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- Herausgeber: Editora NCB
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Spanisch
Internet de las cosas (IoT) ya es una realidad y un camino sin regreso de la tecnología. Para los profesionales involucrados en los diversos campos de la ingeniería, tenemos un nuevo mercado lleno de oportunidades para nuevos productos y servicios. Un mercado donde los procesos industriales, electrodomésticos, vehículos y todo lo que pueda imaginar están conectados a Internet, obteniendo y almacenando datos más precisos sobre el medio ambiente, la vida cotidiana de los clientes, la producción agrícola o industrial de forma rápida y sencilla. dinámico Esto es un hecho: Internet de las cosas será la columna vertebral de la toma de decisiones y la creación de valor en gran parte del mercado. ¿Quién no querría un refrigerador que advierte a través de Internet cuando un alimento en particular está a punto de caducar o ya ha terminado? ¿O un automóvil que envía un mensaje, basado en el perfil de manejo del conductor, que contiene algunas indicaciones de mantenimiento preventivo para que la operación no se vea afectada? ¿O que los dispositivos advierten a través de Internet cuando están cerca de necesitar mantenimiento, evitando así un dolor de cabeza para el usuario? Para ser parte del mercado de IoT, este es el momento adecuado para aprender, para familiarizarse con hardware y proyectos de vanguardia en esta área. ¡Y ahí es exactamente donde encaja este libro! Con este libro, podrá aprender más sobre ESP32, uno de los SoC más utilizados en la actualidad para Internet de las cosas, así como también sobre la tecnología LoRa, con proyectos que combinan lo mejor de ambos mundos para que pueda ingresar a esta área con conocimiento sólido ¿Nuevo en el tema? ¡Sin problemas! Este libro tiene un estilo más creador, solo para que aprenda de manera más ligera y práctica, centrándose en los puntos principales para el dominio de las tecnologías presentadas. En este libro aprenderás: ¿Qué es el ESP32? ¿Qué es LoRa? ¿Por qué LoRa es tan importante en Internet de las cosas? Proyectos que combinan WiFi y LoRa, mostrándole la forma de hacer sus propios proyectos con estas tecnologías. Después de todo, hacer un dispositivo inspirado en la serie estadounidense Stranger Things, ¡la tecnología también debe ser divertida! Todo esto ligero, fácil de leer y orientado a la práctica.
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Seitenzahl: 147
Veröffentlichungsjahr: 2019
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Ähnliche
Proyectos con ESP32 y LoRa
Pedro Bertoleti
São Paulo - 2019
www.incb.com.mx
Director Responsable: Newton C. Braga
Coordinación: Renato Paiotti
Traducción: Rosa Leca
PROYECTOS CON ESP32 y LORA
Autor: Pedro Bertoleti
São Paulo - Brasil - 2019
Palabras clave: Electrónica - Ingeniería Electrónica - Componentes - Circuitos Prácticos - Colección de Circuitos - Proyecto Electrónico - ESP32 – LoRa
Copyright by INSTITUTO NEWTON C BRAGA.
1ª edicion
Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial, por cualquier medio o proceso, especialmente por sistemas gráficos, microfónica, fotográfico, reprográfico, fonográfico, video gráfico, actualmente existente o que se inventará. Prohibida la memorización y/o la recuperación total o parcial en cualquier parte de la obra en cualquier programación juscibernetico actualmente en uso o que se desarrollará o desplegará en el futuro. Estas prohibiciones también se aplican a las características gráficas de la obra y su publicación. La infracción del derecho de autor es punible como delito (art. 184 y párrafos, del Código Penal, cf. Ley No 6.895, de 17/12/80) con prisión y multa, conjuntamente con registro e incautación y despido de varias (artículos 122, 123, 124, 126 de la Ley No 5.988 , 14/12/73, Ley de los Derechos del Autor).
Dedicación
Dedico este libro primero a mi esposa, Liliane Paulino Ferreira do Nascimento, por todo el apoyo, comprensión y aliento para la preparación de este libro y todos los artículos y publicaciones que ya he escrito. Nada de esto habría pasado sin su apoyo.
También dedico a mis padres (Janete Lara Fonseca y Donato Antonio Bertoleti) y a mi hermana (Isabella Aparecida Fonseca Bertoleti) a enseñarme los valores de dedicación y honestidad, por creer en mi potencial y por estar conmigo en esta gran, ardua y gratificante viaje que fue el estudio de la ingeniería eléctrica y electrónica.
También dedico este libro a Newton C. Braga y Renato Paiotti, personas que me animaron a escribirlo y que hoy son más que compañeros de trabajo y consejeros: son verdaderos amigos.
Este libro también está dedicado a los escritores y administradores del portal Embarcados (www.embarcados), por todo el apoyo en descubrimientos, estudios, amistad y ayuda en los últimos años. En particular, agradezco a mi amigo Haroldo Luiz Moretti do Amaral por todas las conversaciones y consejos sobre hardware y acondicionamiento de señales.
Por último, agradezco los años de compañerismo y convivencia de mi gatita domestica Leía, que desgraciadamente nos dejó a poco. Ella siempre lleno mi hogar de alegría e hizo que mi vida y la de mi esposa más ligera, más suave y más divertida. La echaremos de menos para siempre.
Prefacio
Uno de los temas más importantes de la tecnología electrónica en nuestros días es el relacionado con la Internet de las cosas o IoT (Internet of Things). Los makers están utilizando lo más moderno en la creación de proyectos innovadores que deben estar presentes en todas las partes del mundo a partir de ahora.
Dominar la tecnología que está integrada en las aplicaciones de la Internet de las cosas es por lo tanto de vital importancia para los makers y este libro aborda precisamente este tema. En él, el autor que es un experto en el tema, un ingeniero de renombre mostrará cómo utilizar el módulo Wifi LoRa 32 (V2) dando ejemplos prácticos en proyectos que pueden ser montados por el propio lector. El contenido, bastante didáctico, también servirá como referencia para los lectores que deseen crear sus propios proyectos. Además de dar lo básico esto le inspirará a hacer que el lector cree el proyecto innovador que puede traerle el éxito financiero o la satisfacción personal que está buscando.
Para nosotros, de la editorial del Instituto Newton C. Braga, es motivo de gran satisfacción publicar este libro.
Newton C. Braga
Introducción
¡Hola Lector(a)!
En primer lugar, muchas gracias por decidir leer este libro. Sepa que, para mí, ya es un honor tener su atención e interés en la lectura.
Si ha llegado a este libro, probablemente está empezando o ya está inmerso en el mundo del Maker. Probablemente, los términos Arduino, la Internet de las Cosas, sistemas despachados y sensores le deben ser comunes. De lo contrario, definitivamente le aconsejo que lea un poco sobre ello antes de continuar, sólo para asegurarse de que entiende todo lo que está escrito en ese libro.
Este libro abordará el uso del módulo Wifi LoRa 32 (V2), un módulo que permite, entre otras opciones, la comunicación por la Internet y LoRa. El módulo se utilizará en proyectos con contexto para su uso en la Internet de las Cosas, cubriendo: comunicación a través de la Internet, Comunicación LoRa, lectura de sensores y control de actuadores (motores eléctricos DC, por ejemplo).
Pero ¿por qué hablar de proyectos en el contexto de la Internet de las Cosas? ¿Por qué sería tan importante? Veamos:
Es posible que haya notado que parte del presente y gran parte del futuro cercano de la tecnología implicará la Internet de las Cosas. Así que todo sería genial si todo el equipo pudiera tener acceso directo a Internet, que por desgracia no es la realidad, ya sea en Brasil o en cualquier otro país del mundo. Para resolver esto, se han creado Gateway IoT, que son simplemente fundamentales para conectar la información enviada por equipos que no tienen acceso directo a la Internet (información enviada a través de radio de largo alcance/alta inmunidad) y Conectividad a la Internet. Observe:
La tecnología LoRa vino a abastecer esta demanda, siendo hoy uno de los grandes exponentes de la comunicación de gran alcance y bajo consumo del mercado y gran aliado de la Internet de las Cosas.
Pronto, este libro abordará proyectos que utilizan como elemento principal un módulo con conectividad LoRa y Wifi (Internet), dándole, lector, un buen equipaje para hacer proyectos completos en el contexto de la Internet de las Cosas.
El libro se divide en ocho capítulos:
Capítulos 1, 2 y 3:
Estos capítulos te contextualizarán sobre lo que es LoRa, qué es el ESP32 y de qué está compuesto el módulo Wifi LoRa 32 (V2). Estos capítulos constituyen una base teórica fundamental para la plena comprensión de los siguientes capítulos. Para familiarizarse con la programación del módulo Wifi LoRa 32 (V2), hay un código - fuente del tipo "Hello World" del módulo en el capítulo 3.
Capítulos 4, 5, 6, 7 y 8:
Aquí, hay un enfoque más práctico, con proyectos completos con circuito esquemático y códigos - fuente. Tales proyectos son variados, desde aplicaciones muy similares a los sistemas profesionales hasta un gadget inspirado en el serial estadounidense Stranger Things para hacer su local de trabajo más divertido.
Hablando de los códigos - fuente de los proyectos realizados, estos se pueden encontrar en su totalidad en 2 ubicaciones:
En los propios capítulos, para una comprensión completa de los proyectos
En el repositorio Github oficial del proyecto: https://github.com/phfbertoleti/livro_projetos_esp32_LoRa
Todavía en los códigos - fuente, asegúrese de leer cuidadosamente los comentarios presentes en él. Esto te hará entender el 100% de lo que hace y te guiará a través de los cambios/adaptaciones que quieras hacer en el futuro.
¿Tiene curiosidades de cómo se desarrollará el libro? ¡Sigamos adelante!
Capítulo 1: Introducción a LoRa
La Internet de las Cosas o IoT fue (y sigue siendo) un gran salto en términos de tecnología. En términos generales, la Internet de las Cosas, si se aplica correctamente, permite que los dispositivos no sólo sean generadores o actuadores de información controlables remotamente; Permite la generación de valor en una operación. Dispositivos que contribuyen a la generación de datos que conducirán a una mejor toma de decisiones, generación de información compacta y extremadamente útiles para la mejora continua de los procesos y similares ES, sin duda, el propósito de la Internet de las Cosas.
Sin embargo, no todas las ubicaciones donde hay procesos que se deben mejorar están bajo la cobertura de la señal de la Internet, ya sea por cable o de forma inalámbrica. Por lo tanto, debe haber un dispositivo concentrador - llamado Gateway - que tenga acceso a la Internet y que pueda comunicarse con estos dispositivos de forma remota, integrando así dispositivos desde ubicaciones remotas a sistemas conectados a la Internet. En esta comunicación con los dispositivos, en la esfera inalámbrica, hay varias tecnologías de radios elegibles, pero una de ellas ha alcanzado gran protagonismo: LoRa. La tecnología de radio LoRa permite la comunicación inalámbrica, con bajo consumo y con alcance en el orden de kilómetros, siendo así muy adecuada para proyectos de la Internet de las Cosas.
En este capítulo, aprenderá qué es LoRa, qué topología de red se utiliza y más información para corregir bien el tema.
LoRa - ¿Qué es?
En pocas palabras, LoRa es una tecnología de radiofrecuencia que permite comunicaciones de larga distancia (en el orden de magnitud de unos pocos kilómetros) con bajo consumo de electricidad. Incluso, el nombre LoRa proviene de Long Range, un acrónimo adecuado para su funcionamiento.
En términos de frecuencias de funcionamiento, la tecnología LoRa utiliza frecuencias sub-giga Hertz (por debajo de 1 GHz), en bandas dedicadas según las regiones del planeta. Observe la Tabla 1, donde están las definiciones de las bandas de frecuencia destinadas a LoRa en las principales regiones del planeta.
Región
Banda
Estados Unidos y Américas
Desde 902MHz hasta 928MHz
Europa
Desde 863MHz hasta 870MHz
China
Desde 779MHz hasta 787MHz
Tabla 1 - bandas de frecuencia LoRa licenciadas en las principales regiones del planeta
Topología de red
El LoRa se puede utilizar en forma de una red, formando así una (LPWAN). (Low Power Wide Area Network). En la topología de red, el LoRa funciona en la topología de estrella (una central/concentrador y N nos/ end devices) o punto a punto, dependiendo de la cantidad de radios LoRa en el enlace en cuestión.
Esto se debe a que, en una comunicación LoRa "pura", no hay direccionamiento de red (aunque existe una posibilidad entre varios radios LoRa, por default, no hay direccionamiento). Pronto, si hay dos dispositivos en un enlace de comunicación, la comunicación es punto a punto (un dispositivo transmite y el otro recibe); Si hay tres o más dispositivos en un enlace, todos recibirán la información transmitida por cualquiera de los radios LoRa implicadas, por lo que el comportamiento proviene de una topología de estrella.
Tipos de flujo de datos permitidos
En cuanto a los tipos de flujo de datos permitidos, LoRa es muy versátil, permitiendo el tráfico de datos de tres maneras distintas:
Simplex:
Un radio sólo transmite datos y las otras N radios de la red solo reciben datos. En otras palabras, es una comunicación unidireccional entre el
concentrador/central
y
nos/end-devices
.
Half-dúplex:
todas los radios de red transmiten y reciben datos, pero nunca hay transmisión y recepción simultáneas. En otras palabras, en un instante de tiempo, un radio de red puede estar transmitiendo O recibiendo datos, nunca ambos.
Full dúplex:
todos los radios de la red transmiten y reciben datos, y puede haber transmisión y recepción simultáneas.
¿Por qué usar LoRa?
LoRa presenta grandes ventajas de uso en la comunicación entre dispositivos finales y entre dispositivos finales y central/Gateway, con estas ventajas centradas en el alcance, bajo consumo de energía eléctrica e inmunidad a interferencias. Observe:
Alcance y consumo de energía eléctrica:
Los radios LoRa tienen un alcance muy grande con bajo consumo de electricidad en comparación con otros radios en el mercado del mismo orden de alcance de magnitud. Utilizando antenas bien dimensionadas es posible establecer la comunicación entre dos nudos con distancias del orden de magnitud de kilómetros, algo extremadamente útil para proyectos tanto en zonas rurales como urbanas.
Inmunidad a la interferencia:
El Radio LoRa tiene una gran inmunidad a las interferencias, algo fundamental en los entornos urbanos. Además, el radio LoRa funciona a frecuencias inferiores a 1 GHz (en la llamada banda ISM de frecuencia), operando así en una banda de frecuencias diferente de la gran mayoría de los dispositivos electrónicos (que en su mayoría operan a frecuencias superiores a 1 GHz, como 2.4 GHz y 5 GHz). Esto disminuye aún más las posibilidades de interferencia.
Costo:
en comparación con las soluciones del mismo orden de magnitud del alcance físico del radio, LoRa es una de las mejores relación costo - beneficio. Además, debido a que el consumo de electricidad es bajo en LoRa, hay otro factor de reducción de costos involucrado: si el radio LoRa se utiliza en dispositivos remotos con batería, a largo plazo el número de intercambios de batería será menor (en comparación con el mismo paisaje con tecnologías de mayor consumo de energía). Por lo tanto, a largo plazo, esto significa un ahorro significativo en el mantenimiento del dispositivo.
Dadas las ventajas anteriores, el radio LoRa se considera una gran opción para proyectos tanto en entornos rurales como urbanos.
Puntos de atención al uso de LoRa
Un punto de atención al uso de la tecnología LoRa es que se trata de prohibición en aplicaciones que requieren un alto flujo de datos, como streaming de imágenes y audio, por ejemplo. El radio LoRa cuenta con bajo data rate o tasa de transmisión de datos. Por ejemplo, en el chip SX1276 (fabricante: Sintech), que funciona a 915 MHz, el data rate máximo es de 37,5 kbps, siendo así un data rate muy bajo para la transmisión masiva en tiempos satisfactorios.
Otro punto de atención es que LoRa no proporciona (de forma nativa) la seguridad de los datos de tráfico. Es decir, es responsabilidad del proyectista, desarrollador o arquitecto de softwares hace la encriptación en la recepción. Este es un punto de atención muy relevante en el tratamiento de proyectos en el concepto de la Internet de las Cosas, ya que las brechas en la seguridad en este tipo de proyectos pueden traer consecuencias desastrosas para un negocio.
¡Atención!
Antes de leer este capítulo, probablemente ya debe haber oído hablar de LoRa antes, tal como puede haber visto el nombre LoRaWAN en sitios de tecnología, seminarios, conferencias, seminarios web y entre conversaciones con colegas de la zona. Por lo tanto, aprovecho esta oportunidad para decir que LoRa y LoRaWAN son cosas diferentes.
LoRa, como se ve hasta entonces en este capítulo, es una tecnología de comunicación para largas distancias con bajo consumo de electricidad. Este nombre se refiere al radio LoRa, que trae todos los beneficios conectados al alcance, inmunidad a la interferencia y bajo consumo de tecnología. En resumen, LoRa significa tecnología de radio y enlace de radio.
LoRaWAN se trata de un protocolo de red definido en software que utiliza LoRa como canal de transmisión / capa física. El LoRaWAN es un estándar libre/abierto, que le permite hacer una red completa, con direccionamiento de dispositivos, Gateway, mecanismos de ante colisión de paquetes y todo lo demás requerido en una red en sí. En pocas palabras, el protocolo LoRaWAN implementa los detalles de funcionamiento, seguridad, calidad de servicio, configuración de potencia con el objetivo de maximizar la duración de la batería de los módulos. En otras palabras, LoRaWAN es un protocolo de red que utiliza LoRa como canal de transmisión, haciendo que se establezca una estructuración de red basada en la tecnología de radio LoRa. En términos de costo, LoRaWAN difiere aún más de la LoRa Pura, ya que además del hardware involucrado en los radios LoRa, requiere el uso de un Gateway LoRaWAN, un dispositivo que hasta el momento de escribir este libro no presenta, a lo sumo, precios atractivos.
En el caso del Gateway de enlace de LoRaWAN, hay una diferenciación más: La Gateway de enlace hace que el LoRaWAN también participe en la parte llamada servidor de aplicaciones, como se muestra en la figura 1. Los servidores de aplicaciones son programas específicos que reciben (mediante solicitud o de forma automática) los paquetes de los servidores de red y de acuerdo con la información realizan una o más acciones específicas. En otras palabras, el LoRaWAN también cubre la capa de aplicación y la toma de decisiones automáticas, alineando así aún más con el contexto de la Internet de las Cosas.
Figura 1 - Arquitectura de una red LoRaWAN
En una analogía libre, es como si LoRa fueran las ruedas de un coche y el LoRaWAN o motor. El motor, utilizando las ruedas, puede hacer que el coche se mueva para tener su movimiento controlado. Las ruedas, aunque no exactamente quién produce la fuerza motriz, son necesarias para que el motor pueda desempeñar su papel. Sin las ruedas, el motor no haría nada en el movimiento. Asimismo, LoRa ofrece al LoRaWAN una forma de operar, estableciendo así una red completa.
LoRa Alliance
LoRa Alliance es otro tema/nombre recurrente cuando se habla de LoRa. LoRa Alianza es una asociación sin fines de lucro de grandes empresas tecnológicas, construida para promover el rápido crecimiento de LPWANs a través del desarrollo de LoRaWAN. En esta alianza, todos ganan: las empresas participantes están integradas en un ecosistema rico en ideas y oportunidades de negocio en la Internet de las Cosas, mientras que aquellos que utilizan las redes LoRaWAN tienen una cobertura cada vez mayor de LPWANs y tienen una protocolo o libre / abierto cada vez más robusto y seguro.
Gigantes del mercado como Cisco, Google, ST Microelectrónicas y ARM son algunos de los miembros actuales de la Alianza LoRa. Hasta el momento de la redacción de este libro, la LoRa Alliance cuenta con más de 500 empresas participantes.
Si desea saber más sobre LoRa Alianza y sus avances, le recomiendo visitar la página web oficial: https://lora-alliance.org/
