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Proyecto Final IoT con Node-RED

Descripción del Proyecto

Proyecto final full stack IoT con Node-RED aplicando los conceptos vistos.

Repositorio: https://github.com/jecrespo/proyecto-fundamentos-iot 

Material del Proyecto

M5stack: https://m5stack.com/collections/m5-core/products/basic-core-iot-development-kit 

M5Stick-C con sensor ENV:

Raspberry Pi Zero: Instalada en local con cámara y programada con Node-RED, usada como dispositivo remoto.

Raspberry Pi 3B+: Instalada en local con Node-RED, Mosquitto y BBDD, usada como servidor.

Wibeee instalado y publicando datos.

Wibeee ONE 2W

Si el alumno tiene algún HW con que quiera interactuar, puede presentarlo y lo integramos en las prácticas.

Esquema del Proyecto

Topología del proyecto IoT:

Datos Disponibles

Topic Map Nodo00 (Enrique):

  • educantabria/nodo00/wemos1/dato10s – publica mensaje numerado cada 10s
  • educantabria/nodo00/wemos1/dato60s – publica mensaje numerado cada 60s
  • educantabria/nodo00/wemos1/reset – publica mensaje cada reset o inicio
  • educantabria/nodo00/wemos1/led – suscrito (1 led ON, otro valor  led OFF)
  • educantabria/nodo00/wemos1/text – suscrito (muestra el mensaje por pantalla)
  • educantabria/nodo00/wemos1/rele – suscrito (1 relé ON, otro valor  relé OFF). Con firmware relé
  • educantabria/nodo00/wemos2/dato10s – publica mensaje numerado cada 10s
  • educantabria/nodo00/wemos2/dato60s – publica mensaje numerado cada 60s
  • educantabria/nodo00/wemos2/reset – publica mensaje cada reset o inicio
  • educantabria/nodo00/wemos2/led – suscrito (1 led ON, otro valor  led OFF)
  • educantabria/nodo00/wemos2/text – suscrito (muestra el mensaje por pantalla)
  • educantabria/nodo00/wemos2/temperatura – publica dato temperatura cada 10 segundos. Con firmware DS18B20
  • educantabria/nodo00/wibeee/# – datos eléctricos de Wibeee. Varios parámetros.
  • educantabria/nodo00/m5atom/aviso – suscrito (“alarma” – leds rojos, “aviso” – leds amarillos, “ok” – leds verdes, otro mensaje apaga)
  • educantabria/nodo00/m5atom/boton – al pulsar publica “press” o “longpress”
  • educantabria/nodo00/m5stack/boton/A – al pulsar botón A publica “press”
  • educantabria/nodo00/m5stack/boton/B – al pulsar botón B publica “press” 
  • educantabria/nodo00/m5stack/boton/C – al pulsar botón C publica “press”
  • educantabria/nodo00/m5stack/led – suscrito (1 dibuja en pantalla círculo rojo, otro valor  dibuja en pantalla círculo verde)
  • educantabria/nodo00/m5stack/text – suscrito, muestra por pantalla el texto
  • educantabria/nodo00/m5stick/temperatura – publica dato temperatura cada 1 segundo
  • educantabria/nodo00/m5stick/humedad – publica dato humedad cada 1 segundo
  • educantabria/nodo00/m5stick/presion – publica dato presión cada 1 segundo
  • educantabria/nodo00/m5stickplus/distancia – publica dato distancia cuando se activa
  • educantabria/nodo00/m5stickplus/button – al pulsar botón publica “press”
  • educantabria/nodo00/m5stickplus/led – suscrito (1 led ON, otro valor  led OFF)
  • educantabria/nodo00/m5stickplus/label  – suscrito (“red” – circulo rojo, “yellow” – circulo amarillo, “green” – circulo verde, “black” – círculo verde)
  • educantabria/nodo00/raspberry3/CPU – publica Node-RED el datos de CPU 
  • educantabria/nodo00/raspberry3/Temperatura – publica Node-RED el datos de temperatura procesador
  • educantabria/nodo00/raspberry3/Memoria – publica Node-RED el datos de memoria libre
  • educantabria/nodo00/raspberry3/Dashboard/# – publica Node-RED cualquier dato del Dasboard
  • educantabria/nodo00/raspberry3/Datos/# – suscrito Node-RED para recibir cualquier dato externo
  • educantabria/nodo00/raspberry3TT/CPU – publica Node-RED el datos de CPU 
  • educantabria/nodo00/raspberry3TT/Temperatura – publica Node-RED el datos de temperatura procesador
  • educantabria/nodo00/raspberry3TT/Memoria – publica Node-RED el datos de memoria libre
  • educantabria/nodo00/raspberry3TT/Dashboard/# – publica Node-RED cualquier dato del Dasboard
  • educantabria/nodo00/raspberry3TT/Datos/# – suscrito Node-RED para recibir cualquier dato externo
  • educantabria/nodo00/raspberryzero/tomafotomqtt – suscrito Node-RED un valor cualquiera enviado, toma una foto y publica en el topic educantabria/nodo00/raspberryzero/foto en baja resolución.
  • educantabria/nodo00/raspberryzero/foto – publica Node-RED una foto al mandar cualquier dato en el topic educantabria/nodo00/raspberryzero/tomafotomqtt 
  • educantabria/nodo00/raspberryzero/tomafotoweb suscrito Node-RED un valor cualquiera enviado, toma una foto y la actualiza en https://www.aprendiendoarduino.com/servicios/imagen.jpg en alta resolución

Topic Map Alumnos Nodoxx:

  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/dato10s – publica mensaje numerado cada 10s
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/dato60s – publica mensaje numerado cada 60s
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/reset – publica mensaje cada reset o inicio
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/led – suscrito (1 led ON, otro valor  led OFF)
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/text – suscrito (muestra el mensaje por pantalla)
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/rele – suscrito (1 relé ON, otro valor  relé OFF). Con firmware relé
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/oled – suscrito (muestra el mensaje por pantalla oled). Con firmware oled
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/temperatura – publica dato temperatura cada 10 segundos. Con firmware DS18B20
  • educantabria/nodo{xx}/wemos{y}/matrix – suscrito (0 efecto y apaga, de 1 a 8 ilumina de 1 a 8 líneas de matriz). Con firmware matrix.
  • educantabria/nodo{xx}/raspberry{y}/CPU – publica Node-RED el datos de CPU 
  • educantabria/nodo{xx}/raspberry{y}/Temperatura – publica Node-RED el datos de temperatura procesador
  • educantabria/nodo{xx}/raspberry{y}/Memoria – publica Node-RED el datos de memoria libre
  • educantabria/nodo{xx}/raspberry{y}/Dashboard/# – publica Node-RED cualquier dato del Dasboard
  • educantabria/nodo{xx}/raspberry{y}/Datos/# – suscrito Node-RED para recibir cualquier dato externo

{xx} número de alumno

{y} número de sensor

AlumnoNº Nodo
SERGIO A.nodo01
Alberto B.nodo02
Pablo C.nodo03
Soraya C.nodo03
isaías C.nodo04
Mª del Mar E.nodo05
Santiago F.nodo06
José Ángel G.nodo07
Oscar G.nodo08
MARCOS G.nodo09
Jose Luis G.nodo10
Evelio H.nodo11
Roberto I.nodo12
RAMON L.nodo13
Eduardo P.nodo14
FRANCISCO JAVIER R.nodo15
Sara T.nodo16

Tareas del Proyecto

Fase 1 – Monitorización Local

Instalar nodo con todo el SW:

Instalar los sensores en la ubicación.

Fase 2 – Conectar a la Nube

Conectar sensores:

Fase 3 – Automatizar

Configurar y securizar Node-RED: 

Programar Node-RED y MQTT:

Fase 4 – Integración con Terceros

Integración de datos con terceros:

Instalación Raspbian

Raspberry Pi OS: https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi_OS 

Software quickstart: https://www.raspberrypi.org/learning/software-guide/quickstart/ 

Guías de iniciación:

Copia de Seguridad de Raspberry Pi

Si vamos a instalar de cero una Raspberry Pi que ya estaba funcionando, por ejemplo, con una versión antigua de Raspberry Pi OS o de Raspbian, es aconsejable hacer una copia de seguridad de nuestra tarjeta microSD.

En windows usar Win32DiskImager, no solo se puede copiar una imagen sino guardar una imagen de una tarjeta SD: Descarga https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

En Linux Terminal usar estos comandos:

  • backup: dd if=/dev/sdb of=sd.img bs=4M
  • restore: dd if=sd.img of=/dev/sdb bs=4M

Los comandos que usado en Linux o MAC:

  • df -h
  • sudo diskutil unmount /dev/disk2s1
  • sudo dd if=/dev/rdisk2 of=~/sd.img bs=1m

En MAC OS puedes usar apple pi baker: https://www.tweaking4all.com/software/macosx-software/applepi-baker-v2/

Formatear la tarjeta SD de la forma correcta.

Uno de los errores más frecuentes de los usuarios de tarjetas de memoria SD está en creer que este tipo de memorias funcionan igual que una memoria USB o un disco duro y se pueden formatear con las utilidades del sistema operativo. A diferencia de otros dispositivos de almacenamiento, las tarjetas SD incluyen una zona especial denominada “Protected Area”, empleada para temas de seguridad, que requiere un tratamiento especial. Adicionalmente – y dependiendo de la configuración y el tipo de tarjeta – es necesario un formateo ajustado al tipo de tarjeta.

Descargar e instalar la utilidad “SD Card Formatter” provista por la SD Association, los mismos que definen los estándares de este medio de almacenamiento. Después de instalada, se debe proceder a formatear la tarjeta SD antes de utilizarla. De esta forma se garantiza que se usará todo el espacio disponible de la tarjeta y se optimizará su desempeño y almacenamiento de acuerdo con las especificaciones del fabricante.

Descarga https://www.sdcard.org/downloads/formatter_4/eula_windows/index.html 

Instalar Imagen Raspberry Pi OS (Antiguo Raspbian)

Instalación recomendada usando Raspberry Pi Imager: https://www.raspberrypi.org/software/

Raspberry Pi Imager es la forma rápida y fácil de instalar Raspberry Pi OS y otros sistemas operativos en una tarjeta microSD, lista para usar con su Raspberry Pi. Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=J024soVgEeM 

Descargue e instale Raspberry Pi Imager con un lector de tarjetas SD. Coloque la tarjeta SD que usará con su Raspberry Pi en el lector y ejecute Raspberry Pi Imager.

Descargar imagen Raspbian zip: https://www.raspberrypi.org/downloads/

Descargar Raspbian with desktop desde: https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/ 

La versión por defecto de Raspbian es ahora una instalación mínima – le da el escritorio, el navegador Chromium, el reproductor multimedia VLC, Python, y algunos programas accesorios. Junto a esto se encuentra la imagen “Raspbian Full”, que también incluye todos los programas recomendados: LibreOffice, Scratch, SonicPi, Thonny, Mathematica y varios otros.

El programa de software recomendado se puede utilizar para instalar o desinstalar cualquiera de los programas adicionales que se encuentran en la imagen completa; si descarga la imagen mínima y comprueba todas las opciones en el software recomendado, terminará con la imagen completa, y viceversa.

Buster la nueva versión de Raspbian: https://www.raspberrypi.org/blog/buster-the-new-version-of-raspbian/

Guía de instalación https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/README.md 

Para copiar la imagen a una SD usar:

Tutoriales de instalación de Raspbian:

Etcher

Etcher es una herramienta gráfica de escritura de tarjetas SD que funciona en Mac OS, Linux y Windows, y es la opción más fácil para la mayoría de los usuarios. Etcher también soporta la escritura de imágenes directamente desde el archivo zip, sin necesidad de descomprimirlas.

balenaEtcher es otra opción fácil para la mayoría de los usuarios de escribir imágenes en tarjetas SD, por lo que es un buen punto de partida. Si busca una alternativa en Windows, puede usar Win32DiskImager.

Pasos:

  • Descargar SO: Raspbian
  • Formatear microSD: SD Card Formatter 4.0
  • Flashear: Etcher
  • Acceder a la SD desde un PC: Partición “/boot” es accesible desde Windows, partición extendida.
  • Preconfiguración (recomendado para modo headless): SSH

Win32DiskImager

Con Win32DiskImager no solo se puede copiar una imagen sino guardar una imagen de una tarjeta SD, pero el uso de Etcher es más sencillo.

Descarga https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

Post Instalación

Una vez instalado Raspberry Pi OS, enchufar la Raspberry Pi, conectar un monitor, teclado y ratón a Raspberry Pi para seguir con su configuración.

En caso de no tener un monitor, se puede hacer una instalación headless:

Pasos para instalación headless:

Vídeos instalación Raspberry Pi OS headless:

Una vez tenemos la IP podemos conectarnos por SSH: https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/remote-access.html#secure-shell-from-linux-or-mac-os o en windows instalar PuTTY: https://www.putty.org/ 

Conectarse por SSH con el usuario por defecto: pi y la contraseña por defecto: raspberry

Una vez dentro de la consola habilitar VNC (ya viene preinstalado) para conectarse al escritorio y continuar con la instalación desde el escritorio remoto: https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/remote-access.html#enabling-the-vnc-server

  • sudo raspi-config
  • Navigate to Interfacing Options.
  • Scroll down and select VNC › Yes.

Ahora ya nos podremos conectar por VNC desde nuestro ordenador usando VNC Viewer: https://www.realvnc.com/es/connect/download/viewer/ 

Una vez entramos en Raspberry Pi por VNC, seguimos los pasos de wizard que nos indica para cambiar contraseña, cambiar el nombre (hostname), configurar y actualizar Raspberry Pi, etc…

Luego es posible hacer más configuraciones desde “Configuración de  Raspberry Pi” o desde comando de consola “sudo raspi-config”:

  • expand filesystem (solo versiones antiguas)
  • Cambiar la contraseña
  • Poner nombre (hostnamer): p.e. EnriquePi
  • Configurar resolución de pantalla
  • Habilitar VNC
  • Habilitar VNC conectividad en la nube (usuario y contraseña de VNC)
  • Habilitar SSH
  • Actualizar con sudo apt-get update  y sudo apt-get upgrade
  • Configuración: https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/

Conexión a la Red

La forma general de conectar a Internet la Raspberry Pi es mediante 

  • Conexión a Ethernet por DHCP
  • Conectar a Wifi por DHCP

Por este motivo no es necesario configurar nada si conectamos a un router con DHCP configurado para ethernet y en WiFi solo deberemos configurar la red wifi.

DHCP:

La propia Raspberry Pi podría hacer de servidor DHCP: https://www.raspberrypi.org/learning/networking-lessons/lesson-3/plan/ 

La Raspberry Pi 3 es la primera de la familia en incluir WIFI estándar de serie, lo que es un gran avance de salida y garantiza que se normalice las conexiones, a diferencia de las versiones previas en las que había que comprar un módulo WiFi y configurar la WIFI en función del modelo de adaptador que usasemos.

En el caso actual, la configuración de la WIFI se reduce a listar las redes disponibles y elegir la nuestra, para después proporcionar la contraseña de acceso. 

Detalle seleccion WIFI

Aquí tienes iconos para la configuración de varios elementos, como el volumen de audio la WIFI y hasta el Bluetooth, que recuerda viene de serie en la nueva Raspi3. Para configurar la WIFI pincha y selecciona el icono y selecciona la WiFi a conectarse.

Desplegando wifi

Una vez configurado comprobar que se puede navegar.

Aunque hayas conectado correctamente a Internet hay mil razones por las que necesitas conocer más información de tus conexiones IP, especialmente saber la IP para que al actuar como servidor saber a qué IP conectarnos.

Con el comando “ifconfig” podemos saber qué interfaces están conectados y que DNS usan o que Gateway o router estas usando como salida.

ifconfig 0

Para obtener los datos de ethernet teclea ifconfig eth0 y para wifi teclea ifconfig wlan0

Con el comando route -ne se pueden ver las rutas configuradas

Más información: https://www.prometec.net/conectar-a-internet/ 

Para obtener más información de las redes ver los directorios:

  • /sys/class/net/eth0
  • /sys/class/net/wlan0

Por ejemplo en el fichero address está la dirección MAC del controlador de red

En algunas ocasiones nos puede interesar asignar una IP fija, para ello seguir el tutorial: https://www.luisllamas.es/raspberry-pi-ip-estatica/ 

Los fichero de configuración de IP son:

  •  /etc/dhcpcd.conf
  • /etc/network/interfaces

Más información: https://raspberrypi.stackexchange.com/questions/39785/dhcpcd-vs-etc-network-interfaces 

También es conveniente cambiar el hostname, seguir este tutorial: https://www.howtogeek.com/167195/how-to-change-your-raspberry-pi-or-other-linux-devices-hostname/

Acceso Remoto

Una vez instalado vamos a asegurarnos el acceso remoto para no tener que tener conectado a un monitor y un teclado y ratón y podamos manejarlo.

Acceso Remoto: https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/

SSH

La mejor forma de acceder a Raspberry Pi remotamente en modo comando en línea estando en la misma red es usando SSH. 

SSH sigue un modelo cliente-servidor. El cliente inicia una petición al servidor, que autentifica la comunicación e inicia el entorno Shell. Múltiples clientes pueden conectarse a un mismo servidor. Por defecto SSH emplea el puerto TCP 22 aunque puede cambiarse fácilmente. 

SSH dispone de más usos muy interesantes. por ejemplo, podemos copiar archivos de forma segura entre dos dispositivos, o tunelizar cualquier conexión de otra aplicación a través de un canal seguro SSH.

Para activar el servidor SSH en Raspberry Pi comprobar que estás activado en menu – Preferencias- Configuración de Raspberry Pi – Interfaces

Esta conexión sólo funciona en red local. Para poder acceder desde fuera, a través de Internet, hay que configurar un mapeo de puertos en el router. El proceso completo depende del router.

Para conectarnos desde Windows a SSH, deberemos emplear un cliente SSH para conectarnos con Raspberry Pi. El cliente más utilizado en Windows es Putty, que es Open Source y está disponible en https://www.putty.org/

Descargamos y ejecutamos Putty y nos aparece una ventana donde podemos introducir la dirección IP (o el nombre) de la Raspberry Pi. Al conectarnos se nos preguntará el nombre del usuario y la contraseña.

Más información:

VNC

La mejor forma de acceder a Raspberry Pi remotamente en modo escritorio estando en la misma red es usando VNC.

VNC es un programa de software libre basado en una estructura cliente-servidor que permite observar las acciones del ordenador servidor remotamente a través de un ordenador cliente. VNC no impone restricciones en el sistema operativo del ordenador servidor con respecto al del cliente: es posible compartir la pantalla de una máquina con cualquier sistema operativo que admita VNC conectándose desde otro ordenador o dispositivo que disponga de un cliente VNC portado.

Seguir este tutorial: https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/vnc/README.md

La conexión de VNC de RealVNC se incluye con Raspbian. Consiste en el servidor de VNC, que permite controlar Raspberry Pi remotamente, y el VNC viewer, que permite que controlar ordenadores remotamente de su Raspberry Pi.

El servidor VNC debe habilitarse para poder conectarse remotamente, para ello ir a menu – Preferencias- Configuración de Raspberry Pi – Interfaces y asegurarse que VNC está activado.

Una vez activado establecer la conexión desde el ordenador instalando el VNC viewer: https://www.realvnc.com/en/connect/download/viewer/ y conectarse a la IP de nuestra Raspberry:

Con VNC también se puede establecer una conexión en la nube.

Más información:

Team Viewer

En el caso que queramos conectarnos a nuestra Raspberry Pi estando en cualquier parte del mundo, una buena opción es TeamViewer.

TeamViewer es un software informático privado de fácil acceso, que permite conectarse remotamente a otro equipo. Entre sus funciones están: compartir y controlar escritorios, reuniones en línea, videoconferencias y transferencia de archivos entre ordenadores.Team Viewer es gratuito para uso personal.

Web: https://www.teamviewer.com/es/ 

La instalación es muy simple solo hay que descargarse TeamViewer Host para raspberry Pi desde https://www.teamviewer.com/es/descarga/linux/ y acerse una cuenta en la web de TeamViewer https://www.teamviewer.com/es/ 

Enlace de descarga: https://download.teamviewer.com/download/linux/teamviewer-host_armhf.deb 

Instalar el fichero teamviewer-host_xxx_armhf.deb, simplemente haciendo doble click o con el comando “sudo dpkg -i filename.deb”

Si hay dependencias solucionarlo con  “sudo apt-get update” y “sudo apt-get -f upgrade”

Una vez instalado ejecutar TeamViewer en Raspberry Pi y poner las credenciales de la cuenta de TeamViewer

Finalmente acceder a https://login.teamviewer.com/LogOn con la cuenta de TeamViewer y ya podemos acceder a nuestra Raspberry Pi. Necesitaremos instalar el cliente de TeamViewer o la app de Chrome:

Solo para controlar la Raspberry Pi remotamente ejecutar el cliente “TeamViewer_Setup.exe” de esta forma:

Más información:

¿Qué es IoT?

Internet de las cosas (en inglés Internet of things, abreviado IoT) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet. En el caso que queramos interconectar los elementos de una empresa o una Industria es lo que se denomina IIOT (Industrial Internet of Things) o Industria 4.0

Definición de wikipedia:

¿Qués Internet de las Cosas?: http://www.ticbeat.com/tecnologias/que-es-el-internet-de-las-cosas/

Arduino y Raspberry Pi son dos elementos muy populares y abiertos que nos permiten de forma sencilla y económica conectar cualquier cosa a Internet. Con un Arduino y un sencillo módulo ethernet o wifi podemos conectar a Internet sensores para informar, controlar motores o bombillas desde cualquier parte del mundo o mandar un SMS o email cada vez que se abra la puerta de casa. Con una Raspberry Pi disponemos de un ordenador de bolsillo fácilmente conectable a Internet y que puede ejecutar tareas automatizadas, almacenar datos, mostrar información o hacer de pasarela para conectarnos a otras ubicaciones o dispositivos remotos.

Arduino y Raspberry Pi se han convertido en unas figuras destacadas e incluso unos de los impulsores del IoT y no por casualidad, sino que  por sus características son HW con gran capacidad para usar en proyectos de IoT.

Características de Arduino y Raspberry Pi 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 públicos para su reutilización o adaptación.
  • Flexibilidad en la programación.
  • Apoyo de la comunidad.

Intersante web con publicaciones sobre IoT: https://iot-analytics.com/ 

Como afecta IoT a nuestro dia a dia: http://socialgeek.co/tecnologia/8-formas-que-the-internet-of-things-impactara-dia-dia

IoT en 5 minutos con Arduino: http://hackaday.com/2016/01/08/internet-of-things-in-five-minutes/ 

Aplicaciones de IoT: https://temboo.com/iot-applications 

7 Lecciones sobre IoT: https://www.greenbiz.com/article/7-essential-lessons-about-internet-things

IoT vs M2M

Una visión del IoT aplicado a la industria es lo denominado como Industria 4.0 o Industria conectada o IIoT que deriva del concepto de M2M (machine to machine) que se refiere al intercambio de información o comunicación en formato de datos entre dos máquinas remotas sin necesidad de conexión a Internet sino que puede ser en una red privada y crear una industria inteligente donde todos los elementos están interconectados y comparten los datos.

Definiciones de wikipedia:

Diferencias entre IoT y M2M: https://www.pubnub.com/blog/2015-01-02-iot-vs-m2m-understanding-difference/

El coche autónomo, en el que trabajan grupos como Google, BMW, Volvo o Tesla, es toda una proeza de la robótica.La conducción autónoma se basa en las comunicaciones máquina a máquina (M2M), por las que los vehículos pueden intercomunicarse con las señales, los semáforos y los otros automóviles. Todo esto también tiene mucho que ver con las smart cities. 

http://www.dr4ward.com/.a/6a00e54fd9f059883301a73dc37274970d-800wi

Interesantes artículos de Basic IoT:

Reflexiones de David Cuartielles sobre IoT en base a un paper de IBM: https://vimeo.com/299112221 

Ontología IoT https://www.w3.org/Submission/2015/SUBM-iot-lite-20151126/

Empresas en el Mercado IoT

El artículo de Matt Turck hace un buen desglose de IoT https://mattturck.com/iot2018/, que resume en esta imagen:

Imagen completa: link

Listado de compañías IoT: http://dfkoz.com/iot-landscape/

Divide los mercados o aplicaciones verticales en:

  • Personal
  • Home
  • Vehículos
  • Empresa
  • Industria

Divide las Plataformas Horizontales en:

  • Software
  • Seguridad
  • Conectividad
  • Analítica
  • Desarrollo
  • Pagos
  • Interfaces
  • 3D

Y los Building Blocks de IoT los divide en:

  • Hardware
  • Infraestructura
  • Conectividad
  • Partners

Más información: https://mattturck.com/iot2018/

Mercados Verticales IoT

La Internet de los objetos está unificada por un principio común (extracción y análisis de datos digitales del mundo físico), así como por características comunes (combinación de hardware y software), oportunidades (personalización e inteligencia, servicios en tiempo real) y retos (conectividad, seguridad, etc.).  Más allá de estas, sin embargo, áreas tan diversas como la domótica, los aviones no tripulados comerciales, la maquinaria industrial o los coches autónomos están sujetos a dinámicas industriales muy diferentes.

En este curso vamos a ver IoT desde un punto general para poder ser aplicable en cualquier sector, pero cuando se va a acometer un proyecto IoT suele ser adecuado hacer un enfoque vertical en función del sector en el que se vaya a aplicar puesto que cada sector tienen unas características concretas.

Conceptos como Industria 4.0, Smart Cities, Agricultura 2.0, Smart Home, Smart factory, etc… al final son etiquetas y en lugar de especializarse en áreas tecnológicas como sensores, comunicaciones, protocolos, sistemas, etc… pensamos como especialistas de sectores porque un mismo concepto como el de IoT se puede aplicar a muchos sectores de de una forma distinta.

El vino y el IoT http://www.elmundo.es/economia/2016/11/03/5819d37346163f9c528b45c9.html

Visión horizontal IoT

Algunos mercados verticales IoT:

  • Sanidad/Salud
  • Retail
  • Construcción
  • Gobierno/Servicios Públicos
  • Smart Cities
  • Defensa
  • Manufactura y Cadena de Suministro
  • Fabricación
  • Industria
  • Robótica Industrial
  • Automoción/Coche Conectado/Coche Autónomo
  • Movilidad Urbana (BIcis/Patinetes)
  • UAV (Vehículos Aéreos no Tripulados)
  • Logística/Transporte/Almacenes
  • Agricultura/Medio ambiente/Agricultura Vertical
  • Energía/Smart Metering y Eficiencia Energética
  • Hogar Inteligente/Domótica/Inmótica y Robótica Doméstica.
  • Hoteles/Turismo
  • eHealth/Deporte
  • Smart Grid
  • Alimentación
  • Seguridad (Alarmas)
  • Wearables
  • Fitness/Sports
  • Educación/Juguetes
  • Asistentes de voz/Plataformas de voz

Más verticales en el artículo de Matt Turck: https://mattturck.com/iot2018/

Encuesta: https://www.forbes.com/sites/louiscolumbus/2016/11/27/roundup-of-internet-of-things-forecasts-and-market-estimates-2016/#28e2ea4d292d 

Mercado Vertical Seguridad

El sector de la seguridad es uno de los más avanzados en IoT. Por ejemplo Securitas Direct:

Minut, startup sueca:

¿Qué Dispositivos podemos conectar a Internet?

La respuesta es: Cualquier cosa que podamos imaginar.

IoT en su amplio concepto es conectar a Internet cualquier cosa, teniendo sentido o sin tenerlo. Por ejemplo, podríamos conectar a internet un sofá con un Arduino y unos pocos sensores, este sofá podría tuitear que nos acabamos de sentar a ver nuestra serie favorita, simplemente detectando el peso de la persona y conectándose a una API de un servidor de streaming como netflix y comprobando que acabo de poner un capítulo de westworld.

Puede parecer una idea sin sentido, pero esta idea para Netflix podría ser muy interesante, monitorizar a la gente que ve su canal, cuántas veces se levanta el espectador o si se queda dormido.

Un ejemplo más serio de IoT es aplicar las nuevas tecnologías a elementos cotidianos que no imaginarías que tuviera sentido conectar a Internet, pero que pensándolo puede ser muy útil. Por ejemplo, pensemos en conectar a Internet un cortacésped. Con un Arduino podríamos conectar diversos sensores de temperatura del motor, temperatura externa, revoluciones del motor, consumo eléctrico (cortacésped eléctricos), gps, logs, etc… que podrían ser mandados a una plataforma del fabricante y le permitiría analizar esos datos para mejorar sus futuros productos o detectar averías de forma precoz. Podría mandar una desconexión remota en caso que en una determinada partida de fabricación se haya detectado un fallo que podría provocar daños al usuario o actualizar on-line el firmware si se detecta un fallo sin necesidad de llevar al servicio técnico.

Ejemplos de cortacesped conectados:

También podemos conectar a Internet un bastón o una botas de seguridad:

Otra aplicación de IoT usando Arduino o Raspberry Pi como herramienta, es la de obtener información externa disponible mediante APIs del open data. Un ejemplo es el de un sistema de riego automático que podemos tener en una ciudad. En los inicios de la automatización se usaron programadores conectados a una electroválvula donde indicamos las horas entre las que deseamos regar. El siguiente paso fue poner detectores de lluvia para no regar si estaba lloviendo. Otro paso fue poner sensores de temperatura y humedad ambientales y sensores de humedad de suelo que nos indican cuándo debemos regar y en qué áreas de la ciudad.

El paso más avanzado que ofrece el IoT es poder conectar todo este sistema, ya de por sí muy eficiente, a los opendata meteorológicos disponibles en Internet como el de la aemet http://www.aemet.es/es/datos_abiertos/AEMET_OpenData y que nuestro sistema obtenga datos de prediciones meteorológicas y decida no regar si la predicción de lluvia es mayor del 80% en los próximos dos días o simplemente ajustar el algoritmo de riego en función los valores de los sensores + es de los datos meteorológicos. También puede recibir alertas de tormenta o pedrisco y tomar determinadas acciones o simplemente mandar un email o SMS al propietario del huerto. ¿Podríamos hacer esto con un sistema comercial?

Esto podría extenderse a explotaciones agrícolas usando un servicio como el sistema de información agroclimática de La Rioja:

Un ejemplo práctico de esto es el proyecto Aggrofox: 

Aggrofox: IoT sensing, notifications and analytics platform for urban and large-scale agriculture with automated irrigation, using Sigfox technology: https://www.hackster.io/107329/aggrofox-large-scale-and-urban-agriculture-iot-solution-8155fe 

IoT no es que un coche se pueda conectar a Internet para ver videos de youtube, sino que este coche esté conectado a Internet para que pueda actualizar su firmware automáticamente para dotar de nuevas funcionalidades sin necesidad de ir al concesionario, pueda ser inmovilizado en caso de robo o pueda mandar datos de los parámetros internos del coche para que sean analizados y poder detectar alertas precoces de fallo y actualizar automáticamente ese fallo sin que el usuario tenga que hacer nada o avisar al usuario para que lleve el coche a reparar y parar el coche si el usuario no ha llevado a revisión al cabo de unos kms para evitar males mayores.

Interesantes reflexiones sobre IoT: 

Ejemplo de Aplicaciones IoT

El conectar dispositivos a Internet puede tener muchos usos y aplicaciones que hasta ahora no hubiéramos imaginado.

Aplicaciones de IoT: https://temboo.com/iot-applications 

http://www.dragino.com/media/k2/galleries/119/LG01-40.jpg 

Algunos ejemplos

  • Monitorización en Tiempo real
  • Avisos precoces
  • Control remoto de instalaciones
  • Eficiencia energética
  • Automatización de procesos
  • Automatización de informes/Cuadros de mando
  • Mantenimientos Predictivos
  • PRL (Prevención de Riesgos Laborales)
  • análisis de datos (data mining, etc…)
  • Monitorización y notificación
  • Business intelligence (detectar problemas comunes, medir cuellos de botella, etc…) y ayudar en el mantenimiento predictivo.
  • Integrar con el software corporativo. ERP, CRM, GMAO (Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador), CMMS
  • Recoger datos y tenerlos en tiempo real por ejemplo datos para sanidad en cámaras frigoríficas.
  • Automatizar todo el papeleo siendo recogidos los datos y guardados y generados los informes.

Ejemplos de uso:

  • Estación meteorológica: medidas de temperatura y humedad exterior (tiempo real)
    • Posible caso de uso 1:controlar la temperatura interior (encender/apagar el aire acondicionado, los radiadores, etc.)
    • Posible caso de uso 2: jardinería (urbanizaciones, comerciales o incluso smart cities que gestionan grandes jardines comunitarios) el riego fácil gracias a las previsiones.
  • Sistema de alarma: basado en la detección de personas, la seguridad del edificio puede ser más fácil.
    • Posible caso de uso 1: despliegue de varias aplicaciones de alarma, sensores de personas o de llama/calor en combinación con aplicaciones para smartphones, para estar siempre conectados a edificios públicos o locales comerciales.
  • Previsión del tráfico: a partir de medidas de tráfico regulares, se pueden construir ciudades inteligentes.
    • Posible caso de uso 1: escenarios para comunicarse con la gente que está en la calle -> tráfico potencial en la carretera con sugerencias directas de alternativas -> muy útil para los servicios de entrega de alimentos en las grandes ciudades.
  • Servicios de entrega (por ejemplo, servicio de pizza): seguimiento de los vehículos de entrega, búsqueda de las rutas más rápidas y posterior análisis de marketing (basado en datos históricos) para centrar las futuras actividades de marketing en las “zonas calientes”.

Interesante web donde sacar más información de IoT: https://www.insight.tech/ 

Ejemplo real de uso empresa riojana: https://www.encore-lab.com/es/proyectos/humecfol 

Buen artículo de Luis del Valle sobre Proyectos IoT: https://programarfacil.com/podcast/proyectos-iot-con-arduino/

Ejemplo Práctico IoT

Riego automático de un jardín personal, explotación agrícola o ciudad. Fases:

  • Riego manual
  • Riego automatizado por horario y remoto → Temporizador
  • Riego bajo demanda con sensores de humedad, etc… → PLCs
  • Riego sostenible aprovechando las lluvia y las previsiones → IoT

Conectar a Internet los sistemas de riego para obtener las previsiones de lluvia y programar en función de los sensores de lluvia y las previsiones de lluvia ¿cómo?:

Para ello hay que leer la documentación de la API, buscar el “comando” que nos interesa, darse de alta en el servicio para obtener la API key (contraseña) y ejecutar en nuestro sistema.

Y un paso más, predecir enfermedades de los cultivos: http://apisiar.larioja.org/help 

AEMET

Llamada desde acceso: https://opendata.aemet.es/opendata/api/prediccion/especifica/municipio/diaria/39075/?api_key=111111111111

Obtengo:

{
  "descripcion" : "exito",
  "estado" : 200,
  "datos" : "https://opendata.aemet.es/opendata/sh/b904851e",
  "metadatos" : "https://opendata.aemet.es/opendata/sh/dfd88b22"
}

Visores JSON:

Predicción diaria por municipio: https://opendata.aemet.es/dist/index.html?#!/predicciones-especificas/Predicci%C3%B3n_por_municipios_diaria_Tiempo_actual 

Ejemplo con Node-RED: https://github.com/aprendiendonodered/AEMET_Prediccion_Dias 

OpenWeatherMap

Llamada: https://api.openweathermap.org/data/2.5/forecast?q=santander&units=metric&appid=1111

Ejemplo con Node-RED: 

[{"id":"ceb7af605b6e347f","type":"tab","label":"Flow 3","disabled":false,"info":""},{"id":"4f69f0089f144b46","type":"openweathermap","z":"ceb7af605b6e347f","name":"","wtype":"forecast","lon":"","lat":"","city":"santander","country":"ES","language":"en","x":260,"y":60,"wires":[["0ecd1ae54f3fc616"]]},{"id":"4a4ee3087a02a1bb","type":"inject","z":"ceb7af605b6e347f","name":"","props":[{"p":"payload"},{"p":"topic","vt":"str"}],"repeat":"","crontab":"","once":false,"onceDelay":0.1,"topic":"","payload":"","payloadType":"date","x":110,"y":60,"wires":[["4f69f0089f144b46"]]},{"id":"0ecd1ae54f3fc616","type":"debug","z":"ceb7af605b6e347f","name":"","active":true,"tosidebar":true,"console":false,"tostatus":false,"complete":"false","statusVal":"","statusType":"auto","x":410,"y":60,"wires":[]}]

Saber Más Fundamentos IoT para Formación Profesional

La imagen tiene un atributo ALT vacío; su nombre de archivo es aprendiendoarduino_logo.png

Curso Semipresencial “Fundamentos IoT para Formación Profesional”: https://www.aprendiendoarduino.com/cursos/fundamentos-iot-open-source-para-formacion-profesional/

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  • Enlaces adicionales del lunes
  • Disponibilidad del material de prácticas
  • Entraremos en temas prácticos desde hoy e intercalaremos otros temas más teóricos
  • Tener Node-RED instalado y funcionando desde sesión 3 o 4 para ir conociendo y hacer ejemplos aunque no entendamos al 100%, nos servirá como “pegamento” entre los conceptos que veamos. Dar un poco de ritmo al curso.
  • Node-RED con 2021: https://nodered.jp/noderedcon2021/index-en.html

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Práctica 1: Instalación y configuración Raspberry Pi OS

Instalar y configurar una Raspberry Pi para dejar lista como un nodo edge o gateway IoT.

En caso de no disponer de Raspberry Pi:

  • Instalar y configurar Raspberry Pi OS y software, virtualizado en VirtualBox
  • Instalar y configurar una máquina física o virtual Linux.

Instalar:

  • Raspberry Pi OS
  • Base de Datos local: MariaDB
  • Visualización base de datos: PHPMyAdmin (Requisitos: Apache + PHP)
  • Herramienta de programación IoT que se utiliza para conectar dispositivos de hardware, APIs y servicios de internet: Node-RED

Solución

1 – Instalar Imagen Raspberry Pi OS (Antiguo Raspbian)

Instalación recomendada usando Raspberry Pi Imager: https://www.raspberrypi.org/software/

Raspberry Pi Imager es la forma rápida y fácil de instalar Raspberry Pi OS y otros sistemas operativos en una tarjeta microSD, lista para usar con su Raspberry Pi. Vídeo de 40 segundos de como usar Raspberry Pi Imager: https://www.youtube.com/watch?v=J024soVgEeM 

Descargue e instale Raspberry Pi Imager con un lector de tarjetas SD. Coloque la tarjeta SD que usará con su Raspberry Pi en el lector y ejecute Raspberry Pi Imager.

2 – Configuración Raspberry Pi OS

Pasos para la instalación con monitor, ratón y teclado:

  • Seguir con el asistente de instalación que aparece al iniciar: cambiar contraseña, cambiar el nombre (hostname), configurar y actualizar Raspberry Pi.
  • Conectar a Internet. Wifi o Ethernet
  • Activar VNC y SSH para acceso remoto

Pasos para instalación headless:

Vídeos:

Una vez entramos en Raspberry Pi, seguimos los pasos del asistente que nos indica para cambiar contraseña, cambiar el nombre (hostname), configurar y actualizar Raspberry Pi.

2b – Virtualizar Raspberry Pi Desktop en Virtualbox

En caso de no tener una Raspberry Pi, se puede virtualizar Raspberry Pi Desktop en Virtualbox.

Tutorial para virtualizar cualquier sistema operativo con Virtualbox: https://www.softzone.es/manuales-software-2/tutorial-de-virtualbox/

Pasos:

3 – Instalar Apache + PHP (requisitos para phpMyAdmin)

Update system:

  • sudo apt-get update
  • sudo apt-get upgrade

Instalar Apache2:

  • sudo apt-get install apache2

Comprobar que accedemos entrando a la IP de la Raspberry Pi desde un navegador:

Instalar PHP

  • sudo apt-get install php libapache2-mod-php

Para comprobar el funcionamiento crear un fichero llamado info.php y en su interior el código: <?php phpinfo(); ?> y guardado en la ruta /var/www/html

Luego en un navegador ir a http://IP-raspberry/info.php

4 – Instalar MariaDB

Pasos:

  • sudo apt-get install mariadb-server mariadb-client php-mysql
  • sudo mysql_secure_installation
  • sudo service apache2 restart

Durante el proceso de instalación se pedirá el password de root de MySQL, poner el que quieras, pero para no olvidarlo, recomiendo para el curso poner el mismo que tiene el usuario pi de la Raspberry Pi y poner a Yes todas las opciones de mysql_secure_installation 

Para comprobar que todo funciona ejecutar sudo mysql -u root -p y poner la contraseña de root, saldrá:

Welcome to the MariaDB monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MariaDB connection id is 61
Server version: 10.1.23-MariaDB-9+deb9u1 Raspbian 9.0
Copyright (c) 2000, 2017, Oracle, MariaDB Corporation Ab and others.
Type ‘help;’ or ‘\h’ for help. Type ‘\c’ to clear the current input statement.

5 – Instalar phpMyAdmin

Comando: sudo apt-get install phpmyadmin

Durante el proceso pide la contraseña del usuario phpmyadmin de MySQL y el servidor a instalar el apache y poner yes en dbconfig-common

En caso que no funcione o queramos hacer una configuración de phpmyadmin después de la instalación, usar el comando: sudo dpkg-reconfigure -plow phpmyadmin

Para probar que funciona ver en un navegador: http://IP-raspberry/phpmyadmin con el usuario phpmyadmin y la contraseña usada.

El usuario phpmyadmin no tiene privilegios y el usuario root por seguridad no puede usarse desde phpMyAdmin. 

Crear un usuario “pi” con privilegios. Ejecutar en la consola:

sudo mysql -u root -p
CREATE USER 'pi'@'localhost' IDENTIFIED BY 'tu_contrasena';
CREATE USER 'pi'@'%' IDENTIFIED BY 'tu_contrasena';
GRANT ALL PRIVILEGES ON * . * TO 'pi'@'localhost'; 
GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'pi'@'%'; 
GRANT GRANT OPTION ON *.* TO 'pi'@'localhost';
FLUSH PRIVILEGES;

6 – Instalar Node-RED

No instalar la versión que aparece en software recomendado de Raspberry Pi OS.

Seguir esta instalacióm: https://nodered.org/docs/getting-started/raspberrypi, para ello ejecutar el comando para instalar y actualizar:

Para ejecutar Node-RED en el arranque: sudo systemctl enable nodered.service

En caso de problemas ver el log con: node-red-log