Zigbeeデバイスは省電力でメッシュも構成するし応答も早くて、スマートホームに欠かせません。AmazonやAliExpressでは、お値打ちなZigbeeデバイスが豊富に揃ってます。今回は、Zigbee機器をHomeKitから使えるようにするため、Zigbee2MQTTなどをインストールして設定しました。
ZigbeeデバイスをHomeKitで使う2通りの方法
国内で簡単に入手できて、HomeKitでも使えるZigbee製品として、Philips HueまたはIKEAの製品があります。
Zigbee接続デバイスをLAN側から使う第一の方法は、それぞれの会社が提供するハブを買うことです。Zigbeeハブは、Zigbee無線ネットワークとLANを接続します。さらに、HomeKitに対応したIKEA/Philipsのハブには、ZigbeeデバイスをHAP対応デバイスに見せてくれるブリッジ機能が備わってます。これによりHomeKitからZigbeeデバイスが使えるようになります。こんな順番の接続です。
[HueとIkeaのデバイス]---[HueとIkeaのハブ]--(HAP)--[HomeKit]
2番目の方法は、メーカが提供しているハブを利用せずに、Zigbee2MQTTとHomebridgeを使う方法です。
[Zigbee]---[Zigbee2MQTT]--[Homebridgeなど]--(HAP)--[HomeKit]
ただ、ZigbeeデバイスをHomebridgeで使うためには、プラグインに加えてハードウェア、ソフトウェアが必要です。Zigbeeの側から情報の流れに従って書くと、以下のユニットが必要です。
- USB送受信器：Zigbeeデバイスと無線送受信するUSBアダプター
- Zigbee2MQTT：Zigbeeデバイスと通信してMQTTブローカに伝えるデーモン
- Mosquitto：MQTTブローカーです
- Homebridgeとプラグイン：MQTT経由でZigbee2MQTTとやりとりするプラグイン
1, 2, 3までのユニットは、Home AssistantでZigbeeデバイスを制御する場合にも使われるものです。また、2, 3, 4の部分は、Windows、macOS、NASなどでも動かせますが、通常はLinux系のサーバーで動かします。処理能力も要求されないので、Raspberry Piがよく使われます。
下の図に、必要なユニットを信号の流れる順番に示しました。左端のZigbee機器（たとえば電球）を右端のHomeKitに接続するためには、いろいろ用意する必要があります。
このうち、HomebridgeとMosquittoについては、以前の記事で詳しく説明してあります。
これらがすでに設定されている前提で、USBトランシーバ、Zigbee2MQTT、Homebridgeプラグインを追加する方法を説明します。なお、Zigbee2MQTTに関しては、プロジェクトのホームページに詳細な情報があります。これを参考にしました。
Zigbee2MQTTを使う理由
上で述べたように、メーカーが用意してくれるハブを買えば、ZigbeeデバイスをHomeKitから使えます。しかし、Zigbee2MQTTを使えば、使えるZigbeeデバイスが圧倒的に増えます。メーカーハブを買ってくるだけの方法に比べて、いろいろ揃えてインストールする手間は面倒ですが、その価値はあります。
Zigbeeは、情報のやり取りは決まってますが、上位のプロトコルまでは統一されていないようです。なので、たとえば同じ電球でも各社で互換性がありません。メーカのハブは、基本的に自社製品しかサポートしていないので、メーカーごとにハブを用意する必要があります。それに国内で買えるHomeKit対応Zigbeeハブは、IKEAのTRÅDFRIゲートウェイとPhilips Hueブリッジだけです。
それに対して、Zigbee2MQTTのコミュニティでは、自分たちが入手したZigbee製品のデータを持ち寄って、対応デバイスを増やし続けています。なので、ある程度知られたデバイスなら、ほぼ使用可能です。もちろんIKEAとPhilipsのZigbee製品も使えます。またIKEAの場合、Zigbeeスイッチや人感センサは電球とペアリングして使うことになっていて、スイッチ・センサの情報をHomeKit側には公開していません。でもZigbee2MQTTを使えばこれらもHomeKit側から利用可能になります。
Zigbee2MQTTの対応デバイスはこちらから確認できます。
USBトランシーバ
WiFi, BLEはどのスマホにもノートPCにも搭載されていますが、Zigbeeは搭載されてません。なので、Zigbee電波を送受信するアダプターが必要です。ただそのアダプタも、WiFiやBLEのように豊富には出回ってません。
Zigbee2MQTTで使えるおすすめアダプターはこちらで紹介されてます。それによるとTexas Instruments社のCC2652というチップを使用した製品が推奨されてます。実際に購入して、Raspberry PiやUbuntuマシンのUSBポートに挿すだけで、Zigbee2MQTTで使えた製品を2種類ご紹介します。
一つは、こちらの製品です。CC2652Pの方を買いましたが、CC2652Rでも動くのではと思います。検索してみたらPとRの違いはGPIOの数が違うくらいのようです。Zigbee2MQTT対応と書かれてます。
もう一つは、こちらのSonoffの製品です。上の製品よりも造りがしっかりしていて、価格も安くおすすめです。
ただし、Sonoff社には、別のSilicon Labs社チップを使った新製品があり、名前が紛らわしくて注意が必要です。詳細はこちらをご覧ください。
これらのUSBトランシーバを、Raspberry PiやLinuxマシンのUSBポートに差し込むと認識されます。手元のRaspberry Pi 4でlsusbコマンドを発行すると、こんなふうに見えました。
$ lsusb Bus 001 Device 003: ID 1a86:7523 QinHeng Electronics CH340 serial converter
シリアル変換のチップが入っているのでそれが認識されてます。シリアルチップは、特別にドライバをインストールしなくても、そのまま/dev/tty*に見えました。
$ ls /dev/tty* /dev/tty /dev/tty0 /dev/tty1 （略） /dev/ttyUSB0
今まで使ったところでは、/dev/ttyUSB0もしくは/dev/ttyACM0という名前で現れることが多いです。macOSでもこの名前で現れました。USBトランシーバーを抜き差しすると、消えたり出現したりしますので、その挙動でも確認できます。この名前はZigbee2MQTTの設定で必要なので、メモしておきます。
Mosquittoのインストール
Zigbee2MQTTにはMQTTブローカーが必須なので、簡単に説明しておきます。こちらに書いた手順で、MQTTブローカであるMosquittoをインストールします。
基本的には、aptコマンドでインストールするだけです。
sudo apt install mosquitto mosquitto-clients
また、OS起動時に自動的にMQTTブローカが立ち上がるように以下の設定をしました。
sudo systemctl enable mosquitto.service
Zigbee2MQTTをインストール
ではいよいよ、Zigbee2MQTTを公式ページの手順に従ってインストールします。色々なハードウェアにインストール可能ですが、Raspberry PiやLinuxマシンにインストールするには、以下の公式ページのガイドが参考になります。
それによると、
# nodejsなどをインストールします。すでに入っているかもしれません。 # 公式ガイドのページではapt-getを使ってますが、aptに統一したいと思っているのでaptでインストールしました sudo curl -fsSL https://deb.nodesource.com/setup_16.x | sudo -E bash - sudo apt install -y nodejs git make g++ gcc # nodeとnpmのバージョンを確認します node --version # Should output v14.X, V16.x, V17.x or V18.X npm --version # Should output 6.X, 7.X or 8.X # zigbee2mqtt用のディレクトリを作ります sudo mkdir /opt/zigbee2mqtt sudo chown -R ${USER}: /opt/zigbee2mqtt # Zigbee2MQTT リポジトリをクローンします（よくわかってないです） git clone --depth 1 https://github.com/Koenkk/zigbee2mqtt.git /opt/zigbee2mqtt # ディペンデンシーをインストールします（同上） # ユーザを"pi"にしてますが、いつもログインするユーザが良いです cd /opt/zigbee2mqtt npm ci
これでエラーらしい表示が出なければokです。
次に設定ファイルを用意します。/opt/zigbee2mqtt/data/configuration.yamlにあるテキストファイルです。公式ページの設定例は以下です。
# MQTTの設定 mqtt: # MQTT base topic、なんでも良いです base_topic: zigbee2mqtt # MQTT server URL、ブローカーのアドレスです server: 'mqtt://localhost' # MQTT のユーザ、パスワードを設定している場合は以下を記入 # user: my_user # password: my_password # Serial の設定 serial: # USBトランシーバの接続場所です。今までの経験ではttyUSB0かttyACM0です。 port: /dev/ttyUSB0 # 以下の設定はおすすめらしいです advanced: network_key: GENERATE # 以下を指定しておくとwebから操作できます。とても簡単なのでお勧めです frontend: true
Zigbee2MQTTを起動する
起動させるには、
cd /opt/zigbee2mqtt npm start
とします。いろいろメッセージが出ますが、エラーらしきものが出なければ成功です。止めるにはコントロールCを押します。
このコマンドで起動すると、自動起動などが面倒なので、systemctlを使います。まずは、/etc/systemd/system/zigbee2mqtt.serviceというファイルを作って、内容を、
[Unit] Description=zigbee2mqtt After=network.target [Service] ExecStart=/usr/bin/npm start WorkingDirectory=/opt/zigbee2mqtt StandardOutput=null StandardError=inherit Restart=always RestartSec=10s User=pi [Install] WantedBy=multi-user.target
とします。ユーザ名piで起動することになってますので、別の名前を使う場合は書き換えます。これで、
sudo systemctl enable zigbee2mqtt.service
とすれば、以後、自動的に起動します。とりあえず起動しておきたいので、
sudo systemctl start zigbee2mqtt.service
としておきます。startの代わりに、stop, restart, statusなどのコマンドが使えます。
プラグインを入れる
ここまでの作業で、
のほとんどが用意できました。Zigbee2MQTTは結果をMosquittoにパブリッシュしますので、HomebridgeはMosquittoとやりとりします。Mosquittoとのやりとりには、以前こちら
で紹介したMqttthingを使うことも可能です。ただ、Zigbee2MQTTが出すMQTTメッセージに特化したプラグインがあるので、それを使ったほうが楽です。Homebridge z2mというプラグインで、Mqttthingを元に、Zigbee2MQTT向けに機能拡張されたプラグインだそうです。
このプラグインの設定項目はほとんどありません。上で設定したMQTTブローカーのアドレスやbase topicなどを設定するだけです。他は全部未設定でokです。あとはZigbee2MQTTが検出したデバイスが自動的にHomeKitアクセサリとして現れるようになります。
HomeKitで使えるZigbeeデバイスに関しては以下をご覧ください。
MQTTで設定する
Zigbee2MQTTは、MQTT経由で、いろいろな機能を提供しています。たとえば動作のすべての情報が、MQTTに流されているので、これをmosquitto_subコマンドでサブスクライブすれば確認できます。
mosquitto_sub -h localhost -t zigbee2mqtt/# -v
これにより、Zigbeeデバイスをペアリングする場合、Zigbeeスイッチをon/offする場合など、その都度メッセージが表示されるので、動作確認ができます。
Zigbee2MQTTに対する命令も、mosquitto_pubで指示できます。たとえば、とあるidのZigbeeデバイスのペアリングを外したい場合は、以下のようにします。
mosquitto_pub -h localhost -t zigbee2mqtt/bridge/request/device/remove -m '{"id":"0x9999999999999999"}'
ただ、次に説明するwebインタフェースの方が簡単です。MQTT経由での確認や操作は、あまり必要ないかもしれません。
Webで設定する
先のconfiguration.yamlファイルでfrontend: trueと設定しました。この設定により、webからの操作が可能になってます。デフォルトではポートが8080です。Webブラウザから、Zigbee2MQTTが稼働しているIPアドレスを指定して、http://192.168.xxx.xxx:8080/でアクセスします。するとZigbee2MQTTの動作確認、操作のためのページが以下のように表示されます。
いろいろな機能がありますが、GUIなので、操作を試して理解できます。
たとえば、上で、MQTT経由で試みたデバイス削除操作は、この画面のゴミ箱ボタンから可能です。ゴミ箱ボタンを押すと、下のようなダイアログパネルが出ます。
オプションのスイッチ、Force removeとBlock from joining againは重要です。まず、Zigbee2MQTTでのデバイス削除操作は、デフォルトでは、デバイスが接続している時のみ可能です。接続していないデバイスも、強制的にペアリング解消するスイッチがForce removeです。Force removeしても、またそのデバイスからの電波が届くと、通常はペアリング再開します。それも阻止するのがBlock from joining againボタンです。これらのスイッチを使ってペアリング解除したデバイスは、デバイスをリセットする操作（ボタンを長押しするとか、何回かon/offを繰り返すなど）をして、ペアリングモードに戻してから、他のシステムで再利用することになります。
また、右上のPermit join (All)のメニューは、ペアリングを開始するメニューです。先のconfiguration.yamlで、permit_join: trueという指定をすると、Zigbee2MQTTが常時ペアリングする設定になります。デフォルトではpermit_join: falseで、ペアリングしません。それを一時的にペアリング可能状態にするのがこのメニューです。クリックすると5分間有効になります。その状態で、ペアリングモードにしたデバイスを近づければ、ペアリングされます。
Dashboardメニューを選べば、それぞれのデバイスの状態を見て、操作が可能です。
また、Mapメニューを使うとデバイスの接続状態を見ることができます。
この例では、デバイスが少なく、end deviceしかありません。routerになるデバイスがあるとZigbeeのメッシュ接続の様子がわかって面白いです。電球などの消費電力に制約のないデバイスが電波を中継するルータになってくれます。
Zigbee2MQTTを更新する
対応するZigbee製品は増え続けているので、時々アップデートしたいところです。手順は公式ページのここに書いてあります。
# Zigbee2MQTTを停止する sudo systemctl stop zigbee2mqtt cd /opt/zigbee2mqtt # 設定情報をバックアップする cp -R data data-backup # 更新する git pull npm ci # 設定情報を復帰する cp -R data-backup/* data rm -rf data-backup # Zigbee2MQTTを始動する sudo systemctl start zigbee2mqtt
data以下をバックアップしておけば、ペアリング情報や設定状態は保存しておけるようです。
まとめ
Zigbee2MQTTを使って、市販のZigbeeデバイスをHomeKitから使うための設定手順をまとめました。これで、市販されている大半のZigbee対応製品を、HomeKitから使用できるようになります。
Zigbeeは、WiFiと比較すると省電力にもかかわらず、メッシュネットワークを構成するので、広い範囲をカバーできます。BLEも似た特徴を持ちますが、安定性や応答速度などでZigbeeの方が優れているような印象があります。これからはZigbeeはThreadに移行していくらしいですが、物理層・データリンク層はZigbeeと共通なので、低電力で応答の良いという特長は引き継がれると思います。
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