Archivo de la categoría: ESP8266

Presentación Taller Wifi Arduino

Dentro del Arduino Day 2019 La Rioja https://www.aprendiendoarduino.com/talleres-arduino/arduino-day-logrono-2019/ celebrado en Logroño celebrado el 16 de marzo de 2019 se realiza el taller “Wifi Arduino”, donde vemos cómo conectar por wifi nuestros Arduinos o dispositivos compatibles.

El objetivo de este taller el conocer las posibilidades de Arduino con Wifi y conectarlo a Internet para comunicar entre dispositivos o con plataformas locales o en la nube. También es muy útil para domotizar la casa.

Veremos las diferentes opciones de conectar Arduino a Wifi o crear una red Wifi así como el uso de las librerías Wifi. Nos centraremos en el uso de los dispositivos basados en el chip ESP8266 de https://www.espressif.com/.

Además este taller sirve como introducción a otros talleres que se realizarán el 30 de marzo dentro del “Arduino Day Extension 2019 La Rioja”:

  • Taller “Ok Google… enciende la luz! Creando electrónica para el Asistente de Google” – @kikeelectronico
  • Taller “Ok Google… enciende la luz! Creando electrónica para el Asistente de Google” – @kikeelectronico

Material Utilizado

El material para el taller es:

Además como servidor local usaremos:

Acerca de Enrique Crespo

El autor del taller es Enrique Crespo. Llevo trabajando con Arduino desde el año 2011 y en el año 2014 empecé mi andadura como profesor de Arduino y otros temas relacionados. Desde entonces he impartido muchos cursos presenciales de Arduino, talleres y conferencias en diversos lugares.

Todos los cursos, talleres y conferencias que he impartido puedes verlos en https://www.aprendiendoarduino.com/, donde publico toda la documentación y código.

Twitter @jecrespo: https://twitter.com/jecrespom

Linkedin: https://www.linkedin.com/in/enriquecrespo/

Para cualquier consulta durante el curso y en cualquier otro momento mediante email: aprendiendoarduino@gmail.com

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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/

Thingspeak es parte de Mathworks https://en.wikipedia.org/wiki/MathWorks que es la empresa de entre otros Matlab y Simulink.

Uso comercial: https://thingspeak.com/pages/commercial_learn_more

Precios: https://thingspeak.com/prices

Features Thingspeak:

También puede acceder a los recursos de MATLAB y Simulink con una cuenta gratuita de MathWorks.

Apps de Thingspeak, son los servicios de la plataforma IoT: https://thingspeak.com/apps

Librería Thingspeak para Arduino, ESP8266 y ESP32: https://github.com/mathworks/thingspeak-arduino

La estructura de Thingspeak es:

  • Canales (Channels): los datos que recogemos en los dispositivos se guardan en canales.
  • En cada canal se disponen de una serie de campos para guardar datos, así como otra información adicional
  • Los canales pueden ser públicos o privados.
  • Dentro de cada canal podemos añadir visualizaciones o Widgets
  • Los datos del canal se pueden importar o exportar
  • En la pestaña de API keys está la información con las contraseñas (API Keys) para usar con las APIs.

Tutoriales Thingspeak: https://community.thingspeak.com/tutorials/

Tutoriales Arduino:

Tutoriales ESP8266:

Tutoriales Raspberry Pi.

Documentación: https://www.mathworks.com/help/thingspeak/

Getting started con Thingspeak: https://www.mathworks.com/help/thingspeak/getting-started-with-thingspeak.html

Ejemplos: https://www.mathworks.com/help/thingspeak/examples.html

Restful y MQTT APIs: https://www.mathworks.com/help/thingspeak/channels-and-charts-api.html

Alertas: https://www.mathworks.com/help/thingspeak/monitor-channel-inactivity-using-multiple-thingSpeak-apps.html

Más información:

Cliente MQTT Thingspeak

ThingSpeak ahora es compatible con la publicación MQTT, que le permite enviar datos a ThingSpeak desde cualquier dispositivo o servicio compatible con el estándar MQTT.

Puede seguir enviando hasta 3 millones de mensajes al año de forma gratuita. Para determinar cuántos mensajes utiliza, puede iniciar sesión y ver el uso de su cuenta.

Tutoriales para usar MQTT con Arduino:

Ejemplo con Thingspeak

Instalar con el gestor de librerías la librería thinkspeak o manualmente desde https://github.com/mathworks/thingspeak-arduino

Crear un nuevo canal: temperatura casa

Los canales guardan todos los datos que una aplicación Thingspeak recoge. Cada canal incluye 8 campos que pueden almacenar cualquier tipo de dato, además de tres campos para localización del dispositivo y uno para el estado de los datos. Una vez los datos son recogidos en un canal, es posible usarlos con las apps de Thingspeak para analizarlos y visualizarlos.

API: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/channels-and-charts.html

Thingspeak apps: https://thingspeak.com/apps

Tutorial: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/getting-started-with-thingspeak.html

Analizar datos: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/analyze-your-data.html

Actuar con tus datos: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/act-on-your-data.html

Código con IP fija y sin librería: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio65-Thingspeak

Código con IP fija y librerías: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-iot/tree/master/01-Thingspeak/Temp-y-Hum

Canal público: https://thingspeak.com/channels/242341

Usar MQTT con Thingspeak: http://blogs.mathworks.com/iot/2017/01/20/use-mqtt-to-send-iot-data-to-thingspeak/

Repositorio: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-iot/tree/master/01-Thingspeak

Analizar

Ejemplos: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/examples.html

Tutorial: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/analyze-your-data.html  

Actuar

Con webhooks http, thinghttp: https://thingspeak.com/apps/thinghttp

React: https://thingspeak.com/apps/reacts

React app: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/react-app.html

Manual Thinghttp APP: https://es.mathworks.com/help/thingspeak/thinghttp-app.html

Tutorial: http://community.thingspeak.com/tutorials/arduino/cheerlights-with-arduino-and-the-fastled-library/

Restduino: https://github.com/sirleech/RestduinoThingspeak

Time control:

Canal público: https://thingspeak.com/channels/242341

ESP8266 en IoT

Iniciación ESP8266

https://www.aprendiendoarduino.com/2018/01/23/video-iniciacion-a-esp8266-hardware/

Preparación IDE Arduino para ESP8266

https://www.aprendiendoarduino.com/2018/01/27/video-preparacion-ide-arduino-para-esp8266/

Primeros Pasos con ESP8266

https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/03/video-primeros-pasos-con-esp8266/

Conectar ESP8266 a Internet. WifiClient

https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/22/video-conectar-esp8266-a-internet-wificlient/

Mandar Datos a un Servidor con ESP8266

Vamos a conectar Arduino a un servidor y mandar datos para que los muestre en una gráfica. Mandar datos a https://www.aprendiendoarduino.com/servicios/datos/graficas.html

Conexión:

Usar este código en Arduino: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-servicios/blob/master/arduino_code/data_logger_temperatura_DHCP_ESP/data_logger_temperatura_DHCP_ESP.ino

Ver los datos en:

Mandar Datos a una Raspberry Pi con ESP8266

Vamos a usar ESP8266 y mandar datos de luminosidad de la sala usando un LDR a una Raspberry Pi que tiene un servidor LAMP instalado.

Una fotorresistencia o LDR (por sus siglas en inglés “light-dependent resistor”) es un componente electrónico cuya resistencia varía en función de la luz.

Se trata de un sensor que actúa como una resistencia variable en función de la luz que capta. A mayor intensidad de luz, menor resistencia: el sensor ofrece una resistencia de 1M ohm en la oscuridad, alrededor de 10k ohm en exposición de luz ambiente, hasta menos de 1k ohm expuesto a la luz del sol. Aunque estos valores pueden depender del modelo de LDR.

El LDR actúa como una resistencia variable. Para conocer la cantidad de luz que el sensor capta en cierto ambiente, necesitamos medir la tensión de salida del mismo. Para ello utilizaremos un divisor de tensión, colocando el punto de lectura para Vout entre ambas resistencias. De esta forma:

Dónde Vout es el voltaje leído por el PIN analógico del ESP8266 y será convertido a un valor digital, Vin es el voltaje de entrada (5v), R2 será el valor de la resistencia fija colocada (10k ohm generalmente) y R1 es el valor resistivo del sensor LDR. A medida que el valor del sensor LDR varía, obtendremos una fracción mayor o menor del voltaje de entrada Vin.

Instalación:

Más información https://www.luisllamas.es/medir-nivel-luz-con-arduino-y-fotoresistencia-ldr/

Crear una base de datos llamada “DatosArduino” con una tabla llamada “luminosidad” que tenga 4 campos: “id” auto incremental y sea el campo clave, “fecha” de  tipo timestamp y que se actualice al actualizar, un campo “arduino” de tipo entero y un campo “IntensidadLuminosa” que sea de tipo entero.

O con la query:

 

CREATE TABLE `luminosidad` (
 `id` int(11) NOT NULL,
 `fecha` timestamp NOT NULL DEFAULT '0000-00-00 00:00:00' ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
 `arduino` int(11) NOT NULL,
 `IntensidadLuminosa` int(11) NOT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

ALTER TABLE `luminosidad`
 ADD PRIMARY KEY (`id`);

ALTER TABLE `luminosidad`
 MODIFY `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT;

Subir por FTP seguro los ficheros Graba_GET.php y Graba_POST.php a Raspberry Pi al directorio /var/www/html

Ejecutar en Arduino estos sketches para GET o POST para mandar cada 5 segundos el dato de luminosidad:

Ver en la web de phpmyadmin los datos que se están subiendo y descargar en formato csv los datos guardados en unos minutos.

NOTA: Para ver los errores de PHP activar en /etc/php/7.0/apache2/php.ini la línea:

  • Development Value: E_ALL

MQTT y ESP8266

Para trabajar con MQTT es interesante instalar primero en el ordenador un cliente como MQTT.fx para hacer debug: https://mqttfx.jensd.de/  

Para conseguir una comunicación MQTT con ESP8266 o Arduino, emplearemos una librería. Existen muchas disponibles gracias a la comunidad que existe alrededor de Arduino. Concretamente, nosotros emplearemos una de las más conocidas y la más estable y flexible, lo que facilita su uso en proyectos que queramos realizar donde intervengan Arduino y MQTT.

Dicha librería es Arduino Client for MQTT y nos provee de un sencillo cliente que nos permite tanto subscribirnos como publicar contenido usando MQTT. Internamente, usa la API de Arduino Ethernet Client lo que lo hace compatible con un gran número de ‘shields’ y placas como:

  • Arduino Ethernet
  • Arduino YUN
  • Arduino WiFi Shield
  • Intel Galileo/Edison
  • ESP8266

Web: https://pubsubclient.knolleary.net/

Instalar la librería mediante el gestor de librerías:

PubSubClient es una librería compatible con Arduino y ESP8266. Básicamente hace que nuestra placa se comporte como un cliente MQTT es decir, que podamos publicar mensajes y suscribirnos a un topic o varios para recibir mensajes. Da lo mismo si utilizas un Arduino o un ESP8266, el código es prácticamente el mismo. La diferencia reside en cómo nos conectamos a la red WiFi o Ethernet, cada placa utiliza su propia librería.

Github PubSubClient: https://github.com/knolleary/pubsubclient

Documentación: https://pubsubclient.knolleary.net/api.html

Enviando un mensaje a través del protocolo MQTT con Wemos D1 Mini

Vamos a partir de uno de los ejemplos que vienen dentro de la librería. Lo encontrarás en Archivo>Ejemplos>PubSubClient>mqtt_esp8266. Esta opción te abre el siguiente código: https://github.com/knolleary/pubsubclient/blob/master/examples/mqtt_esp8266/mqtt_esp8266.ino

Configurar el SSID y el password de la red. En mqtt_server poner la IP de la Raspberry Pi donde se ha instalado el broker Mosquitto.

NOTA: tener en cuenta que si usamos usuario y contraseña debemos usar connect (clientID, username, password) en lugar de connect (clientID) https://pubsubclient.knolleary.net/api.html#connect3   

Código: https://github.com/jecrespo/Curso-IoT-Open-Source/blob/master/mqtt_esp8266/mqtt_esp8266.ino

Este sketch publica un mensaje “hello world #x” consecutivo cada 2 segundos en el topic “outTopic” y se suscribe al topic “inTopic”. Además  cuando se recibe un mensaje se dispara la función callback que si es un 1 enciendo el led integrado y en caso contrario se desactiva.

Probando la aplicación MQTT con ESP8266 y Raspberry Pi

Por último nos queda probar todo el sistema. No te olvides de cargar el código en la placa con las modificaciones necesarias en cada sketch con SSID, password, IP servidor mosquitto, usuario mosquitto y contraseña mosquitto.

Desde mqtt.fx suscribirse a los topic “inTopic” y “outTopic” para recibir los cambios que se producen.

Más información:

Interesante sobre MQTT: http://hackaday.com/2016/06/02/minimal-mqtt-power-and-privacy/

MQTT y ESP8266 https://www.sparkfun.com/news/2111

Dispositivos Hardware IoT

En este curso vamos a usar Arduino u otras placas compatible como HW de sensorización y actuación en IoT, pero existen otros microcontroladores o PLCs que haría la misma funcionalidad.

Dispositivos Hardware, son los dispositivos que van a medir y los que van a interactuar con el exterior. El elemento HW programable capaz de interactuar con estos dispositivos es el microcontrolador o el microprocesador.

Hay tres clases de dispositivos IoT:

  • Los dispositivos más pequeños son los controladores embedded de 8 bits System-On-Chip (SOC). Un buen ejemplo de este Open Source hardware es Arduino. Por ejemplo: Arduino Uno platform, este tipo de HW no suelen llevar sistema operativo (SO).
  • El siguiente nivel son los dispositivos con una arquitectura de 32 bits como los chips de Atheros y ARM. Normalmente estos dispositivos se basan en plataformas de Linux embedded, cómo OpenWRT u otros sistemas operativos embedded (Muchas veces incluyen pequeños routers domésticos y derivados de estos). En algunos casos, no corren ningún SO. Por ejemplo: Arduino Zero o Arduino Yun.
  • Las plataformas IoT con más capacidad son los sistemas completos de 32 y 64 bits, también se les denomina Single-Board-Computer (SBC). Estos sistemas, como Raspberry Pi o BeagleBone, pueden correr varios SO como Linux o Android. En muchos casos, estos son Smartphone o algún tipo de dispositivo basado en tecnologías móviles. Estos dispositivos pueden comportarse como Gateways o puentes para dispositivos más pequeños. Por ejemplo: un wearable que se conecta vía Bluetooth a un Smartphone o a una Raspberry Pi, es típicamente un puente para conectarse a Internet.

Además a esta lista de dispositivos podemos añadir los Microcontroladores Industriales o PLCs, softPLCs o cualquier dispositivo que pueda conectar a internet y del que pueda obtener datos como un power meter como http://circutor.com/en/products/metering o un dispositivo con interfaz SNMP.

Otro tipo de HW IoT son los Gateway. Un Gateway IoT es un dispositivo físico o un programa de software que sirve como punto de conexión entre la nube y los controladores, sensores y dispositivos inteligentes. Todos los datos que se mueven a la nube, o viceversa, pasan por el gateway, que puede ser un dispositivo de hardware dedicado o un programa de software. Un gateway IoT también puede denominarse pasarela inteligente o nivel de control.

A estos dispositivos o nos nodos sensores se les lama también motes (short for remote) https://en.wikipedia.org/wiki/Sensor_node

Este es el primer elemento, es que está más cerca de las “cosas” es el HW que se encarga de medir e interactuar con las “cosas” y procesar esos datos. Este dispositivo puede tener conectado otros hardware como:

Programación de los dispositivos IoT

Un sistema operativo IoT es un sistema operativo diseñado para funcionar dentro de las restricciones propias de los dispositivos de Internet of Things, incluidas las restricciones de memoria, tamaño, potencia y capacidad de procesamiento. Los sistemas operativos de IO son un tipo de sistema operativo integrado, pero por definición están diseñados para permitir la transferencia de datos a través de Internet.

ARM Mbed es una plataforma y un sistema operativo para dispositivos conectados a Internet basado en microcontroladores ARM Cortex-M de 32 bits. Estos dispositivos también se conocen como dispositivos de Internet of Things. El proyecto es desarrollado en colaboración por Arm y sus socios tecnológicos.

RTOS sistemas operativos en Tiempo real para sistemas embebidos, generalmente basados en linux.

Buen resumen de lo necesario para saber sobre sistemas embebidos para IoT a nivel de HW http://so-unlam.com.ar/wiki/index.php/PUBLICO:Sistemas_embebidos_e_Internet_de_las_Cosas

Guia para elegir el mejor HW IoT: https://www.ibm.com/developerworks/library/iot-lp101-best-hardware-devices-iot-project/index.html

Hardware IoT

El HW libre por excelencia es Arduino como microcontrolador y Raspberry Pi como microprocesador, con menor potencia física pero mayor potencia de cálculo.

Dentro del HW libre no solo debemos quedarnos con Arduino, sino que existen otros dispositivos, incluso algunos son compatibles y se programan igual que Arduino:

Más HW IoT:

¿Conoces alguna más?

En el caso de HW libre, el siguiente paso es una personalización del HW mediante el diseño de HW como Eagle o Kicad

HW IoT Industrial

En el mundo industrial se está incorporando el IoT con la denominación IIoT (Industrial Internet of Things) ya sea con dispositivos basados en HW libre o los fabricantes de Autómatas están incorporando comunicaciones más abiertas a sus dispositivos.

PLC basado en Arduino: https://www.industrialshields.com/

Artículo de Industrial Shields sobre Arduino como aplicación de PLC: http://blog.industrialshields.com/es/iot-in-industry-improves-reliability-equipment/

PLCs basados en Arduino: https://industruino.com/

PLC basado en Arduino: http://www.winkhel.com/

Carcasa para Arduino y Raspberry Pi en la industria: Arduibox: http://www.hwhardsoft.de/english/webshop/raspibox/#cc-m-product-10145780397

SIMATIC IOT2020: gateway de Siemens basado en Arduino para futuras aplicaciones industriales: http://es.rs-online.com/web/p/kit-de-desarrollo-de-iot/1244037/ y aplicaciones https://www.rs-online.com/designspark/simatic-iot2020.

Simatic IoT 2040: https://w3.siemens.com/mcms/pc-based-automation/en/industrial-iot/Documents/simatic-ioc2040-flyer-en.pdf

Los otros PLCs SBC (Single Board Computer): http://www.infoplc.net/blogs-automatizacion/item/102505-plc-single-board-computer

OpenPLC Project: http://www.openplcproject.com/

Autómatas con MQTT: http://www.unitronics.com/ y modelo nistream https://unitronicsplc.com/unistream-series-unistream5/

ABB PM556, automata de ABB abierto: http://new.abb.com/drives/es/noticias-y-casos-de-exito/impulsa-el-internet-de-las-cosas-los-servicios-y-las-personas

Material Curso IoT

Para hacer las prácticas y simular un ecosistema de IoT disponemos de hardware barato y muy accesible para cualquiera para poder utilizar en una prueba de concepto.

El material es en préstamo y se firmará una hoja de entrega de material.

20x Arduino Starter Kit (https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoStarterKit) que contiene un Arduino Uno, una serie de sensores y actuadores y diversos elementos electrónicos necesarios para realizar las prácticas y proyectos. Componentes:

10x Kit XBee( http://www.digikey.es/product-detail/en/digi-international/XKB2-AT-WWG/602-1550-ND/5271212) para desarrollo de aplicaciones con XBee. Datasheet: https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Digi%20International%20PDFs/XBee_Arduino_Compatible_Coding_Platform.pdf. Compuesto por:

  • Arduino Leonardo-compatible
  • XBee shield XBee 802.15.4 modules
  • XBee breadboard adapters
  • XBee USB adapter
  • One 2-axis joysticks
  • Six pushbuttons
  • Solderless breadboards
  • Breadboard power supplies
  • 18 LEDs
  • 10kΩ potentiometers
  • Package of 330Ω resistors
  • 9 V batteries and battery clips
  • Micro USB cable
  • Mini USB cable
  • Bundle – jumper wires

20x Kits Raspberry Pi compuestos por:

Kit Wemos D1 mini

Módulos de comunicación:

Otros módulos: