改造庭園門

當初訂製一組木質庭園門,希望消除冰冷僵硬的感覺,再搭配門旁的花台盆景,讓前庭顯得生氣盎然;新門安裝完成加上花台盆景的點綴,確實讓人有生氣活潑的感覺,唯使用後才發現,防風門擋與門鎖非常不好操作。一樘門通常可用數十年,委曲自己將就使用,終究不是辦法,忍耐多時後決定自己尋求解決之道

   

庭園門設計上的不便

新竹風大,戶外門打開離手前,一定要馬上扣上門擋,不然勁風馬上會把門「碰」的一聲帶上,力道之大令人擔心門遲早會解體。業者給我的解決之道,是在門的下方裝一個簡易的磁鐵帶鐵環的防風門擋。從門擋外型評估,此門擋勒住門的力道有限,強風是很有能把整個門擋扯下。最糟的是,每次要扣住、放開門擋都要彎腰90度,對一身老骨頭的我而言,是一大折磨與挑戰;對年輕的家人而言,也一直是一大麻煩,雖再三提醒開門要隨手扣上門擋,但由於操作上的麻煩,門被強風「碰一聲帶上的聲音,仍不時發生。

庭園門原附屬在門下方的防風門擋

地栓5-1  

 

另一個麻煩是,門鎖與把手的操作非常背手。開門時,若用右手開門鎖,必須側身面壁才能操作;用左手開門既不習慣,也不順暢;夜間在開燈狀況下,即便是年輕人要對準鑰匙孔也是一大挑戰,更遑論老眼昏花的老人家。

 

鑰匙孔的位置讓開門好像考駕照的穩定測試

靠牆角鑰匙孔  

這些操作上的不便,大幅折損此門原有雅緻的觀感。我時常在想,這四萬多元的木質庭園門到底價值在哪裡?貴在抽象的造型嗎?結構上不過是白鐵板壓模鑲上木頭加上烤漆,木頭也不是什麼高貴的木材,較複雜的部份只有門鎖機械元件。就價格而言直逼一部陽春機車的價格,但其結構與複雜度顯然簡單很多,雖然功能用途不同,比起來沒有實質意義,但操作上的不友善,讓人覺得價格與該門實質不對等。希望有業者能注意到此功能性的問題,加以改善造福人群。

 

本著Maker手賤精神

只要一息尚存、腦能思考、手腳能動,豈能受此設計不當的門所挾制,委屈自己與家人,每次進出此門都要側身彎腰作揖我想到二個解決的方法:一、安裝長形地栓,至少要能站著操作;二、加裝不用鑰匙的刷卡開門機制。前者需要鐵工技術,後者需要機電技能,Arduino正好可以派上用場,評估二者門檻都不高應可自力完成。

 

打造製實用的地栓

地栓要能站著操作,高度至少要90公分,找遍裝潢、鐵工材料行都沒找到這麼長的地栓,難道別人都沒有這種困擾與需求嗎?地栓都設計成非要彎腰或蹲下才能操作嗎?難道沒有業者想到較友善的設計嗎?在找不不到合用地栓的情況下,我決定以簡陋的工具自己打造。

一般地栓都設計得很不友善
必須彎腰才能操作

地栓4-1      

 

設計目標:要能站著下地栓、解地栓;操作順暢不粗澀;手觸質感外觀佳。

手邊可用的鐵工工具有電焊機、切割砂輪、手砂輪、鑽台。環顧家中可利用的鐵材,發覺4分不銹鋼圓條正好可以塞入4分不銹鋼熱水管,而且間隙極小上下滑動既不晃動,也會不卡卡的,感覺很扎實順暢,但有些沉重。考慮到家人的手勁,決定把90公分的4分不銹鋼圓條,部分改成3分不銹鋼圓條,以期取其扎實穩重,並能兼顧操作的輕便性。另外,希望把手是能有圓滑好觸感,手邊無現成材料可用,也沒能力手做出可以令自己滿意的把手;後來在大賣場發現不銹鋼環形固定座質感還不差,買來當把手感覺起來還蠻有創意呢。

用Excel畫的簡易地栓設計圖 

地栓設計圖

 

材料搞定,畫出簡單的設計圖,就開始動工。裁剪好尺寸,開始焊接,焊接過程碰到最大的挑戰是鐵管變形,鐵管稍有變形,內部的4分不銹鋼圓條就會卡住,無法上下滑動。無論怎麼分段分點間歇焊都無法避免變形,不得已只好犧牲外觀,焊好立刻敲敲打打以維持原有的順暢。焊好各組件,再就地取材做出固定座,就可以安裝了。

  

 自製加長型地栓,可站立單手操作  

地栓2-1  

 

安裝前把所有的尖銳菱角都磨成圓滑的接觸面,讓操作時有友善介面與質感,並做清潔與簡單拋光處理。最後完成的地栓,談不上精緻,但有一股扎實渾厚粗獷的質感。安裝後反覆操作,感覺順暢、友善、牢靠實用,第一個問題解決了。

 

地栓0

 

地栓3  

 

RFID刷卡開門

評估庭園門的門鎖是用CISA帶電子磁簧的鎖件,可用手動或電動控制門鎖;電控門鎖已經接到屋內電話交換機,可在室內任何話機對門口機對話、開鎖。要解決開鎖的不便,評估後覺得刷卡開門是比較好的選擇,原因是刷卡就沒有對鑰匙孔的困擾;而且只要在電控門鎖鎖件加裝一組由RFID刷卡產生的控制電源,不須犧牲任何其他功能就可解決問題。

控制示意圖

門禁系統控制示意圖  

 

學習RFID

之前對RFID完全陌生,原想買一台讀卡機,改裝一下使用,但上網找些資料發覺用Arduino自己完成也不難。本著好奇與學習精神,上網找了一些資料,先初步了解RFID的概念,網路有很多資源我就不多介紹:

http://192.192.161.79/LinkClick.aspx?fileticket=0y8XjpcodAw%3D&tabid=549&language=zh-TW

 

既然是刷卡開門,那就需要二樣東西,卡片(tag或稱標籤)與卡片感應器(reader)

首先找到恩智浦半導體公司(NASDAQ:NXPI)出品的 MFRC522卡片感應器,下載規格說明,有100多頁,有興趣者可到以下網址下載:

http://www.tw.nxp.com/documents/data_sheet/MFRC522.pdf

 

這規格寫得很詳細,但看得昏頭轉向,想想自己不是要做卡片感應器的開發工程師,只要有個概念即可,於是想了個偷懶的方式,搜尋網站可用的資源,發覺可用資源很多,下面是一個把新Mifare (Mifare’s Tag) 內所有資料讀出的程式,程式有1000多行。主程式理解後,內部函式(function)大致搞懂就能依樣畫葫蘆,寫出卡片讀寫程式。

RC522DumpMifare程式範例:

https://github.com/rena2019/myarduino/blob/master/RC522DumpMifare.ino#L1

 

接著就是Mifare卡,這也是恩智浦半導體公司生產的卡,該卡是根據ISO/ IEC14443 A13.56 MHz非接觸式智能卡標準設計,配合MFRC522卡片感應器,就可以進行讀卡/寫入等操作。要怎麼把資料讀出或寫入,基本上要對Mifare卡有些基本的認識,下面這份說明文件會很有幫助:

http://labdegaragem.com/forum/attachment/download?id=6223006%3AUploadedFile%3A444822

或用以下標題搜尋:Using a MFRC522 reader to read and write MIFARE RFID cards on ARDUINO through the MFRC522 library BY COOQROBOT.

備妥主元件

主元件包含控制系統的核心:Arduino NANOMFRC522卡片感應器、Mifare 卡,三者關係如下圖:

 

RFID控制元件示意圖  

元件取得非常容易,到露天搜尋下單,三天貨就到齊,價錢也不貴,幾百塊就搞定,貨到插在麵包版上就可以進行測試了。

 

控制軟體開發

對我來說RFID是全新的領域,確實花了不少時間研究上述RC522DumpMifare程式,與Mifare卡的資料結構。斷斷續續利用零碎時間,花了大約一個月的時間搞懂後,程式的開發就是非常單純的讀寫,加上一些KEY的設定與硬體控制,幾個晚上就完成了,因程式大多是呼叫RC522DumpMifare程式範例內含的副程式,以及key碼編寫,實無多大創意,這裡就不再浪費篇幅了。

麵包版模擬圖

RFID麵包板  

 

硬體實現

相較於軟體硬體就簡單多了,最大的挑戰是如何做到短小輕薄,與找到現成合適美觀的機盒。由於門鎖的電磁閥需要瞬間的大電流,所以必需用1A以上的電源變壓器,其體積使得機盒無法輕薄,再加上一顆四刀繼電器,短小也難以實現。最後費了一番功夫,到電料行找到塞得下這些零組件的機盒,就開始組裝了。麻雀雖小五臟俱全,組裝過程要面面俱到,十八般武藝都得派上用場;很多微小的焊點要戴上頭戴式放大鏡才能看清楚,老眼真的不重用,還好沒有時間的壓力,本著Maker的熱情,以輕鬆的步調一步一步地往前走,雖然走走停停終於還是完成了。

硬體線路圖

https://drive.google.com/file/d/0B-MaTauGJC6QaWdWNzdaaFV6aUU/view?usp=sharing

 

硬體組裝圖-1

RFID裝配1-1

 

 

硬體組裝圖-2

RFID裝配2  

 

硬體組裝圖-3

RFID裝配3  

 

現場配線

把組裝完成的刷卡門禁系統安裝於現場也不是一件輕鬆的事,因為並無預留安裝位置,只能在儘量不破壞原有外觀情況下,逢山開路遇水搭橋完成,並考慮要能遮風避雨,又加裝不銹鋼防水機箱。這過程,觀察現場、構思與備料佔去很多的時間,大概是我想太多,真正施工只花半天的時間就搞定。

先把對講機拆掉

再從對講機管線拉一條RFID控制線 

現場配線1-1  

 

加裝遮風避雨的不銹鋼保護箱

材料行號稱是最好的對講機保護箱,不是很滿意,只能將就用!

現場配線2-1  

 

RFID控制單元安裝配線完成

現場配線3  

 

把原先拆下的對講機復原

現場配線4-4  

  

整體完成後外觀

現場配線6-1 

 

終於可以--芝麻開門了--

RFID刷卡-1  

     

結語:

庭園門經過這番改造,不但克服原有的障礙,而且轉弱點成強項,把原本軟弱的掛環式門擋變成能在強風中屹立不搖的地栓,從此進出此門不再需要彎腰作揖下地栓,家人也願意隨手下地栓,防止門被勁風強力帶上而損壞;刷卡開門機制,解決了原先須側身尋找鑰匙孔開門的不便,從此進出此門倍感方便順暢,原有的煩躁不再。改造的部分,外觀談不上精美,但渾厚扎實的配件與操作時穩固的感覺,加上改造過程注入了情感與心血,賦予此門新的生氣與使用時美好的感受,算是給maker最好的回報。

 

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  • alexlove7934
  • 版主您好:最近小弟也開始投入arduino應用,春節將近,想利用春節期間也把家中電鎖換成RFID,可否請教版主如何利用RC522編寫RFID?以及可否分享程式碼參考,以上再麻煩了,感謝
  • 可照文內的步驟下載RC522DumpMifare程式,upload到Arduino,就可以經由RC522對MifareTag讀寫資料,先把這個搞懂,其餘問題就可迎刃而解。

    錫安居 於 2016/01/27 06:35 回覆

  • alexlove7934
  • 小弟目前以可讀取UID,但對於寫入相關資料&步驟仍還束手無策,可否提供版主MAIL,小弟將目前問題点整理,再麻煩版主指導一下,冒昧的請求,還請見諒
    以上 謝謝
  • alexlove7934
  • 小弟目前以可讀取UID,但對於寫入相關資料&步驟仍還束手無策,可否提供版主MAIL,小弟將目前問題点整理,再麻煩版主指導一下,冒昧的請求,還請見諒
    以上 謝謝
  • chishuo22gmail .com
    其實您先了解一下mifare card的記憶體結構,就會知道怎麼寫入。
    把您的程式寄來,也許我可以幫您看看問題在哪裡。

    錫安居 於 2016/01/27 22:14 回覆

  • 悄悄話
  • 柏鈞
  • 您好
    想請教你一些問題
    感應之後如何判斷卡片是否能開門 我目前抓到UID但沒辦法再進一步的去判斷
  • 程式照以下步驟:
    1.偵讀到卡號
    2.讀入6bytes keycode完成(要自己預先設定寫入卡片)
    3.合併20bytes keycode完成
    4.EEprom讀入(自己將可開門的id預先寫入Arduino EEprom)
    5.比對(卡片的code和 EEprom的id)
    6.正確(送出開鎖信號)

    錫安居 於 2017/03/09 04:00 回覆