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Arduino en IoT

Arduino se ha convertido una figura destacada e incluso uno de los impulsores del IoT y no por casualidad, sino que  por sus características es un HW con gran capacidad para usar en proyectos de IoT.

Características de Arduino para IoT

  • Barato y rápido prototipado.
  • HW libre y por lo tanto es modificable para que consuma menos y para hacer un HW final de características industriales.
  • Disponibilidad de HW de comunicaciones de todo tipo para conectar con Arduino. Nuevas tecnologías de comunicación llegan antes que para elementos comerciales
  • Librerías y SW público para su reutilización o adaptación.
  • Flexibilidad en la programación.
  • Apoyo de la comunidad.

No en vano cuando se busca IoT (Internet de las cosas) enseguida aparece Arduino.

Arduino sirve para recoger datos no solo del entorno sino de máquinas o elementos externos y comunicarnos con Internet, mediante su consumo eléctrico, contactos de alertas externas, su temperatura, su posición, etc…

Arduino nos permite de una forma sencilla y barata poder conectar entre sí elementos cotidianos para manejarlos y añadir sensores a cualquier elemento y en cualquier ubicación.

Qué es Arduino: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2018/04/02/que-es-arduino-7/

Hardware Arduino:

Hardware Arduino IoT

La familia de Arduino MKR son una serie de placas con un factor de forma diferente al de Arduino mucho más pequeño y basados todos en el microcontrolador de 32 bits de Atmel SAMD21. Estas placas están pensadas principalmente para IoT.

MKR Family: https://store.arduino.cc/arduino-genuino/arduino-genuino-mkr-family

Arduino MKRZero

Producto: https://store.arduino.cc/arduino-mkrzero

Primero modelo de la familia MKR y heredero del Arduino Zero.

Arduino MKR1000 WIFI

Producto: https://store.arduino.cc/arduino-mkr1000

Versión para IoT con procesador Atmel ARM Cortex M0+ de 32bits ATSAMW25 que es el mismo procesador que Genuino Zero pero con wifi integrado, chip de cifrado y antena integrada.

El ATSAMW25 está compuesto por tres principales bloques:

  • SAMD21 Cortex-M0+ 32bit low power ARM MCU
  • WINC1500 low power 2.4GHz IEEE® 802.11 b/g/n Wi-Fi (mismo que el wifi 101 shield)
  • ECC508 CryptoAuthentication

Arduino MKR WiFi 1010

Producto: https://store.arduino.cc/arduino-mkr-wifi-1010

El MKR WIFI 1010 es una mejora significativa del MKR 1000 WIFI. Está equipado con un módulo ESP32 fabricado por U-BLOX. Esta placa tiene como objetivo acelerar y simplificar la creación de prototipos de aplicaciones de IO basadas en WiFi gracias a la flexibilidad del módulo ESP32 y su bajo consumo de energía.

La placa tienes estos 3 bloques principales:

  • SAMD21 Cortex-M0+ 32bit Low Power ARM MCU;
  • U-BLOX NINA-W10 Series Low Power 2.4GHz IEEE® 802.11 b/g/n Wi-Fi; and Bluetooth
  • ECC508 Crypto Authentication.

Arduino MKR FOX 1200

Producto: https://store.arduino.cc/arduino-mkrfox1200

Arduino anunciado en abril de 2017. En una placa de desarrollo pensada para el IoT con conectividad Sigfox. Comparte muchas características con otras placas de la familia MKR como em microcontrolador SAM D21 32-bit Cortex-M0+.

Incluye un módulo ATA8520 con conectividad sigfox de amplia cobertura y bajo consumo capaz de funcionar durante 6 meses con dos pilas AA. También incluye una suscripción por dos años a la red Sigfox: http://www.sigfox.com/en

Web: https://blog.arduino.cc/2017/04/18/introducing-the-arduino-mkrfox1200/

Más información sobre el Arduino MKRFOX1200 en el artículo: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/05/arduino-mkrfox1200/

Arduino MKR WAN 1300

Producto: https://store.arduino.cc/mkr-wan-1300

Presentado el 25 de septiembre de 2017 en la maker faire de NY: https://blog.arduino.cc/2017/09/25/introducing-the-arduino-mkr-wan-1300-and-mkr-gsm-1400/

Arduino + LoRa:

Arduino MKR GSM 1400

Producto: https://store.arduino.cc/mkr-gsm-1400

Presentado el 25 de septiembre de 2017 en la maker faire de NY: https://blog.arduino.cc/2017/09/25/introducing-the-arduino-mkr-wan-1300-and-mkr-gsm-1400/

Arduino + GSM:

Arduino MKR NB 1500

Producto: https://store.arduino.cc/arduino-mkr-nb-1500

El nuevo estándar Narrow Band IoT, con el ecosistema Arduino fácil de usar. Totalmente compatible con las clases Narrow Band IoT NB y las redes LTE CAT M1.

Arduino MKR Vidor 4000

Producto: https://store.arduino.cc/arduino-vidor-4000 :

El MKR VIDOR 4000 es altamente configurable y potente, y puede realizar procesamiento digital de audio y video de alta velocidad.

El MKR VIDOR 4000 puede configurarlo de la manera que desee; esencialmente puede crear su propia tarjeta controladora.

Viene cargado de hardware y potencial:

  • un SRAM de 8 MB
  • un chip Flash QSPI de 2 MB – 1 MB asignado para aplicaciones de usuario
  • un conector Micro HDMI
  • un conector para cámara MIPI
  • Wifi & BLE alimentado por U-BLOX NINA Serie W10.

También incluye la clásica interfaz MKR en la que todos los pines son accionados tanto por SAMD21 como por FPGA.

Además, tiene un conector Mini PCI Express con hasta 25 pines programables por el usuario.

La FPGA contiene 16K Logic Elements, 504 KB de RAM embebida y 56 multiplicadores de 18×18 bit HW para DSP de alta velocidad. Cada pin puede conmutar a más de 150 MHz y puede ser configurado para funciones tales como UARTs, (Q)SPI, PWM de alta resolución/alta frecuencia, codificador de cuadratura, I2C, I2S, Sigma Delta DAC, etc.

La FPGA integrada también se puede utilizar para operaciones DSP de alta velocidad para el procesamiento de audio y vídeo. Esta tarjeta también incluye un Microchip SAMD21. La comunicación entre la FPGA y el SAMD21 es directa.

Accesorios para Arduinos MKR

Y los IoT Bundles:

Configuración Arduino

Puesta en marcha y comprobación del entorno de programación de Arduino para utilizar en el curso.

Instalación del IDE y blink para comprobar que funciona:

Programación Arduino

Librerías

Mandar Datos a un Servidor con Arduino

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:

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

Ver los datos en:

Novedades Arduino

Desde el año 2015 ha habido varios cambios en la organización de Arduino como empresa que es interesante conocer por las consecuencias que puede tener en el desarrollo de las placas Arduino y en el software.

Arduino LLC fue la compañía creada por Massimo Banzi, David Cuartielles, David Mellis, Tom Igoe and Gianluca Martino en 2009 y era la propietaria de la marca Arduino. Las placas Arduino eran fabricadas por una spinoff llamada Smart Projects Srl creada por Gianluca Martino. En noviembre de 2014 cambiaron el nombre de la empresa que manufactura las placas Arduino de Smart Projects Srl a Arduino Srl y registraron el dominio arduino.org, esto fue el inicio de la división que se produjo poco después.

A principios de 2015 se produjo una división dentro de Arduino y desde entonces han aparecido bastante cambios para los usuarios de Arduino, la primera es que ha aparecido una nueva marca llamada “Genuino” asociada a arduino.cc y una nueva web oficial de Arduino www.arduino.org.

El 1 de octubre de 2016 durante el World Maker Faire de New York, Massimo Banzi and Federico Musto anunciaron las empresas Arduino LLC (arduino.cc) y ArduinoSRL (arduino.org) han firmado un acuerdo, cerrando las disputas iniciadas a principio de 2015. Anunciaron que el recién creado “Arduino Holding” será el punto único para la distribución de los productos Arduino actuales y futuros y continuará sacando al mercado nuevas innovaciones. Además, anunciaron la futura formación de la “Fundación Arduino” sin ánimo de lucro, que será la responsable de mantener el IDE Arduino open source y continuará fomentando el movimiento open source, pero que no se ha hecho realidad.

En el verano de 2017 donde se comunicó que BCMI, la empresa fundada por  Massimo Banzi, David Cuartielles, David Mellis and Tom Igoe, co-fundadores de Arduino ha adquirido el 100% de Arduino AG, la corporación que tenía todas las marcas registradas de Arduino. En el Comunicado Massimo Banzi dice que de esta forma se renueva el compromiso con el HW y SW open source con un crecimiento sostenible de la empresa. Su visión es permitir a cualquier innovar con la electrónica durante mucho tiempo y democratizar el IoT para los individuos, educadores, profesionales y negocios.

Enlaces con las noticias por orden cronológico:

A partir de la Nueva era Arduino

Adquisión de Arduino AG (empresa que tenía la marca Arduino en propiedad): https://blog.arduino.cc/2017/07/28/a-new-era-for-arduino-begins-today/

Nuevas placas Arduino IoT MKR WAN 1300 y MKR GSM 1400 en la Maker Faire New York 2017: https://blog.arduino.cc/2017/09/25/introducing-the-arduino-mkr-wan-1300-and-mkr-gsm-1400/

Asociación entre Arduino y ARM: https://blog.arduino.cc/2017/10/05/arduino-announces-arm-partnership/

Beta Arduino IDE: https://blog.arduino.cc/2017/10/11/be-among-the-first-to-try-arduino-ide-1-9-beta/

Soporte placas linux desde Arduino Create: https://blog.arduino.cc/2017/11/03/linux-support-comes-to-arduino-create/. Esto permite programar placas linux como si se trataran de Arduinos y que múltiples programas Arduino puedan ejecutarse en una placa y comunicarse entre ellos. Y pueden programarse remotamente,

De momento solo para placas Intel como ntel® NUC, Dell Wyse®, Gigabyte™ GB-BXT y las placas UP2 http://www.up-board.org/upsquared/

Nueva Arduino Reference: https://blog.arduino.cc/2017/12/14/new-search-engine-arduino-reference/. Cambio de aspecto https://www.arduino.cc/reference/en/, más rápida y ahora se puede colaborar en la documentación a través de https://github.com/arduino/reference-en y con un reference en español https://github.com/arduino/reference-es

Usar Arduino para programar dispositivos IoT Linux: https://blog.arduino.cc/2018/03/13/you-can-now-use-arduino-to-program-linux-iot-devices/. Se amplían los dispositivos soportados por Arduino Create para el desarrollo de IoT. Desde https://create.arduino.cc/getting-started es posible gestionar y programar muchas de las placas más populares basadas en Linux, incluyendo Raspberry Pi y BeagleBone

Arduino Yun rev 2, completamente open source y resolviendo algunos problemas de seguridad de la versión 1: https://blog.arduino.cc/2018/03/29/arduino-yun-rev-2-is-here/

Placa: https://store.arduino.cc/arduino-yun-rev-2

Nuevas placas en Arduino Day 2018: https://blog.arduino.cc/2018/05/12/the-mkr-family-gets-bigger-with-two-new-iot-boards/

MKR Wifi 1010 https://store.arduino.cc/arduino-mkr-wifi-1010, es una evolución de la placa MKR Wifi 1000 con menor consumo, equipada con un ESP32 y in firmware Wifi open source.

MKR NB 1500 https://store.arduino.cc/arduino-mkr-nb-1500, con conectividad de bajo consumo NB-IoT (narrowband IoT) que trabaja sobre redes LTE que usen NB-IoT, para España Vodafone.

Arduino engineering kit: https://blog.arduino.cc/2018/05/12/arduino-goes-to-college-with-the-new-arduino-engineering-kit/

Placas presentadas en el Maker Faire Bay Area 2018: https://blog.arduino.cc/2018/05/17/say-hello-to-the-next-generation-of-arduino-boards/

MKR Vidor 4000 https://store.arduino.cc/arduino-vidor-4000, primer Arduino basado en un chip FPGA, con WiFi y crypto chip para conexiones seguras.  

Arduino UNO Wifi Rev2 https://store.arduino.cc/arduino-uno-wiFi-rev2 con un nuevo microcontrolador ATmega4809 https://www.microchip.com/wwwproducts/en/ATMEGA4809, un módulo WiFi  u-blox Nina W102 y IMU integrada.

En la novedades sobre Arduinos no oficiales se han añadido nuevas placas al soporte del IDE Arduino: https://github.com/arduino/arduino/wiki/unofficial-list-of-3rd-party-boards-support-urls

Aunque los reyes de los procesadores no oficiales soportados por Arduino son el ESP8266 y el ESP32:

Arduino y LoRaWAN

Arduino MKR WAN 1300

MKR WAN 1300 es una placa potente que combina la funcionalidad de la conectividad MKR Zero y LoRa. Es la solución ideal para los fabricantes que desean diseñar proyectos de IoT con una mínima experiencia previa en redes que tengan un dispositivo de baja potencia.

La placa MKR WAN 1300 tiene comunicación inalámbrica unido a un diseño de la placa MKR Zero Board, es decir, que tendremos soporte para aplicaciones de 32 bits. La placa cuenta con 256KB de Memoria flash y 32KB SRAM. Puede funcionar con la energía de dos pilas de 1,5V y todo en un tamaño de 67,64 x 25mm. Al tener comunicación inalámbrica, el dispositivo al que se conecte tendrá opción de comunicarse a Internet.

El MKR WAN 1300 usar el módulo Murata CMWX1ZZABZ Lo-Ra module que lleva el transceiver Semtech SX1276:

Más información: https://store.arduino.cc/mkr-wan-1300

Buen artículo para sobre el MKR 1300: http://tinkerman.cat/arduino-mkr-wan-1300/

Moteino

Moteino es una plataforma de desarrollo compatible con Arduino inalámbrica de baja potencia basada en el popular chip ATmega328p utilizado en el Arduino-UNO, lo que lo hace 100% compatible con el IDE de Arduino (entorno de programación).

Para la programación, necesitará un adaptador FTDI externo para cargar los sketchs, con las ventajas de un menor costo y un tamaño más pequeño. La variante MoteinoUSB incluye el convertidor de serie USB.

Los Moteinos son compatibles y se pueden comunicar con cualquier otra plataforma Arduino o de desarrollo que utilice los populares transceptores HopeRF RFM69 o LoRa. Moteino también viene con un chip de memoria flash SPI opcional para programación inalámbrica o registro de datos.

Web Moteino: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/

Moteino fue diseñado para ser una plataforma de desarrollo compacta, altamente personalizable y asequible, adecuada para IoT, domótica y proyectos inalámbricos de largo alcance. Estas son algunas de las características que distinguen a Moteino:

  • diseño modular pequeño y ligero que se adapta a recintos minúsculos
  • las configuraciones flexibles permiten el uso de varios transceptores inalámbricos
  • potencia realmente ultra baja: con tan solo ~ 2uA alcanzables en el modo de suspensión profunda, los Moteinos permiten que los proyectos con batería, como los sensores inalámbricos de movimiento/entorno, funcionen durante años. El modo de suspensión de Watchdog está en ~ 6uA (activación periódica). El nuevo 8Mhz Moteino permite el modo de sueño 100nA más bajo posible
  • Las radios sub-Ghz y LoRa producen un rango mucho más largo que las bandas de 2.4Ghz
  • programable de forma inalámbrica: puede volver a flashearlo sin cables, cuando se implementa en ubicaciones difíciles (solo con radios RFM69)
  • fácil de usar desde el familiar IDE Arduino, muchos ejemplos de código brindados para ayudarlo a comenzar

Pinout:

Los transceiver soportados por Moteino son:

Transceiver Datasheets

Muy buena explicación de los módulos de Adafruit: https://learn.adafruit.com/adafruit-rfm69hcw-and-rfm96-rfm95-rfm98-lora-packet-padio-breakouts/overview

Librería para los módulos RFM69: https://github.com/LowPowerLab/RFM69

IMPORTANTE: Los módulos RFM69 no son LoRa y no son compatibles con los módulos RFM95/RFM96. Además los módulos RFM95/RFM96 necesitan de una librería de terceros.

Más información RFM69:

Uso con Lora: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/lora-support/

Librería para los módulos LoRa RFM95 (868-915mhz) and RFM96 (433mhz).: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/index.html

Getting started para instalar el soporte y las librerías: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/programming-libraries/

Github: https://github.com/LowPowerLab y Librería: https://github.com/LowPowerLab/Moteino

Comprar Moteino:https://lowpowerlab.com/shop/

Moteino weather shield: https://lowpowerlab.com/2016/09/09/weathershield-r2-released/ with a BME280 which includes all Temperature/Humidity/Pressure readings all in 1 sensor.

Moteino PowerShield: https://lowpowerlab.com/guide/powershield/

Gateway LoRa con Moteino + Raspberry Pi:

Dragino

En Dragino http://www.dragino.com/ podemos encontrar Hardware para LoRa: http://www.dragino.com/products/products-list.html

Wiki: http://wiki.dragino.com/index.php?title=Main_Page

La librería recomendada es: https://github.com/matthijskooijman/arduino-lmic, pero puede usarse la librería Radiohead: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/

LoRa Shield:

Otro HW LoRa compatible con Arduino

Existen más HW de desarrollo compatible con Arduino con módulos LoRa diferentes:

Gateways LoRa

En las redes LoRaWan un gateway es un dispositivo dentro de la arquitectura de red que recibe los datos transmitidos por un dispositivo de nodo final y que reenvían los paquetes de datos a un servidor de red centralizado. Los datos de un nodo final LoRa pueden ser recibidos por múltiples puertas de enlace (gateway),

Los gateways o puertas de enlace son un puente transparente entre los dispositivos finales y el servidor de red central. Uno o más dispositivos finales se conectan a una o más puertas de enlace, mediante una conexión inalámbrica de un solo salto, usando tecnología RF LoRa™ o FSK, formando así una red en estrella.

Una o más puertas de enlace se conectan al servidor de red central por medio de conexiones IP estándar, formando así una red en estrella. Las comunicaciones entre los dispositivos y el servidor de red, son generalmente unidireccionales o bidireccionales, pero el estándar también soporta multidifusión, permitiendo la actualización de software en forma inalámbrica, u otras formas de distribución de mensajes en masa.

Los gateways son enrutadores equipados con un concentrador LoRa, lo que les permite recibir paquetes LoRa. Por lo general, puede encontrar dos tipos de puertas de enlace:

  • Las pasarelas se ejecutan con un firmware mínimo, por lo que son de bajo costo y fáciles de usar (por ejemplo, The Things Gateway) y solo ejecutan el software de reenvío de paquetes.
  • Gateways que ejecutan un sistema operativo, para el cual el software de reenvío de paquetes se ejecuta como un programa de fondo (por ejemplo, Kerlink IoT Station, Multitech Conduit). Esto le da más libertad al administrador del gateway para administrar su puerta de enlace e instalar su propio software.

Una forma de montar un gateway LoRa barato es con una Raspberry Pi y un hat de Moteino con un módulo LoRa:

Un gateway simple con LoPy: https://www.hackster.io/bucknalla/lopy-lorawan-nano-gateway-using-micropython-and-ttn-a9fb19

Construir un gateway LoRa barato: http://cpham.perso.univ-pau.fr/LORA/RPIgateway.html

Módulos LoRa para conectar un ordenador y haga de gateway: https://www.cooking-hacks.com/waspmote-gateway-sx1272-lora-sma-4-5-dbi-868-mhz y tutorial LoRa gateway Libelium: http://www.libelium.com/development/waspmote/documentation/lora-gateway-tutorial/

Lista de gateways de loriot: https://www.loriot.io/lora-gateways.html

The things gateway: https://www.thethingsnetwork.org/docs/gateways/gateway/

The Things Gateway permite que dispositivos como sensores y computadoras integradas se conecten a internet. Con un proceso fácil de conectar, está creando el aspecto más sustancial de su red de datos IoT. Active la puerta de enlace en solo 5 minutos y cree su propia red local. Con la capacidad de servir a miles de nodos, la puerta de enlace es el componente principal de su red conectada. Esta versión funciona a 868MHz para uso en la UE y 915Mhz para uso en los EE.UU.

Lista de gateways de thethingsnetwork:

Gateway draguino (open wrt): http://www.dragino.com/products/lora/item/119-lg01-s.html

Ejemplo con Dragino para usarlo como gateway (Lora Shield + Arduino Yun Shield):

Más información:

Librería RadioHead LoRa

Una de las librerías más usadas para módulos LoRa con Arduino es RadioHead: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/index.html

Proporciona una biblioteca completa orientada a objetos para enviar y recibir mensajes paquetizados a través de una variedad de radios de datos comunes y otros transportes para microprocesadores integrados.

RadioHead consta de 2 grupos principales de clases: driversy managers.

  • Los drivers proporcionan acceso de bajo nivel a un rango de diferentes radios y otros transportes de mensajes paquetizados.
  • Los managers brindan servicios de envío y recepción de mensajes de alto nivel para una variedad de requisitos diferentes.

Cada programa de RadioHead tendrá una instancia de un driver para proporcionar acceso a la radio o transporte de datos, y generalmente un manager que usa ese driver para enviar y recibir mensajes para la aplicación. El programador debe instanciar un driver y un manager e inicializar el manager. A partir de entonces, las funciones del manager se pueden usar para enviar y recibir mensajes.

También es posible usar un driver por sí mismo, sin un manager, aunque esto solo permite un transporte no confiable y sin dirección a través de las funciones del driver.

Se admite una amplia gama de plataformas de microprocesadores.

Unos ejemplos de drivers:

  • RH_RF69 Works with Hope-RF RF69B based radio modules, such as the RFM69 module
  • RH_NRF24 Works with Nordic nRF24 based 2.4GHz radio modules, such as nRF24L01 and others.
  • RH_RF95 Works with Semtech SX1276/77/78/79, Modtronix inAir4 and inAir9, and HopeRF RFM95/96/97/98 and other similar LoRa capable radios. Supports Long Range (LoRa) with spread spectrum frequency hopping, large payloads etc.
  • RH_Serial Works with RS232, RS422, RS485, RS488 and other point-to-point and multidropped serial connections, or with TTL serial UARTs such as those on Arduino and many other processors, or with data radios with a serial port interface. RH_Serial provides packetization and error detection over any hardware or virtual serial connection. Also builds and runs on Linux and OSX.
  • RHEncryptedDriver Adds encryption and decryption to any RadioHead transport driver, using any encrpytion cipher supported by ArduinoLibs Cryptogrphic Library http://rweather.github.io/arduinolibs/crypto.html

Managers, cualquier manager puede usarse con cualquier driver:

  • RHDatagram Addressed, unreliable variable length messages, with optional broadcast facilities.
  • RHReliableDatagram Addressed, reliable, retransmitted, acknowledged variable length messages.
  • RHRouter Multi-hop delivery of RHReliableDatagrams from source node to destination node via 0 or more intermediate nodes, with manual routing.
  • RHMesh Multi-hop delivery of RHReliableDatagrams with automatic route discovery and rediscovery.

Esta librería es compatible entre otros con:

Para los módulos con moteino que se ha usado en la demo, son necesarios los drivers: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/classRH__RF95.html

Si se quiere añadir una capa de seguridad debe usarse la clase: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/classRHEncryptedDriver.html

Si se quiere usar direccionamiento debe usarse la clase: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/classRHDatagram.html

IMPORTANTE PARA MODULOS LORA, la librería está configurada por defecto a 434: Check if you have set the right frequency:After putting the library in the right place, you have to also modify the frequency to the frequency you want to use, the position of this issetFrequency() in the file: arduino-xxx\libraries\RadioHead\RH_RF95.cpp;

Para los módulos RFM95 de moteino debe ponerse: setFrequency(868.0);

He hecho un fork de la librería con la modificación para módulos LoRa: https://github.com/jecrespo/RadioHead

Proyecto LoRa con Moteino

A la hora de afrontar un proyecto con LoRa para monitorizar un entorno donde no tenemos acceso a una red ethernet/wifi ni toma eléctrica, podemos planteamos usar Moteino como una solución basada en Arduino de bajo consumo y con módulos LoRa integrados.

La primera duda es que módulo de radio o transceiver usar el RFM69 o RFM95:

  • RFM69 no es LoRa usa modulación FSK en lugar de la modulación LoRa
  • RFM95 es LoRa estándar.

RFM69 y RFM95 son módulos de radio para comunicación a larga distancia, donde la velocidad de transmisión no es crítica (no se hace streaming de vídeo). Al usar modulación diferente no son compatibles entre ellos.

Estos módulos de radio vienen en cuatro variantes (dos tipos de modulación y dos frecuencias). Los RFM69 son los más fáciles de usar, y son bien conocidos y entendidos. Las radios LoRa son más potentes, pero también más caros.

Comparativa y explicación de los módulos: https://learn.adafruit.com/adafruit-rfm69hcw-and-rfm96-rfm95-rfm98-lora-packet-padio-breakouts

Transceiver Moteino: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/transceivers/

RFM69

Módulo basado en SX1231 con interfaz SPI

  • +13 a +20 dBm hasta 100 mW Capacidad de salida de potencia (salida de potencia seleccionable en software)
  • Drenaje de corriente de 50 mA (+13 dBm) a 150 mA (+20 dBm) para transmisiones, ~ 30 mA durante la escucha de radio activa.
  • Las radios RFM69 tienen un alcance de aprox. Línea de visión de 500 metros con antenas unidireccionales sintonizadas. Dependiendo de las obstrucciones, la frecuencia, la antena y la potencia de salida, obtendrá rangos más bajos, especialmente si no tiene línea de visión.
  • Crear redes multipunto con direcciones de nodo individuales
  • Motor de paquete cifrado con AES-128

Guía completa del módulo de radio RFM69: https://learn.sparkfun.com/tutorials/rfm69hcw-hookup-guide

Librería Arduino RFM69: https://github.com/LowPowerLab/RFM69

Completa información RFM69: http://www.hoperf.com/upload/rf/RFM69W-V1.3.pdf

Explicación de librería RFM69 https://lowpowerlab.com/2013/06/20/rfm69-library/

RFM95

Módulo basado en LoRa® SX1276 con interfaz SPI

  • Capacidad de salida de potencia de +5 a +20 dBm hasta 100 mW (salida de potencia seleccionable en software)
  • ~ 100mA de pico durante la transmisión de + 20dBm, ~ 30mA durante la escucha activa de la radio.
  • Las radios RFM9x tienen un rango de aprox. Línea de visión de 2 km con antenas unidireccionales sintonizadas. Dependiendo de las obstrucciones, la frecuencia, la antena y la potencia de salida, obtendrá rangos más bajos, especialmente si no tiene línea de visión.

Estos son radios de paquete LoRa de +20 dBm que tienen una modulación de radio especial que no es compatible con los RFM69 pero que puede ir mucho más lejos. Pueden ir fácilmente a la línea de vista de 2 km utilizando antenas de cable simples, o hasta 20 km con antenas direccionales y ajustes.

Completa información RFM95: http://www.hoperf.com/upload/rf/RFM95_96_97_98W.pdf

Librería: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/

SX127x Datasheet – The RFM9X LoRa radio chip itself

Librería: http://www.airspayce.com/mikem/arduino/RadioHead/

Módulos Moteino Usados

Optamos LoRa porque da entre un 50% y 100% más de alcance.

LoRa support for Moteino: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/lora-support/

Todo sobre moteino y como programarlo: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/

Los moteino a usar con LoRa son los moteinoLR y mejor moteinoUSB-LoRa que ya tiene el interfaz USB:

Para wireless programming necesitas las flash extra: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/wireless-programming/

Gateway

Si queremos conectar a Internet los sensores, necesitamos un gateway.

Gateway con Raspberry Pi:

Otra opción de gateway es usar un shield LoRa de dragino:

Productos de dragino: http://www.dragino.com/products/products-list.html

Cloud

Ya tenemos el nodo y el gateway, nos falta el cloud que podemos hacerlo con muchas plataformas IoT.

Thingspeak: https://thingspeak.com/

Arduino y Sigfox

Sigfox: es una solución de conectividad celular mundial para el Internet of Things pensada para comunicaciones de baja velocidad que permite reducir los precios y el consumo de energía para los dispositivos conectados. La solución de conectividad SIGFOX se basa en una infraestructura de antenas y de estaciones de base totalmente independientes de las redes existentes.

Sigfox es una alternativa de amplio alcance, que en términos de alcance está entre Wi-Fi y la comunicación móvil. Utiliza bandas ISM, que se pueden utilizar sin necesidad de adquirir licencias. Sigfox responde a las necesidades de muchas aplicaciones M2M que funcionan con una batería pequeña y solo requieren niveles menores de transferencia de datos, allí donde WiFi se queda demasiado corto y la comunicación móvil es muy cara y consume demasiada energía.

Sigfox utiliza una tecnología llamada Ultra Narrow Band (UNB) diseñada para funcionar con bajas velocidades de transferencias de 10 a 1.000 bits por segundo.

Sigfox trabaja con fabricantes como Texas Instruments, Atmel, Silicon Labs y otros para poder ofrecer distintos tipos de SoC, transceptores y componentes de conexión a su red. En el caso de smartphones y tablets, actualmente no son compatibles con esta red, pero, al no tener licencia de uso, su inclusión sería realmente económica y sencilla.

La empresa que está haciendo el despliegue de la red de Sigfox en España es Cellnex Telecom antigua Abertis Telecom.

Cellnex:

Cómo funciona la red sigfox:

Los tres pilares de Sigfox son: bajo coste, eficiencia y alcance global

Así, basándose en los tres pilares fundamentales, las características más destacables de lo que ofrecen a sus clientes son las siguientes:

  • Frecuencias libres (ISM) resistentes frente a interferencias
  • Conectividad Ultra Narrow Band (UNB) bidireccional
  • Compatibilidad con los chips existentes
  • Conforme con ETSI y FCC
  • Eficiencia energética: han logrado que la autonomía de algunos productos se prolongue hasta 15 años
  • Conexión sencilla (plug & play)
  • Gestión basada en la nube
  • Cobertura internacional
  • Libre de derechos y royalties

Hardware Sigfox

Existen muchos dispositivos certificados por sigfox y pueden encontrarse en la sigfox partner network: https://partners.sigfox.com/

Dentro de los productos certificados por Sigfox lo divide:

Nosotros nos centramos en los kits de desarrollo, como por ejemplo el ATA8520 https://partners.sigfox.com/products/digikey que usa un microcontrolador ATMega328p como el Arduino UNO y el transceiver Atmel ATA8520D que también lleva el Arduino MKRFOX1200.

Entre los kits de desarrollo podemos destacar:

El Cesens mini de la empresa Riojana Encore lab es un ejemplo de un dispositivo certificado por Sigfox: https://partners.sigfox.com/products/cesens-mini

Todos estos dispositivos hay que darlos de alta en la red de Sigfox, aunque generalmente para los desarrolladores al comprar un dispositivo tenemos una suscripción de 1 o dos años a la red de Sigfox.

Comprar conectividad:https://buy.sigfox.com/ y precios: https://buy.sigfox.com/buy/offers/ES

Una vez hay un contrato, es necesario activar el kit de desarrollo en el backend de Sigfox: https://backend.sigfox.com/activate

Y ya podemos hacer nuestro proyecto con Sigfox. Muchos más proyectos con Sigfox: https://www.hackster.io/sigfox

Mensajes Sigfox

Los mensajes de Sigfox están diseñados para ser muy pequeños, optimizados para sensores y requerir sólo una pequeña cantidad de energía para transmitirlos. El payload de Sigfox está limitado a 12 bytes (excluyendo las cabeceras del payload). Un mensaje de ‘uplink’ desde un dispositivo a la estación base es enviado durante aproximadamente 6 segundos a un a velocidad de 100 bits/seg. Aunque pueda parecer una velocidad de información muy restringida, realmente hay muchas cosas que se pueden hacer con 12 bytes.

En el siguiente ejemplo muestra cómo con una estructura de 12 bytes mandar un conjunto de coordenadas GPS junto con velocidad, hora y voltaje de batería.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Lat. Lat. Lat. Lat. Lon. Lon. Lon. Lon. Vol. Sats. Acq. Spd.

Más información: http://makers.sigfox.com/getting-started/

El protocolo Sigfox soporta comunicación bidireccional. Esto significa que es posible configurar el módulo Sigfox para solicitar datos desde los servidores de Sigfox. A esto se le denomina mensaje ‘downlink’. El dispositivo Sigfox manda un mensaje de ‘uplink’ a los servidores de Sigfox solicitando un mensaje de ‘downlink’ y espera durante 30 segundos. El dispositivo espera recibir un mensaje con un payload de 8 bytes. Por la regulación ETSI, los dispositivos están limitados a 4 mensajes ‘downlink’ al día.

Debido a que el dispositivo inicia el mensaje de ‘downlink’, en lugar de la estación base, los mensajes de ‘downlink’ se usan comúnmente como configuración. Un ejemplo podría ser un dispositivo con múltiples sensores para recogida de datos que diariamente consulta los umbrales de alerta configurados en el dispositivo.

Explicación del downlink paso a paso: http://www.iotnet.mx/index.php/2017/03/02/el-downlink-de-sigfox-explicado-paso-paso/

Backend de Sigfox

Además de la red de Sigfox, tenemos los dos extremos de la comunicación: los dispositivos, emisores de mensajes, que están conectados a la red, y el punto final o backend de la comunicación, que recibe esos mensajes y los procesa para generar un resultado.

En el caso de SigFox, se ofrece el servicio llamado SigFox Cloud para el segundo propósito, que ofrece una aplicación web conocida como SigFox Backend. Desde ella, se pueden gestionar los dispositivos, visualizar los mensajes transmitidos por los mismos y configurar de integración de los datos, entre otros. Además, el servicio da la oportunidad de poder redirigir todo el volumen de información que llega al backend a cualquier aplicación ejecutada en un servidor o centro de procesamiento de datos.

Hay dos maneras de tomar los datos que recoge el backend de Sigfox:

  • Utilizando la API que proporciona el backend, basada en HTTP REST (GET o POST, indistintamente); la cual, en función del recurso pedido, devuelve un resultado concreto, con una carga útil con formato JSON.
  • Utilizando una URL de callback, identificando dicha URL a la aplicación web que desea recibir los mensajes. De esta forma, se registraría dicha URL en el backend, indicando los atributos que le interese recibir (por ejemplo, la carga útil del mensaje); y cada vez que llegase un mensaje al mismo, éste le reenviará los valores pedidos en un mensaje con formato, por ejemplo JSON.

Como hemos visto, el módem de radio de Sigfox envía ráfagas de datos a las antenas de la estación base. Idealmente, una señal es captada por más de una antena. El paquete de datos se demodula en la estación base y luego se envía al centro de datos de sigfox (backend). Luego, el centro de datos envía los datos recibidos a los suscriptores del servicio a través de servicios web de callback al estilo REST.

Centrándonos en el backend de SigFox, veamos las opciones de navegación que nos ofrece, con una breve explicación de cada una de ellas.

Cuando accedemos al portal, se nos presenta una página de bienvenida, que nos notifica de las nuevas funcionalidades incluidas en la página. También tenemos acceso a una lista de eventos de la red y a un mapa con la cobertura actual en el país. A través de la barra superior, podemos navegar por los distintos apartados de la página, diferenciando los siguientes (de izquierda a derecha):

  • Device: nos muestra los dispositivos registrados en el backend, distinguidos por un identificador único. Entre otras opciones; nos muestra estadísticas con el número de mensajes enviados diariamente, notificaciones de eventos surgidos durante la transmisión (como saltos en el número de secuencia, que indican pérdida de información), y sobre todo, los mensajes enviados; con la fecha de recepción, el contenido del mensaje (con la codificación elegida por el fabricante del dispositivo), su traducción a ASCII (si se han enviado caracteres), su localización (mostrando un rectángulo formado por la latitud/longitud, sin decimales, en la que se encuentra el dispositivo), información sobre redundancia, el nivel de la señal recibida (en dB), y la URL de callback a la que se redirige (de haberla).
  • Device Type: lista los tipos de dispositivos registrados en el backend. De esta forma, a cada conjunto de dispositivos le podemos asociar un tipo para gestionarlos de la misma manera. La opción más relevante a considerar en este apartado es el establecimiento de las URL de callback a cada tipo de dispositivo; pudiendo utilizar más de una URL para cada tipo, eligiendo entre GET o POST, y pudiendo seleccionar las variables que se desean obtener (entre otras; el identificador de dispositivo, la hora de llegada del mensaje, la potencia media de la señal, la latitud/longitud desde donde se envió el mensaje, o la carga útil).
  • User: muestra los usuarios, pertenecientes a un grupo, que tienen acceso al backend.
  • Group: gestiona los grupos configurados en el backend. A ellos se le pueden asociar usuarios, dispositivos o suscripciones. Además, SigFox le proporciona un usuario y contraseña para tener acceso a la API REST.
  • Billing: se encarga de las suscripciones a SigFox, incluyendo los servicios contratados, el número de mensajes máximo permitido o el precio de la suscripción, como aspectos más relevantes.
  • Información rápida del usuario: hace de resumen de la pestaña User, e incluye las direcciones IP con las que el usuario ha accedido al backend, junto la fecha de último acceso de cada una.
  • Redirección a la lista de eventos de red.
  • Ayuda online: dispone de documentación para el uso de callbacks y la API REST, información para el proceso de suscripción, y una breve mención al formato de los mensajes enviados.
  • Logout: para cerrar sesión.

Más información sobre el backend de Sigfox:

Lo primero que se debe hacer es registrar un dispositivo en la red de Sigfox: https://backend.sigfox.com/cms/section/52f8a5b593368ce020b924e1/info

Activar un dispositivo: https://backend.sigfox.com/activate

Placas Arduino

Arduino dispone de una amplia variedad de placas y shields para usar dependiendo de nuestras necesidades.

Un shield es una placa compatible que se puede colocar en la parte superior de los arduinos y permite extender las capacidades del arduino. De estas hablaremos en profundidad más adelante.

Primer Arduino:

Arduino Uno

Web: https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3

Es la placa estándar y la más conocida y documentada. Salió a la luz en septiembre de 2010 sustituyendo su predecesor Duemilanove con varias mejoras de hardware que consisten básicamente en el uso de un USB HID propio en lugar de utilizar un conversor FTDI para la conexión USB. Es 100% compatible con los modelos Duemilanove y Diecimila. Viene con un Atmega328p con 32Kbytes de ROM para el programa.

Este es el Arduino que vamos a usar en el curso.

Esquematico: http://arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3-schematic.pdf

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/atmega328p.aspx

Planos del Arduino UNO: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno#documentation

Arduino Mega

Web: https://store.arduino.cc/arduino-mega-2560-rev3

Es con mucha diferencia el más potente de las placas con microcontrolador de 8 bits y el que más pines i/o tiene, apto para trabajos ya algo más complejos aunque tengamos que sacrificar un poco el espacio. Cuenta con el microcontrolador Atmega2560 con más memoria para el programa, más RAM y más pines que el resto de los modelos.

Esquematico: http://www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-mega2560_R3-sch.pdf

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/atmega2560.aspx

Planos del Arduino MEGA: http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

Mega ADK es una placa basada en el Mega2560 pero con un USB host adicional para conectar móviles basados en Android:

Web: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMegaADK

Getting Started con ADK: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoADK

Arduino Ethernet

Web: https://store.arduino.cc/arduino-ethernet-rev3-without-poe

Incorpora un puerto ethernet, está basado en el Arduino Uno y nos permite conectarnos a una red o a Internet mediante su puerto de red.

Arduino Due

Web: https://store.arduino.cc/arduino-due

Arduino con la mayor capacidad de procesamiento, basado en un microcontrolador de 32 bit y arquitectura ARM: Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU. Este arduino está alimentado a 3.3V y dado que gran parte de los shields, sensores, actuadores para Arduino y compatible son a 5V lo limita, pero cada vez se ven más elementos donde se puede elegir el voltaje entre 3.3 y 5V.

Importante: 12-bit ADC

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/sam3x8e.aspx

Arduino Leonardo

Web: https://store.arduino.cc/arduino-leonardo-with-headers

La diferencia de este arduino con el resto es que trae un único MCU ATmega32u4 que tiene integrado la comunicación USB, lo que elimina la necesidad de un segundo procesador. Esto tiene otras implicaciones en el compartimento del arduino al conectarlo al ordenador, lo que no lo hace apto para iniciarse con él.

Microcontrolador: http://www.atmel.com/devices/atmega32u4.aspx

Los Arduinos basados en el microcontrolador 32u4 permiten aparecer al Arduino conectado al ordenador como un ratón o teclado nativo, simulando un dispositivo de este tipo.

Getting Started: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoLeonardoMicro

Librería MouseKeyboard: https://www.arduino.cc/en/Reference/MouseKeyboard

Arduino Leonardo ETH

Web: https://store.arduino.cc/arduino-leonardo-eth  

Es un Arduino Leonardo con ethernet proporcionado por el controlador W5500. Se trata de la versión actualizada del Arduino Ethernet.

Documentación: http://labs.arduino.org/Arduino%20leonardo%20eth

Getting Started: http://labs.arduino.org/Getting+Started+with+Arduino+Leonardo+Eth

Arduino Micro

Web: https://store.arduino.cc/arduino-micro

También basado en el ATmega32u4 pero mucho más compacto.

Ejemplo de placa para uso de Arduino pequeños con bornas: https://spiercetech.com/shop/home/17-arduino-nano-30-controller-terminal-breakout-board.html

Arduino Mini

Web: https://store.arduino.cc/arduino-mini-05

Versión miniaturizada de la placa Arduino UNO basado en el ATMega328. Mide tan sólo 30x18mm y permite ahorrar espacio en los proyectos que lo requieran. Las funcionalidades son las misma que Arduino UNO. Necesita un programador para conectarlo al ordenador: http://arduino.cc/en/Main/USBSerial

Arduino Yun

El Arduino Yun es un Arduino que es diferente a lo que son el resto de Arduino porque además de llevar un microcontrolador, incorpora un Microprocesador MIPS con un Sistema Operativo Linux embebido. La ventaja que aporta Arduino Yun y sus derivados es que el microcontrolador y el microprocesador están conectado mediante un puerto serie y además Arduino nos ofrece una serie de herramientas/librerías que facilita la interconexión entre ellos.

Arduino Yun (MCU + MP con Linux): https://store.arduino.cc/arduino-yun

Guía con Open WRT: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoYun

Guía con LininoOS: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoYunLin

Familia MKR

La familia de Arduino MKR son uan serie de placas con un factor de forma diferente al de Arduino mucho más pequeño y basados todos en el microcontrolador de 32 bits de Atmel SAMD21. Estas placas están pensadas principalmente para IoT.

Arduino MKRZero

Web: https://store.arduino.cc/arduino-mkrzero

Primero modelo de la familia MKR y heredero del Arduino Zero.

Arduino MKR1000 WIFI

Web: https://store.arduino.cc/arduino-mkr1000

Versión para IoT con procesador Atmel ARM Cortex M0+ de 32bits ATSAMW25 que es el mismo procesador que Genuino Zero pero con wifi integrado, chip de cifrado y antena integrada.

El ATSAMW25 está compuesto por tres principales bloques:

  • SAMD21 Cortex-M0+ 32bit low power ARM MCU
  • WINC1500 low power 2.4GHz IEEE® 802.11 b/g/n Wi-Fi (mismo que el wifi 101 shield)
  • ECC508 CryptoAuthentication

Arduino MKR FOX 1200

Web: https://store.arduino.cc/arduino-mkrfox1200

Arduino anunciado en abril de 2017. En una placa de desarrollo pensada para el IoT con conectividad Sigfox. Comparte muchas características con otras placas de la familia MKR como em microcontrolador SAM D21 32-bit Cortex-M0+.

Incluye un módulo ATA8520 con conectividad sigfox de amplia cobertura y bajo consumo capaz de funcionar durante 6 meses con dos pilas AA. También incluye una suscripción por dos años a la red Sigfox: http://www.sigfox.com/en

Web: https://blog.arduino.cc/2017/04/18/introducing-the-arduino-mkrfox1200/

Arduino MKR WAN 1300

Web: https://store.arduino.cc/mkr-wan-1300

Presentado el 25 de septiembre de 2017 en la maker faire de NY: https://blog.arduino.cc/2017/09/25/introducing-the-arduino-mkr-wan-1300-and-mkr-gsm-1400/

Arduino + LoRa:

Arduino MKR GSM 1400

Web: https://store.arduino.cc/mkr-gsm-1400

Presentado el 25 de septiembre de 2017 en la maker faire de NY: https://blog.arduino.cc/2017/09/25/introducing-the-arduino-mkr-wan-1300-and-mkr-gsm-1400/

Arduino + GSM:

Accesorios para Arduinos MKR

Otros Arduinos oficiales

Existen aun mas Arduino oficiales:

Otros:

Todos los productos de Arduino: https://www.arduino.cc/en/Main/Products

Arduinos para Wearables

Arduino Lilypad

Web: https://store.arduino.cc/lilypad-arduino-main-board

Diseñado para dispositivos “wearables” y e-textiles. Para coser con hilo conductor e instalarlo sobre prendas.

Más información para fabricar wearable con arduino en: http://lilypadarduino.org/

Otros:

Retirados

Hay modelos retirados, pero la documentación sigue disponible y es posible aun comprarlas por terceros que las fabrican o fabricarlas uno mismo.

Arduino 101

Web: https://store.arduino.cc/genuino-101

Es el sucesor del Arduino UNO con procesador Intel Curie Quark de 32 bit diseñado para ofrecer el mínimo consumo de energía, 384 KB de memoria flash, 80 KB de SRAM, un sensor DSP integrado, bluetooth de baja energía, acelerómetro y giroscopio de 6 ejes.

Video de 101: https://blog.arduino.cc/2016/01/13/unboxing-and-setup-of-arduino-101/

Código Firmware: https://github.com/01org/corelibs-arduino101 que no hace falta instalarlo porque ya viene integrado en el IDE de arduino.cc y desde el gestor de librerías se instala en: C:\Users\<user>\AppData\Local\Arduino15\packages\Intel\hardware\arc32\1.0.5

Review completa del 101: http://www.kitguru.net/components/cpu/james-morris/intel-genuino-101-review/

Intel ha descontinuado la gama de microcontroladores usados en diversos Arduinos, lo que parece el fin de la asociación entre Intel y Arduino, más aun cuando Arduino ha firmado un acuerdo con ARM.

Placas Compatibles Arduino

La marca Arduino está protegida y solo puede usarse por Arduino, pero debido a que se trata de hardware libre, existen multitud de placas disponibles que bien son clones, placas derivadas (forks) u otras placas totalmente independientes pero que la comunidad ha desarrollado el código para poder programarlas con el lenguaje de programación de Arduino.

Cuando hablamos de placas compatibles con Arduino, son aquellas que se pueden programar con el IDE de Arduino.

Listado no oficial de placas de terceros soportadas por el IDE de Arduino: https://github.com/arduino/Arduino/wiki/Unofficial-list-of-3rd-party-boards-support-urls

Funduino

Web: https://www.funduinoshop.com/epages/78096195.sf/en_GB/?ViewObjectPath=%2FShops%2F78096195

Chipkit

Web: http://chipkit.net/

ESP8266

Web: https://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/overview

Moteino

Web: https://lowpowerlab.com/guide/moteino/

Resumen

Arduino.cc products: https://www.arduino.cc/en/Main/Products

Como distinguir un arduino oficial de una copia: http://arduino.cc/en/Products/Counterfeit

Guía para comparar Arduino:  https://learn.sparkfun.com/tutorials/arduino-comparison-guide