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de las cosasInternet

Implementado por

(IoT)

Proyecto Digilabs Samsung Local Program  Implementado por Plan International, Inc.   Octubre de 2019  Autoría: Vinicio Sánchez Revisión Técnica: Nicolás Veliz y Tatiana Carranza

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoCo-mercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional  Esta licencia permite copiar, distribuir y comunicar públicamente solamente copias inalteradas de la obra, no puede ser utilizada con finalidades comerciales y debe reconocer la autoría de la obra de la manera especificada por el autor. 

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Introducción

Objetivos

En la actualidad, el internet ha crecido de tal manera que cualquiera que posea un teléfono inteligente, puede tener acceso a internet, una industria creciente que aprovecha los beneficios de esta conectividad es el Internet de las Cosas, “IoT” como se nombrará en adelante.

Las y los jóvenes guatemaltecos de todas las regiones de país, pueden benefi-ciarse, enriqueciendo sus conocimientos de tecnología en el fascinante mundo de Internet de las Cosas.

Estos manuales pretenden ser una guía para motivar a educadores y estudiantes en la innovación tecnológica, diseño de proyectos y aprendizaje significativo de la tecnología actual.

Identificar los distintos tipos de redes informáticas.

Explicar por medio de ejemplos qué es Internet de las Cosas.

Identificar dispositivos del Internet de las Cosas.

Definir y describir que es hardware y software.

Describir la arquitectura básica del Internet de las Cosas.

Desarrollar de forma teórica un proyecto básico de Internet de las Cosas.

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Capítulo 2 El diseño de Internet de las Cosas

Lección 4:Arquitectura de Internet de las Cosas

1. ¿Qué es arquitectura?Siguiendo la definición tradicional, al escuchar la palabra arquitectura, se piensa en el diseño de edificios. En realidad, cuando se usa la palabra arquitectura de forma más general, se refiere al diseño y organización de cualquier objeto.

En la tecnología y diseño de sistemas de computación, también se utiliza el tér-mino arquitectura para referirse a su diseño, composición y organización. Por lo tanto, para diseñar objetos inteligentes o ciudades inteligentes, los ingenieros y expertos en IoT, utilizan un tipo de arquitectura que define este diseño y organi-zación.

2. Arquitectura de Internet de las Cosas

Existen distintos modelos de arquitectura para el Internet de las Cosas. El que se describe a continuación, es uno de los más simples, pero permite entender cómo funciona la tecnología y ayudar a diseñar proyectos de IoT.

La arquitectura de los sistemas informáticos se divide en capas, para separar la lógica del sistema, algunos autores de IoT, denominan a estas capas: Componen-tes.

Los componentes de la arquitectura de Internet de las Cosas son tres: compo-nente de percepción/actuación, componente de red y componente de aplicación.

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Los sensores que son los que permiten la percepción del mundo físico, detectan y recopilan toda la información

Los actuadores son los dispositivos que hacen cambios en el ambiente o pueden ser activados por los usuarios.

4. Componente de Red

En el componente de red, se realizan todas las co-nexiones de los sistemas de Internet de las Cosas. Estas conexiones se realizan entre los dispositi-vos del sistema o de estos dispositivos con otros sistemas y aplicaciones.

Este componente no solo se trata de las redes, sino también de cómo se realizan estas conexio-nes entre los componentes, regularmente estas conexiones se realizan por internet como su nom-bre lo indica.

5. Componente de AplicaciónEste es el componente que se relaciona directa-mente con el usuario, aquí se desarrolla toda la interacción y funcionamiento con el usuario final.

Además de la interacción también se organizan las áreas en las que puede funcionar el sistema de In-ternet de las Cosas.

3. Componente de Percepción / ActuaciónEn este nivel se encuentran los dispositivos inteligentes, como su nombre lo in-dica está compuesto por dos tipos de dispositivos:

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6. Aplicaciones IoTExisten muchas aplicaciones de Internet de las Cosas para uso comercial y públi-co. En esta sección se estudiará un ejemplo y se analizarán las distintas capas o componentes de su arquitectura.

Por ejemplo:

Sistema de aire acondicionado automáticoUn sistema de ventilación y aire acondicionado auto-mático se puede colocar en una casa, oficina o edificio como una solución de Internet de las Cosas. Para este caso, se analizará la solución instalada en un edificio.

Componente de Percepción / Actuación:

En el componente percepción, están los sensores de temperatura y humedad colocados en cada uno de los pisos del edificio. Estos sensores son los que permiten al sistema tener contacto con el mundo real. El componente de actuación es la salida del sistema de aire acondicionado que se activa al alcanzar la tem-peratura predeterminada por los usuarios del piso. Por ejemplo, si la temperatura sube a 20 grados centígra-dos, el aire acondicionado se activará para enfriar el ambiente y cuando los sensores detecten la tempera-tura previamente elegida como mínima -por ejemplo 14 grados centígrados-, el aire acondicionado se apaga nuevamente.

Componente de Red:

El componente de red permite la conexión ya sea alám-brica o inalámbrica por internet entre los sensores, el sistema que registra las temperaturas y los interrupto-res del aire acondicionado.

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Componente de Aplicación:

La aplicación que permite a los usuarios registrar la temperatura que necesitan en sus pisos y oficinas y es el gestor que activa automáticamente o por medio de la aplicación el encendido del aire acondicionado.

Lección 5:El hardware de Internet de las Cosas

1. ¿Qué es hardware?

Hardware en informática y ciencias de la computación, es parte física o tangible de los equipos, es decir, los componentes que se pueden ver y tocar de los equipos y dispositivos electrónicos.

Así el hardware son piezas con las cuales se construyen los equipos, los compo-nentes electrónicos internos, cables, discos duros, tarjetas, etc.

2. El hardware del Internet de las CosasComo cualquier otro dispositivo electrónico, los dispositivos del Internet de las Cosas necesitan un hardware para funcionar. En esta sección, se estudiará como se clasifica y cuáles son esas partes.

Según CodeIoT: “En general, un objeto inteligente se compone de cuatro unida-des básicas: Procesamiento y memoria, comunicación, energía, sensores y actua-dores” (CODE IOT, 2019).

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3. Procesamiento y memoriaLa unidad de procesamiento y memoria no es más que un microprocesador. “Se denomina microprocesador al circuito electrónico que procesa la energía necesa-ria para que el dispositivo electrónico en que se encuentra funcione, ejecutando los comandos y los programas adecuadamente. La Unidad Central de Procesos (CPU) de una computadora, es un ejemplo de un microprocesador” (Microproce-sador, 2019). Con una memoria para almacenar los datos y programas, regular-mente es una memoria interna.

Existen muchos tipos de unidades de procesamiento y memora para los dispositi-vos IoT, los más comunes para iniciar con pequeños proyectos o el aprendizaje de las tecnologías IoT son las placas de desarrollo.

“Las placas de desarrollo de Hardware y Software surgieron apenas hace unos años con un objetivo puramente académico, para fomentar y facilitar el apren-dizaje de programación por parte de los niños. Sin embargo, la realidad es que desarrolladores por todo el mundo, emplean esta tecnología para construir siste-mas interactivos de gran calidad. El motivo es la sencillez de instalación y desa-rrollo que presentan estos dispositivos, junto a su reducido precio, los convierten en dispositivos idóneos para crear objetos y ambientes digitalizados, no solo por parte de desarrolladores, sino cualquier persona interesada aunque no disponga de los conocimientos y herramientas que antes hubieran sido imprescindibles (González, 2016).

Una de las placas más populares para el mun-do Maker, proyectos e IoT es Arduino, Arduino es una placa de hardware y software libre que tiene distintos modelos, pines para conectar sensores y actuadores, es de bajo costo y fácil aprendizaje.

Cuando se necesita una mayor capacidad de procesamiento, está la placa Raspberry Pi, que básicamente es una computadora de bajo costo completa, funcional, que además, posee pines para conexión con los sensores y actuadores. Esta placa puede conectarse con un monitor, mouse y teclado y utilizarse como cualquier otro computador.

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4. Comunicación

La comunicación en las placas de desarrollo es necesaria para conectarse al in-ternet o las redes para enviar y recibir información.

Algunas placas poseen módulos internos de comunicación mientras con otras es necesario agregarlos. En la actualidad, al igual que las placas de desarrollo, los módulos de comunicación son de fácil adquisición y bajo costo, además de fun-cionar o ser compatibles con el software de las placas.

Las formas más comunes de comunicación son: Ethernet, WiFi, Bluetooth, y 3G/4G.

Ethernet es una tecnología que utiliza cables para conectar los equipos entre sí o al internet.

WiFi es una tecnología de comunicación inalámbrica para la conexión, posee un rango de alcance entre 40 y 60 metros

Bluetooth es una tecnología de comunicación inalámbrica. Aunque es de corto alcance, tiene la ventaja de su bajo consu-mo de energía.

3G/4G es la tecnología más usada para la comunicación móvil; es inalámbrica, de largo alcance, pero tiene la desventaja de su alto costo y alto consumo de energía.

5. Energía

La fuente de energía es un factor importantísimo en los desarrollos de IoT, ya que la mayoría de dispositivos deben permanecer encendidos todo el tiempo.

Las fuentes más comunes de energía son conexión eléctrica y baterías, aunque existen algunas fuentes de energía solar, la elección de la forma de alimentación de energía de los dispositivos IoT es un factor crítico que se debe considerar al momento de la planificación, analizando las características del proyecto.

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6. Sensores y actuadores

Un sensor es un dispositivo que detecta magnitudes físicas o químicas como temperatura, luminosidad, aceleración, pre-sión, humedad, etc. y las transforma en señales eléctricas, estas señales eléctricas se pueden transformar en datos

Un actuador es un dispositivo que transforma señales eléc-tricas en la activación de un proceso, es decir genera una orden para activar un elemento como una bomba, un motor, un interruptor o un elemento eléctrico o electrónico.

Lección 6: El software de Internet de las Cosas

1. ¿Qué es software?El software en informática y ciencias de la computación se refiere a la parte in-tangible de los sistemas de computación, los programas, aplicaciones, datos y procedimientos.

El software se puede clasificar según su objetivo o función en software de siste-ma, aplicación y de programación.

2. Software de sistemaEste se encuentra incorporado en los dispositivos y es el que permite su funcio-namiento, dentro de este software se incluye el sistema operativo como Win-dows, Android, Linux, Enless o MacOS.

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4. Software de programación:

Este software es utilizado para crear nuevos programas y aplicaciones, es decir nuevo software, este no es utilizado por usuarios comunes, sino por programa-dores y programadoras (personas que tienen conocimiento de lenguajes de pro-gramación).

En la actualidad existen muchos lenguajes de programación muy fáciles de aprender, han sido diseñados de forma gráfica para que niños, niñas y adoles-centes puedan aprender las bases de programación, este es el caso de Scratch o Blocky, que son lenguajes de programación que utilizan un método grafico en el que se encajan bloques para crear programas y funcionalidades.

5. Algoritmos de programaciónLos algoritmos de programación son formas en las que se pueden representar instrucciones simples que posteriormente se convertirán en programas.

No es necesario conocer de lenguajes de programación para realizar algoritmos, ya que un algoritmo puede usarse en cualquier lenguaje.

La forma más común de representar los algoritmos es por medio de diagramas de flujo, a continuación se presentan algunas formas básicas de los diagramas de flujo y un ejemplo para que conozca su uso:

3. Software de aplicaciónEste tipo de software son los programas que permiten realizar tareas específicas, son presentados para distintos usos, algunos ejemplos son las aplicaciones de ofimática como Word o Excel, las aplicaciones para teléfonos móviles, etc.

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Símbolo Nombre Uso

Terminal (inicio o fin)

Actividad o proceso

Desición o condición (Condicional)

Líneas de flujo

Se usa para indicar el inicio y final del flujo del proceso o programa.

Indica una actividad, proceso o instrucción general que se debe realizar, también se utiliza para asignación de variables

Indica la comparación de dos da-tos, dependiendo del resultado lógico (Verdadero o falso) (Si o no) se toma la decisión de seguir un camino u otro

Indica el sentido del flujo del proceso

Ejemplo: