Interphone IoT Project

インターホンを非破壊でIoT化する

実装している機能

• 解錠制御（MQTT受信）:
  • Subscribe: interphone/cmd
  • コマンド
    • open: 即時解錠（サーボ 70° → 0°）
    • open_if_detected: 次回の呼び出し音検知時に自動解錠し、実行後はNORMALに戻る
    • ping: 疎通確認。受信時にログへ応答をPublish
• 通知/ログ（MQTT送信）:
  • Publish: interphone/log
  • 送信する主なイベント: 起動・接続・検知・解錠・PING応答
• 呼び出し音の検知仕様:
  • センサー: G36 に接続したKY-038のアナログ入力
  • 判定: 128サンプルのピークtoピーク値で判定
  • しきい値: 立ち上がり > 200 を約50ms継続で検知／< 100 が500ms継続で解除
• デバイス操作:
  • 本体ボタンBtnAで手動解錠
• 画面表示（LVGL）:
  • マイクレベル（値とバー）、接続状態（WiFi/MQTT/OK）、最終コマンドと時刻、モード、検知中インジケータ
• 接続:
  • AWS IoT Core へ TLS(8883) で接続
  • UDPパケットによる手動解錠・インターフォン検知情報の送信
• UDPローカル制御:
  • 送信: 検知時にdetectedを192.168.1.255:4210へブロードキャスト
  • 受信: 192.168.1.255:4210（ブロードキャスト/ユニキャスト問わず）を受信し、open/open_if_detected/pingをMQTTと同様に処理
  • ポート: 4210（m5stick_prj/src/main.cppのUDP_PORT）

HW構成

• M5Stick C Plus
• SG90サーボモーター x2
• KY-038マイクモジュール
• Grove I2C HUB
• Adafruit PCA9685 PWM/Servo Driverの互換モジュール
• DC電源プラグ

マイクモジュールからマイク素子を延長して、インターホンに近づける。3.3V駆動のためアナログ出力の値が非常に小さいが、近くで音が鳴らないと閾値を超えないのでOKとする。

クラウド連携構成

• POST経由で外部からinterphone/cmdトピックにコマンドをPublish
• M5StickCPlusはinterphone/cmdトピックをSubscribeし、コマンドに応じて処理を実行（解錠・モード変更など）
• M5StickCPlusはinterphone/logトピックにログをPublish

ファイル

• docs/: 写真・図面などのドキュメント
• lambda/: クラウド連携用のAWS Lambdaコード
• m5stick_prj/: M5StickC Plus向け PlatformIO プロジェクト
• m5stick_ui/: SquareLine Studio プロジェクト（UI定義）
• stl/: 3Dプリント用STL（筐体/ホルダー）

構築方法

HW

• KY-038のマイク素子は半田こてで外して、延長してインターフォンのマイクにテープで留める。
• KY-038のアナログ出力をM5StickのG36に。GNDと3.3Vも接続する。
• サーボモーターはAdafruit Driver, HUB経由でGroveコネクタに接続。
• Adafruit Driverには外部電源を適当に用意（5V3AのACアダプタを使用）
• ホルダーを3Dプリントして各パーツをねじ止め、ホルダーは壁に画鋲で留める。

SW・クラウド

• SquareLine StudioでExport UI Filesを行い、m5stick_prj/lib/ui/以下にエクスポートする。
• AWS IoT Coreでモノの登録を行なって証明書を登録。参考: マイコン ESP32 を使って AWS IoT Core と Pub/Sub 通信するまで

証明書作成時のポリシーは以下の通り。

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Connect",
      "Resource": "arn:aws:iot:<YOUR_AWS_REGION>:<YOUR_AWS_ACCOUNT_ID>:client/interphone"
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Subscribe",
      "Resource": "arn:aws:iot:<YOUR_AWS_REGION>:<YOUR_AWS_ACCOUNT_ID>:topicfilter/interphone/cmd"
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Receive",
      "Resource": "arn:aws:iot:<YOUR_AWS_REGION>:<YOUR_AWS_ACCOUNT_ID>:topic/interphone/cmd"
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Publish",
      "Resource": "arn:aws:iot:<YOUR_AWS_REGION>:<YOUR_AWS_ACCOUNT_ID>:topic/interphone/log"
    }
  ]
}

• m5stick_prj/src/secrets.hにWiFI接続情報、証明書情報を入力
• PlatformIOでビルド、M5Stickに書き込み。
• M5StickAのボタンを押すと解錠側のサーボモータが動く
• AWS Lambdaを作成

lambda/send_cmd.pyのような内容で作成する。IOT_DATA_ENDPOINTの部分は自分のエンドポイントに書き換える。
Lambdaの実行ロールに以下のポリシーをアタッチする。

{
	"Version": "2012-10-17",
	"Statement": [
		{
			"Effect": "Allow",
			"Action": "iot:Connect",
			"Resource": "arn:aws:iot:<YOUR_AWS_REGION>:<YOUR_AWS_ACCOUNT_ID>:client/interphone"
		},
		{
			"Effect": "Allow",
			"Action": "iot:Publish",
			"Resource": "arn:aws:iot:<YOUR_AWS_REGION>:<YOUR_AWS_ACCOUNT_ID>:topic/interphone/cmd"
		}
	]
}

Lambdaをデプロイし、関数URLを有効化する。

• 作成した関数URLを使用して、外部からLambda経由で解錠コマンドが送れることを確認。

curl -X POST \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"message": "OPEN"}' \
  "https://XXXXXXXXXX.lambda-url.XXXXX.on.aws/"

TODO

• Lambdaをセキュアにする
• M5Stick側のコード整理
• ログを適切に貯めてどこかで表示する
• 通話側のサーボを使用していないので、自動応答などを作る
• いい感じのフロントエンドで外から自動解錠受け付けるなど
• I2Cの余ったところに気温センサつける
• 家の鍵にもモーターつける