【工事無し】簡単にICカードでスマートロックを作る

STLファイルと画像を公開しました

ICカード認証式回転キーボックス

皆さんは研究室や職場で共通の鍵を使うとき，鍵をどこに置いていますか．扉の上ですか？鉢植えの中ですか．
今回は鍵の管理を簡単にスマート化することを目指して行きます．

日本ラズベリーパイユーザーズグループ賞を受賞しました

こちらの作品は，ソラコム主催「ラズパイコンテスト」にて日本ラズベリーパイユーザーズグループ賞を頂きました．
詳細はこちら!

スマートロックは手間とお金がかかる？

私はかつてスマートロックを作ったことがあります．
これはICカードを読み取り，メンバーリストにあればドアの鍵をサーボモーターで回しロックを解除するというものです．

当時は3Dプリンターなどなくサムターンのアダプタも手作り，配線もいっぱいでとても大変でした．
このときは総額2万円位かかりました．これくらいかかるならスマートロックを買った方が安くなってしまいます．

もっと手軽に鍵の管理ができないかと考えました．

鍵さえ共有できれば良い

研究室ではよく鍵をキーボックスに入れて，暗証番号を打ち込むことで開ける方式があります．
そこからヒントを得ました．

キーボックスは導入が手軽ですが，以下のデメリットがあると思います．

• 暗証番号を打つのがめんどくさい
• 同じ暗証番号を複数人で使い回している
• だれが暗証番号を知っているのか完全に把握できない
• 誰がいつ開けたかわからない

これらのデメリットを克服できるデバイスを考えたいと思います．

動作原理

ICカードで認証をして，サーボモーターを使って鍵を収納するサーボモーターを制御，クラウドに記録することで鍵を管理することにしました．以下で詳しく説明します．

使ったもの

品名	価格	備考
Raspberry Pi4 Model B / 4GB	約8000円	Raspberry Pi3 Model Bでも良いと思う
SORACOMのSIMカード(プランD)	初期費用2000円弱	１日単位で利用できる,１日１０円位
FeliCa対応のICカードリーダー PaSoRi RC-S380	約3000円弱	メルカリで2000円前後，３月の確定申告後に安く売り出される
サーボモーター	約200円	秋月だと500円くらいです
3Dプリンタとフィラメント	約200円	本体はXYZプリンティングのダヴィンチ 1.0で約８万円

これらを使って以下のように接続します．

(fritzingを使いたかったのですが，いつの間にか有料化してました...)

解決策1:ICカードを使ったキーボックス

上でも紹介しましたかつてのスマートロックにはICカードを使った認証を使っていました．

今回はこのシステムをキーボックスと組み合わせてみたいと思います．

まずは，Fusion360でデザインしていきます．

これを3Dプリンターで出力していきます．ざっと，2~3時間で，3Dプリンターで造形物を出力するものとしては短いほうだと思います．

今回のキーボックスは扉が回転式で鍵を収納します．
これにキーボックスの扉を開けるサーボモーターを組み込みます．

サーボモータの制御はこちらのサイトを参考にしました
Raspberry Piでサーボモーターを回す - Qiita
これを使って，サーボモータを半周させて開閉を制御することにします．

うまく動くことを確認した後，これを全部組み立てていきます．
PLA樹脂は液体の接着剤よりホットボンドを使うのがいいと思います．

ICカードはソニー 非接触ICカードリーダー/ライター PaSoRi RC-S380を使います．
https://amzn.to/3p8sF79

Pythonで扱えるようにライブラリが入手できます．
このリーダー使ってICカードに記録されている固有の識別コードidmを取得して，これを認証に使いたいと思います．
以下のサイトを参考にしました．
ラズパイにパソリを繋いでNFCタッチ！

ここから，タッチすると予め登録しておいたidmのリストから調べ，該当すればサーボモーターを動かして鍵が取れるプログラムを作成します．
Pythonを使って仕上げました．テストをしてみます．

いい感じに動いています．

解決策2:Ambientを使った解錠状況の遠隔監視

AmbientはIotデバイスからの情報を受け取ってグラフやリストでデータを表示してくれるサービスで，基本的に無料で使えます．
これを使って，ICカードがタッチされた際，認証結果とそのidmを送信することで，いつ誰が入室を試みたのかがどこからでも確認できます．

下のように，認証できたら1,違うICカードなら0でそれぞれのidmをリストで表示してくれます．
これを使うと外出先から確認することができます．

解決策3:WiFiの届かないエリアは，ソラコムのSIMカードでカバーする

大学の研究室はとても広く，研究室だけのWiFiでカバーするのは難しいです．大学には大学のWiFiもありますが，大勢がつながるWiFiにキーボックスを接続するのはあまり安全ではありませんし，本学の場合1アカウントで複数台は接続制限を受けます．
ソラコムのSIMカードを利用することで，少額で通信することができ，今回のような僅かな通信量のデバイスには向いています．このシステムなら，例えば会社での鍵の管理にも応用できると思います．

今回はUSBドングルを用意できなかったのでiPhoneにSIMカードを差してテザリングモードでRaspberry Piが接続しています．

大手のキャリアが販売するスマートフォンにはSIMロックが掛かっている可能性があるので，各事業者に問い合わせる必要があります．私はauなのでauでSIMロック解除(今は無料!)の手続きをして，iPhoneを初期化したら使えるようになりました．
SORACOMのSIMを使用するためには構成プロファイルが必要です．以下のサイトからダウンロードしてください．
iOS デバイスで SORACOM Air を使用する | さまざまなデバイスと SORACOM | SORACOM Users

SIMロック解除していないとSORACOMのSIMを入れた途端に使えなくなる...

auIDから手続きした後，構成プロファイルをインストールして，「モバイル通信」から「モバイルデータ通信」をオンにしてください．これでこのSIMカードが利用できます．
↓ソラコムユーザーコンソール上からも確認できる

そのあと．「インターネットを共有」をオンにしてテザリングを開始して，これにRaspberry Piを無線で接続します．とても簡単でした．

まとめ

今回はRaspberry PiとソラコムのSIM，3Dプリンターを使って"スマートキーボックス"なるものを作った．
導入が簡単で工事もいらない，鍵の形状を気にしないので従来のスマートロックが使えない鍵をお持ちの方にも導入しやすいと思う．費用面は3Dプリンターのフィラメント代にもよりますが，これが200円くらいで，ラズパイやサーボモーター，ICカードリーダーを合わせると1万円前後ではないでしょうか．既にRaspberry Piをお持ちならば半額くらいになります．これなら数台導入しても費用面でも安心です．

今後の課題点は，現状サーボモーターだけだと簡単にこじ開けられるので，上下に動かして物理的にロックを加えるなど対策したいです．
ただ，今回のキーボックスは破壊される脅威を防ぐのではなく，"隣の部屋を狙うほうが簡単だよ"というふうに自分たちが狙われないようにする防犯対策です．ほかを狙うより手間がかかると思わせるだけでも，防犯につながると思います．