DIY Arduino スマートウォッチ — Apple Watch 風腕時計を自作

概要

Arduino Pro Mini 3.3V/8MHz、nRF8001 BLE モジュール、0.96" OLED (128×64)、100 mAh LiPo 電池を組み合わせ、iPhone の通知（ANCS: Apple Notification Center Service）を受信表示する腕時計型ウェアラブルを自作します。静電容量式タッチボタン（配線パッド）で操作、マイクロ USB で充電、常時着用を想定した小型ケースに収納。

主な仕様

• iPhone と BLE 接続、ANCS で着信・メール・LINE 等の通知を取得
• 通知受信時に時刻自動同期（Arduino 内蔵 RTC のドリフト補正）
• 10 秒無操作で OLED スリープ、中央ボタンタッチ或いは新着通知でウェイクアップ
• 静電容量タッチ 3 ボタン（左・中・右）でメニュー操作
• LiPo 充電回路（MCP73831 搭載ブレークアウト）内蔵、USB 充電
• ボディ接地用ワイヤーで静電容量センサーの基準電位確保

必要な部品

部品	数量	備考
Arduino Pro Mini 328 3.3V/8MHz	1	FTDI で書き込み
Adafruit Bluefruit LE (nRF8001) ブレークアウト	1	BLE 4.0、ANCS 対応
0.96" モノクロ OLED 128×64 (I2C/SPI)	1	SSD1306 ドライバー
LiPo 3.7V 100 mAh	1	JST-PH コネクター付き推奨
Micro USB コネクター（DIP/SMD）	1	充電ポート用
1 MΩ 1206 チップ抵抗	3	タッチセンサー用
20 mm 時計バンド（スプリングバー付）	1	市販品流用
SparkFun LiPo Charger Basic - Micro USB	1	充電回路
FTDI Basic 3.3V	1	Pro Mini 書き込み用
アルミ板 50×50 mm、ユニバーサル基板、M2×5 mm ネジ×4	各1	裏蓋・基板固定用

必要な工具

• 3D プリンター（ケース出力）、はんだごて、ニッパー、ドライバー、ノコギリ、ペンチ、カッター

使用ライブラリ（要修正版）

• ANCS Library for Arduino (robotastic/ANCS-Library) — notif.cpp リセットピンを 9 番に変更、ancs_data_source.cpp と ancs_notification.h を提供版に全置換（日付パース修正含む）
• Nordic BLE SDK for Arduino (NordicSemiconductor/ble-sdk-Arduino)
• U8glib (olikraus/u8glib) — OLED 制御
• CapacitiveSensor (Arduino Playground) — タッチ検出

製作手順

Step 1: 電気的組み立て

1. Bluefruit LE ↔ Pro Mini を柔軟なワイヤーで接続（SPI: SCK/MISO/MOSI/REQN/RDYN/RESET）
2. タッチボタン基板（LED リード線流用ピン）を別作し、Pro Mini に配線
3. OLED はピン配列調整の上、Pro Mini に直付けまたは薄型ソケットで接続
4. 重要： ボディ接地用ワイヤー（GND 延長）をケース背面のアルミ裏蓋にハンダ付けし、装着時に肌と導通させる（静電容量センサーのリファレンス用）
5. Micro USB コネクター：VCC→RAW、GND→GND（VCC ではなく RAW へ！レギュレーター経由で充電）
6. LiPo バッテリー：+ → RAW、- → GND
7. 充電ケーブル自作：Micro USB ケーブル切断、赤線を LiPo コネクター赤線、黒線を黒線へハンダ付け（5V 直結禁止、必ず LiPo 充電ボード経由）

Step 2: ソフトウェア書き込み

• Arduino IDE 1.0.6 を使用（1.8.x では GCC バグでコンパイルエラーの報告あり）
• 修正済みライブラリ一式とスケッチを同梱 ZIP から導入
• FTDI アダプターで Pro Mini へアップロード

Step 3: ケース製作・仕上げ

1. STL データで 3D プリント（2 世代目の設計データ同梱）
2. アルミ板を裏蓋形状に切り出し、ネジ穴・バンド取り付け穴を開ける
3. ケース表面処理：紙やすり → サーフェイサー吹き付け → 再研磨（3 回繰り返し） → 塗装

Step 4: 最終組み立て

• タッチピンをケース下側穴から通し、上側穴へ折り返し挿入、テープで固定
• OLED 位置調整しながら基板一式をケースに押し込み
• Micro USB コネクターを側面穴に通し、テープで固定
• ボディ接地ワイヤーをアルミ裏蓋にハンダ付け、絶縁テープで覆い、M2 ネジ 4 本で固定

Step 5: 使い方

1. iPhone「設定 → Bluetooth」で "ANSC rusk" をペアリング
2. 通知センターへのアクセス許可ダイアログで「許可」
3. 以降、iPhone に来る通知がウォッチに表示、時刻自動同期
4. 中央＋右ボタン同時タッチでソフトリセット（接続不調時）
5. 充電：自作 Micro USB ケーブルを LiPo 充電ボードに接続、USB 電源へ

回路図・ケースデータ

• 回路図：schematic.jpg（ピンアサインはスケッチ冒頭の #define 参照）
• ケース STL：同梱 ZIP または GitHub 参照
• 全コード・修正済みライブラリ：同梱 Arduino Apple Watch.zip

既知の課題・改善案

• OLED 位置合わせが難しい → ケース設計にガイドリブ追加、または OLED モジュール固定用ボス一体化
• 電池持ち約 1 日 → Deep Sleep モード導入、OLED コントラスト自動調整、BLE 接続間隔最適化で延長可能
• ANCS ライブラリのバグ修正が手間 → 代替として Bluefruit nRF52 移行（Arduino 互換・ANCS サンプル内蔵）検討
• タッチ感度が環境依存 → 1 MΩ 抵抗値調整、シールドパターン追加、専用タッチIC (AT42QT1070 等) 移行

本プロジェクトは Luke Berndt 氏の ANCS 実装 を参考に、ウェアラブル化・小型化したものです。改良・派生作品の公開を歓迎します。