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Top 5 Gadgets Electrónica

En mi recorrido con Arduino en los últimos años, he recibido muchas preguntas sobre electrónica de personas que programan pero les faltan unos conocimientos básicos de electrónica para saber cómo conectar sensores, actuadores y periféricos a Arduino. Para ellos he escrito varios artículos como estos:

Una vez que ya tienes los conocimientos básicos de electrónica el siguiente paso es empezar a hacer pequeñas modificaciones o reparaciones de placas electrónicas y luego ya lanzarnos a hacer nuestras propias placas, pero de este tema haré un artículo próximamente.

Si nos decidimos a hacer pequeñas reparaciones o modificaciones electrónica, os recomiendo algunos gadgets básicos de electrónica que todos debemos tener en casa. Se trata de unos accesorios muy económicos y que seguro usaremos con frecuencia si eres una aficionado a la electrónica y Arduino.

Pistola Manual de Soldadura

Una pistola de soldadura manual sencilla es uno de los gadgets imprescindibles que debemos tener en casa para hacer pequeñas reparaciones o montajes de nuestra placas que conectaremos a Arduino o Raspberry Pi.

Puedes comprarla por menos de 9€ con envío gratuito en https://www.gearbest.com/soldering-supplies/pp_009456656818.html?wid=1433363

Lupa Soldadura LED

Otro accesorio imprescindible en casa para hacer pequeñas reparaciones de soldaduras o montar tus propias placas electrónicas es una lupa de soldadura con iluminación LED y accesorios para sujetar las placas.

Es muy común que cuando compras shields para Arduino o breakout boards https://programmingelectronics.com/what-is-a-breakout-board-for-arduino/, estas vengan con los componentes sin soldar y este accesorio te va a ser de gran utilidad.

Puedes comprarla por menos de 14€ con envío gratuito en https://www.gearbest.com/magnifiers/pp_291442.html?wid=1433363

Pinzas de Acero Antiestáticas

Tener unas pinzas para manejar los elementos electrónicos, resulta imprescindible al trabajar con dispositivos SMD https://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_de_montaje_superficial, así como para poder soldar y desoldar en placas cualquier otro dispositivo.

Puedes comprarla por unos 5 euros en https://www.gearbest.com/other-tools/pp_638400.html?wid=1433363

Pistola de Pegamento Caliente

Aunque una pistola de pegamento caliente no es necesaria para tareas de soldadura o en general para trabajos con electrónica es un accesorio imprescindible para los makers que queremos hacer un proyecto completo.

La pistola de pegamento caliente se usa para pegar casi cualquier material como cartón y plástico. Se puede usar para ensamblar partes de por ejemplo un robot o un coche teledirigido donde vayamos a insertar la electrónica que hemos diseñado.

Puedes comprarla por unos 8.50 euros con envío gratuito en https://www.gearbest.com/soldering-supplies/pp_1577491.html?wid=1433363

Bomba Desoldar Manual

Por último, otro accesorio imprescindible en nuestra caja de herramientas es la bomba de desoldar que permite quitar la soldadura de un elemento calentando previamente y succionando con esta bomba manual. Totalmente necesaria para hacer reparaciones o cuando cometemos un error soldando.

Puedes comprarla por menos de 10 euros con envío gratuito en https://www.gearbest.com/soldering-supplies/pp_238769.html?wid=1433363

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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

Sigfox

Sigfox: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/07/sigfox/

Arduino y Sigfox: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/05/arduino-y-sigfox/

Arduino MKRFox 1200: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/05/arduino-mkrfox1200/

Demo MKRFox 1200: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/05/demo-mkrfox1200/

Tutorial paso a paso de Sigfox: https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/arduino-mkrfox1200-sigfox-lpwan/

Redes LPWAN/LoRa

Redes LPWAN: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/05/redes-lpwan/

Arduino y LoRaWAN: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/07/arduino-y-lorawan/

Demo LoRa con Moteino: https://www.aprendiendoarduino.com/2018/03/07/demo-lora-con-moteino/

WiFi

El wifi es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Los dispositivos habilitados con wifi como Arduino, pueden conectarse a internet a través de un punto de acceso de red inalámbrica.

Wi-Fi es una marca de la Alianza Wi-Fi, la organización comercial que adopta, prueba y certifica que los equipos cumplen con los estándares 802.11 relacionados a redes inalámbricas de área local.

  • Los estándares IEEE 802.11b, IEEE 802.11g e IEEE 802.11n disfrutan de una aceptación internacional debido a que la banda de 2,4 GHz está disponible casi universalmente, con una velocidad de hasta 11 Mbit/s, 54 Mbit/s y 300 Mbit/s, respectivamente.
  • En la actualidad ya se maneja también el estándar IEEE 802.11ac, conocido como WIFI 5, que opera en la banda de 5 GHz y que disfruta de una operatividad con canales relativamente limpios. La banda de 5 GHz ha sido recientemente habilitada y, además, no existen otras tecnologías (Bluetooth, microondas, ZigBee) que la estén utilizando, por lo tanto existen muy pocas interferencias. Su alcance es algo menor que el de los estándares que trabajan a 2,4 GHz (aproximadamente un 10 %), debido a que la frecuencia es mayor (a mayor frecuencia, menor alcance).

Existen otras tecnologías inalámbricas como Bluetooth que también funcionan a una frecuencia de 2,4 GHz, por lo que puede presentar interferencias con la tecnología wifi. Debido a esto, en la versión 1.2 del estándar Bluetooth actualizó su especificación para que no existieran interferencias con la utilización simultánea de ambas tecnologías, además se necesita tener 40 000 kbit/s.

Existen varias alternativas para garantizar la seguridad de estas redes. Las más comunes son la utilización de protocolos de cifrado de datos para los estándares wifi como el WEP, el WPA, o el WPA2 que se encargan de codificar la información transmitida para proteger su confidencialidad, proporcionados por los propios dispositivos inalámbricos. La mayoría de las formas son las siguientes:

  • WEP, cifra los datos en su red de forma que sólo el destinatario deseado pueda acceder a ellos. Los cifrados de 64 y 128 bits son dos niveles de seguridad WEP. WEP codifica los datos mediante una “clave” de cifrado antes de enviarlo al aire. Este tipo de cifrado no está recomendado debido a las grandes vulnerabilidades que presenta ya que cualquier cracker puede conseguir sacar la clave, incluso aunque esté bien configurado y la clave utilizada sea compleja.
  • WPA: presenta mejoras como generación dinámica de la clave de acceso. Las claves se insertan como dígitos alfanuméricos.
  • WPA2 (estándar 802.11i): que es una mejora relativa a WPA. En principio es el protocolo de seguridad más seguro para Wi-Fi en este momento. Sin embargo requieren hardware y software compatibles, ya que los antiguos no lo son. Utiliza el algoritmo de cifrado AES (Advanced Encryption Standard).
  • IPSEC (túneles IP) en el caso de las VPN y el conjunto de estándares IEEE 802.1X, que permite la autenticación y autorización de usuarios.
  • Filtrado de MAC, de manera que solo se permite acceso a la red a aquellos dispositivos autorizados. Es lo más recomendable si solo se va a usar con los mismos equipos, y si son pocos.
  • Ocultación del punto de acceso: se puede ocultar el punto de acceso (router) de manera que sea invisible a otros usuarios.

Dispositivos de distribución o de red en wifi son:

  • Los puntos de acceso son dispositivos que generan un set de servicio, que podría definirse como una red wifi a la que se pueden conectar otros dispositivos. Los puntos de acceso permiten, en resumen, conectar dispositivos de forma inalámbrica a una red existente. Pueden agregarse más puntos de acceso a una red para generar redes de cobertura más amplia, o conectar antenas más grandes que amplifiquen la señal.
  • Los repetidores inalámbricos son equipos que se utilizan para extender la cobertura de una red inalámbrica, éstos se conectan a una red existente que tiene señal más débil y crean una señal limpia a la que se pueden conectar los equipos dentro de su alcance. Algunos de ellos funcionan también como punto de acceso.
  • Los enrutadores inalámbricos son dispositivos compuestos, especialmente diseñados para redes pequeñas (hogar o pequeña oficina). Estos dispositivos incluyen, un enrutador (encargado de interconectar redes, por ejemplo, nuestra red del hogar con Internet), un punto de acceso (explicado más arriba) y generalmente un conmutador que permite conectar algunos equipos vía cable (Ethernet y USB). Su tarea es tomar la conexión a Internet, y brindar a través de ella acceso a todos los equipos que conectemos, sea por cable o en forma inalámbrica.

Los estándares 802.11b y 802.11g utilizan la banda de 2,4 GHz. En esta banda se definieron 11 canales utilizables por equipos wifi, que pueden configurarse de acuerdo a necesidades particulares. Sin embargo, los 11 canales no son completamente independientes (un canal se superpone y produce interferencias hasta un canal a 4 canales de distancia). El ancho de banda de la señal (22 MHz) es superior a la separación entre canales consecutivos (5 MHz), por eso se hace necesaria una separación de al menos 5 canales con el fin de evitar interferencias entre celdas adyacentes, ya que al utilizar canales con una separación de 5 canales entre ellos (y a la vez cada uno de estos con una separación de 5 MHz de su canal vecino) entonces se logra una separación final de 25 MHz, lo cual es mayor al ancho de banda que utiliza cada canal del estándar 802.11, el cual es de 22 MHz. Tradicionalmente se utilizan los canales 1, 6 y 11, aunque se ha documentado que el uso de los canales 1, 5, 9 y 13 (en dominios europeos) no es perjudicial para el rendimiento de la red.

Esta asignación de canales usualmente se hace sólo en el Punto de acceso, pues los “clientes” automáticamente detectan el canal, salvo en los casos en que se forma una red “Ad-Hoc” o punto a punto cuando no existe punto de acceso.

Canales en 802.11 (wifi) frente a 802.15.4 (zigbee):

Wifi 5G

La tecnología Wi-Fi utiliza dos bandas de frecuencias según el estándar al que nos refiramos:

  • 2,4 GHz: 802.11b, 802.11g y 802.11n
  • 5 GHz: 802.11a, 802.11n y 802.11ac

Banda 2.4 GHz: En España se pueden utilizar los canales 1-13; el canal 14 es el único prohibido, solamente se puede utilizar en Japón. La potencia máxima es siempre 20 dBm.

Banda 5 GHz: En España se permite el uso de los canales 36-64 y 100-140, al igual que en el resto de Europa. La potencia máxima depende del escenario, pero generalmente sería 23 dBm y 30 dBm respectivamente para equipos nuevos con marcado CE a partir de 2015 (ETSI EN 301 893 V1.8.1).

802.11ac:

Wifi en Arduino

Wifi: Hay múltiples formas de conectar Arduino a internet mediante wifi:

Wifi en Raspberry Pi

Raspberry Pi dispone de Wifi integrada en los siguientes modelos:

  • Model 3: 802.11b/g/n single band 2.4 GHz wireless, Bluetooth 4.1 BLE
  • Model 3+: 802.11b/g/n/ac dual band 2.4/5 GHz wireless, Bluetooth 4.2 LS BLE

Configuración WiFi desde Desktop: https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/wireless/desktop.md

Configuración WiFi desde CLI: https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/wireless/wireless-cli.md

En Raspbian, el fichero de configuración de WiFi es: /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

Configuración headless: https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/wireless/headless.md

Configurar Raspberry Pi como un Access Point: https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/wireless/access-point.md

Configuración WiFi en Raspberry Pi: https://www.luisllamas.es/raspberry-pi-wifi/

Más de configuración wifi en Raspberry Pi: