仅需 20 美元的 Zigbee 门铃——智能家居音频警报

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我的智能家居设置

我构建了一个庞大的 Zigbee/Z-Wave 网状网络，通过 SmartThings 平台实现家庭自动化：控制灯光、监控用电、极端天气预警、喂狗提醒等。所有交互都通过手机 App 完成，警报可通过 App 推送或短信发送。但我发现缺少一种友好的提示音，用于在门窗/保险柜/大门开启、恶劣天气来临或婴儿房温度过高时提醒住户。

问题所在

市面上虽有触发超大声警报器的方案（如门窗传感器触发警报），但找不到简单的“门铃提示音”功能——这却是几乎所有安防系统的标配。我曾考虑破解无线门铃传感器，但将其接入 Z-Wave/Zigbee 网络既困难又昂贵。SmartThings 对 Sonos 音箱的 API 支持价格高昂，而通过 SmartThings → IFTTT → Twitter → WiFi Arduino 的多级联动则过于复杂且延迟高。上述方案成本均超 40 美元，而我希望在 20 美元以内实现同等甚至更好的功能。

Cree Connected LED 灯泡的妙用

Home Depot 售价 15 美元的 Cree 智能灯泡是我最爱的智能灯泡：在 50 美元以下产品中，其光输出、色温、调光范围、寿命和无线范围无出其右。我已将家中所有智能灯泡替换为该款，并剩下几个备用，遂想探索其更多用途。拆解发现，其 Zigbee 模块集成在单块分板上，使用 3.3V 供电，这让我的 Arduino 直觉大发：该模块搭载 Atmel SAMR21（32 位 ARM Cortex-M0+，256KB Flash），官方开发板售价 42 美元，而灯泡仅 15 美元，性价比极高。

基于 SmartThings 的概念验证

下面的 PoC 利用 Arduino 监测 Zigbee 模块的状态变化，触发压电蜂鸣器播放“门铃声”。灯泡的调光和开关输出引脚仍可正常工作，配合 SmartThings App 引擎可实现任意逻辑。即使不使用 Arduino，也可将数字引脚直接连接继电器，控制 LED 灯带、车库门、电机/水泵等。

由于其中一路引脚输出 PWM，可接入 Arduino 模拟输入引脚读取 1-100% 的值。SmartThings 将其划分为 10% 一个档位，加上开/关状态，共提供 11 个离散输出，可据此针对不同门窗触发不同警报。此法还可扩展至其他项目，如我正在开发的 Arduino 控制窗式空调红外发射器，结合占用传感器和房屋状态实现智能控制。全套 3.3V 电平，亦适配 ATtiny85 + 3.7V 锂电池，做成超便携封装。灯泡自带的 120V AC 转 3.3V DC 电源模块也留作后续项目备用。

代码

DoorChime Sketch (C/C++)

#include <Tone.h> #include "pitches.h"
/* Quick sketch as PoC for viability of using Cree Connected LED's zigbee board to drive other devices (a speaker in this case).
   Modified by Buddy Crotty - March 2015 version 0.1.2
   Completely copied from Tom Igoe's example sketches:
   State change detection (edge detection) toneMelody
   This example code is in the public domain.
   https://arduino.cc/en/Tutorial/ButtonStateChange
   https://arduino.cc/en/Tutorial/Tone
   Zigbee board from Cree Connected LED pin 1 ground
   pin 2 3.3Vin
   pin 3 PWM Out
   pin 4 Digital Out
   circuit:
   * 8-ohm speaker on digital pin 8
   * Pin 2 connected to zigbee board pin 4
*/
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 * .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 (音调定义库)

#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

原理图