こんにちは、ポニ丸です。
私ポニ丸はエンジニアやってる身として、自宅もスマートであるべきではないかと思い立ちました。
仕事で様々な最新技術に触れているのにも関わらず、家ではアナログ生活ではダメなのでは、と。
とはいえですよ。
お金もない私ですから市場に出回っているスマート機器にはなかなか手が出ないのも事実であります。
そこで、いろんな機器を自作して予算を浮かせつつスマートハウスにしていこうという個人的計画を開始します！
題して！
早速第一弾として、玄関の鍵を自動的に開閉させたいと思います。
いわゆるスマートロックというやつですね。
ネットでちょちょいと調べると色んな企業さんが出してました。
価格はだいたい１～4万円がベターな感じです。
高いっっ！笑
自称段ボールハウス在住のポニ丸にとって、諭吉さんを失うことは命を削ることに直結します。
なので、予算を5,000円に設定してスマートロックの自作にチャレンジをしていきます！
スマートロックとは
肝心のスマートロックって具体的に何？っていう話ですが、物理的なキーを使うことなく開錠／施錠ができる機器です。
キーの代わりになるものは、暗証番号を入力するもの、カードキーをかざすもの、スマホアプリで操作するもの等さまざまです。
さらに、高機能なものであればいつ誰が開けたかを記録しておくこともできるようです。
目指すスマートロック像
今回ポニ丸が目指すスマートロックのポイントを箇条書きにしてみました。
- 外側からはカードキーで開錠／施錠
- 内側からはボタンで開錠／施錠
- 事前に登録しているカードキー以外で開錠はしない
- 見た目もなるべくスマートに
- 余裕があれば外からの開錠情報をクラウドにアップ
こんな感じです。
最後の項目に関してはスマートハウスを目指すのであればIoT要素を持たせたいなという意図です。
スマートロック用パーツの選定
ざっくり実現したいことが決まったので、重要なパーツを選定していきます！
各画像をクリックすることで購入ページに飛べるので、興味のある方は見てみてくださいね！
マイコン
まず、すべてのベースとなるマイコンは低価格＆Wi-Fi接続可という点を満たす必要があります。
今回はIoT目的でよく使用されているESP32 DevKitC V4 ESP-WROOM-32を使うことにしました。
公式はEspressifなんですが、今回はwavesという会社のOEM版を購入しました。
waves製のESP32ボードには一つ注意点があって、ボード上に書かれているシルク（印刷）が一部回路と異なります。
EXT_5Vと書かれているピンの隣にあるGNDですが、正しくはCMDです。
ここを間違えてGNDに接続することで正しく動作しない事象が多数報告されているみたいなので気を付けてください！
RFリーダ
カードキーを読み取るパーツです。
調べていて参考となる情報が比較的多かったSunFounder製のRFID-RC522にしました。
リーダーだけでなくICカードキーとICストラップがついているので、これだけで動作確認が可能です！
モータ
鍵の部分を回転させるためのパーツです。
モータはなかなか選定が難しいのですが、スマートロック自作先駆者の情報から今回はTower Pro製SG92Rを使用することにしました。
小型の割にトルクがあっていいよーとのことが書いてありました。
電源
肝心要の電源。
我がポニ丸家の玄関にはコンセントがないんです。
遠くのコンセントからケーブル引っ張ってきてっていうことも可能ではあるんですが、いかんせんスマートじゃない！
ということで、比較的小型なモバイルバッテリーを接続して5V電源にします！
これ以上のスマートさは保留事項で頼んます。。笑
簡易動作確認
電源は一旦置いておいて、重要パーツを組み合わせて簡単な動作確認をやってみました。
特にICの中のデータがどうとかのチェックはやってないですが、とりあえずICが読み取れたらモータを回転させる動作を確認することができました！
動作仕様
次に、どういった動きにするかを決めます。
今回のスマートロックは屋外用のタッチデバイスと屋内用の制御デバイスのセットで動作するように考えているので、それぞれで動きを考えます。
タッチデバイス
家の外側に配置する方のデバイスです。
カードキーをタッチして認証させるというのが基本の動きになります。
ただ、それだけだと認証できたかどうかを人が判別できないので
- 認証成功で青LEDが点灯
- 認証失敗で赤LEDが点灯
となるような動きとします。
制御デバイス
家の内側に配置する方のデバイスです。
鍵の開け閉めはモータによって行う基本の動きがあるため、人の手を使って回転させることが電気的にレベルが少し高めです。
なので、
- 内側からの開閉はそれぞれ押しボタンで操作
- 現在の開閉状態がわかるようにLEDでお知らせ
- スイッチで電源のON/OFF可能
という動きを実現します。
二つ目に関しては、開ボタン／閉ボタンそれぞれに対応したLEDを取り付けておき、開いている状態で開ボタンを押すと点滅してすでに開いていることを知らせるようにします。
ちなみにしまっているときに開ボタンを押すような場合は、モータが動いている間LEDが点灯するようなこととして視覚的に判別できるようにします。
回路図
ここまで決まりましたので、ざっくり回路図を書いてみました。
ハードの専門家ではないので電気的にまずい箇所やミスはあるかもしれないですが、温かい目で見てあげてください。笑
ポイントとしては以下です。
- モータは消費電流が多いのでモータへの電源供給をマイコンで制御可能に。
- RC522と通信するピンが接続された状態でマイコンへのファームウェア書き込みができないため、ピンヘッダを立てて接続／分離可能に。
次回予告
おおむねの設計が完了しました！
次回は決めたパーツをはんだ付けし、ファームウェアを書いて完成までもっていく予定です。
お楽しみにー！
引き続きがんばるやでー
完結編の記事はこちらから↓↓
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