IoT en 90 Minutos

Vamos a crear un sistema IoT sencillo utilizando una placa basada en ESP8266, la plataforma Thingspeak para registrar los datos y la APP Blynk para controlar y monitorizar desde el móvil.

El objetivo es:

Monitorizar la temperatura y humedad de una sala remotamente desde el móvil
Encender desde el móvil la iluminación de la sala
Registrar todos los datos históricos de temperatura y humedad
Registrar las veces que se abre una puerta
Mandar avisos por alta temperatura.
Mandar avisos cuando el sensor de puerta se abra.

Los avisos o notificaciones pueden ser:

En el panel: https://www.aprendiendoarduino.com/servicios/mensajes/index.html
Enviar un Tweet
Enviar un correo
Enviar en mensaje a un canal de Telegram
Enviar un mensaje al canal #arduino_iot de https://aprendiendoarduino.slack.com
Y otros…

Material Necesario

Hardware:

Wemos D1 mini
Sensor DHT11
Led + resistencia 220 ohms (para simular la iluminación) o Relé para la iluminación
Pulsador + Resistencia 10 kohms (para simular la apertura de la puerta) o sensor magnético/infrarrojos.

Coste aproximado: 5 – 20 € dependiendo del material usado.

Software:

Crear una cuenta en https://thingspeak.com/ (cuenta gratuita con limitaciones)
Crear una cuenta en blynk https://blynk.io/ (cuenta gratuita con limitaciones)
Instalar la APP https://blynk.io/ en el móvil
IDE Arduino https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Coste del software y licencias: 0 €

Conexión Hardware

Esquema de conexión:

Pines utilizados:

D4: Led y también es el led integrado de la placa
D3: pulsador/puerta, tiene una resistencia de pull up integrada: OJO, este pin va al GPIO0 que control el arranque, asegurarse de no estar a masa/pulsado al reiniciar o cargar un nuevo programa
D2: sonda DHT11

El pulsador simula la apertura de la puerta y el led simula la iluminación de la sala.

Blynk

Blynk es una plataforma que permite que cualquiera pueda controlar fácilmente su proyecto Arduino con un dispositivo con sistema iOS o Android. Los usuarios tendrán ahora la posibilidad de crear una interfaz gráfica de usuario de “arrastrar y soltar” para su proyecto en cuestión de minutos y sin ningún gasto extra.

Blynk vendría a ser como tener una protoboard en tu dispositivo móvil, tablet o teléfono, que cuenta con todo lo que necesites usar, desde deslizadores y pantallas a gráficos y otros widgets funcionales que se pueden organizar en la pantalla un Arduino. Además te da la opción de poder recopilar datos de los sensores que montes en un proyecto. Funciona nada más sacarlo de la caja y conectarlo a la placa por Internet.

Arquitectura de Blynk:

Thingspeak

ThingSpeak es un plataforma de Internet of Things (IoT) que permite recoger y almacenar datos de sensores en la nube y desarrollar aplicaciones IoT. Thinkspeak también ofrece aplicaciones que permiten analizar y visualizar tus datos en MATLAB y actuar sobre los datos. Los datos de los sensores pueden ser enviados desde Arduino, Raspberry Pi, BeagleBone Black y otro HW.

Web: https://thingspeak.com/

Precios: https://thingspeak.com/prices

Pasos a seguir

Crear una cuenta en Thingspeak y configurar

Web: https://thingspeak.com/users/sign_up

Tutoriales:

Crear cuenta:

Crear un Nuevo Canal llamado: “Curso IoT”

Crear 3 Fields:

Temperatura – Guarda los datos de temperatura
Humedad – Guarda los datos de humedad
Puerta – Guarda las aperturas de puerta

Guarda la API Key y el número de canal

Instalar Blynk

Getting Started: https://blynk.io/en/getting-started

Docs: https://docs.blynk.cc/

Instalar Blynk en el móvil: https://blynk.io/

Crear una cuenta en Blynk

Crear un nuevo proyecto llamado “IoT en 90 minutos”

Elegir Hardware, en este caso “Wemos D1 Mini”

Guardar el Auth Token. Auth Token es un identificador único que se necesita para conectar su hardware a su smartphone. Cada nuevo proyecto que cree tendrá su propio Auth Token. Obtendrá Auth Token automáticamente en su correo electrónico después de la creación del proyecto. También se puede copiar manualmente.

Añadir 3 widgets:

Un botón (Conectado al Pin D4)
Dos Gauge en los pines Virtuales V0 y V1 para temperatura y humedad

Virtual Pin: http://help.blynk.cc/en/articles/512061-what-is-virtual-pins

Configuración del Gauge:

Temperatura pin virtual V0
Humedad pin virtual V1
Modo push
Label: C para temperatura y % para Humedad

Configuración del Botón. poner en modo switch:

Aspecto final de la APP:

Ejecutar el programa

Preparar IDE Arduino

Instalar el IDE de Arduino:

Descargar la última versión desde: https://www.arduino.cc/en/Main/Software
Tutorial: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2018/04/03/instalacion-software-arduino-2/

Instalar el soporte para las placas basadas en ESP8266 en el IDE de Arduino

Tutorial completo: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/01/27/video-preparacion-ide-arduino-para-esp8266/
Instalar driver de: https://wiki.wemos.cc/downloads
Poner JSON en preferencias: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
Instalar desde el Gestor de tarjetas el soporte para ESP8266.

Instalar librerías necesarias en IDE Arduino desde el gestor de librerías:

Tutorial: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2017/06/20/librerias-arduino-3/
Thingspeak by MathWorks https://github.com/mathworks/thingspeak-arduino
Blynk by Volodymyr https://github.com/blynkkk/blynk-library
SimpleDHT https://github.com/winlinvip/SimpleDHT

Realizar montaje de Wemos D1 mini

Personalizar el Firmware y Ejecutarlo

Copiar el programa/firmware que va a ejecutar el Wemos D1 Mini en el IDE de Arduino: https://github.com/jecrespo/Curso-IoT-Open-Source/blob/master/IoT_en_90_Minutos/IoT_en_90_Minutos.ino
Crear un nuevo fichero Secrets2.h en el mismo directorio que el fichero de firmware: https://github.com/jecrespo/Curso-IoT-Open-Source/blob/master/IoT_en_90_Minutos/secrets2.h, este fichero contiene las contraseñas para cada servicio y los datos de la wifi donde conecte el Wemos D1 mini
Configurar el programa/firmware:
- SSID y password de la Wifi
- Thingspeak Channel Number y API Key
- Blynk Authtoken
Cargar firmware y probar

Configurar la Vista Pública en Thingspeak

Crear una vista pública, para ello en el canal ir a “sharing” y seleccionar “Share channel view with everyone”

Configurar la vista pública de Thingspeak, es una especie de dashboard donde pondremos:

Gráfica de Temperatura (Tipo Spline)
Display numérico Temperatura
Gráfica de Humedad (Tipo Spline)
Display numérico Humedad
Gráfica apertura de puerta (Tipo Step)
Lamp Indicator, para ver el estado de la puerta abierto/cerrado
Un histograma para ver la variación de la temperatura

La vista debe quedar como esta: https://thingspeak.com/channels/635134

Configurar las Notificaciones en Thingspeak

Configurar avisos en Thingspeak cuando la temperatura sea mayor de 24 grados y cuando se abra la puerta. Para ello usaremos estas utilidades de thingspeak.

Notificaciones posibles:

Mandar un mensaje al panel: https://www.aprendiendoarduino.com/servicios/mensajes/index.html, servicio de #aprendiendoarduino para hacer una demo.
Enviar un mensaje a Telegram mediante un bot al canal https://t.me/aprendiendoarduino. Para ello es necesario crear un bot, añadirlo al canal y usar su API KEY desde thingspeak con ThingHTTP
Enviar un mensaje al canal #arduino_iot de https://aprendiendoarduino.slack.com/
Mandar un tweet usando ThingTweet, para ello debemos enlazar nuestra cuenta de Twitter.
Mandar un email con mailgun https://www.mailgun.com/, para ello debemos darnos de alta en mailgun y usar la API Key para que dispare el webhook configurado en ThingHTTP y mande un email
Para cualquier otra interacción se puede usar IFTTT. Se crea un webhook que se usa desde ThingHTTP y desde IFTTT disparamos el servicio que queramos.
Y cualquier otra que disponga de un webhook o API

Primero debe configurarse ThingHTTP para que llame a una API o webhook que dispare la notificación que deseamos. Para ello deberemos darnos de alta en el servicio que deseemos.

Para mandar un mensaje al panel: https://www.aprendiendoarduino.com/servicios/mensajes/index.html debo llamar a esta API:

http://www.aprendiendoarduino.com/servicio/mensaje/grabaMensaje.php?nombre=arduino_XX&mensaje=ALTA_TEMPERATURA

Crear un nuevo ThingHTTP llamado “Manda Mensaje Alta Temperatura” y poner:

URL: http://www.aprendiendoarduino.com/servicio/mensaje/grabaMensaje.php?nombre=arduino_XX&mensaje=ALTA_TEMPERATURA

Crear un nuevo ThingHTTP llamado “Manda Mensaje Puerta Abierta” y poner:

URL: http://www.aprendiendoarduino.com/servicio/mensaje/grabaMensaje.php?nombre=arduino_XX&mensaje=PUERTA_ABIERTA

NOTA: si no funciona la llamada al servicio de mensajes, mandar un correo a aprendiendoarduino@gmail.com

Una vez creados los elementos ThingHTTP que dispara la notificación queda crear los react, que son las condiciones en la que se disparan las notificaciones, donde diremos en qué condiciones se mandan las notificaciones. En nuestro caso:

Temperatura > 24 grados solo la primera vez que pase (Run action only the first time the condition is met: Trigger the action if the condition was previously false and is currently true.)
El valor del canal es 1 (Puerta abierta) cada vez que pase.

Crear un nuevo react llamado “Alta Temperatura IoT 90 minutos” con los siguientes parámetros:

Crear un nuevo react llamado “Puerta Abierta IoT 90 minutos” con los siguientes parámetros:

Probar que se muestran los mensajes en el panel https://www.aprendiendoarduino.com/servicios/mensajes/index.html

Si quisiéramos mandar un tweet, simplemente seleccionar en Action “ThingTweet” y poner el texto del tweet.

Identificación Horizontales Demo

Las horizontales o Building Blocks usados en IoT:

Para la demo:

Devices: Wemos D1 mini + sensor temperatura + pulsador + led + relé
Infraestructura de comunicación: Wifi
Gateway: Punto de Acceso Wifi
Protocolo: API HTTP y MQTT (transparente al usar las librerías de Blynk y Thingspeak)
Plataforma: Thingspeak y Blynk
Servicios: Almacenamiento de datos, gráficas, disparo de eventos y análisis de datos por Thingspeak, monitorización móvil por Blynk, notificaciones por IFTTT o plataforma propia.

Limitaciones de la solución utilizada: