の余白を適当にハサミで切って貼りました。

ちなみに、このブログはロリポップサーバーで運用されており、さくらインターネットとは全くの無関係です。

反省

作ってから2週間くらい使ってみているのですが、非常に楽です。ポケットにスマホだけ突っ込んでコンビニに行くこともできます。鍵も支払いもsuicaでOK。
ただ、色々と改良したい点も出てきます。

  • 内側の基板にもケースを作る:埃をかぶると良くないし、ケース作成技術も習得したいですね。
  • 基板をプリント基板化:実はユニバーサル基板の配線も初めてでしたが、今はプリント基板が安くて簡単にできるらしいので。スキル上げていこうな。
  • フラットケーブルを長くする:ケーブルが短すぎてスマホがドアの縁に当たりまくります。上の動画でスムーズに見せていますが、あれはテイク5くらい撮りました。普段はスマホをぐるぐるさせてます。緊急性が高いので150mm長のケーブルを買います。
  • かっこいい(かわいい)ステッカーを調達する:ください。

ものづくり意欲が湧いてきたので、また何か作ろうと思います。

 

Take Five

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