19 sep 20 El gateway LoRa*. Hardware y software
Seguimos haciendo progresos con mi gateway LoRaWAN. En este caso, en el ámbito del gateway en sí. El lector avispado habrá notado que he encabezado este artículo con Lora* en vez de con LoRaWAN. Y es que en este punto lo que tengo implementado es más bien un gateway LoRa que actúa de pasarela a un servidor MQTT, y no un gateway LoRaWAN propiamente dicho. ¿Cuál es la diferencia? Es sutil, pero importante. A estas alturas lo que he implementado es un gateway, sí, entre dispositivos, y terceros servidores, pero no realizo aún control de acceso, identificadores de equipos en la red, ni nada por el estilo. Así que no puedo -en realidad- considerarlo un gateway LoRaWAN completo. Pero de momento, para el propósito que manejo, basta y sobra.
Ya he hablado con anterioridad del dispositivo que estoy utilizando para construir el gateway: se trata de una placa Heltec Lora 32, que proporciona capacidad de conexión LoRa, WiFi y Bluetooth, incluyendo la variante Low Energy. Con anterioridad he estado haciendo pruebas con la variante de 433 MHz, pero para este proyecto en cuestión he optado por respetar la normativa radioeléctrica europea, y desplegarlo con la variante de 868 MHz, de la que disponía de un dispositivo que hasta ahora no había hecho un gran uso (en parte porque vino con la pantalla OLED quebrada, y ésta funciona bastante mal). Otro elemento de la configuración es la antena de recepción y el adaptador eléctrico, pero estos elementos quedarán para otro artículo.
En lo referente al software, he desarrollado un software con las siguientes características:
- La base del sistema son las librerías de Heltec que permiten implementar comunicaciones LoRa. Los aspectos principales de la configuración ha sido establecer los parámetros de conexión adecuados para comunicarse adecuadamente con los dispositivos cliente, en este caso unos Heltec CubeCell. En concreto, los siguientes aspectos son los que hay que configurar:
LoRa.setSpreadingFactor(8);
LoRa.setSignalBandwidth(125E3);
LoRa.setCodingRate4(4);
LoRa.setPreambleLength(8);
LoRa.setSyncWord(0×12); - El siguiente punto de importancia es la implementación de un sistema de configuración de la conexión del cliente WiFi mediante un AP provisional: IotWebConf. Con esta librería, válida para dispositivos ESP8266 y ESP32, se puede levantar un portal web y un AP para realizar la configuración de la WiFi en el dispositivo. La idea es sencilla: cuando el dispositivo no tiene configurada una conexión WiFi, levanta un punto de acceso con un portal web de configuración, al que se puede conectar para establecer los parámetros de la WiFi (así como otro tipo de parámetros configurables, como el servidor MQTT, por ejemplo). Una vez establecidos, el sistema almacena estos parámetros en la EEPROM de la placa, reinicia, y conecta a la WiFi proporcionada. También permite introducir una nueva configuración WiFi en caso de que se mueva el dispositivo a una ubicación en la que la WiFi configurada no tenga alcance. La principal ventaja es que no hay que preconfigurar en código los parámetros de conexión, pudiendo hacerlo en tiempo de ejecución. A continuación se puede ver una captura de la interfaz web que se levanta:
- Otro aspecto adicional de esta librería es que permite realizar la actualización de firmware On-The-Air: la interfaz web proporciona una vía para cargar el software precompilado de Arduino en la placa, sin tener que conectar la misma a un PC mediante cable, además de incluir un sistema de seguimiento de versiones de firmware. Sumamente útil, teniendo en cuenta que el gateway va a estar ubicado, en mi caso, en lo alto del tejado.
- Por último, he realizado algunos ajustes adicionales en optimización de la transmisión de datos entre dispositivo y gateway. La principal (en el caso de transmisión de valores numéricos) es la utilización de codificación hexadecimal, para transmitir menos bytes y optimizar el tiempo de vuelo de los datos.
En cuanto a la recepción de datos, ha sido sumamente exitosa. En el código de ejemplo utilizado en el cliente, se envía una trama compuesta de dos valores en hexadecimal, que son inyectados en un topic MQTT, junto con el valor del RSSI de la transmisión, a fin de controlar la calidad de la misma. El servidor MQTT se encuentra completamente ajeno al sistema, siendo un servidor multifunción que utilizo para diversos proyectos.
El resultado es, hasta ahora, bastante bueno. En próximos capítulos hablaré de otros elementos del sistema.
Etiquetas: arduino, cubecell, firmware, fota, gateway, heltec, lora, lorawan, mqtt, on-the-air
01 sep 20 Gateway LoRaWAN: Alimentación eléctrica
Una de las primeras cosas que tuve clara cuando me decidí a instalar un gateway LoRaWAN en casa es que el proyecto tendría que estar sostenido por energías renovables. Mi intención es colocar la antena del dispositivo en el punto más alto de la casa, en la chimenea de evacuación de gases de los cuartos de baño, y eso implica que esa ubicación no dispone de toma eléctrica. Sería posible hacer uno de un cable largo para llevar la conexión de la antena a un punto donde disponga de alimentación eléctrica, o bien sacar una derivación de la alimentación del aire acondicionado que tengo en la buhardilla. Pero seamos sinceros: no es tan interesante como plantearse un sistema de alimentación renovable (y en el primer caso, nos enfrentamos a una más que posible caída de la eficiencia de la antena, por el solo hecho de utilizar un cable más largo del estrictamente necesario). Y en este caso, el sistema elegido ha sido la energía solar.
No es este -bien lo sabrá quien me haya seguido a lo largo de los años- un proyecto estrictamente nuevo para mí. Hace ya años que tuve la idea de montar un aerogenerador en el tejado, con el que estuve haciendo una serie de pinitos en casa. Pero la verdad sea dicha, no fueron unas pruebas demasiado exitosas. Tuve durante un tiempo la iluminación de la casa alimentada por energía eólica, apoyada por un panel solar, pero fue un intento demasiado prematuro: la iluminación que teníamos por aquel entonces era principalmente de lámparas electrónicas, y en la práctica la cantidad de aire en Santiponce no bastaba para generar la energía suficiente como para que el aerogenerador produjera la corriente necesaria. Aquel proyecto quedó abandonado cuando nos fuimos a Irlanda, pero me dejó algunos componentes que he podido reaprovechar.
El principal es un panel solar de 100W que adquirí como sistema de apoyo para el aerogenerador. Éste sí que funcionaba espectacularmente bien. Incluso tuve durante un tiempo conectado un portátil al sistema de baterías que utilizaba, haciendo uso de un inversor. Pero en la práctica, el sistema tenía bastantes ineficiencias, y el portátil apenas aguantaba unas cuantas horas encendido antes de drenar completamente la batería. En su momento, para colocarlo en el tejado, me hice construir un bastidor metálico que anclé al lateral del tejado. En su día desmantelé el panel y lo guardé en Córdoba, pero el bastidor se quedó colocado (estaba fijado con pernos y tacos químicos, como para quitarlo de ahí), y allí estuvo durmiendo el sueño de los justos. Pero lo he traído de vuelta para este proyecto. Ha sido toda una sorpresa ver el bastidor, que seguía en perfectas condiciones en el tejado.
El segundo elemento, cómo no, ha sido el controlador de carga y la batería. El controlador es el proveniente de mi instalación eólica. En su momento adquirí un controlador dual, capaz de gestionar la carga proveniente de un aerogenerador trifásico en alterna y de un panel solar de 12 voltios en continua. Como es obvio, no estoy haciendo -ni lo voy a hacer- uso del aerogenerador, pero sí de la parte solar. Tras 5 años desconectado, tenía mis dudas de si seguiría funcionando. Pero lo hace, y perfectamente.
Por último, la batería: es una batería convencional de coche, de 12 voltios, proveniente de mi añorado Alfa 33. Estaba nueva cuando el coche se vendió en 2017, y estaba igualmente criando polvo en Córdoba. Ha sido necesario someterla a un ciclo de carga, pero de momento parece que está bien. He colocado tanto el controlador como la batería en una caja -ejem- estanca, con la idea de protegerlos de la lluvia. Me preocupa en cierta medida el posible calentamiento al que puedan estar sometidos, pero se han tirado varios días al sol, probando el nivel de calentamiento, y el resultado ha sido satisfactorio. En cualquier caso, este es un proyecto experimental, con idea de probar precisamente estas cosas.
EL sistema, por tanto, trabaja a 12 voltios en continua. Dado que voy a utilizar como elemento base para el gateway un dispositivo Heltec con Arduino, que trabajan a 5 voltios en continua, tendré que incorporar un elemento para convertir el voltaje. Probablemente haga uso de un buck converter DC-DC de 24v a 5v, regulable, como el que utilicé en el proyecto del difusor de aceites. Pero eso ya quedará para otro capítulo.
Etiquetas: aerogenerador, arduino, batería, buck converter, conversor, heltec, lora, lorawan, panel solar
01 sep 20 Gateway LoRaWAN: Introducción
Durante los últimos meses he estado haciendo algunos pinitos con la tecnología LoRa, como he ido relatando en este sitio. Me lo he pasado bastante bien trabajando con esta tecnología, y sobre todo, he disfrutado enormemente haciendo algunas pruebas de campo. Es por ello que he decidido dar un paso más en la secuencia, y estoy decidido a implantar un gateway LoRaWAN en casa, a fin de poder realizar estos experimentos de una manera más consolidada. Sin embargo, esta idea de implementar el gateway LoRaWAN no se queda sólo en la realización técnica del dispositivo, sino que tiene una serie de derivadas, que me permitirán explorar otras líneas tecnológicas en las que llevo tiempo pensando y -en algunos casos- años interesado.
Por ello, he decidido crear una nueva serie en esta bitácora, dedicada específicamente a la planificación, diseño, implementación y pruebas de mi gateway LoRaWAN. Sirva este breve artículo como introducción.
28 ago 20 Adaptación a IoT de un difusor de aceites esenciales TENSWALL con control remoto IR
Seguimos con las adaptaciones a IoT. Otra de las que he realizado recientemente es la integración en mi sistema de domótica basado en Home Assistant de un difusor de aceites esenciales controlado por infrarrojos. A principio de verano le regalamos uno de estos difusores a mis cuñados para su casa, pero como también nos gustó para la nuestra, nos decidimos a comprar uno. Elegimos un modelo en Amazon con iluminación y control remoto por infrarrojos, un Tenswall de 500 ml.
Difusor de aceites Tenswall de 500 ml y control por infrarrojos
Por lo que he podido averiguar, es un modelo bastante estandarizado vendido bajo multitud de marcas y fabricantes: se basa en el uso de frecuencias ultrasónicas para producir una vaporización del agua y los aceites esenciales a ella añadidos, generando una niebla que esparce las esencias, pero sin calentar el agua colocada en el depósito. Existen otros modelos más avanzados que integran capacidad WiFi y controlable desde una aplicación en el teléfono móvil, basado -por lo que recuerdo- en un ESP8266, pero el modelo que nosotros adquirimos tan sólo cuenta con capacidad IR. En realidad, una ventaja para lo que estaba buscando. El modelo que nosotros adquirimos tiene las siguientes funciones:
- Encendido/apagado
- Funcionamiento en modo intermitente (varios segundos generando niebla, varios segundos sin generarla)
- Funcionamiento en modo continuo
- Temporizador de funcionamiento a 60, 120 o 180 minutos, o bien en continuo
- Funcionamiento con mucha niebla o poca niebla
- Encendido de luces led, en modo carrusel, o 16 posiciones posibles
- Apagado de las luces led
Para realizar la adaptación a IoT, lo primero fue capturar los códigos IR enviados por el mando a distancia. Para ello utilicé un receptor IR y una librería arduino que ya en su momento empleé para leer códigos del aire acondicionado. Capturé cada uno de los códigos asociados a los comportamientos indicados más arriba. Los adjunto por si a alguien más le sirvieran, en formato raw, y su equivalencia en protocolo NEC:
- uint16_t rawDataOnOff[67] = {9040, 4466, 600, 532, 604, 530, 596, 538, 598, 536, 598, 534, 602, 532, 594, 538, 596, 536, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1644, 598, 1644, 596, 1646, 596, 1644, 594, 1646, 594, 1646, 594, 538, 596, 536, 598, 560, 576, 558, 566, 568, 568, 564, 572, 562, 574, 560, 576, 1640, 602, 1640, 600, 1640, 600, 1640, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1640, 600, 1642, 600}; // NEC FF00FF
- uint16_t rawDataIntermittent[67] = {9040, 4462, 592, 540, 594, 540, 596, 536, 598, 534, 602, 532, 592, 542, 594, 538, 598, 536, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1642, 600, 1642, 598, 1644, 598, 1644, 596, 1646, 596, 1646, 594, 1646, 594, 540, 596, 538, 598, 536, 600, 534, 602, 532, 594, 540, 596, 538, 598, 536, 600, 1640, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1640, 600, 1642, 598}; // NEC FF807F
- uint16_t rawDataContinuous[67] = {9032, 4466, 600, 532, 602, 530, 594, 538, 596, 536, 600, 534, 602, 530, 594, 540, 596, 538, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 600, 1642, 598, 534, 600, 1640, 600, 534, 592, 540, 594, 538, 598, 534, 600, 532, 592, 540, 596, 1644, 594, 538, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1644, 598, 1642, 598}; // NEC FF40BF
- uint16_t rawDataTiming[67] = {9032, 4464, 602, 530, 594, 538, 598, 536, 600, 532, 602, 530, 596, 538, 598, 534, 600, 532, 602, 1638, 604, 1636, 594, 1646, 594, 1646, 594, 1644, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 534, 600, 532, 604, 530, 596, 1644, 598, 534, 600, 534, 602, 532, 594, 540, 596, 1644, 596, 1642, 598, 1642, 598, 534, 602, 1638, 602, 1638, 602, 1638, 604, 1636, 604}; // NEC FF10EF
- uint16_t rawDataBigSmall[67] = {9034, 4466, 600, 532, 602, 530, 594, 538, 596, 538, 598, 534, 602, 532, 594, 566, 570, 564, 570, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 536, 600, 532, 602, 1638, 604, 530, 594, 538, 598, 536, 600, 534, 602, 532, 594, 1646, 594, 1646, 594, 540, 596, 1644, 596, 1644, 596, 1644, 598, 1644, 596}; // NEC FF906F
- uint16_t rawDataLight[67] = {9040, 4462, 594, 538, 596, 536, 598, 536, 600, 532, 602, 532, 604, 530, 596, 538, 596, 538, 598, 1644, 596, 1644, 598, 1644, 596, 1644, 596, 1646, 594, 1646, 594, 1648, 602, 1640, 602, 530, 594, 1648, 602, 532, 594, 1646, 594, 540, 596, 538, 598, 536, 600, 534, 600, 1640, 600, 532, 592, 1648, 602, 530, 594, 1648, 592, 1648, 592, 1648, 592, 1650, 602}; // NEC FF50AF
- uint16_t rawDataLightOff[3] = {9042, 2220, 596}; // NEC (Repeat) FFFFFFFFFFFFFFFF
Posteriormente pasé a crear un código arduino que se suscribe a un topic MQTT específico con el que se interactúa con el difusor. La idea es crear en Home Assistant un objeto que implemente las funciones del mando a distancia, y mapear los comandos enviados desde Home Assistant a los códigos IR anteriores. En Home Assistant, basta con crear un objeto de tipo luz, que implemente las funciones anteriormente descritas:
light:
- platform: mqtt
schema: json
name: Oil Diffuser & Light
state_topic: "<topic>"
command_topic: "<topic>/set"
brightness: true
rgb: false
effect: true
effect_list: [intermittent,continuous,timing,big/small,stopLight,lightOff]
…lo que genera una entidad con el siguiente aspecto:
Entidad generada en Home Assistant
Posteriormente, es necesario crear en Arduino un código que sea capaz de suscribirse al topic definido en Home Assistant, y reacciones a la información JSON enviada por éste. En realidad, todos los casos posibles son bastante sencillos. El caso que más complejidad tiene es el correspondiente a la luz, ya que el mismo botón/código sirve para encender la luz LED (que siempre empieza en carrusel de colores) y para rotar entre los 16 colores disponibles. En mi caso opté por mapear el deslizador de brillo definido (sin hacer uso de la paleta cromática) para escoger entre las 16 opciones de iluminación, más el modo continuo. En mi caso, opté por lo siguiente:
- En el caso de recibir “1″ como valor de brillo (valor mínimo): Apagar la luz LED
- En el caso de recibir “255″ como valor de brillo (valor máximo): Encender en el primer modo, correspondiente a la rotación de colores
- Para el resto de valores: Calcular en cuál de los 16 tramos de luz se encuentra el deslizador (dividiendo el valor por 16), enviar el código de apagado (que consiste en simular una pulsación continua del botón de control de la luz durante 2 segundos), enviar el código de luz para entrar en el modo de rotación de colores, enviar de nuevo el código para detener la rotación de colores, y posteriormente tantas veces el código de luz como el tramo en el que nos hallemos (ya que este es el funcionamiento del dispositivo).
Por último, es necesario cargar el código en un ESP8266, equipado con un emisor IR. Dado que el difusor de aceites que yo escogí dispone de abundante espacio, es bastante sencillo colocarlo. En mi caso, el difusor se alimenta con un transformador de 24v en continua, que no se puede utilizar directamente para alimentar al ESP8266. En mi caso, opté por utilizar un buck converter DC-DC de 24v a 3.3v, con lo que queda solventado el problema de la diferencia de voltaje. ¡Y listo! Con todo esto es posible controlar un difusor de aceites simple desde la domótica de la casa.
Etiquetas: difusor de aceites, domótica, esp8266, home assistant, infrarrojos, iot, json, mqtt
25 ago 20 Adaptación a IoT de un robot de limpieza Dirt Devil e integración en Home Assistant
Estos días he estado juegueteando un poco con un viejo robot de limpieza doméstico del Lidl, un Dirt Devil. Es un robot de limpieza bastante básico, con algo ya de tiempo a sus espaldas. No dispone de ninguna capacidad de integración con sistemas de domótica, ni nada que se le parezca. Es más, ni siquiera tiene WiFi. Pero tiene algo interesante: su funcionamiento se basa en el uso de un chip etiquetado como RV285R, que controla toda una placa de circuitos integrados para realizar las funciones del robot: movimiento de los cepillos, ventilador de succión, detección de golpes, sensores de vacío para que no se caiga por escaleras… El caso es que buscando un poco por Internet, encontré un par de páginas sumamente interesantes sobre cómo reemplazar este chip por un sistema Arduino. Así que aprovechando que sigo de vacaciones, no podía menos que dedicar algo de tiempo al asunto.
De acuerdo a la información compartida por Paijmans, el chip RV285R trabaja a 5 voltios, por lo que es posible hacerlo funcionar directamente en dispositivos Arduino. Con un trabajo de ingeniería inversa, fue capaz de obtener la información de a qué se dedican los pines del chip:
Yo he podido refinarlo un poco más, distinguiendo las funcionalidades de los pines:
- P50: Led azul, o de encendido
- P67: Detector de colisión (bumper)
- P66: Zumbador interno
- VDD: 5 voltios
- P65: Nada
- P64: Ventilador
- P63: Nada (Etiquetado como Reset por el fabricante)
- P51: Led rojo, o de indicación de batería baja
- P52: Motor de rueda izquierda, funcionamiento hacia delante
- P63: Motor de rueda izquierda, funcionamiento hacia atrás
- VSS: Tierra
- P60: Nada (aunque sospecho que es detector de depósito lleno del robot)
- P61: Motor de rueda derecha, funcionamiento hacia delante
- P62: Motor de rueda derecha, funcionamiento hacia atrás
Una vez identificados los elementos del chip, era hora de abrir el robot. Se puede apreciar el chip en la parte central de la placa:
Aunque en Paijmans indican que es posible puentear cada una de las patas del chip y conectarlas directamente al arduino (ya que éste tiene más fuerza en las señales que las que pasa el chip), en mi caso he optado por desoldarlo, y conectarle cables de prototipado. Aunque en un principio parecía una buena idea, al poner de nuevo las carcasas del robot, en mi caso saltaron un par de soldaduras de sus pistas, por lo que tuve que hacer trabajo extra de soldadura. Recomiendo soldar directamente al cable:
Una vez soldados los cables, el siguiente paso es el dispositivo Arduino. He optado por hacer uso de un Wemos D1 Mini Pro, de la familia de los ESP8266, ya que proporciona capacidades WiFi, y viene sin los bornes para los cables de prototipado, por lo que podía soldar directamente los cables para ahorrar espacio. Para la lógica del mismo me he basado en la creada por Conrad Vassallo (Converting a cheap Vacuum Robot into IoT) en su proyecto de domotización, ya que está preparado para integrar directamente en un sistema de domótica Home Assistant.
Algunos comentarios:
- He tenido que hacer algunas modificaciones al trabajo de Conrad, ya que en el código que comparte faltaba la parte de conectar a la red WiFi el ESP8266. También he eliminado algunas librerías de las que no se hacía uso (EEPROM, Wire). Además he tenido que adaptar los valores de detección de batería baja (más en el siguiente punto) para que se amoldara a mi caso.
- Conrad ha añadido al proyecto base una idea interesante: un detector de voltaje de la batería de 16v del robot. Usa para ello el pin A0 del ESP8266, que tiene capacidad para medir voltajes. Sin embargo, es necesario utilizar un conversor de voltaje para no quemar el disposito. Un simple divisor de voltaje con dos resistencias funcionará bien, y esta información estará disponible para Home Assistant.
- Carga el código antes de soldar los pines provenientes de la placa. Una vez soldados, ya no es posible cargar código al Wemos a través del puerto microUSB, ya que el pin D4 mete ruido. En mi caso, tuve que desoldar. Para evitar este problema sería interesante añadir actualización OTA, pero me temo que eso quedará para una nueva versión.
Esquema de conexiones del D1 Mini Pro. Atención al uso del pin D4 para el envío de datos como puerto serie desde el Arduino IDE
Por último, queda la parte de Home Assistant. Con añadir el siguiente código a la configuración, el sistema estará preparado para interactuar con el robot:
vacuum:
- platform: mqtt
command_topic: "vacuum/command"
battery_level_topic: "vacuum/state"
battery_level_template: "{{ value_json.battery_level }}"
charging_topic: "vacuum/state"
charging_template: "{{ value_json.charging }}"
cleaning_topic: "vacuum/state"
cleaning_template: "{{ value_json.cleaning }}"
docked_topic: "vacuum/state"
docked_template: "{{ value_json.docked }}"
error_topic: "vacuum/state"
error_template: "{{ value_json.error }}"
El intercambio de información entre el robot y Home Assistant se realiza mediante MQTT. A continuación se puede ver una captura de los datos intercambiados:
¿Y el resultado? Espectacularmente bueno. Dejo un par de vídeos. El primero, con el robot aún abierto, y con una Victorinox haciendo de contrapeso, ya que si no, los sensores de vacío entran en funcionamiento:
…y el segundo, ya con las carcasas colocadas, y probando algunas funcionalidades adicionales, como la limpieza específica en un punto concreto:
Fuentes:
Etiquetas: arduino, dirt devil, domótica, esp8266, home ass, home assistant, iot, mqtt, rv285r, wemos d1 mini pro
Medidor de entropía
