はじめに

ひょんなことから、スマートロックのプロトタイプ開発をすることになり、色々ネットで記事を漁りつつ、開発をしてみました。

参考になった記事を、敬意を評しつつ、ここに載せておきます。
基本的な事はこちらに書いてますので、見てください。
Raspberry Piでサーボモーターを回す
 Raspberry PiにNFCリーダを接続してSuicaを読み取る
 Raspberry Piとサーボモータで踊るはにわ制作
 Raspberry PiでPythonからMySQLデータベースを扱う

必要なもの

物理的なもの

Raspberry Pi 3 B+(今回はスターターキットを購入)
サーボモータ
ジャンパーピン(オス/メス)
USBキーボード
USBマウス
ディスプレイ
NFCカードリーダ(PaSoRi RC-S380)

開発環境

OS: Raspbian
言語: Python2
DB: MariaDB(MySQL)

やりたいこと

事前に、DB登録プログラムを動かして、DBにカードのIDmを登録。
スマートロックもどきプログラムを動かして、カードを認証
認証されたカードが、DBにあるIDmと一致した場合、サーボモータが回転する。
今回は、Suicaと白無地のFelicaカードを認証するプログラムを書く。

DB登録追加プログラムを作成

まず、以下のコマンドを実行して、nfcpyをインストールする。

pip install nfcpy

そして、MariaDBにデータベースを作成して、テーブルを作成する。

create database suica;
use suica;
create table usercard(id int(11) primary key, auto_increment, card varchar(100));

そして、DB登録プログラムを作成する。
以下を記述。

add_suica.py

import binascii
import nfc
import time
import pymysql.cursors
import hashlib
from threading import Thread, Timer
from contextlib import closing
from mysql.connector import errorcode

TIME_cycle = 1.0
TIME_interval = 0.1
TIME_wait = 3
count = 0
#suica
target_req_suica = nfc.clf.RemoteTarget("212F")
#それ以外のカード
target_req_blank = nfc.clf.RemoteTarget("212F")

target_req_suica.sensf_req = bytearray.fromhex("0000030000")

connection = pymysql.connect(host="localhost", user="root", password="********", db="suica", charset="utf8")

print 'Suica waiting...'


while True:
    clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
    # suica
    target_res = clf.sense(target_req_suica, iterations=int(TIME_cycle//TIME_interval)+1, interval=TIME_interval)
    #それ以外のカード
    target_res2 = clf.sense(target_req_blank, iterations=int(TIME_cycle//TIME_interval)+1, interval=TIME_interval)

    #suicaかそれ以外のカードか分別する
    target = None
    if target_res != None:
        target = target_res
    elif target_res2 != None:
        target = target_res2

    if target != None:
        tag = nfc.tag.activate(clf, target)
        tag.sys = 3

        idm = binascii.hexlify(tag.idm)  

        with connection.cursor() as conn:
            hash_idm = hashlib.md5(str(idm)).hexdigest()
            insert = 'insert into usercard (card) values (%r);' % hash_idm
            print insert
            conn.execute(insert)
        connection.commit()
        time.sleep(10)
    clf.close()

物理的な設定(サーボモータ)

オス/メスのジャンパーピンも併用して、サーボモータに接続する。
サーボモータのケーブルと同色のジャンパーピンを接続し、
ジャンパーピンを以下に記載しているラズパイのピンに接続する。

赤: 5V
茶: GND
オレンジ: GPIO系で任意のもの(今回はGPIO4(端子番号7番)に接続)

スマートロックもどきプログラムを作成する。

いよいよ、スマートロックもどきライブラリを作成する。

suica.py

import binascii
import nfc
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import pymysql.cursors
import hashlib
from threading import Thread, Timer
from contextlib import closing

TIME_cycle = 1.0
TIME_interval = 0.1
TIME_wait = 1
status = 0
count = 0
target = ''

def open():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    gp_out = 4
    GPIO.setup(gp_out, GPIO.OUT)
    servo = GPIO.PWM(gp_out, 50)
    servo.start(0)
    servo.ChangeDutyCycle(12)
    time.sleep(0.1) 
    servo.stop()

def close():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    gp_out = 4
    GPIO.setup(gp_out, GPIO.OUT)
    servo = GPIO.PWM(gp_out, 50)
    servo.start(0)
    servo.ChangeDutyCycle(7.25)
    time.sleep(0.1)
    servo.stop()

target_req_suica = nfc.clf.RemoteTarget("212F")
target_req_blank = nfc.clf.RemoteTarget("212F")

target_req_suica.sensf_req = bytearray.fromhex("0000030000")

connection = pymysql.connect(host="localhost", user="root", password="mnmr0043", db="suica", charset="utf8")

print 'Suica servo waiting...'

while True:
    clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
    target_res = clf.sense(target_req_suica, iterations=int(TIME_cycle//TIME_interval)+1, interval=TIME_interval)
    target_res2 = clf.sense(target_req_blank, iterations=int(TIME_cycle//TIME_interval)+1, interval=TIME_interval)
    #print target_res
    target = None
    if target_res != None:
        target = target_res
    elif target_res2 != None:
        target = target_res2

    if target != None:
        tag = nfc.tag.activate(clf, target)
        tag.sys = 3

        idm = binascii.hexlify(tag.idm)
        #print idm 
        print 'sleep' + str(TIME_wait) + 'seconds'

        with connection.cursor() as conn:
            c = conn
            db_idm = hashlib.md5(str(idm)).hexdigest()
            select = 'select card from usercard where card=%r;' % db_idm
            c.execute(select)
            result = c.fetchall()
            for row in result:
                if db_idm == str(row[0]):
                    if status == 0:
                        open()
                        print 'servo turn'
                        print status
                        status = 1
                        count+=1
                    else:  
                        close()
                        print 'servo reverse turn'
                        print status
                        status = 0
                    time.sleep(TIME_wait)
                    print 'sleep' + str(TIME_wait) + 'seconds'
                else:
                    print 'Not users Auth.'

    GPIO.cleanup()   
    clf.close()

完成

最初に、以下のコマンドでDB登録ライブラリを動かして、カードを読み込む。

sudo python2 add_suica.py

次に、以下コマンドでスマートロックもどきライブラリを動かして、カードを読み込むと、サーボモータが動く。

sudo python2 suica.py

Raspberry Piでスマートロックもどき作った。
・DBにカードのIDmを登録するライブラリを動かして、カードを認識させて登録。
・認証したカードのIDmが、DBにあるIDmと一致した場合、サーボモーターが回る。(ない場合は回らない。) pic.twitter.com/Aa8MHCZjSD
— やっぴー@20卒 (@yanashi_masa) 2019年5月15日

感想

・意外と簡単だった。
・ここから、電子工作で拡張していくので、結構大変になるかも。。。

【改訂版】Suicaをカードリーダで認識させて、サーボモータを回すスマートロックもどきを作った。

【2019/05/18 追記】