Carillon Zigbee abordable à 20 $ – Alerte audio pour maison connectée

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À propos de ce projet

Mon installation

Je dispose d'un réseau maillé Zigbee/Z-Wave assez étendu pour mon système de domotique connectée (via SmartThings) qui gère tout : contrôle de l'éclairage, surveillance de la consommation électrique, alertes météo extrêmes et rappels pour nourrir les chiens.

Toute l'interface utilisateur passe par une application smartphone, et les alertes peuvent être envoyées via l'application ou par SMS. Un cas d'usage manque cependant : un carillon amical pour avertir les occupants des changements d'état dans la maison (portes/fenêtres/coffres/portails ouverts, météo sévère, température trop élevée dans la chambre de bébé).

Le problème

Il existe quelques options pour déclencher une sirène très forte quand un capteur de mouvement ou d'ouverture est activé, mais je n'ai trouvé aucun carillon simple. C'est pourtant une fonction de base de presque tous les systèmes de sécurité domestique. J'ai envisagé de pirater un capteur de sonnette sans fil, mais la partie difficile/coûteuse était de l'intégrer à mon réseau maillé Z-Wave/Zigbee. SmartThings propose une API pour les enceintes Sonos (coûteuses), et j'ai vu des gens chaîner plusieurs intégrations : SmartThings → IFTTT → Twitter → Arduino WiFi (trop complexe et lent).

Toutes ces solutions dépasseraient les 40 $, alors que je veux la même fonctionnalité avec de meilleures performances pour moins de 20 $.

L'ampoule LED connectée Cree entre en scène

Home Depot vend l'ampoule Cree Connectée à 15 $, et c'est de loin ma préférée. Rien d'autre sous 50 $ n'égale sa puissance lumineuse, sa température de couleur, sa plage de gradation, sa longévité ou sa portée sans fil.

J'ai déjà remplacé toutes mes anciennes ampoules connectées par celles-ci et il m'en restait quelques-unes. Voyons quoi faire d'autre avec ce matériel bon marché et fiable. D'autres ont démonté les ampoules et découvert que tous les composants Zigbee sont sur une carte fille unique alimentée en 3,3 V... mes instincts Arduino frétillent.

La carte Zigbee embarque en fait un Atmel SAMR21, un microcontrôleur 32 bits ARM Cortex avec 256 Ko de mémoire flash. Atmel vend une carte de développement SAMR21 à 42 $, donc l'obtenir pour 15 $ est une aubaine.

Moins de 20 $ de matériel

Preuve de concept avec SmartThings

Voici une preuve de concept rapide utilisant un moniteur de changement d'état sur Arduino pour déclencher un son « carillon » sur un buzzer piézo. Les broches de gradation et marche/arrêt de l'ampoule fonctionnent toujours, et grâce au moteur d'applications SmartThings, je peux implémenter toute la logique souhaitée.

Même sans Arduino, on peut connecter la broche numérique directement à un relais pour commander n'importe quoi : bandeaux LED, portes de garage, moteurs/pompes, etc.

Puisqu'une des broches sort un signal PWM, je peux la relier à une entrée analogique d'un Arduino configurée pour lire des valeurs entre 1 et 100 %. Dans SmartThings, ces valeurs sont divisées en intervalles de 10 %, ce qui donne 11 sorties distinctes (10 niveaux + marche/arrêt) transmissibles via la carte Zigbee. Cela permet de déclencher différentes alertes selon la porte/fenêtre ouverte.

Ce système dépasse la simple alerte. Un autre projet en cours utilise un Arduino pour piloter un blaster IR pour mes climatiseurs, et grâce à cette intégration directe avec SmartThings, il tiendra compte de mes capteurs de présence/occupation et de l'état de la maison.

Comme tout fonctionne en 3,3 V, c'est parfait pour un ATtiny85 et une batterie Li-Ion 3,7 V, pour un ensemble ultra-compact et portable. J'ai aussi conservé l'alimentation de l'ampoule qui convertit le 120 V AC en 3,3 V DC, utile pour de futurs projets.

La communauté trouvera sûrement d'autres usages : commentez avec vos idées ou publiez votre propre réalisation !

Code

Sketch DoorChime (C/C++)

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

/* Proof of concept pour utiliser la carte Zigbee de l'ampoule Cree 
   pour piloter d'autres appareils (un haut-parleur ici).
   Modifié par Buddy Crotty - Mars 2015, version 0.1.2
   Basé sur les exemples de Tom Igoe :
   State change detection (edge detection) - toneMelody
   Code dans le domaine public.
   https://arduino.cc/en/Tutorial/ButtonStateChange
   https://arduino.cc/en/Tutorial/Tone

   Carte Zigbee Cree :
   broche 1 : GND
   broche 2 : 3.3V in
   broche 3 : PWM Out
   broche 4 : Digital Out

   Circuit :
   * Haut-parleur 8 ohms sur broche numérique 8
   * Broche 2 connectée à la broche 4 de la carte Zigbee
*/

const int buttonPin = 2;    // broche d'entrée (carte Zigbee)
const int speakerPin = 8;   // broche du haut-parleur

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

// Mélodie (7 Nation Army) :
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++;
      // Jouer la mélodie
      for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {
        int noteDuration = 10000 / noteDurations[thisNote];
        tone(speakerPin, melody[thisNote], noteDuration);
        int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
        delay(pauseBetweenNotes);
        noTone(speakerPin);
      }
    } else {
      Serial.println("off");
    }
    delay(50); // anti-rebond
  }
  lastButtonState = buttonState;

  // Carillon à chaque deuxième changement d'état (porte qui s'ouvre)
  if (buttonPushCounter % 2 == 0) {
    digitalWrite(speakerPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(speakerPin, LOW);
  }
}

pitches.h (C/C++)

/*************************************************
 * Constantes publiques - Fréquences des notes
 *************************************************/
#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

Schémas

Schéma Fritzing du DoorChime avec le code DoorChime.fzz