六家蓋房子

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

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

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

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 

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  

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。

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

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卡 (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 A類13.56 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 NANO、MFRC522卡片感應器、Mifare 卡，三者關係如下圖：

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

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

硬體組裝圖-2

硬體組裝圖-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 

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！

RFID控制單元安裝配線完成

把原先拆下的對講機復原

整體完成後外觀

終於可以--芝麻開門了--

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。