Archivo de la etiqueta: NodeMCU

ESP8266 en IoT

Iniciación ESP8266

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

Preparación IDE Arduino para ESP8266

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

Primeros Pasos con ESP8266

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

Conectar ESP8266 a Internet. WifiClient

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

Mandar Datos a un Servidor con ESP8266

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

Conexión:

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

Ver los datos en:

Mandar Datos a una Raspberry Pi con ESP8266

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

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

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

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

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

Instalación:

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

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

O con la query:

 

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

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

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

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

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

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

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

  • Development Value: E_ALL

MQTT y ESP8266

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

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

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

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

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

Instalar la librería mediante el gestor de librerías:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Probando la aplicación MQTT con ESP8266 y Raspberry Pi

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

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

Más información:

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

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

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Arduino UNO, Nano y NodeMCU ESP8266 a buen precio

Una de las preguntas que me hacen con más frecuencia es donde comprar Arduinos a buen precio. Una de las opciones para comprar Arduinos es GearBest https://www.gearbest.com/

Aquí os dejo tres Arduinos que puedes usar en muchos proyectos y que en función del proyecto y sus necesidades doy pistas para optar por uno u otro.

Arduino UNO

Arduino UNO es el Arduino más popular y del que existe más documentación en Internet. Es el Arduino perfecto para iniciarse y al tener el factor de forma estándar de Arduino puedes ponerle alguno de los miles de shields disponibles en el mercado, aquí puedes ver algunos ejemplos https://www.gearbest.com/arduino-shields-_gear/

Un detalle de estos Arduinos es que es necesario instalarse el driver de conversor de puerto serial a USB. Este Arduino dispone de un chip CH340G como conversor serial a USB y por lo tanto deberemos usar el driver de este chip y que podemos encontrar su última versión en http://www.wch.cn/download/CH341SER_EXE.html. Enlaces de descarga:

En este enlace puedes comprarlo por alrededor de 4€ y con envío gratuito a España: https://www.gearbest.com/boards-shields/pp_228782.html?wid=1433363

Arduino Nano

Arduino Nano es el Arduino ideal para los proyectos donde es necesario un Arduino con el microcontrolador ATmega328P del Arduino UNO pero con un tamaño mucho más pequeño, menor consumo e incluso alimentar mediante batería.

Al igual que el Arduino UNO, este Arduino Nano dispone de un chip CH340G como conversor serial a USB y por lo tanto deberemos usar el driver de este chip y que podemos encontrar su última versión en http://www.wch.cn/download/CH341SER_EXE.html. Enlaces de descarga:

En este enlace puedes comprarlo por alrededor de 4€ y con envío gratuito a España: https://www.gearbest.com/boards-shields/pp_265453.html?wid=1433363

NodeMCU ESP8266

Si quieres empezar a trabajar con ESP8266 o tu proyecto con Arduino necesita de conexión wifi, el módulo más adecuado es el NodeMCU ESP8266 por su facilidad de uso y pequeño tamaño.

Se trata de la versión de hardware v1.0, debe tenerse en cuenta porque las versiones anteriores cambian bastante los pines y los drivers a instalar.

Comparación entre versiones:

Para usar el NodeMCU es necesario instalar el driver del chip adaptador de serial a USB. Esta placa dispone de un chip CP2102 como conversor serial a USB y por lo tanto deberemos usar el driver de este chip y que podemos encontrar su última versión en https://www.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers.

En este enlace puedes comprarlo por alrededor de 4€ y con envío gratuito a España: https://www.gearbest.com/transmitters-receivers-module/pp_366523.html?wid=1433363

Si quieres más información sobre el uso del ESP8266 y del nodeMCU puedes ver estos artículos del curso avanzado de Arduino:

También hablo del nodeMCU en estos dos vídeos del curso de ESP8266:

Video. Primeros Pasos con ESP8266

Enlace Vídeo

Una vez que sabemos que es el ESP8266 y tenemos el IDE instalado, vamos a aprender a usar el Wifi del ESP8266. No entramos en el uso de otras características que son comunes a Arduino y que trataré de forma genérica en otros vídeos dentro del curso de Arduino en vídeo https://www.aprendiendoarduino.com/videos/curso-arduino/.

Si quieres saber más de Arduino y de su programación puedes ver los cursos de https://www.aprendiendoarduino.com

Una forma de aprender a manejar un dispositivo hardware o una librería es leer los ejemplos y ponerlos en práctica mientras se revisa la documentación en lugar de leer toda la documentación antes de empezar a practicar. Para empezar con los módulos ESP8266 una vez instalado el soporte para las placas, lo más sencillo es ejecutar los ejemplos que vienen con el soporte instalado para los módulos ESP8266.

Para ver los ejemplos debemos primero seleccionar la placa que vamos a usar, en nuestro caso la Wemos D1 mini o la nodeMCU.

Todos los ejemplos disponibles en el IDE de Arduino los puedes encontrar en los ejemplos de las librerías que vienen con el soporte del ESP8266 para Arduino que hemos instalado anteriormente en: https://github.com/esp8266/Arduino/tree/master/libraries

WiFiScan

Veamos primero el ejemplo WiFiScan que podemos encontrar en Archivos – Ejemplos – ESP8266WiFi – WiFiScan.

Este sketch muestra cómo escanear redes WiFi y el código es casi similar al usado con el WiFi shield de Arduino pero incluyendo la librería “ESP8266WiFi.h” en lugar de “WiFi.h”

La documentación de la librería “ESP8266WiFi” está en http://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/esp8266wifi/readme.html y dentro de la librería hay varias clases, entre ellas está scan para escanear redes y la client para conectarnos a un servidor: http://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/esp8266wifi/readme.html#scan

Al usar la librería ESP8266WiFi, lo primero es configurar el WiFi del ESP8266, en este caso en modo estación (WIFI_STA), es decir, para conectarse a un AP, pero en este caso nos desconectamos para poder escanear todas las redes.

Para scanear la red usamos la clase scan de WiFi: http://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/esp8266wifi/scan-class.html y este proceso tarda aproximadamente un segundo y devuelve un número entero con el número total de redes encontradas. Luego mediante una serie de métodos puedo obtener los datos de SSID, RSSI, etc… de las redes encontradas en el scaneo.

Luego saco por pantalla el nombre de la red (SSID), la potencia (RSSI) y si es una red protegida. En la línea 40 hay un operador que no es común es un operador ternario https://es.wikipedia.org/wiki/Operador_ternario que es un if simplificado.

Luego para acceder a los datos de las redes encontradas en el scan, uso las funciones SSID, RSSI y encryptionType para encontrar el SSID, la señal y el tipo de cifrado de las redes encontradas.

Para más información ver la documentación de la clase scan en : http://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/esp8266wifi/scan-class.html

Más ejemplos de uso de la clase scan: http://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/esp8266wifi/scan-examples.html

Ejercicio propuesto: modificar el ejemplo WiFiScan para que también busque las redes WiFi ocultas y también muestre el canal y la MAC del punto de acceso o BSSID https://es.wikipedia.org/wiki/BSSID

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-curso-esp8266-youtube/blob/master/WiFiScanMejorado/WiFiScanMejorado.ino

En este caso he usado dos funciones:

  • muestra_encriptacion() que me dice la encriptación de la red wifi que me da el método WiFi.encryptionType()
  • muestra_SSID() que me da el nombre de SSID y en caso que sea una red oculta se dice.

También uso tabuladores “\t” para mostrar la información de forma más clara.

Con la información obtenida de las MACs, RSSI y canal, usando la librería de Germán Martín puedo obtener la localización https://github.com/gmag11/ESPWifiLocation gracias a  Google Maps GeoLocation API. Un tutorial completo realizado por Luis del Valle puede verse en https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/geolocalizacion-wifi-arduino-nodemcu/

Video. Preparación IDE Arduino para ESP8266

Una vez conocido el hardware del ESP8266 visto en el anterior vídeo https://www.aprendiendoarduino.com/2018/01/23/video-iniciacion-a-esp8266-hardware/ vamos a ver como preparar el entorno de programación de Arduino (IDE) para programar el ESP8266.

Estas son las dos placas que vamos a usar.

Instalación Drivers uso NodeMCU y Wemos D1 Mini

Para conectar las placas de prototipado NodeMCU y Wemos D1 Mini usamos el puerto USB y al contrario que con Arduino donde los drivers ya se instalan con el IDE, en este caso debemos instalar los drivers que emula un puerto serie (COM) en el USB de la placa utilizada.

Para el Wemos D1 Mini es necesario instalar el driver del conversor USB a serie que es el CH340G y excepto para el D1 mini Pro que es el chip CP2104:

Para el NodeMCU es necesario instalar el driver del adaptador USB CP210x de silicon labs:

Preparación IDE Arduino para usar con ESP8266

El ESP8266 dispone internamente de un pequeño procesador, prácticamente es capaz de replicar casi cualquier cosa los Arduinos puedan hacer. Usando el entorno de programación y el lenguaje de programación de Arduino podemos programar un ESP8266 cargando un firmware programado por nosotros mismo. Esto permite que la CPU ESP8266 y sus componentes Wi-Fi sean programados como cualquier otro dispositivo Arduino.

  • Puedes desarrollar con el mismo IDE que ya conoces
  • La comunidad ha hecho un Cross compiler, de forma que prácticamente utilizas los mismos comandos que utilizas con Arduino.
  • Puedes programar el procesador de tu ESP8266 exactamente como si fuera un Arduino con los mismos comandos, y en lo que se refiere a la WIFI, puedes olvidarte de los comandos AT, porque incluye una serie de librerías, que imitan la librería WIFI de Arduino con lo que se pueden reutilizar muchos programas hechos para Arduino y compilarlos para un ESP8266.  

El Arduino Core ESP8266 está disponible a través de GitHub: https://github.com/esp8266/Arduino

Reference de Arduino core para el ESP8266:

Listado de URLs para soporte de tarjetas no oficiales: https://github.com/arduino/Arduino/wiki/Unofficial-list-of-3rd-party-boards-support-urls

Podemos instalar el soporte a terceros en nuestro IDE simplemente añadiendo el texto “http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json” en propiedades:

Y luego desde el gestor de tarjetas dar a instalar al soporte para ESP8266.

Blink con ESP8266

Una vez preparado nuestro IDE de Arduino para programar placas con ESP8266, podemos probar que funciona. Para ello vamos a probar blink en el Wemos D1 Mini y en el NodeMCU.

Paso 1: Abrir el ejemplo blink del IDE de Arduino:

void setup()
{ pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); }

void loop()
{ digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000);
}

Paso 2: seleccionar la tarjeta que vamos a programar

  • Wemos R2 & D1 mini
  • NodeMCU 1.0 (ESP-12E module)

Paso 3: Cargar el programa y comprobar que el led integrado funciona.

Ejercicio Propuesto

Revisar los ejemplos para ESP8266 que aparecen en el IDE y ejecutar el scanner de redes wifi llamado “WifiScan”.

Wifi en Arduino

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):

Y dentro del espectro electromagnético:

ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia electromagnética en áreas industrial, científica y médica. En la actualidad estas bandas han sido popularizadas por su uso en comunicaciones WLAN (e.g. Wi-Fi) o WPAN (e.g. Bluetooth).

El uso de estas bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia, respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. Este hecho fuerza a que este tipo de comunicaciones tengan cierta tolerancia frente a errores y que utilicen mecanismos de protección contra interferencias, como técnicas de ensanchado de espectro

El espectro de RF para las comunicaciones inalámbricas pertenecientes a dispositivos compatibles con IEEE 802.11 opera en bandas de frecuencias de 2,4 GHz y 5 GHz y cada una de estas bandas tiene su propio comportamiento único que tiene un impacto directo en el rendimiento de la red.

Además, el 802.11n puede utilizar la banda de 5 GHz, que es casi siempre menos concurrida y con menos interferencia que la banda de 2,4 GHz. Pero también funciona en 2,4 GHz, y los clientes 802.11n pueden asociarse con facilidad allí. La Tabla 1 muestra las frecuencias disponibles para los diferentes tipos de clientes inalámbricos.

IEEE 802.11ac (también conocido como WiFi 5G o WiFi Gigabit) es una mejora a la norma IEEE 802.11n, se ha desarrollado entre el año 2011 y el 2013, y finalmente aprobada en enero de 2014.

El estándar consiste en mejorar las tasas de transferencia hasta 433 Mbit/s por flujo de datos, consiguiendo teóricamente tasas de 1.3 Gbit/s empleando 3 antenas. Opera dentro de la banda de 5 GHz, amplía el ancho de banda hasta 160 MHz (40 MHz en las redes 802.11n), utiliza hasta 8 flujos MIMO e incluye modulación de alta densidad (256 QAM).

Wi-Fi Direct es una norma que permite que varios dispositivos Wi-Fi se conecten entre sí sin necesidad de un punto de acceso intermedio.

Wi-Fi Direct incrusta en esencia un punto de acceso en forma de software (Soft AP), en cualquier dispositivo que deba soportar Direct. El soft AP proporciona una versión de Wi-Fi Protected Setup al ser pulsado el botón o con la configuración basada en PIN. Cuando un dispositivo ingresa al rango del anfitrión Wi-Fi Direct, éste se puede conectar usando el protocolo ad hoc existente, y luego recolecta información de configuración usando una transferencia del mismo tipo de la de Protected Setup. La conexión y configuración se simplifica de tal forma que algunos sugieren que esto podría reemplazar al Bluetooth en algunas situaciones. El estándar también incluye seguridad WPA2 y ofrece controlar el acceso a redes corporativas. Los dispositivos certificados para Wi-Fi Direct se pueden conectar “uno a uno” o “uno a muchos”, y no todos los productos conectados necesitan tener Wi-Fi Direct. Con un solo dispositivo Wi-Fi Direct habilitado se pueden conectar dispositivos con el estándar previo de Wi-Fi.

Además de funcionar en diferentes canales, varias redes Wi-Fi pueden compartir canalesUn conjunto de servicios (Sevice Set) es el conjunto de todos los dispositivos asociados con una red Wi-Fi particular. El conjunto de servicios puede ser local, independiente, extendido o de malla. Cada conjunto de servicios tiene un identificador asociado, el identificador de conjunto de servicios (SSID) de 32 bytes, que identifica la red en particular. El SSID se configura dentro de los dispositivos que se consideran parte de la red, y se transmite en los paquetes. Los receptores ignoran paquetes inalámbricos de redes con un SSID diferente.

Los nodos Wi-Fi que funcionan en modo ad-hoc se refieren a dispositivos que hablan directamente entre sí sin necesidad de hablar primero con un punto de acceso. Por ejemplo las impresoras.

Cada vez más en los últimos años, se han incorporado módulos Wi-Fi embebidos que incorporan un sistema operativo en tiempo real y proporcionan un medio simple de comunicación sin cables para cualquier dispositivo que que disponga de un puerto serie. Esto permite el diseño de dispositivos de monitorización simples. Un ejemplo es un dispositivo portátil de electrocardiograma que monitorea a un paciente en casa. Este dispositivo habilitado para Wi-Fi puede comunicarse a través de Internet usando la red wifi del paciente.

Estos módulos Wi-Fi están diseñados por OEMs para que los implementadores sólo necesiten un conocimiento mínimo de Wi-Fi para proporcionar conectividad Wi-Fi para sus productos.

En junio de 2014, Texas Instruments presentó el primer microcontrolador ARM Cortex-M4 con una MCU dedicada Wi-Fi embebida, el SimpleLink CC3200. Hace que los sistemas embebidos con conectividad Wi-Fi sean posibles de construir como dispositivos de un solo chip, lo que reduce su costo y tamaño mínimo, lo que hace más práctico para construir controladores de red inalámbrica en objetos ordinarios de bajo costo

Otro ejemplo es el del Arduino MKR1000 que usa el microcontrolador ATSAMW25 (http://www.atmel.com/devices/ATSAMW25.aspx) con un módulo wifi y otro de criptoauteticación incluido.

Más información:

A Arduino es posible añadirle conectividad Wifi de forma muy sencilla y ampliar las posibilidades de este microcontrolador con comunicación inalámbrica Wifi.

Hay varias formas de añadir hardware Wifi a Arduino, ya sea con un shield, una breakout board específica, con microcontroladores que tenga wifi integrado o con placas Arduinos que tenga chip wifi en la misma placa. Veamos varios casos de estos tipos, como conectarlos y usarlos, así como las librerías a usar en cada caso.

Buena parte de los visto en Ethernet con Arduino, es válido para wifi, puesto que el protocolo tcp/ip usado es el mismo y solo cambia el medio de comunicación. Trasladar un proyecto de ethernet a wifi es sencillo, solo cambiando la librería para usar el hardware y adaptar los comando en función de los métodos que tengan las librerías.

ESP8266

El ESP8266 es un chip Wi-Fi de bajo coste con pila TCP/IP completa y capacidad de MCU (Micro Controller Unit) producida por el fabricante chino Espressif Systems, con sede en Shanghai.

El chip primero llegó a la atención de los fabricantes occidentales en agosto de 2014 con el módulo ESP-01. Este pequeño módulo permite a los microcontroladores conectarse a una red Wi-Fi y realizar conexiones TCP/IP sencillas utilizando comandos de tipo Hayes. Sin embargo, en ese momento casi no había documentación en inglés sobre el chip y los comandos que aceptaba. El precio muy bajo y el hecho de que había muy pocos componentes externos en el módulo que sugiere que podría ser muy barato en el volumen, atrajo a muchos hackers para explorar el módulo, el chip y el software en él, así como para traducir La documentación china.

El ESP8285 es un ESP8266 con 1 MB de flash incorporado, lo que permite dispositivos de un solo chip capaces de conectarse a Wi-Fi. Muchos encapsulados del ESP8266 viene con 1 MB de flash.

El esp8266 es un módulo muy de moda que va alimentado a 3.3V y que hay mucha documentación en internet. Este se presenta con muchos encapsulados: http://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id=esp8266-module-family

Características:

  • 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz*
  • 64 KiB of instruction RAM, 96 KiB of data RAM
  • External QSPI flash – 512 KiB to 4 MiB* (up to 16 MiB is supported)
  • IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi
  • 16 GPIO pins
  • SPI, I²C,
  • I²S interfaces with DMA (sharing pins with GPIO)
  • UART on dedicated pins, plus a transmit-only UART can be enabled on GPIO2
  • 1 port 10-bit ADC

* Both the CPU and flash clock speeds can be doubled by overclocking on some devices. CPU can be run at 160 MHz and flash can be sped up from 40 MHz to 80 MHz.

A finales de octubre de 2014, Espressif lanzó un kit de desarrollo de software (SDK) que permite programar el chip, eliminando la necesidad de un microcontrolador por separado. Desde entonces, ha habido muchos lanzamientos oficiales de SDK; Espressif mantiene dos versiones del SDK – una basada en RTOS y la otra basada en callbacks.

Una alternativa al SDK oficial de Espressif es el open source esp-open-sdk que se basa en la cadena de herramientas (toolchain) GCC. ESP8266 utiliza el microcontrolador Cadence Tensilica LX106 y la cadena de herramientas GCC que es de código abierto y mantenida por Max Filippov. Otra alternativa es “Unofficial Development Kit” de Mikhail Grigorev.

Otros SDK de código abierto para el ESP8266:

  • NodeMCU: un firmware basado en Lua.
  • Arduino: un firmware basado en C ++. Este núcleo permite que la CPU ESP8266 y sus componentes Wi-Fi sean programados como cualquier otro dispositivo Arduino. El Arduino Core ESP8266 está disponible a través de GitHub: https://github.com/esp8266/Arduino y cuyo reference es https://github.com/esp8266/Arduino/blob/master/doc/reference.md
  • MicroPython: una implementación de Python para dispositivos embebidos a la plataforma ESP8266.
  • ESP8266 BASIC: Un intérprete básico de código abierto específicamente diseñado para el Internet de las cosas.
  • Mongoose Firmware: Un firmware de código abierto con servicio gratuito en la nube: https://github.com/cesanta/mongoose-iot

Github del foro ESP8266: https://github.com/esp8266

El módulo WIFI ESP8266, que es algo muy parecido a los módulos Bluetooth y que al igual que ellos incluye toda la electrónica necesaria para la comunicación Radio Frecuencia en la banda WFI, así como la pila TCP/IP y que se comunica con nosotros a través de un puerto serie. De hecho, exactamente igual que los modos HC-06 y HC-05 se gobierna mediante comandos AT (comandos hayes https://es.wikipedia.org/wiki/Conjunto_de_comandos_Hayes) y todo por un precio similar al de los Bluetooth.

Dentro de la gran cantidad de usos para este módulo caben destacar los siguientes:

  • Electrodomésticos conectados.
  • Automatización del hogar.
  • Automatización de la industria.
  • Cámaras IP.
  • Redes de sensores.
  • Wereables.
  • IoT (Internet of Things o Internet de las Cosas)
  • IIoT (Industrial Internet of Things o Internet de las Cosas para el sector Industrial)

Más información:

Características

Datos de ESP8266 de datasheet:

  • 802.11 b/g/n
  • Integrated low power 32-bit MCU
  • Integrated 10-bit ADC • Integrated TCP/IP protocol stack
  • Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network
  • Integrated PLL, regulators, and power management units
  • Supports antenna diversity
  • WiFi 2.4 GHz, support WPA/WPA2
  • Support STA/AP/STA+AP operation modes
  • Support Smart Link Function for both Android and iOS devices
  • SDIO 2.0, (H) SPI, UART, I2C, I2S, IR Remote Control, PWM, GPIO
  • STBC, 1×1 MIMO, 2×1 MIMO
  • A-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4s guard interval
  • Deep sleep power <10uA, Power down leakage current < 5uA
  • Wake up and transmit packets in < 2ms
  • Standby power consumption of < 1.0mW (DTIM3) • +20 dBm output power in 802.11b mode
  • Operating temperature range -40C ~ 125C
  • FCC, CE, TELEC, WiFi Alliance, and SRRC certified

EL ESP8266 no tiene ROM y usa una ROM externa SPI y soporta hasta 16MB.

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

Recursos: https://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/resources

Datasheet: https://espressif.com/sites/default/files/documentation/0a-esp8266ex_datasheet_en.pdf

Tabla de consumo del módulo ESP8266:

Si queremos alimentar el módulo ESP8266 con Arduino debemos ver las limitaciones de Arduino: pin power limitations: http://playground.arduino.cc/Main/ArduinoPinCurrentLimitations, a 5V la limitación es de 1A del regulador de tensión. Como va alimentado a 3.3V la limitación es de 150mA limitado por el regulador de tensión. Regulador http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lp2985-33.pdf, por lo tanto alimentar el ESP8266 desde el pin de 3.3V puede dar problemas y es recomendable usar otra fuente de alimentación.

Pinout ESP8266:

Pinout placas: http://www.pighixxx.com/test/portfolio-items/esp8266/?portfolioID=360

Diagrama de bloques

Los módulos ESP8266 los podemos encontrar en diferentes encapsulados y placas:

Interesante artículo sobre que módulo wifi ESP8266 elegir: http://polaridad.es/esp8266-modulo-wifi-elegir-caracteristicas/

ESP WROOM otro encapsulado ya trae una memoria Flash SPI de 2MB y con certificación FCC y CE:

Características de los módulos:

Name Active pins Pitch Form factor LEDs Antenna Shielded? dimensions (mm) Notes
ESP-01 6 0.1″ 2×4 DIL Yes PCB trace No 14.3 × 24.8
ESP-02 6 0.1″ 2×4 castellated No U-FL connector No 14.2 × 14.2
ESP-03 10 2 mm 2×7 castellated No Ceramic No 17.3 × 12.1
ESP-04 10 2 mm 2×4 castellated No None No 14.7 × 12.1
ESP-05 3 0.1″ 1×5 SIL No U-FL connector No 14.2 × 14.2
ESP-06 11 misc 4×3 dice No None Yes 14.2 × 14.7 Not FCC approved
ESP-07 14 2 mm 2×8 pinhole Yes Ceramic + U-FL connector Yes 20.0 × 16.0 Not FCC approved
ESP-08 10 2 mm 2×7 castellated No None Yes 17.0 × 16.0 Not FCC approved
ESP-09 10 misc 4×3 dice No None No 10.0 × 10.0
ESP-10 3 2 mm? 1×5 castellated No None No 14.2 × 10.0
ESP-11 6 0.05″ 1×8 pinhole No Ceramic No 17.3 × 12.1
ESP-12 14 2 mm 2×8 castellated Yes PCB trace Yes 24.0 × 16.0 FCC and CE approved[14]
ESP-12E 20 2 mm 2×8 castellated Yes PCB trace Yes 24.0 × 16.0 4 MB Flash
ESP-12F 20 2 mm 2×8 castellated Yes PCB trace Yes 24.0 × 16.0 FCC and CE approved. Improved antenna performance. 4 MB Flash
ESP-13 16 1.5 mm 2×9 castellated No PCB trace Yes W18.0 x L20.0 Marked as ″FCC″. Shielded module is placed sideways, as compared to the ESP-12 modules.
ESP-14 22 2 mm 2×8 castellated +6 No PCB trace Yes 24.3 x 16.2

En nuestro caso vamos a usar el ESP-01:

Esquemático:

Wiki: https://nurdspace.nl/ESP8266

Módulo usado:

También tenemos placas basadas en ESP8266 e incluso con puerto USB integrado:

Y un Shield ESP8266 para Arduino: https://www.sparkfun.com/products/13287

Más información:

El sucesor del ESP8266 puede que sea el ESP32 https://espressif.com/en/products/hardware/esp32/overview con wifi + bluetooth y más potente.

Datasheet ESP32: https://espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf

Primeras impresiones sobre el ESP32: https://www.sparkfun.com/news/2017

Características ESP32:

  • CPU: Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 microprocessor, operating at 160 or 240 MHz and performing at up to 600 DMIPS
  • Memory: 520 KiB SRAM
  • Wireless connectivity:
    • Wi-Fi: 802.11b/g/n/e/i
    • Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE
  • Peripheral interfaces:
    • 12-bit SAR ADC up to 18 channels
    • 2 × 8-bit DACs
    • 10 × touch sensors
    • Temperature sensor
    • 4 × SPI
    • 2 × I²S
    • 2 × I²C
    • 3 × UART
    • 1 SD/SDIO/MMC host
    • 1 slave (SDIO/SPI)
    • Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support
    • CAN bus 2.0
    • IR (TX/RX)
    • Motor PWM
    • LED PWM up to 16 channels
    • Hall effect sensor
    • Ultra low power analog pre-amplifier
  • Security:
    • IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI
    • Secure boot
    • Flash encryption
    • 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers
    • Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, ECC, Random Number Generator (RNG)

Uso ESP8266 con Arduino (Puerto Serie)

El ESP8266 se puede usar con un microcontrolador como Arduino conectado por puerto serie y manejarlo con comandos hayes o programarlo como si de un microcontrolador se tratara con el IDE de Arduino usando el SDK https://github.com/esp8266/Arduino y usar el lenguaje de programación de Arduino (el core de Arduino).

Pines:

  • TX (goes to the 3.3V Rx of the UART USB adapter to the PC)
  • CH_PD (enable/power down, must be pulled to 3.3v directly or via resistor)
  • RESET
  • VCC (3.3v power supply)
  • GND (connect to power ground)
  • GPIO 2
  • GPIO 0 (leave open or pull up for normal, pull down to upload new firmware)
  • RX (goes to the 3.3V Tx of the UART USB adapter to the PC)

Para usar el ESP8266 con Arduino vamos a conectarnos por el puerto serie y mandar comandos AT (hayes) para manejarlo. Este es el esquema.

IMPORTANTE:

  • El ESP8266 va alimentado a 3,3V, ¡no alimentarlo con 5 voltios!
  • El ESP8266 necesita comunicarse vía serie a 3.3V y no tiene entradas tolerantes 5V, por lo que necesita la conversión de nivel para comunicarse con un microcontrolador 5V como la mayoría de los Arduinos

Sin embargo, esta segunda advertencia puede ser ignorada y conectar el puerto serie directamente a Arduino, pero existe el peligro de dañar el módulo.

Con un programador FTDI que tenga salida a 3.3V podemos hacer lo mismo que con un Arduino pero sin ningún peligro.

ESP8266 quick start guide: http://rancidbacon.com/files/kiwicon8/ESP8266_WiFi_Module_Quick_Start_Guide_v_1.0.4.pdf

Guia sparkfun del ESP8266: https://learn.sparkfun.com/tutorials/esp8266-thing-hookup-guide

Ejemplo de level shifter para usar con Arduino:

Cheatsheet: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Wireless/WiFi/ESP8266ModuleV1.pdf

Por lo tanto la primera forma de usar el módulo ESP8266 es comunicarse con él a través del puerto serie y manejarlo mediante los comandos AT (hayes) que tiene en su firmware.

El conjunto de comandos Hayes es un lenguaje desarrollado por la compañía Hayes Communications que prácticamente se convirtió en estándar abierto de comandos para configurar y parametrizar módems. Los caracteres «AT», que preceden a todos los comandos, significan «Atención», e hicieron que se conociera también a este conjunto de comandos como comandos AT. Midiendo la longitud de los bits se puede determinar en detalle la velocidad de transmisión.

Comandos hayes:

Comandos Hayes para ESP8266:

Proyectos con ESP8266:

Más información:

Videos:

Uso ESP8266 con IDE Arduino

Hemos visto como realizar las conexiones y vimos los comandos AT que nos permiten configurar las acciones del WIFI. El ESP8266 dispone internamente de un pequeño procesador, prácticamente es capaz de replicar casi cualquier cosa los Arduinos puedan hacer. Así que los proyectos con sensores más Arduinos que envían los datos a la WIFI mediante un ESP8266, es muy probable que podamos ahorrarnos el Arduino en el proceso.

Gracias a un firmware basado en C ++, permite que la CPU ESP8266 y sus componentes Wi-Fi sean programados como cualquier otro dispositivo Arduino.

  • Puedes desarrollar con el mismo IDE que ya conoces
  • Han hecho un Cross compiler, de forma que prácticamente utilizas los mismos comandos que utilizas con Arduino, con lo que te ahorras aprender nada nuevo
  • Dependiendo del modelo de ESP8266 que tengas, dispones de más o menos pines disponibles con PWM y otras cosas más como I2C y SPI, pero para el modelo ESP8266-01 solo tienes dos pines disponibles GPIO0 y GPIO2
  • Puedes programar el procesador de tu ESP8266 exactamente como si fuera un Arduino con los mismos comandos, y en lo que se refiere a la WIFI, puedes olvidarte de los comandos AT, porque incluye una serie de librerías, que imitan la librería WIFI de Arduino con lo que se pueden reutilizar muchos programas.  

El Arduino Core ESP8266 está disponible a través de GitHub: https://github.com/esp8266/Arduino

Reference de Arduino core a ESP8266: https://github.com/esp8266/Arduino/blob/master/doc/reference.md

Toda la documentación del soporte de Arduino core a ESP8266: https://github.com/esp8266/Arduino/tree/master/doc

Documentación de la librería esp8266wifi: https://github.com/esp8266/Arduino/tree/master/doc/esp8266wifi que usa los mismos métodos que https://www.arduino.cc/en/Reference/WiFi

Podemos descargar un IDE ya configura para ESP8266 de https://github.com/esp8266/Arduino/releases/

O podemos instalar el soporte a terceros en nuestro IDE simplemente añadiendo el texto “http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json” en propiedades:

Y luego desde el gestor de tarjetas dar a instalar al soporte para ESP8266.

ESP8266 Community: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

  • Generic ESP8266 modules
  • Olimex MOD-WIFI-ESP8266
  • NodeMCU 0.9 (ESP-12)
  • NodeMCU 1.0 (ESP-12E)
  • Adafruit HUZZAH ESP8266 (ESP-12)
  • SparkFun Thing
  • SweetPea ESP-210
  • WeMos D1
  • WeMos D1 mini

Para instalar el Arduino Core ESP8266 en nuestro IDE de Arduino seguir las instrucciones: http://www.instructables.com/id/Setting-Up-the-Arduino-IDE-to-Program-ESP8266/?ALLSTEPS

IMPORTANTE: Cuando cargas un sketch en el ESP8266 con el IDE Arduino estamos cargando en la flash de ESP8266 un nuevo firmware borrando el que viene por defecto visto anteriormente para manejar el módulo con comando hayes.

Otras características de este soporte:

  • Actualización OTA
  • Soporta muchas de las librerías de Arduino y otras librerías hechas por terceros está ya adaptadas para usar con el ESP8266.

Más información:

Firmware ESP8266

Como hemos hablado el módulo ESP8266 es un microcontrolador como los que hemos visto con Arduino y podemos cargarle un firmware con un programa que hayamos hecho y compilado con el IDE de Arduino o usar un firmware como el que viene por defecto que es el de comandos hayes.

Además de los firmwares anteriores tenemos otros firmware disponibles como el oficial basado en un RTOS.

Para descargar las herramientas y últimas versiones del firmware usar la web: https://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/resources

Más información de como actualizar firmware (version actualizada en la parte de ejercicios):

Ejercicios ESP8266

Conexión a Arduino

Lo primero es decir que este es módulo muy sencillo y diseñado desde el principio con la Internet of Things en mente (IOT), y por eso incluye todo lo necesario para conectarse a un punto de acceso WIFI mediante comandos de texto AT, vía un puerto serie, que puede ser configurada a diferentes velocidades.

Una vez que lo configuramos para que se conecte a nuestra WIFI, el módulo es capaz de enviar información que le remitimos vía la puerta serie a una dirección IP y puerto que deseemos.

Cuando se trata de recibir, limpia todo el empaquetado TCP/IP y nos reenvía por la puerta serie la información de datos limpia, con lo que tiene la enorme virtud de permitirnos olvidarnos de la gestión del TCP/IP y de las demandas de procesador y memoria que suponen. A cambio no es exactamente una conexión WIFI, porque no tenemos acceso al stack o al socket IP pero para el Arduino esto es casi una ventaja.

La fuente interna de 3.3V del Arduino da un máximo de 150 mA, cuando el consumo del módulo suele ser en el arranque bastante superior a esto, lo que le llevará a unos arranques poco fiables, y aunque se acaba consiguiendo, deben repetirse una y otra vez. En nuestro caso usaremos una fuente externa de alimentación de 3.3V para alimentar este módulo ESP8266.

ESP8266 programado por puerto serie

Conexión con programador FTDI:

Conexión con Arduino:

Conectar un terminal serie a 115200-8-N y mandar el comando AT, si nos responde OK es que ya estamos conectados con el módulo.

Manual oficial de comandos: http://www.espressif.com/sites/default/files/4a-esp8266_at_instruction_set_en_v1.5.4_0.pdf

Ejecutar los siguientes comandos y ver lo que devuelve:

  • AT+RST: reinicia el módulo
  • AT+GMR: versión de firmware
  • AT+CWMODE=3: activa modo AP, comprobar redes wifi
  • AT+CWLAP: para ver las redes wifi
  • AT+CWJAP=”SSID”,”password”: Conectarse a una red wifi (AT+CWJAP=”AndroidAP4628″,”esp8266wifi”)
  • AT+CIFSR: comprobar la IP asignada

Actuar como un cliente TCP:

  • AT+CIPMUX=1: Habilitar múltiples conexiones
  • AT+CIPSTART=4,”TCP”,”google.com”,80: Especifica el canal de conexión que desea conectar (0 – 4), el tipo de protocolo (TCP / UDP), la dirección IP (o el dominio si tiene acceso a DNS) y el número de puerto
  • A continuación, debe especificar la cantidad de datos que desea enviar (después de especificar qué canal). Vamos a enviar “GET / HTTP / 1.0 \r \n \r \n” que es 18 bytes: AT+CIPSEND=4,18
  • Y recibiremos la respuesta del servidor:

+IPD,4,559:HTTP/1.0 301 Moved Permanently
Location: http://www.google.com/
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Date: Sat, 12 Nov 2016 16:37:23 GMT
Expires: Mon, 12 Dec 2016 16:37:23 GMT
Cache-Control: public, max-age=2592000
Server: gws
Content-Length: 219
X-XSS-Protection: 1; mode=block
X-Frame-Options: SAMEORIGIN
Connection: close
<HTML><HEAD><meta http-equiv=”content-type” content=”text/html;charset=utf-8″>
<TITLE>301 Moved</TITLE></HEAD><BODY>
<H1>301 Moved</H1>
The document has moved
<A HREF=”http://www.google.com/”>here</A&gt;.
</BODY></HTML>
4,CLOSED

Actuar como servidor:

  • Comprobar que IP tenemos con AT+CIFSR
  • AT+CIPSERVER=1,1336:  para poner a escuchar en un puerto, en este caso el 1336
  • Desde otro dispositivo en la red: telnet 192.168.1.2 1336
  • En el puerto serie veré todo lo que se escriba por telnet
  • Para responder desde el ESP8266 debo usar AT+CIPSEND=0,8 seguido del texto. En este caso es el canal 0 y mando 8 caracteres.

Hacer lo mismo pero usando Arduino, para ello conectarlo según el esquema superior y cargar el programa:

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial BT1(3, 2); // RX | TX
void setup()
{ Serial.begin(9600);
 BT1.begin(115200);
}
void loop()
{
 if (BT1.available())
 { char c = BT1.read();
   Serial.print(c);
 }
 if (Serial.available())
 { char c = Serial.read();
   BT1.print(c);
 }
}

Configurar el baud rate de ESP8266 a 9600 para que funcione mejor con el comando “AT+UART_DEF=9600,8,1,0,0”, puesto que a 115200 da problemas con el puerto serie software.

Para hacer una reseteo de la configuración de fábrica usar el comando: “AT+RESTORE

Hacer un programa con Arduino que se conecte automáticamente a una red y nos puestre la IP asignada:

  • AT+CWMODE_DEF=1
  • AT+CWJAP=”SSID”,”paswword”)
  • AT+CIFSR: comprobar la IP asignada

Solución: Ejercicio 61 https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio61-ESP8266

Más información:

Configuración como punto de acceso

Podemos poner el ESP8266 en modo punto de acceso para que se conecten otros dispositivos wifi, recordad que es un modo soft AP.

Escribir la siguiente secuencia de comandos:

  • AT+CWSAP=”NoWorriESSID”,”password”,3,0
  • AT+CWMODE=3
  • AT+CWLIF: IP de los dispositivos conectados

Para saber el significado de cada parámetro y sus opciones ver https://espressif.com/sites/default/files/documentation/4a-esp8266_at_instruction_set_en.pdf

Más información:

ESP8266 programado con IDE Arduino

Conectar al programador FTDI como hemos visto anteriormente. Pero para programar el módulo (Y para actualizar el firmware) necesitáis colocar el módulo en estado de programación y eso se consigue poniendo a GND la patilla GPIO0.

Vamos a programar el blink de Arduino en la patilla GPIO2, que es la que nos queda libre:

void setup()
  { pinMode(2, OUTPUT); }

void loop()
  { digitalWrite(2, HIGH);  
    delay(1000);  
    digitalWrite(2, LOW);
    delay(1000);   
  }

Para probarlo.

IMPORTANTE: Al cargar un programa pierdo el firmware original.

Más información:

Veamos los ejemplos de ESP8266 que vienen en el soporte para el IDE de Arduino, usando la librería ESP8266WiFi.h:

  • Blink
  • ESP8266Wifi/Wifiscan: Scan networks
  • ESP8266Wifi/WifiClient Conectar a wifi
  • ESP8266WebSerber/HelloServer: Servidor web wifi

El reference para programar:

Firmware Update

Para actualizar el firmware necesitamos descargar la herramienta “flash download tools” para el ESP8266 y el firmware con los comandos hayes, además aprovechamos para actualizar a la última versión del firmware.

Para programar recordar y actualizar firmware recordar que el pin GPIO0 debe estar a masa y que hay que un reset del módulo para comenzar la carga del nuevo firmware.

Descarga: https://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/resources

Descargar la última versión de:

  • Tools/Flash Download Tools V3.4.2 (ESP8266 & ESP32)
  • SDK & demos/ESP8266 NONOS SDK V2.0.0 20160810

Abrir la aplicación Flash download tool y elegir ESP8266. Luego configurar de la siguiente forma:

esp8266

Configurando los ficheros para BOOT MODE Flash size 8Mbit: 512KB+512KB:

  • boot_v1.2+.bin              0x00000
  • user1.1024.new.2.bin        0x01000
  • esp_init_data_default.bin   0xfc000 (optional)
  • blank.bin                   0x7e000
  • blank.bin                  0xfe000

Que se encuentran en el directorio bin del fichero de SDK que nos hemos descargado.

Para comprobar la frecuencia de cristal del módulo y la flash, simplemente dando a start sin seleccionar los ficheros y reseteando el módulo obtendremos la información.

Más información sobre el Firmware update (como referencia no están actualizados):

IMPORTANTE: no descargar nada de fuentes no fiables

NODEMCU

NodeMCU es una plataforma IoT de código abierto. Incluye firmware que se ejecuta en el ESP8266 Wi-Fi SoC de Espressif Systems y el hardware que se basa es el módulo ESP-12.

El término “NodeMCU” por defecto se refiere al firmware en lugar de los kits de desarrollo de ESP8266. El firmware utiliza el lenguaje de secuencias de comandos Lua. Se basa en el proyecto eLua, y está basado en el SDK Espressif Non-OS SDK for ESP8266.

Un grupo de desarrolladores chinos de plataformas abiertas de hardware, quienes se basaron en el ESP8266 para lanzar un kit llamado NodeMCU para el desarrollo de prototipos compatible con Arduino, que se programa en lenguaje Lua, con conectividad USB y Wi-Fi, y a un precio sorprendentemente bajo.

Pinout:

Web oficial: http://www.nodemcu.com/index_en.html

Github: https://github.com/nodemcu

Documentación: http://nodemcu.readthedocs.io/en/master/

Lua: https://en.wikipedia.org/wiki/Lua_(programming_language)

Firmware: https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware

Node mcu flasher: https://github.com/nodemcu/nodemcu-flasher

Más información:

Tutorial de uso: http://blog.nyl.io/esp8266-meets-nodemcu/

Proyectos con nodemcu:

Arduino UNO Wifi

Se trata de una nueva placa de arduino.org que es el clásico Arduino UNO al que le añade en la misma placa y con el formato del Arduino UNO un chip ESP8266, obteniendo al final un Arduino UNO con conectividad wifi. Es el módulo perfecto para comenzar un proyectos de IoT.

Datasheets:

A nivel de entradas y salidas y otras características físicas es exactamente igual a un Arduino UNO, pero se le ha añadido un módulo wifi ESP8266 que es un SoC con la pila de protocolos TCP/IP integrada que puede dar acceso a la red wifi o el puede actuar como un punto de acceso.

Una de las características más interesantes de el Arduino UNO wifi es que soporta programación OTA (over-the-air), tanto para transferir sketches como para actualizar el firmware wifi.

Información de producto http://www.arduino.org/products/boards/arduino-uno-wifi

En el Arduino UNO wifi, hay un chip SC16IS750IBS con una UART y un interfaz I2C/SPI que permite la comunicación entre el AtMega16u2, AtMega328p y el ESP8266EX. Este chip tiene un interfaz I2C/SPI esclavo que hace de interfaz a una UART, así como 8 pines I/O programables, ofreciendo una conversión de I2C/SPI a serie (RS232/RS485) bidireccional.

http://www.arduino.org/images/products/details/ArduinoUNOWIFI_drawing2.jpg

Datasheet SC16IS750IBS: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/SC16IS740_750_760.pdf

Arduino UNO wifi permite comunicar vía wifi con los sensores o actuadores montados en la placa. Es posible usarlo como cliente de una red wifi, como servidor para conectar otros clientes o crear una conexión wifi ad-hoc.

Arduino UNO wifi tiene precargado un sketch con un servidor REST (RestServer) que permite manejar el arduino desde un navegador simplemente conectando a la SSID del Arduino (Arduino-Uno-WiFi-xxxxxx) y entrando a la IP 192.168.240.1 para gestionarlo y usar los siguientes comandos para manejar los pines:

  • “/arduino/digital/13”     -> digitalRead(13)
  • “/arduino/digital/13/1”   -> digitalWrite(13, HIGH)
  • “/arduino/analog/2/123”   -> analogWrite(2, 123)
  • “/arduino/analog/2”       -> analogRead(2)
  • “/arduino/mode/13/input”  -> pinMode(13, INPUT)
  • “/arduino/mode/13/output” -> pinMode(13, OUTPUT)

Esquemático: http://download.arduino.org/products/UNOWIFI/Arduino-UNO-WiFi-V4_AF1.pdf

http://www.arduino.org/images/products/details/ArduinoUNOWIFI_drawing1.jpg

Programación

El Arduino UNO wifi puede programarse como un Arduino normal por el puerto serie o por wifi de la misma forma que el Arduino Yun

Para usar este Arduino tendremos que utilizar el IDE de arduino.org: http://www.arduino.org/downloads

Si al conectar el Arduino UNO wifi no lo reconoce Windows, instalar los drivers que hay en la carpeta drivers del IDE de Arduino.org

Después de alimentar Arduino UNO wifi, conectarse a la red Arduino-Uno-WiFi-xxxxxx y abrir el enlace http://192.168.240.1/

http://labs.arduino.org/dl1542?display&scale=0.7

Y desde la web podemos conectar Arduino UNO wifi a cualquier red wifi donde queramos integrarlo.

Más información en: http://www.arduino.org/learning/getting-started/getting-started-with-arduino-uno-wifi

NOTA: para programar por wifi, es necesario que el ordenador y el Arduino estén conectados a la misma red wifi y la placa está en modo STA.

Tutoriales Arduino UNO wifi:

La diferencia entre el Arduino UNO wifi y el wifi shield es que el wifi shield usa el SPI y este Arduino usa el I2C para conectarse al puerto serie del ESP8266 para mandar los comandos y transmitir por wifi.

La librería usada es la arduinowifi.h que aún no está documentada oficialmente, pero indagando en la librería “ArduinoWiFi.h” vemos que hace “extern ArduinoWifiClass Wifi; “, es decir crea el objeto Wifi de la clase ArduinoWifiClass y por eso podemos llamarlo desde el programa sin tener que instanciarlo previamente.

Código de la librería arduinowifi.h https://github.com/arduino-org/arduino-library-arduino-wifi

Es una librería para configuración y manejo del ESP8266 por el bus I2C.

El reference para la librería wifi es http://www.arduino.org/learning/reference/WiFi pero aunque es para el wifi shield, han diseñado la librería de Arduino Uno Wifi para que comparta nombre de las funciones y uso similar.

Al arrancar el Arduino UNO Wifi se inicia en modo AP y podemos conectarnos vía wifi para configurarlo y que luego se conecte a una red wifi.

Como cambiar el firmware: http://www.arduino.org/learning/tutorials/advanced-guides/how-to-change-the-firmware-on-an-arduino-uno-wifi

En el Arduino UNO wifi ciao está integrado y puede usarse la librería http://www.arduino.org/learning/reference/ciao-library.

Más información sobre CIAO: http://www.arduino.org/learning/tutorials/advanced-guides/content/ciao

Ejemplo con CIAO:

Ejercicio con Arduino UNO Wifi: basado en el ejercicio 27 del botón mejorado:  https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio27-Boton_Mejorado_UNO_WIFI

Comparar el código de:

Wifi Shield

El WiFi Shield de Arduino conecta Arduino a Internet de forma inalámbrica.

http://arduino.cc/en/uploads/Main/A000058_front_450.jpg

Toda la información sobre este Shield en :

Y los datasheet de los integrados:

Para conectarte al 32UC3: http://arduino.cc/en/Hacking/WiFiShield32USerial

Y la librería para manejar el shield en: http://arduino.cc/en/Reference/WiFi

Actualizar su firmware: http://arduino.cc/en/Hacking/WiFiShieldFirmwareUpgrading

http://arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoWiFiShieldPinUseDescribed_2.jpg

Wifi library:

Un proyecto hecho con Ethernet pasarlo a wifi con el wifi shield, simplemente se trata de cambiar las líneas de código de la parte de red de la librería ethernet a las equivalentes de la librería wifi.

Ejercicio 27. Botón mejorado Wifi.

Partiendo del ejercicio 27 del botón mejorado que enciende y apaga un led desde una web embebida en arduino con un ethernet shield, modificarlo para que funcione con un Arduino con el shield wifi.

Ejercicio con Ethernet: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio27-Boton_Mejorado

Solución: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio27-Boton_Mejorado_WIFI

WiFi Shield 101

Arduino WiFi Shield 101 es un shield potente para aplicaciones IoT con autenticación criptográfica, desarrollado con ATMEL, que conecta la placa Arduino a Internet de forma inalámbrica. La conexión a una red WiFi es simple, no se necesita ninguna configuración adicional además del SSID y la contraseña. El WiFi Shield 101 viene con una biblioteca fácil de usar que permite conectar la placa Arduino a Internet con pocas instrucciones. Como siempre, cada elemento de la plataforma – hardware, software y documentación está libremente disponible y de código abierto. Se basa en el módulo Atmel SmartConnect-WINC1500, compatible con la norma IEEE 802.11 b/g/n

Características:

  • Operating voltage both 3.3V and 5V (supplied from the host board)
  • Connection via: IEEE 802.11 b/g/n for up to 72 Mbps networks
  • Encryption types: WEP and WPA2 Personal
  • Support TLS 1.1 (SHA256)
  • Connection with Arduino or Genuino on SPI port
  • Onboard CryptoAuthentication by ATMEL

Web del producto https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoWiFiShield101

La de Adafruit https://www.adafruit.com/products/2891

El módulo wifi WINC1500 integrado es un controlador de red capaz de protocolos TCP y UDP. El Wifi Shield 101 también cuenta con un hardware de seguridad de cifrado / descifrado proporcionado por el chip ATCC508A CryptoAuthentication que es un método ultra seguro para proporcionar un acuerdo clave para el cifrado/descifrado, diseñado específicamente para el mercado de IoT.

Datasheet módulo wifi: http://www.atmel.com/devices/atwinc1500.aspx

El pin digital 7 se utiliza como un pin de handshake entre el shield WiFi 101 y Arduino, y no se debe utilizar. El pin digital 5 se utiliza como pin RESET entre el shield WiFi 101 yArduino, y no debe utilizarse.

Tener en cuenta que Uno + WiFi Shield 101 no es compatible con la biblioteca Serial de software. El WiFi Shield 101 usa una biblioteca que es muy compleja y ocupa más del 60% de la memoria disponible, dejando poco espacio para los sketches. Tener en cuenta que para un uso básico es compatible con el Uno, pero para proyectos complejos se recomienda usar el shield WiFi 101 con un Arduino / Genuino Zero, 101 o Mega 2560.

El Wifi Shield 101 se usa con la librería Wifi101 https://www.arduino.cc/en/Reference/WiFi101

Ejemplo sencillo por con el wifi shield 101: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Wifi101SimpleWebServerWiFi

Más información:

MKR1000

Es un nuevo Arduino con un microcontrolador que lleva integrado wifi y mucho más. El Arduino MKR1000 ha sido diseñado para ofrecer una solución práctica y económica buscando conectividad WiFi para gente con mínima experiencia en redes.

Este Arduino está basado en la MCU ATSAMW25 especialmente diseñado para proyectos IoT. Este SoC está compuesto de tres bloques principales:

  • SAMD21 Cortex-M0+ 32bit low power ARM MCU
  • WINC1500 low power 2.4GHz IEEE® 802.11 b/g/n Wi-Fi
  • ECC508 CryptoAuthentication

Microcontrolado ATSAMW25 http://www.atmel.com/devices/ATSAMW25.aspx

Este Arduino también incluye un circuito para cargar baterías Li-Po y utilizar el MKR1000 alimentándose con este tipo de baterías.

IMPORTANTE: Arduino MKR1000 funciona a 3.3V, el máximo voltaje que pueden tolerar los pines es de 3.3V y aplicar voltajes mayores podría dañar la placa. Mientras que una salida de 5V digital es posible, para una comunicación bidireccional de 5V es necesario level shifting.

Datasheet MCU: http://www.atmel.com/devices/ATSAMW25.aspx  

Esquemático: https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/MKR1000-schematic.pdf

Pinout:

Web del producto https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoMKR1000

MKR1000 usa la librería wifi101: https://www.arduino.cc/en/Reference/WiFi101

Empezar con MKR1000

Getting Started https://www.arduino.cc/en/Guide/MKR1000

Para programar el MKR1000 es necesario añadir al IDE de Arduino soporte para esta placa, ya que el microcontrolador no es un AVR sino un ARM Cortex-M0 de 32 bits. SAMD Core.

En este enlace explica como añadir soporte (Arduino Cores) para nuevas placas: https://www.arduino.cc/en/Guide/Cores

El MKR1000 y Arduino Zero tienen unas librerías específicas por su microcontrolador:

Tutoriales MKR1000:

Proyectos interesantes:

MKR1000 como access point https://www.arduino.cc/en/Reference/WiFi101BeginAP (AP soft)

Ejercicio 39 NTP con MKR1000: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio39-NTP_MKR1000

Arduino Yun

Otra forma de añadir la funcionalidad de Wifi a Arduino es usar Arduino Yun que tiene wifi integrado y la librería bridge para conectar el microcontrolador con el microprocesador que tiene wifi integrado.

Arduino Yun: http://www.arduino.org/products/boards/4-arduino-boards/arduino-yun con MCU Atmel AVR de 8 bits ATmega32U4 y procesador MIPS Qualcomm Atheros AR9331 a 400 MHz con wifi integrado y SO linux Linino basado en OpenWRT y ethernet. Su principal característica es la capacidad de comunicar la MCU con el SO linux mediante un puerto serie interno. Esta placa no es 100% hardware libre, al no hacerse público la parte donde se encuentra el procesador Atheros AR9331. También hay disponible una version Yun mini para protoboards: http://www.arduino.org/products/boards/4-arduino-boards/arduino-yun-mini

Web del producto https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardYun

Librería Bridge:

  • Bridge – Simple REST style calls to access analog and digital pins

Recientemente ha aparecido el Arduino Yun Shield que es una placa para añadir las funcionalidades del Arduino Yun a cualquier Arduino.

Web del producto https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoYunShield

Ejemplo de uso con Arduino Yun: https://github.com/jecrespo/Coche_AprendiendoArduino

Para comenzar una vez actualizado:

CC3000

Otro integrado wifi muy usado con arduino es el CC3000, pero que se ha quedado un poco obsoleto.

Chip CC3000:

Y la librería: https://github.com/sparkfun/SFE_CC3000_Library

Y un buen paso a paso para usar esta shield:

Y un ejemplo de uso práctico para hacer domótica en casa:

Otros Módulos Wifi

ESP32 el sucesor de ESP8266:

Soporte para el IDE de Arduino:

Primeras impresiones: https://www.sparkfun.com/news/2017

Tutorial http://www.instructables.com/id/Beginners-ESP32-Guide-to-Assembly-Testing/

Tabla comparativa: http://www.cnx-software.com/2016/03/25/esp8266-and-esp32-differences-in-one-single-table/

WiFi3 Click

Otro módulo derivado de esp8266:

NL6621 como alternativa al ESP8266

The NL6621 WiFi SOC is powered by a 160 MHz ARM Cortex-M3 with 448 KB of RAM, and everything else is integrated in the SOC. The module has 32 GPIOs, SPI, I2C, I2S digital audio, and most of the peripherals that you’d expect.