Capa de percepción - Sesión 1
- Repasar los componentes básicos de un sistema IoT.
- Explorar los componentes básicos que conforman el concepto de cosa.
- Hablar sobre el software de desarrollo a emplear
- Investigar sobre los sistemas de desarrollo disponibles en el laboratorio.
Referencias principales
Contextualización
A continuación se muestra un caso tipico en el cual se aplicarán los conceptos visto a lo largo del curso. El sistema expuesto (hecho en la Universidad de Curtin (https://www.curtin.edu.au/)) consiste en un sistema de control en tiempo real para guiar una canica a lo largo de un laberinto de manera remota. El diagrama de bloques donde se expone la arquitectura de este sistema se muestra a continuación:
En el siguiente video se puede observar el funcionamiento de dicho sistema:
Componentes de una aplicación IoT
Teniendo en cuenta el caso de uso anteriormente expuesto, vamos a analizar cuales son los diferentes conceptos y componentes necesarios para construir una aplicación IoT tal y como se muestra en la siguiente imagen:
Para tal fin, revise la presentación Components of IoT Apps [link]
Una Cosa (Thing) se refiere a un dispositivo que interactua con el mundo fisico a traves de sensores y actuadores. Para aprender a realizar aplicaciones para IoT el primer paso es disponer de un kit de desarrollo IoT.
Un kit de desarrollo IoT consiste de varios dos positivos IoT de uso general (con caracteristicas que no poseen los dispositivos de producción, tales como pines externos para conectar a sensores y actuadores y hardware adicional para soporte de debugging entre otras cosas) empleados por los desarrolladores para realizar prototipado. Existen dos tipos de kits de desarrollo:
-
Computadora monoplaca (single-board Computer)
-
Microcontroladores (microcontrollers)
Placas de desarrollo disponibles
- Arduino UNO
- ESP8266
- ESP32
- ARDUINO NANO 33 BLE Sense Lite
A continuación se muestra el Arduino UNO:
La siguiente tabla resume las principales caracteristicas de la placa Arduino UNO disponible en el laboratorio:
| Item | Arduino UNO |
|---|---|
| Microcontrolador | ATmega328P (Atmel) |
| Microprocesador | ATMega 16U2 |
| I/O Voltage | 5 V |
| Input voltage (nominal) | 7 - 12 V (Power jack) |
| Power jack | yes |
| Voltaje de alimentación (Pin) | |
| Voltaje de Entradas/Salidas | 5 V |
| Voltaje de referencia en el ADC | 5V |
| DC Current per I/O Pin | 20 mA |
| Built-in LED Pin | 13 |
| Digital I/O Pins | 14 (I/O) |
| Analog input pins | 6 (ADC 10-bit) |
| PWM pins | 6 |
| UART | yes |
| I2C | yes |
| SPI | yes |
| I2S | |
| WIFI | no |
| Bluetooth | no |
| Programmable | Arduino IDE, Micropython, VS Code |
| Marca | Arduino |
La siguiente imagen muestra una placa NodeMCU ESP8266:
La siguiente tabla resume las principales caracteristicas de la placa ESP8266 disponible en el laboratorio:
| Item | ESP8266 |
|---|---|
| Microcontrolador | SoC ESP9266EX |
| Microprocesador | Tensilica's L106 Diamond series 32-bit |
| I/O Voltage | 5 V |
| Input voltage (nominal) | 5 - 12 V (VIN, VCC) |
| Power jack | no |
| Voltaje de alimentación (Pin) | 5 V (VIN) |
| Voltaje de Entradas/Salidas | 3.3 V |
| Voltaje de referencia en el ADC | 3.3 V |
| DC Current per I/O Pin | 12 mA |
| Built-in LED Pin | --- |
| Digital I/O Pins | 9 (GPIO) |
| Analog input pins | 1 |
| PWM pins | 4 |
| UART | yes |
| I2C | yes |
| SPI | yes |
| I2S | yes |
| WIFI | IEEE 802.11 b/g/n |
| Bluetooth | no |
| Programmable | Arduino IDE, Micropython, VS Code |
| Marca | Ai-Thinker |
La siguiente imagen muestra una placa ESP32:
La siguiente tabla resume las principales caracteristicas de la placa ESP32 disponible en el laboratorio:
| Item | ESP32 |
|---|---|
| Microcontrolador | SoC ESP32 |
| Microprocesador | Xtensa single-/dual-core 32-bit LX6 |
| I/O Voltage | 5 V |
| Input voltage (nominal) | --- |
| Power jack | no |
| Voltaje de alimentación (Pin) | 3.3 V (VIN) |
| Voltaje de Entradas/Salidas | 3.3 V |
| Voltaje de referencia en el ADC | |
| DC Current per I/O Pin | 12 mA |
| Built-in LED Pin | |
| Digital I/O Pins | 24 (GPIO - Algunos pines solo como entrada) |
| Analog input pins | 2 (8-bit) |
| PWM pins | 4 |
| UART | yes |
| I2C | yes |
| SPI | yes |
| I2S | |
| WIFI | IEEE 802.11 b/g/n |
| Bluetooth | yes |
| Programmable | Arduino IDE, Micropython, VS Code |
| Marca | Ai-Thinker |
El Arduino Nano 33 BLE Sense (datasheet) esta basado en el microcontrolador nRF52840 (datasheet)
La siguiente tabla resume las especificaciones tecnicas del Arduino Nano 33 BLE Sense:
| Item | Arduino Nano 33 BLE Sense |
|---|---|
| Microcontrolador | nRF52840 (datasheet) |
| Operating Voltage | 3.3V |
| Input Voltage (limit) | 21V |
| DC Current per I/O Pin | 15 mA |
| Clock Speed | 64MHz |
| CPU Flash Memory 1MB | (nRF52840) |
| SRAM | 256KB (nRF52840) |
| EEPROM | none |
| Digital Input / Output Pins | 14 |
| PWM Pins | all digital pins |
| UART | 1 |
| SPI | 1 |
| I2C | 1 |
| Analog Input Pins | 8 (ADC 12 bit 200 ksamples) |
| Analog Output Pins | Only through PWM (no DAC) |
| External Interrupts | all digital pins |
| LED_BUILTIN | 13 |
| USB | Native in the nRF52840 Processor |
| IMU | LSM9DS1 (datasheet) |
| Microphone | MP34DT05 (datasheet) |
| Gesture, light, proximity | APDS9960 (datasheet) |
| Barometric pressure | LPS22HB (datasheet) |
| Temperature, humidity | HTS221 (datasheet) |
| Tamaño (length × width) | 45 mm × 18 mm |
A diferencia de los otros sistemas disponibles en el laboratorio, el Arduino Nano 33 BLE Sense tiene algunos sensores integrados que pueden ser usados para soluciones IoT.
Importante: Hay diferentes versiones del Arduino Nano 33 BLE Sense (conocidas como "revisions": NANO 33 BLE SENSE y NANO 33 BLE SENSE REV2). En ambas se usa el nRF52840 como procesador, pero los sensores son diferentes. Por lo tanto, es importante tener cuidado al elegir la versión correcta con la tarjeta con la que se va a trabajar en el Arduino IDE.
Sobre los componentes
Fabricantes
En la siguiente tabla se muestran algunas de las principales empresas que se dedican a la fabricación de modulos para prototipado IoT:
| Fabricante | Link |
|---|---|
| Adafruit Industries | https://www.adafruit.com/ |
| SparkFun Electronics | https://www.sparkfun.com/ |
| dfrobot | https://www.dfrobot.com/ |
| Seeeed Studio | https://www.seeedstudio.com/ |
| Elegoo | https://www.elegoo.com/ |
Ademas de la fabricación, tambien documentan y muestran ejemplos demostrativos de como usar los componentes que allí se fabrican.
Distribuidores
Si lo que se quiere es comprar son componentes electronicos existen distribuidores para ello, en la siguiente tabla se muestran algunos de los principales distribuidores de componentes a nivel mundial (tomados de la pagina 2023 Top 50 Electronics Distributors List (link)):
| Distribuidores | Link |
|---|---|
| Mouser Electronics | https://www.mouser.com/ |
| DigiKey Corporation | https://www.digikey.com/ |
| Arrow Electronics | https://www.arrow.com/ |
| WPG Holdings | https://www.wpgholdings.com/main/index/en |
| Avnet | https://www.avnet.com/wps/portal/us/ |
| Future Electronics | https://www.futureelectronics.com/ |
En el caso colombiano, la siguiente lista (tomada del foro Listado de proveedores de Electrónica - Colombia (link)) contiene algunos de los distribuidores en Colombia:
| Distribuidores | Link |
|---|---|
| I + D | https://didacticaselectronicas.com/ |
| Sigma Electronica | https://www.sigmaelectronica.net/ |
| Electronilab | https://electronilab.co/ |
| Suconel | https://suconel.com/ |
| La Red Electronica | https://laredelectronica.com/ |
Actividad para la proxima sección
-
Instalar en su maquina los siguientes programas:
- Arduino IDE
- Visual Studio Code
- Platformio (Complemento de Visual Studio Code)
- Fritzing
- draw.io
- Mosquito
- Mqtt explorer
- Node-red
Para mas información sobre estas puede consultar el siguiente link
-
A continuación se listan los directorios de cada uno de los proyectos a trabajar a lo largo del semestre. Teniendo en cuenta las instrucciones dadas en clase editar el archivo README.md disponible dentro de cada directorio (para ver la sintaxis markdown puede consultar el siguiente link).