Pàgina principal

things.cat
Una pàgina pràctica sobre la Internet de les Coses

Dispositius IoT. Maquinari i microprogramari

Al maquinari li diem hardware en anglès.

Al microprogramari li diem firmware en anglès.

IoT és l'acrònim d'Internet of Things. En català abreujat li podríem dir IdC per a referir-nos a la Internet de les Coses. En el moment d'escriure aquest text, la comunitat catalanoparlant sembla haver optat per referir-se als dispositius de la Internet de les Coses com a dispositius IoT. Si el termcat es pronuncia de manera diferent, provaré d'adaptar la terminologia.

Controladors

Als controladors els hi diem drivers en anglès.

El xip FT232 ha estat durant molt de temps el xip més comú per convertir d'USB a UART. Fins al punt que se'n van fer còpies pirates. Una actualització del sistema operatiu privatiu Windows va explotar una característica dels xips pirates: els xips pirates tenien el registre d'identificació USB de lectura i escriptura i l'original era tan sols de lectura. L'actualització que va fer Windows provocava l'escriptura d'aquest registre i hi escrivia un zero, que feia que el sistema operatiu ho identifiqués com a concentrador USB i no com a controlador d'UART, fent que el maquinari quedés inservible. A l'any 2014 em vaig veure atrapat amb uns quants Arduino Nano que duien aquest xip pirata i vaig escriure How to recover bricked fake FT232 per a poder-los reprogramar i poder-los fer servir amb sistemes operatius lliures GNU/Linux.

A partir d'aquell moment, bona part de les plaques de fabricació xinesa van començar a dur, massivament, el xip CH340 per a convertir d'USB a UART.

Controlador CH340

Controlador FT232

C / C++

Biblioteques per Arduino, ESP8266 i ESP32

Codis per Arduino, ESP8266 i ESP32

ESP8266

Afegint la targeta ESP8266 a l'IDE d'Arduino (NodeMCU1.0)

esp8266_udpServer_01.ino Codi UDP per a ESP8266

MQTT a l'ESP8266

ESP32

esp32_udpServer_01b Codi UDP per a ESP32

esp32_i2cScanner_02.ino Adreces de dispositius I2C connectats

Exemple de ModBus RTU fent servir NodeRED i ESP32 (amb la placa IoT PLB)

ESP32 Arduino: Creating a FreeRTOS task

Multitasking on ESP32 with Arduino and FreeRTOS

ESP-IDF

Get Started

Get started with ESP-IDF and ESP32-DevKitC: debugging, unit testing, project analysis

Python

Accés al maquinari de la Raspberry Pi emprant Python

Com connectar-hi pantalles OLED SSD1306 (128x64)

Ús d'entrades analògiques amb l'ADS115 controlant sortides PWM

Micropython

Micropython and the Internet of Things

MicroPython port to ESP8266

MicroPython port to the ESP32

ESP32 – Getting started with MicroPython

Get on the Good Foot with MicroPython on the ESP32

Exemple en micropython de comunicació MQTT amb un ESP32 i el sensor DS18B20 (One Wire Interface)

Exemple en micropython de comunicació MQTT amb un ESP32 i el sensor BME280 (I2C)

Sistemes operatius encastats

Raspbian

Remote Access

How to Install Mosquitto Broker on Raspberry Pi

Adaptació per a que la Raspberry Pi funcioni com a punt d'accés donant adreces IP de classe B

Instal·lació dels nodes node-red-contrib-ttn i node-red-contrib-modbustcp-no-pooling a la Raspberry Pi

Instal·lació de l'OPC-UA a la Raspberry Pi, fent servir Python, i control des d'Indusoft

Pràctica de connexió remota a una Raspberry Pi

Mongoose OS

Guia ràpida d'introducció a Mongoose OS[en]

Sensors

Sensors de so

Control remot dels dispositius IoT. Programari

Al programari li diuen software en anglès.

Protocols

TCP/UDP Capa de transport d'Ethernet

Instal·lació d'un servidor de sòcols web a un Debian amb Apache

MQTT(S)

Introducció a MQTT

Beginners Guide To The MQTT Protocol by Steve's Internet Guide

MQTT explained by Andy Stanford-Clark (co-inventor of MQTT). Article written in 2017, and refering to v3.1.1

MQTT 5 Essentials by HiveMQ

MQTT Brokers/Servers and Cloud Hosting Guide by Steve's Internet Guide

MQTT Explorer An all-round MQTT client that provides a structured topic overview

MQTT a Snap!

Public MQTT(S) brokers

mosquitto

HiveMQ MQTT broker

MQTT brokers online with a free offer to test and connect IoT to the internet

MQTT(S) implementations

MQTTS y NodeRED

Comparison of MQTT implementations

test.mosquitto.org

emqx.io

VerneMQ

Webhooks

What Are Webhooks And How They Work

Exemple bàsic de funcionament de Webhooks. Servidor i client en node.js

Programació local (ordinadors d'escriptori i dispositius mòbils)

Configuració de MQTT Dash (aplicació per Android)

Mosquitto local a l'ordinador

How to Install Mosquitto MQTT Broker/Server on Ubuntu 16.04

Instal·lació de Mosquitto a Windows

Per a actualitzar les claus dels dipòsits de Debian:

wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-repo.gpg.key
sudo apt-key add mosquitto-repo.gpg.key

SCADA

SCADA fent servir Python QML i Arduino

Núvol

Instal·lació de Node.js i npm

Instal·lació de node i npm

ecat@iot-ecat:~$ sudo bash
root@iot-ecat:/home/ecat# curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_14.x | bash -
root@iot-ecat:/home/ecat# apt install -y nodejs
root@iot-ecat:/home/ecat# exit
ecat@iot-ecat:~$ node --version
v14.15.4
ecat@iot-ecat:~$ npm -- version
6.14.10

Node-RED

Introducció al Node-RED

Gestió de Node-RED

Node-RED Developer para IoT. Nivel I

Instal·lació i funcionament del NodeRed autònom

ecat@iot-ecat:~$ mkdir bin
ecat@iot-ecat:~$ cd bin
ecat@iot-ecat:~/bin$ sudo apt install unzip
ecat@iot-ecat:~/bin$ mkdir nodered-ui
ecat@iot-ecat:~/bin$ cd nodered-ui
ecat@iot-ecat:~/bin/nodered-ui$ wget https://www.binefa.cat/IoT/nodeRed/node_red_ui.zip
ecat@iot-ecat:~/bin/nodered-ui$ unzip node_red_ui.zip
ecat@iot-ecat:~/bin/nodered-ui$ node node_modules/node-red/red.js --userDir node_modules/node-red/data --settings node_modules/node-red/settings.js -v --port 2222 --title elmeuTitol --safe flows_meuTitol.json

UDP

Codi NodeRED per a esp8266_udpServer_01.ino i esp32_udpServer_01b

MQTT(S)

MQTT i MQTTS

Exemple amb MQTT i NodeRED emprant ESP8266 i ESP32

Exercici amb MQTT i NodeRED emprant ESP8266

Elevador en Snap! controlat remotament amb MQTT mitjançant NodeRED fent crides HTTP

MQTT Explorer

Telegram

Un exemple d'us de Telegram amb el NodeRed

Modbus TCP

Arxius per treballar amb Modbus TCP El segon vídeo explica i compara Modbus RTU i Modbus TCP

ModBus TCP al NodeRED

Alguns nodes extra

node-red-contrib-google-sheets

node-red-contrib-google-sheets al Github

Sistemes d'emmagatzematge i visualització

Base de dades de sèries temporals InfluxDB

Instal·lació de Grafana a Debian[en]

Sentilo

Xarxes d'àrea estesa de baix consum (LPWAN)

Conceptes teòrics

Xarxa de llarg abast (WAN)

Espectre eixamplat (Chirp Spread Spectrum)

Espectre eixamplat per seqüència directa (DSSS)

Espectre eixamplat per salt de freqüència (FHSS)

What is LPWAN?

Comparison table of Low Power WAN alternatives

LoRa

LoRa

SigFox

Registering SiPy with Sigfox

Interacció amb SiPy1.0r de pycom

Antenes

Andreas Spiess video: "#182 ESP32 Lora Boards: What you need to know before you buy (incl. Antenna knowledge)"

Bots

Bot de Telegram

Bot de Telegram

Bot de Mastodon

No totes les instàncies de Mastodon faciliten la instal·lació de bots. Per a fer les primeres passes us recomano aquesta instància pensada per allotjar bots de Mastodon.

Exemple de bot de Mastodon per a fer lectures de sensors cada hora.

Getting credentials for the Mastodon API with Mastodon.py, step by step

VPS

Introducció als contenidors docker

Servidor intermediari invers

Mediawiki

File Browser

Apache i PHP

Redireccions a subdomini

MQTT broker with Secure WebSocket using Traefik, Docker Compose and Let’s Encrypt

Snap!

Snap! al GitHub

Versió pública d'Snap! amb SSL. Amb el JavaScript desactivat per defecte.

Versió pública d'Snap! sense SSL. Amb el JavaScript desactivat per defecte.

JavaScript per defecte

Per raons de seguretat, s'ha desactivat el JavaScript per defecte. Si us munteu el vostre propi servei al núvol, per a poder cridar programes vostres amb funcions amb JavaScript, heu d'afegir aquesta línia, en negreta, a l'arxiu snap.html:

       <script>
           Process.prototype.enableJS = true; // <-- Per a tenir seleccionat el JS per defecte
           var world;
           window.onload = function () {
               if ('serviceWorker' in navigator) {
                   navigator.serviceWorker.register('sw.js');
               }
               world = new WorldMorph(document.getElementById('world'));
               new IDE_Morph().openIn(world);
               loop();
           };
           function loop() {
               requestAnimationFrame(loop);
               world.doOneCycle();
           }
       </script>

MQTT for Snap!

MQTT4Snap !, desenvolupat per en Xavier Pi.

Hello World emprant MQTT amb SSL

Hello World emprant MQTT sense SSL

Una aproximació a OPC-UA

OPC-UA

Placa IoT-02

Placa IoT-02

Programació remota (OTA)

Dos programes de prova de programació remota

IoT-02_OTAWebUpdater_01 (Fa pampallugues el led blanc) Per a que us funcioni, haureu d'actualitzar el codi amb el vostre nom de xarxa sense fils (SSID) i la vostra contrasenya d'accés.

IoT-02_OTAWebUpdater_02 (Fa pampallugues el led verd) Per a que us funcioni, haureu d'actualitzar el codi amb el vostre nom de xarxa sense fils (SSID) i la vostra contrasenya d'accés.

Programació a la vora (edge)

L'ordinador a la vora (edge) pot ser un ordinador normal, habitualment de poca potència, del tipus Raspberry Pi.

Per a tenir visibilitat externa de la pàgina web servida per la placa IoT-02 (per exemple amb la IP 192.168.1.151:80), ho redireccionarem a un port ( 192.168.1.151:80 --> localhost:5001 )

Per a fer funcionar simple-port-forwarding.js caldrà haver afegit el paquet http-proxy:

npm install http-proxy

El codi nodejs de redireccionament (suposant que la placa IoT-02 ha adquirit l'adreça IP 192.168.1.151):

var httpProxy = require('http-proxy');
var targetHost = '192.168.1.151';
var portOrigen = 80;
var portDesti = 5001;
httpProxy.createProxyServer({target:'http://' + targetHost + ':' + portOrigen}).listen(portDesti);

Per a fer aquest redireccionador sigui un servei, es copia myForwardingService.service a la carpeta /etc/systemd/system o el fem de nou amb un editor:

cd /etc/systemd/system
sudo nano myForwardingService.service
sudo chmod 755 myForwardingService.service
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start myForwardingService

Per a veure l'estat del servei:

systemctl status myForwardingService

I per a fer que el servei es posi en marxa al reiniciar l'ordinador a la vora:

sudo systemctl enable myForwardingService

Programació al núvol

Mitjançant una xarxa virtual privada (VPN) de l'estil ZeroTier podem fer que l'ordinador a la vora i l'ordinador al núvol comparteixin la mateixa xarxa.

Suposant que l'ordinador a la vora té la IP 10.242.156.158, podem redireccionar-hi 10.242.156.158:5001 --> localhost:7007 :

var httpProxy = require('http-proxy');
var targetHost = '10.242.156.158';
var portOrigen = 5001;
var portDesti = 7007;
httpProxy.createProxyServer({target:'http://' + targetHost + ':' + portOrigen}).listen(portDesti);

I així tenim accés remot des del núvol, connectant mitjançant l'ordinador a la vora que es connecta a la placa IoT-02.

Per accedir-hi des del navegador, escriviu a la URL:

<nom_de_domini>:7007

Això visualitzarà el que presenta l'ordinador a la vora (la IP és la VPN a l'ordinador a la vora):

10.242.156.158:5001

Que al seu temps presenta el servei pel port 80 de la placa IOT-02 connectada a la mateixa xarxa local que l'ordinador a la vora:

192.168.1.151

Els tres mètodes de programació OTA de l'ESP32

How to implement OTA online update of ESP32 firmware

Exemples pràctics

Sensor ModBus de temperatura i humitat CWT-TH03S

CWT-TH03S a AliExpress

Accés ModBus al sensor de temperatura i humitat CWT-TH03S

SBC

PocketBeagle

Grove Kit

Visió general

Informació comercial del Grove Kit

Informació comercial de la PocketBeagle

Wiki de la PocketBeagle

System Reference Manual <----

Darreres imatges per a les SD

Disseny del Grove Cape

Primera connexió a la xarxa sense fils

debian@beaglebone:/var/lib/cloud9$ sudo connmanctl⏎
[sudo] password for debian: temppwd⏎
connmanctl> scan wifi⏎
Scan completed for wifi
connmanctl> services⏎
      MyWifi                  wifi_1234567890_1234567890123456_managed_psk
connmanctl> agent on⏎
Agent registered
connmanctl> connect wifi_1234567890_1234567890123456_managed_psk⏎
Agent RequestInput wifi_1234567890_1234567890123456_managed_psk
      Passphrase = [ Type=psk, Requirement=mandatory, Alternates=[ WPS ] ]
      WPS = [ Type=wpspin, Requirement=alternate ]
Passphrase? MySecretPassphrase⏎
Connected wifi_1234567890_1234567890123456_managed_psk
connmanctl> quit⏎
debian@beaglebone:/var/lib/cloud9$

Tutorials

Blink PocketBeagle on-board USRx LED

Exemples

Formació

IoT amb Arduino i Raspberry Pi. Microcontroladors d'ús professional. Curs Presencial. Edició de març de 2022 - Formació al Col·legi d'Enginyers Industrials de Catalunya (30 / març / 2022)

Sistemes encastats d'escala petita i mitjana. Edició d'octubre 2021 (20 / octubre / 2021)

Nodes sensors (motes) i passarel·les (gateways) IoT (22 de març de 2022) pel Màster en Transformació Digital en la Indústria

Tecnologías IoT, Hands on y MVP (2022)

Diada de la Llibertat del Maquinari (Edició 2021) (17 d'abril de 2021)

UPC-School - Màster Industria 4.0 Tecnologías IoT, Hands on y MVP (2021)

Nodes sensors (motes) i passarel·les (gateways) pel Màster en Transformació Digital en la Indústria (23 de març de 2021)

Monitorització de la qualitat de l'aire mesurant CO2 i VOC amb LoRa (9 de gener de 2021)

Curset introductori d'Internet de les Coses per ADTelecom (Comença el 5 de novembre de 2020)

Ús de les dades generades pels sensors LoRaWAN i arquitectura del sistema. Rubí, 17 de juny de 2020

Curset a TE Connectivity del 4 de març de 2020 a TE Connectivity

Introducció ràpida a LoRaWAN i The Things Network (Ajuntament de Viladecans, 19 de febrer de 2020)

UPC-School - Màster Industria 4.0 Tecnologías IoT, Hands on y MVP (2020)

UPC-School - 21802500 - Màster Industria 4.0 Tecnologías IoT, Hands on y MVP (2019)

Introducció ràpida a LoRaWAN i The Things Network a l'Institut de Ciències del Mar (27 / setembre / 2018 i 25 / setembre / 2019)

Introducció a Internet de les Coses - juny 2018 (Curset de formació per a professors de CF realitzat a l'Institut Rambla Prim)

Xifratge

Eines de xifratge en línia

Opinió

Hacia un Internet de las Cosas democrático y efectivo per Xavier Pi (octubre 2018)