Timbre Zigbee Económico de $20 – Alerta de Audio para Hogar Inteligente

Componentes y materiales

Arduino Nano R3	×1
Bombilla LED Cree Connected (Bombilla inteligente regulable Zigbee de Cree)	×1

Aplicaciones y servicios en línea

• Arduino IDE

Sobre este proyecto

Mi configuración

Tengo una red mesh Zigbee/Z-Wave bastante extensa para mi sistema de automatización del hogar conectado a Internet (a través de SmartThings) que lo hace todo: desde controlar luces y monitorizar el consumo eléctrico hasta alertar sobre condiciones meteorológicas extremas y recordarme dar de comer a los perros.

Toda la interfaz de usuario es a través de una aplicación para smartphone, y las alertas pueden enviarse mediante notificaciones push o SMS. Sin embargo, un caso de uso que se ha pasado por alto es un timbre amable para avisar a los ocupantes de cambios de estado en la casa (apertura de puertas/ventanas/cajas fuertes/portones, clima severo inminente, o temperatura alta en la guardería).

El problema

Existen algunas opciones para activar una sirena muy fuerte cuando se dispara un sensor de movimiento o de puerta/ventana, pero no encontré ningún timbre simple. Esta es una característica básica de casi todos los sistemas de seguridad doméstica, así que me sorprendió que no existiera. Investigué hackear un sensor de timbre inalámbrico, pero la parte difícil/cara era integrarlo en mi red mesh Z-Wave/Zigbee. SmartThings tiene API para altavoces SONOS [caros], y he visto gente encadenar múltiples integraciones de SmartThings a IFTTT a Twitter a un Arduino con WiFi [demasiado complicado y lento].

En resumen, cualquiera de estas soluciones costaría más de $40, y yo quería la misma funcionalidad con mejor rendimiento por menos de $20.

Llega la bombilla LED Cree Connected

Home Depot vende la bombilla Cree Connected por $15 y es, con diferencia, mi bombilla inteligente favorita. Nada por debajo de $50 se le acerca en flujo luminoso, temperatura de color, rango de regulación, longevidad o alcance inalámbrico.

Ya he reemplazado todas mis bombillas inteligentes antiguas por estas y me sobraban unas cuantas, así que quise ver qué más podía hacer con este hardware barato y fiable. Otros han desmontado las bombillas y descubierto que todos los componentes Zigbee están en una sola placa auxiliar y usan alimentación de 3.3V... ¡mis sentidos de Arduino hormiguean!

Resulta que la placa Zigbee tiene un Atmel SAMR21, un chip ARM Cortex de 32 bits con 256 KB de memoria flash. Atmel vende una placa de desarrollo SAMR21 por $42, así que conseguir esto por $15 es una ganga.

Prueba de concepto con SmartThings

Aquí hay una prueba de concepto rápida que usa un monitor de cambio de estado en un Arduino para activar un tono "timbre" en un zumbador piezoeléctrico. Los pines de salida de atenuación y encendido/apagado de la bombilla siguen funcionando, y usando el motor de aplicaciones de SmartThings puedo construir cualquier lógica que quiera.

Incluso sin un Arduino, puedes conectar el pin digital directamente a un relé para encender/apagar casi cualquier cosa: tiras LED, abrir/cerrar puertas de garaje, activar motores/bombas, etc.

Dado que uno de los pines genera PWM, puedo conectarlo a uno de los pines analógicos de E/S en un Arduino para leer valores entre 1-100%. En SmartThings, estos se dividen en intervalos del 10%, así que entre eso y encendido/apagado tengo 11 salidas distintas que puedo enviar a través de la placa Zigbee. Esto permitiría activar alertas diferentes según qué puerta/ventana se abra.

Esto puede ir más allá de una simple alerta o timbre. Otro proyecto en el que trabajo es un blaster IR controlado por Arduino para mis unidades de aire acondicionado de ventana, y ahora que puedo integrar directamente con SmartThings usando el método anterior, será consciente de mis sensores de presencia/ocupación y del estado de la casa.

Además, como todo funciona a 3.3V, es un caso de uso perfecto para un ATtiny85 y baterías Li-Ion de 3.7V para un paquete superpequeño y portátil. También conservé la fuente de alimentación de la bombilla, que convierte 120V CA a 3.3V CC, y sin duda será útil para futuros proyectos.

Seguro que esta comunidad puede inventar otros usos, ¡así que comentad cómo lo usaríais o incluso construid vuestra propia versión y publicad el proyecto!

Código

Sketch DoorChime (C/C++)

#include <Tone.h>
#include "pitches.h"

/* Sketch rápido como PoC para viabilidad de usar la placa Zigbee de Cree Connected LED
   para controlar otros dispositivos (un altavoz en este caso).
   Modificado por Buddy Crotty - Marzo 2015 versión 0.1.2
   Copiado completamente de los sketches de ejemplo de Tom Igoe:
   State change detection (edge detection) - toneMelody
   Este código de ejemplo es de dominio público.
   https://arduino.cc/en/Tutorial/ButtonStateChange
   https://arduino.cc/en/Tutorial/Tone

   Placa Zigbee de Cree Connected LED:
   pin 1 - ground
   pin 2 - 3.3Vin
   pin 3 - PWM Out
   pin 4 - Digital Out

   Circuito:
   * Altavoz de 8 ohmios en pin digital 8
   * Pin 2 conectado a pin 4 de la placa Zigbee
*/

const int buttonPin = 2;
const int speakerPin = 8;

int buttonPushCounter = 0;
int buttonState = 0;
int lastButtonState = 0;

int melody[] = {
  NOTE_GS2, NOTE_GS2, NOTE_B2, NOTE_GS2,
  NOTE_FS2, NOTE_E2, NOTE_DS2
};

int noteDurations[] = { 4, 8, 8, 8, 8, 3.5, 3 };

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  pinMode(speakerPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  if (buttonState != lastButtonState) {
    if (buttonState == HIGH) {
      buttonPushCounter++;
      for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {
        int noteDuration = 10000 / noteDurations[thisNote];
        tone(speakerPin, melody[thisNote], noteDuration);
        int pauseBetweenNotes = noteDuration * 0.32;
        delay(pauseBetweenNotes);
        noTone(speakerPin);
      }
    } else {
      Serial.println("off");
    }
    delay(50);
  }

  lastButtonState = buttonState;

  if (buttonPushCounter % 2 == 0) {
    digitalWrite(speakerPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(speakerPin, LOW);
  }
}

pitches.h (C/C++)

/*************************************************
 * Constantes Públicas
 *************************************************/
#define NOTE_B0  31
#define NOTE_C1  33
#define NOTE_CS1 35
#define NOTE_D1  37
#define NOTE_DS1 39
#define NOTE_E1  41
#define NOTE_F1  44
#define NOTE_FS1 46
#define NOTE_G1  49
#define NOTE_GS1 52
#define NOTE_A1  55
#define NOTE_AS1 58
#define NOTE_B1  62
#define NOTE_C2  65
#define NOTE_CS2 69
#define NOTE_D2  73
#define NOTE_DS2 78
#define NOTE_E2  82
#define NOTE_F2  87
#define NOTE_FS2 93
#define NOTE_G2  98
#define NOTE_GS2 104
#define NOTE_A2  110
#define NOTE_AS2 117
#define NOTE_B2  123
#define NOTE_C3  131
#define NOTE_CS3 139
#define NOTE_D3  147
#define NOTE_DS3 156
#define NOTE_E3  165
#define NOTE_F3  175
#define NOTE_FS3 185
#define NOTE_G3  196
#define NOTE_GS3 208
#define NOTE_A3  220
#define NOTE_AS3 233
#define NOTE_B3  247
#define NOTE_C4  262
#define NOTE_CS4 277
#define NOTE_D4  294
#define NOTE_DS4 311
#define NOTE_E4  330
#define NOTE_F4  349
#define NOTE_FS4 370
#define NOTE_G4  392
#define NOTE_GS4 415
#define NOTE_A4  440
#define NOTE_AS4 466
#define NOTE_B4  494
#define NOTE_C5  523
#define NOTE_CS5 554
#define NOTE_D5  587
#define NOTE_DS5 622
#define NOTE_E5  659
#define NOTE_F5  698
#define NOTE_FS5 740
#define NOTE_G5  784
#define NOTE_GS5 831
#define NOTE_A5  880
#define NOTE_AS5 932
#define NOTE_B5  988
#define NOTE_C6  1047
#define NOTE_CS6 1109
#define NOTE_D6  1175
#define NOTE_DS6 1245
#define NOTE_E6  1319
#define NOTE_F6  1397
#define NOTE_FS6 1480
#define NOTE_G6  1568
#define NOTE_GS6 1661
#define NOTE_A6  1760
#define NOTE_AS6 1865
#define NOTE_B6  1976
#define NOTE_C7  2093
#define NOTE_CS7 2217
#define NOTE_D7  2349
#define NOTE_DS7 2489
#define NOTE_E7  2637
#define NOTE_F7  2794
#define NOTE_FS7 2960
#define NOTE_G7  3136
#define NOTE_GS7 3322
#define NOTE_A7  3520
#define NOTE_AS7 3729
#define NOTE_B7  3951
#define NOTE_C8  4186
#define NOTE_CS8 4435
#define NOTE_D8  4699
#define NOTE_DS8 4978

Esquemáticos

Diagrama de circuito Fritzing del DoorChime con código del sketch