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Equation Chapter 1 Section 1

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería de Telecomunicación

Red de sensores para monitorización

inteligente de vivienda

Autor: Javier Arcenegui Almenara

Tutor: Dr. Antonio Luque Estepa

Departamento de Ingeniería Electrónica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería de Telecomunicación

Red de sensores para monitorización inteligente de

vivienda

Autor:

Javier Arcenegui Almenara

Tutor:

Dr. Antonio Luque Estepa

Profesor titular de Ingeniería Electrónica

Departamento de Ingeniería Electrónica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería


Sevilla, 2016

Proyecto fin de carrera: Red de sensores para monitorización inteligente de vivienda

Autor: Javier Arcenegui Almenara

Tutor: Dr. Antonio Luque Estepa

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2016

El Secretario del Tribunal

A mi familia

A mis amigos

A mis maestros

Agradecimientos

Agradezco especialmente a Dr. Antonio Luque su ayuda, consejos y esfuerzo en este proyecto. Y por los

conocimientos que me ha enseñado durante la carrera. También quiero agradecer a los demás profesores de la

carrera que he tenido el honor de que me dieran clase. Y a mis profesores y maestros de mis estudios

anteriores a la carrera. Que todos ellos han hecho que sepa todo lo que sé hoy.

Quiero agradecer también a mi familia por ayudarme y apoyarme. Principalmente a la primera persona que me

recomendó estudiar esta ingeniería, mi tío Antonio, que en paz descanse. Además de a mis padres, por su gran

apoyo, por educarme, por su cariño y por creer en mí. Ya que gracias a ellos soy la persona que soy.

A mis amigos, por su paciencia ante las muchas horas de estudio durante la carrera. Por que sin ellos la vida

hubiera sido muy aburrida.

A Gemma, por su apoyo, su ayuda y por su motivación. Y por convencerme de hacer aquel viaje que aún

perdura.

Resumen

Este sistema pretende crear una red de sensores autoinstalables que permite conocer desde cualquier lugar la

temperatura, humedad y luminosidad de las diferentes habitaciones de una vivienda. Información que influye

directamente sobre el estado de bienestar. Incluyendo seguridad mediante un sistema de alarma con control de

presencia. Para ello se crean dos tipos de nodos, una serie de nodos periféricos que recogen los datos medidos

por los sensores y los envían al nodo central mediante un protocolo de comunicaciones inalámbricas. Y un

único nodo central cuya función, además de recibir los datos obtenidos por los nodos periféricos y mandarlos a

internet, es recolectar los datos de sus propios sensores, así como leer las tarjetas de identificación de los

huéspedes autorizados en la vivienda.

El proyecto engloba la interfaz web donde se puede acceder a los datos proporcionados por la lectura del

hardware. Y para ello será necesario el uso de un servidor, de un bróker, de una base de datos y de servicios

que estarán corriendo constantemente desde el servidor.

Abstract

This system aims to create a network of self-installing sensors that allows to know temperature, humidity and

light of the different rooms of our house from anywhere. Including information that directly affects the well-

being of the guest.

The system has two-node types, some peripheral nodes read data measured by the sensors, temperature,

humidity, luminosity and presense, and sent to the central node via a wireless communication. A single central

node whose function, in addition to receiving the data from the peripheral nodes and send them to the server, is

to collect data from their own sensors to send it to the server and read the ID cards of authorized guests at

home.

In addition, the project also includes the web interface where there can access the data provided by reading

hardware. And this will require also the use a server, a broker, a database and services that will be constantly

running in the server.

Índice

1 Introducción 1 1.1 Objetivos 1

2 Estado del arte 3 2.1 Domótica 3

2.1.1 Aplicaciones generales de la domótica 3 2.1.2 Arquitectura 4

2.2 Hardware Open-source 5 2.2.1 Arduino 5 2.2.2 Microchip 14 2.2.3 Libelium waspmote 16 2.2.4 Texas Instrument 16

2.3 Comunicaciones inalámbricas 18 2.3.1 Wi-Fi 18 2.3.2 Bluetooth 18 2.3.3 XBee 19 2.3.4 Telefonía Móvil 20 2.3.5 Sigfox 20

2.4 Webservice 20 2.4.1 PHP 20 2.4.2 NodeJS 21

2.5 Protocolos de la capa de aplicación 21 2.6 Interfaz gráfica 21

2.6.1 Aplicación de escritorio 21 2.6.2 Aplicación móvil 21 2.6.3 Aplicación web 21

2.7 Estado del arte 22 2.7.1 OpenDomo 22 2.7.2 Casa Jasmina 22 2.7.3 OpenHab 23 2.7.4 Domoticz 23 2.7.5 PiDome 23

3 Desarrollo del Hardware 26 3.1 Descripción de necesidades Hardware 26

3.1.1 Nodo central 27 3.1.2 Nodo periférico 28

3.2 Nodo periférico 28 3.2.1 Microcontrolador 28 3.2.2 Módulo de comunicación 28 3.2.3 Shield de sensores 30

3.3 Nodo Central 33 3.3.1 Microcontrolador 33 3.3.2 Módulos de comunicación 34 3.3.3 Shield de sensores 35

XVI

3.4 Servidor web, base de datos, Bróker MQTT y Node.js 37 3.4.1 Servidor web y base de datos 37 3.4.2 Bróker MQTT 38 3.4.3 Node.js 39

4 Desarrollo del Firmware 42 4.1 Nodo periférico 43

4.1.1 Sensores 43 4.1.2 Módulo de comunicación 44 4.1.3 Gestión Energética 46

4.2 Nodo Central 50 4.2.1 Sensores 50 4.2.2 Módulos de comunicaciones. 51

5 Desarrollo Software 56 5.1 Descripción de necesidades software 56 5.2 Backend 56

5.2.1 Base de datos en mySQL 56 5.2.2 Servicios web 58 5.2.3 Panel de administración 60

5.3 Middleware 64 5.3.1 Servicio NodeJS 64

5.4 Frontend 65 5.4.1 HTML y CSS 66 5.4.2 JavaScript 68

6 Pruebas y validación 72 6.1 Pruebas de conexión 72

6.1.1 Conexión del nodo central con la red WiFi 72 6.1.2 Conexión de nodo central con el bróker MQTT 73 6.1.3 Conexión de los nodos periféricos con el nodo central 74 6.1.4 Conexión del servicio con la base de datos 74 6.1.5 Conexión del servicio con el bróker MQTT 74 6.1.6 Conexión de la web con la base de datos 75

6.2 Pruebas y calibración de los sensores 75 6.2.1 Sensor DHT11 75 6.2.2 Sensor PIR 75 6.2.3 Sensor LDR 76 6.2.4 Pruebas RC-522 76

6.3 Pruebas del sistema completo 76

7 Conclusiones y desarrollos futuros 80 7.1 Desarrollos futuros 81

7.1.1 GSM 81 7.1.2 Actuación 81 7.1.3 App Movil 81

8 Referencias bibliográficas 82

9 Anexos 86 9.1 Anexo I - Código del nodo central 86 9.2 Anexo II - Código del nodo periférico 100 9.3 Anexo III - Código del servicio NodeJS 108 9.4 Anexo IV - Código Index.hml 118 9.5 Anexo V - Código estilos.css 124 9.6 Anexo VI - Código javascript.js 130 9.7 Anexo VII - Código SuperConsulta.php 132 9.8 Anexo VIII - Código get_sensor.php 134

9.9 Anexo IX - Código get_data.php 136 9.10 Anexo X - Código setup.html 138 9.11 Anexo XI - Código estilosAdmin.css 140 9.12 Anexo XII - Código admin.php 144 9.13 Anexo XIII - Código mRegistro.php 150 9.14 Anexo XIV - Datasheet Atmel ATmega328P 158 9.15 Anexo XV - Datasheet GL55 160 9.16 Anexo XVI - Datasheet DHT11 162

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1 – Arquitectura de redes (A) centralizada, (B) mixta y (C) distribuida 4

Figura 2-2 - Logo de la comunidad de arduino 5

Figura 2-3 - Arduino UNO 6

Figura 2-4 - Arduino Leonardo 7

Figura 2-5 - Arduino Mega 2560 8

Figura 2-6 - Arduino PRO mini 8

Figura 2-7 Arduino PRO 8

Figura 2-8 - Arduino Nano 9

Figura 2-9 - Arduino y Genuino Micro 9

Figura 2-10 - Arduino FIO en vista Frontal y trasera 9

Figura 2-11 - Arduino DUE 10

Figura 2-12 Arduino y Genuino ZERO 11

Figura 2-13 - Arduino M0 PRO 11

Figura 2-14 - Arduino M0 12

Figura 2-15 - Genuino 101 12

Figura 2-16- Genuino MKR1000 13

Figura 2-17 - Arduino YUN 13

Figura 2-18 - Arduino TIÄN 14

Figura 2-19 - Arduino Industrial 101 14

Figura 2-20 - Pinguino 18F2550, Primera versión de las placa de desarrollo pinguino 15

Figura 2-21 - ChipKit UNO32 15

Figura 2-22 – ChipKit MAX32 16

Figura 2-23 – IDE Energía 17

Figura 2-24 – Texas Instruments MSP-EXP430G2 LaunchPads 17

Figura 3-1 – Nodo periférico 28

Figura 3-2 – XCTU (A) Descubrimiento un xBee, (B) Configurando un xBee 29

Figura 3-3 – Conexión del sensor DHT11 30

Figura 3-4 – Vista inferior de un sensor PIR 30

Figura 3-5 – Montaje LDR 31

Figura 3-6 – Gráfica Lux en función de la resistencia LDR 31

Figura 3-7 – PCB de la shield del nodo periférico 32

Figura 3-8 – Esquemático de la shield del nodo periférico 32

Figura 3-9 – Nodo central 33

Figura 3-10 – Arduino Wireless SD Shield 34

Figura 3-11 – Arduino WiFi Shield 34

XX

Figura 3-12 - Módulo RC-522 35

Figura 3-14 Esquemático de la shield del nodo central 36

Figura 3-13 – PCB de shield del nodo central 36

Figura 4-1 – Posibles estados de ahorro de energía del Atmel ATmega328p 46

Figura 4-2 – Registro de estado del microcontrolador Atmel ATmega328p 48

Figura 4-3 – Registro de control del temporizador watchdog del microcontrolador Atmel ATmega328p 48

Figura 4-5 – Tiempo de preescalado del watchdog del microcontrolador Atmel ATmega328p 49

Figura 5-1 – Panel de login de la interfaz de administración. 60

Figura 5-3 – Panel de administración 61

Figura 5-2 – Panel de login con usuario o contraseña erróneo 61

Figura 5-5 – Solo se actualiza un elemento 62

Figura 5-4 – Cambio de dos elementos simultáneos en la interfaz de administración 62

Figura 5-6 – No se actualiza ningún campo 63

Figura 5-7 – Panel de login tras caducar la sesión 63

Figura 5-8 – Sección introducción de la interfaz de usuario 66

Figura 5-9 – Sección sensores de la interfaz de usuario 66

Figura 5-10- Popup con las gráficas de los nodos. 67

Figura 5-11 – Sección Acerca de de la interfaz de usuario 68

Figura 5-12 – Formulario con los nodos y sensores disponibles 70

Figura 5-13 – Calendario para seleccionar el rango de fechas a mostrar. 71

Figura 6-1 – Conexión a la red wifi y al bróker MQTT 72

Figura 6-2 – Reconexión del nodo central al modem wifi 73

Figura 6-3 – Reconexión del nodo central al bróker MQTT 73

Figura 6-4 – (A) Recepción de datos en el nodo central, (B) Envío de datos desde el nodo periférico 74

Figura 6-5 – Aviso de nuevo dispositivo 76

Figura 6-6 – Histórico del nodo central 77

Figura 6-7 – Aviso de entrada, salida y armado de la alarma 77

Figura 6-8 – Vista final y verificando el correcto funcionamiento del sistema 78

Notación

ºC Grado centígrado

A Amperios

AC Corriente alterna

AC/DC Conversor corriente alterna a corriente continua

ADC Conversor analógico a digital

API Application Programing Interface o Interfaz de programación de aplicaciones

ARC Arquitectura RISC de microprocesadores

ARM Arquitectura RISC de microprocesadores

AT Comando de comunicación entre hombre y módem.

AVR Arquitectura RISC de microprocesadores

B Offset de la señal logarítmica

BLE Bluetooth Low Energy

CC Conector común

CPU Central Processor Unit o unidad central de procesamiento

CSS Cascading Style Sheets u hojas de estilo en cascada

DAC Conversor digital a analógico

DC Corriente continua

DC/DC Conversor de corriente continua a corriente continua

DDR2 Memoria RAM de doble tasa de datos versión 2

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

DiY Do it Yourself o Hazlo tu mismo

DSP Digital Signal Processor o procesador digital de señales

DMA Acceso directo a memoria

EDGB Debugeador integrado

EEPROM Memoria de solo lectura borrarle eléctricamente

eMMC Lector integrado de tarjetas multimedias

FTDI Driver de conexión TTL a USB

HTML HyperText Markup Language o lenguaje de marcas de hipertexto

HTTP HyperText Transfer Protocol o protocolo de transferencia de hipertexto

GND Tierra

GPIO Entradas salidas de propósito general

GPS Sistema de posicionamiento global

I2C Protocolo de transferencia de datos, circuito inter integrado

I/O Entrada/salida

ID Identificador

IDE Entorno de programación

IEEE Instituto de ingenieros electrónicos y eléctricos

IoT Internet of Things o Internet de las cosas

IP Protocolo de Internet

XXII

ISP Programación en el sistema

JS JavaScript

LDO Regulador de corriente continua

LDR Resistencia sensible a la luz

LGA Formato de componentes para soldadura superficial

M Pendiente de la señal logarítmica

MAC Dirección física o control del acceso al medio

MISO Entrada en maestro y salida en esclavo

MOSI Salida en maestro y entrada en esclavo

MQTT Sistema de mensajes telemétricos en cola

NC (pin out) No conectado

NC (Relé) Normalmente cerrado

NO Normalmente abierto

PCB Placa de circuito impreso

PHP Pre Procesador de Hipertexto

PIR Sensor de presencia por infrarrojos

PWM Modulación de ancho de pulso

RAM Memoria de acceso aleatorio

RFID Identificador por Radio Frecuencia

RISC Arquitectura de microprocesador basados en pocas instrucciones

ROM Memoria de solo lectura

RST Reset

RTC Reloj de tiempo real

SCK Señal de reloj

SRAM Memoria de acceso aleatorio estático

SSH Secure Shell, acceso remoto mediante consola comandos

SSID Identificador del servicio de red inalámbrica

SWD Debugeador del puerto serie

TCP Protocolo de control de transmisión

TWI Interfaz de comunicación por dos cables "I2C"

UART Transmisor/Receptor universal asínconcrono

USART UART

USB Bus serie universal

1

1 INTRODUCCIÓN

a tecnología avanza a un ritmo vertiginoso. Durante los últimos años se ha experimentado una

importante evolución tecnológica que ha permitido no solo mejorar la calidad de vida, sino también la

percepción de lo que nos rodea. Dicho avance ha ocasionado que a través de la tecnología de internet,

las tareas cotidianas sean más fáciles, rápidas y asequibles, sin la necesidad de salir de la vivienda.

Queda en el recuerdo las películas de ciencia ficción donde los personajes son capaces de interactuar con su

hogar. Apagar o encender las luces con el sonido de una palmada o interactuar con una casa inteligente ya no

es ciencia ficción, y esto se debe a la domótica. Actualmente en la era del internet de las cosas (IoT) es

impensable que estas tareas no sean posibles. Existen relojes que dicen las pulsaciones, los pasos registrados o

hablar con amigos y familiares. Teléfonos móviles que no solo permiten la comunicación entre personas, sino

también trabajar a distancia desde el propio terminal, con cámaras de gran calidad y con juegos de gráficos de

alta resolución. Gracias a estos avances en telefonía inteligente y al llamado internet de las cosas se puede

conectar todo tipo de objetos a internet para controlarlos desde un Smartphone o Smartwatch.

En contraposición todos estos artículos conectados suponen un gran desembolso económico, en algunos

aspectos con precios prohibitivos. Por la fuerza adquirida tanto a conceptos de Software Libre o Hardware

Libre los entusiastas del DiY (hazlo tu mismo) tienden a fabricar sus propios sistemas domóticos. Usando en

su mayoría arduinos o raspberry pi, debido a su simplicidad a la hora de programación y de uso.

Arduino está íntimamente ligado a conceptos como IoT o DiY, esto se debe a la existencia de una gran

comunidad detrás de esta plataforma. Se pueden encontrar módulos de comunicación, de sensórica y de

control entre otros, además de sus correspondientes librerías que permiten programar todo el sistema, sin la

necesidad de conocer que es un registro o su función.

Una estimación del coste de un sistema domótico basado en hardware libre es de 50€ por nodo, dependiendo

de las dimensiones y del alcance del mismo.

1.1 Objetivos

Medir las principales variables relacionadas con la eficiencia energética, como son la humedad, la temperatura

y la luminosidad, mediante una red de sensores. También debe funcionar como una alarma de seguridad que

avise al administrador cuando se detecte una persona no autorizada. Por esta razón los nodos deben incorporar

un detector de presencia y al menos uno de los nodos debe tener un sistema de identificación. La red debe ser

escalable, se debe poder agregar tantos nodos como sean necesarios.

L

El verdadero progreso es el que pone la tecnología al

alcance de todos.

- Henry Ford-

Introducción

2

Los datos obtenidos por estos sensores deben ser mostrados mediante una interfaz sencilla tanto en

ordenadores como en dispositivos móviles. Debe permitir la administración de los diferentes elementos de la

red mediante una interfaz específica para esta función, que debe estar protegida con usuario y contraseña ya

que solo el administrador de la red debe tener acceso a esta.

Para el desarrollo del sistema completo se ha de desarrollar todas las partes del mismo. Selección y

programación del hardware, configuración del servidor y programación de la interfaz web, tanto la de usuario

como la de administración.

3

2 ESTADO DEL ARTE

l proyecto está diseñado con placas de desarrollo open-source interconectadas entre ellas mediante una

comunicación inalámbrica. La información obtenida por los sensores se almacena en una base de datos

mediante el uso de un middleware y se puede gestionar mediante una interfaz web.

2.1 Domótica

Conjunto de sistemas y subsistemas que permiten automatizar una vivienda generando valor añadido en

cuanto a comunicación, bienestar, eficiencia energética y seguridad. Surge en Estados Unidos en la época de

los años 70 con el objetivo de reducir el consumo energético [1], el cual aparece debido a la crisis energética

mundial que se produjo durante esta década. Es exactamente en 1978 cuando aparece el sistema X-10,

considerado el primer sistema domótico. En sus inicios solo fue usado en lugares donde el consumo energético

era elevado como hoteles y hospitales hasta llegar a los hogares, en la actualidad es común encontrarlo en

casas y oficinas de todo el mundo.

2.1.1 Aplicaciones generales de la domótica

2.1.1.1 Eficiencia energética

El origen de la automatización del hogar viene derivado de la necesidad del ahorro energético y sigue siendo el

principal objetivo de la domótica. Se produce al gestionar de forma eficiente la temperatura, luminosidad y el

sistema eléctrico.

2.1.1.1.1 Temperatura

Los sistemas de climatización consiguen un ahorro energético evitando el uso excesivo de sistemas de frío o

calor estableciendo un rango de temperatura óptima.

2.1.1.1.2 Luminosidad

Teniendo control sobre las persianas y el sistema de iluminación se puede establecer una luminosidad

adecuada minimizando el consumo eléctrico.

2.1.1.1.3 Gestión eléctrica

Permite desconectar los equipos prescindibles cuando no estén en uso o no sea necesario su utilización,

además usa de forma inteligente ciertos equipos en los horarios de tarifa reducida. Por otro lado, se puede

E

La mente que se abre a una nueva idea nunca vuelve a

su tamaño original

- Albert Einstein -

Estado del arte

4

controlar la gestión de la energía renovable. Estas últimas gestiones afectan al ahorro económico del uso

energético, más que al ahorro energético propiamente dicho.

2.1.1.2 Estado de bienestar

Los factores mencionados en el punto 2.1.1.1 están íntimamente ligados a la mejora de la calidad de vida. La

integración de servicios de valor añadido mediante IoT permite la utilización de electrodomésticos de forma

remota. Para que sea posible debe existir una interfaz de usuario fácil e intuitiva.

2.1.1.3 Seguridad

Los diferentes sensores utilizados en domótica permiten conocer el estado de la vivienda a tiempo real. Esta

información hace que se pueda detectar cualquier anomalía, tales como temperatura extrema que alertaría de

fuego, o una presencia no esperada que alertaría de robo.

A nivel preventivo se puede hacer uso de simulación de presencia para disuadir al ladrón, controlando la

apertura de las persianas, el sistema de iluminación, televisor, etc.

2.1.1.4 Comunicaciones

Es el medio o canal que posibilita conectarse al sistema domótico, ya sea por bluetooth, WiFi o cualquier otro

protocolo de comunicación. Permite no solo controlar el hogar sino avisos de alarma, tele mantenimiento, tele

asistencia, generar informes de consumo a tiempo real, etc.

2.1.2 Arquitectura

Bajo el pretexto de control sobre el

sistema existen diferentes arquitecturas

en función de la topología entre los

sensores, actuadores y controladores.

2.1.2.1 Centralizada

Desde un controlador centralizado se

recibe los datos desde los sensores, el

controlador procesará los datos y

decidirá la acción que deben cumplir los

actuadores. Tiene la ventaja de que

tienen un coste reducido y es de fácil

instalación. Además el sistema es

fácilmente ampliable. Sin embargo,

depende del correcto funcionamiento del

nodo central, si este falla, el sistema

completo deja de funcionar.

2.1.2.2 Distribuida

Toda la inteligencia está distribuida entre los nodos del sistema, ya sean actuadores o sensores. Están

conectados con un sistema cableado en bus o sistemas inalámbricos. Tiene la ventaja de ser un sistema robusto

al funcionar en bus. Su implementación es más difícil ya que necesita de una programación más compleja en

cada uno de los nodos puesto que cada uno tiene sus propios sensores y actuadores, por lo tanto podrían

funcionar de manera autónoma al resto.

2.1.2.3 Mixta o descentralizada

Cada nodo del sistema tiene su propia inteligencia, y pueden gestionar las tareas de forma independiente al

resto de nodos. Informará al resto de dispositivos tanto de los datos adquiridos como de las actuaciones

pertinentes. Tiene la ventaja de que al ser descentralizado se trata de un sistema mucho más robusto, y el

Figura 2-1 – Arquitectura de redes (A) centralizada, (B) mixta y (C) distribuida

5 Red de sensores para monitorización inteligente de vivienda

rediseño de la red es trivial. Son elementos no universales, generalmente de coste elevado.

2.2 Hardware Open-source

Un proyecto open-source [2] o de fuente abierta es un proyecto en el cual el creador del mismo concede la

posibilidad de que el cliente sea capaz de ver la fuente, modificarlo y hasta distribuirlo. Esto tiene ventajas en

cuanto técnicas tanto de seguridad como de rendimiento. Al estar liberado el código, los propios usuarios

podrán mejorar el proyecto. Es un error común confundir este concepto con “No comercial”. Que el usuario

final disponga del código del programa y de la licencia competente para modificarlo no significa que no haya

pagado por él.

El concepto open-source nació para el desarrollo software y se ajusta a la perfección a este. El concepto de

hardware open-source [3] surge poco después, pero al ser un elemento tangible no es trivial transportar este

concepto del software al hardware. Es por ello que aparece una primera distinción con respecto al Software.

En este caso es imposible compartir una placa idéntica ya que esta es única y depende de los parámetros de

fabricación o de la disponibilidad de los componentes. Por lo tanto, el traslado del hardware open-source se

lleva a cabo compartiendo diseños y/o esquemáticos.

Pese a no ser la primera placa open-source, la aparición de arduino en 2005 marca un antes y un después en

este concepto por el bajo coste de fabricación y a la simplicidad que conlleva su programación. Siendo una

sinergia perfecta entre hardware open-source y software open-source.

2.2.1 Arduino

Figura 2-2 - Logo de la comunidad de arduino

Es una placa de desarrollo de hardware open-source basada en un microcontrolador de uso general. Permite

desarrollar un prototipo rápido sin tener que diseñar una placa propia. En función del funcionamiento y

requerimientos mínimos que han utilizado en este, se selecciona un nuevo microcontrolador de uso específico,

reduciendo así el coste de fabricación y desarrollo.

Está diseñado para que pueda ser usado por personas que no tengan conocimientos de electrónica, o de

programación si utilizan scratch. Aunque el conocimiento de estas materias aumenta notablemente el potencial

de estas placas. La simplicidad del uso de programing permite utilizar un microcontrolador sin tener

conocimiento de su funcionamiento interno. Existe una extensa comunidad que permite tener librerías pre

programadas de casi todos los componentes, así como shields para cualquier uso. Siendo una shield una placa

con una electrónica específica que se acopla a arduino.

Arduino [4] nació por la necesidad de crear placas de desarrollo por un bajo precio. En 2005 las placas de

desarrollo tenían un precio medio de unos 100€ y no ofrecían un soporte adecuado. Massimo Banzi era

estudiante de computación y electrónica e inició un proyecto DiY para conseguir que su instituto no entrara en

quiebra. Pretendía que el instituto pudiese vender sus placas desde un euro la unidad. Por esta razón el primer

prototipo de arduino fue fabricado por este instituto, IVRAE. Era una placa con todo lo necesario para que se

pudiera programar un microcontrolador (cristal, resistencias, condensadores y un puerto serie para

programarla).

Unos años más tarde Hernando Barragán, un estudiante de la Universidad de Colombia, al enterarse de este

proyecto contribuyó con el desarrollo de un entorno de programación para esta placa junto con David Mellis,

Estado del arte

6

también del instituto IVRAE, quien mejorará la interfaz gráfica. Este entorno recibe el nombre de Wiring.

Poco después aparece el estudiante español David Cuartielles quien diseña junto a Banzi una nueva placa que

mejora la interfaz hardware. Con la integración de Tom Igoe se agregan los puertos USB para programar

arduino.

Gianluca Martino fue el publicitario encargado de promocionar arduino, que empezó a desarrollarse de forma

masiva gracias a la ayuda de Natan Sadle para distribuirse por Italia, y tras ver su aceptación empiezan a

exportar las placas a nivel europeo para posteriormente empezar a distribuirlos a nivel mundial.

Como G. Martino fue el encargado de la distribución de estas placas, registró el nombre “arduino” a su

persona en lugar de hacerlo al equipo fundador, debido a la fuerte amistad contraída con M. Banzi, este no le

dio importancia. Aunque a la hora de registrarlo en EEUU fue M. Banzi el que formaliza el registro en nombre

de todo el equipo.

Durante finales de 2014 y principio de 2015 el equipo de arduino se ve divido y aparecen dos líneas de

desarrollo, una liderada por Massimo Banzi y otra liderada por Gianluca Martino, quien se apodera de los

derechos del nombre arduino en todo el mundo a excepción de los EEUU [5], que pertenece al equipo de

Banzi. Para poder vender placas por el resto del mundo Banzi se ve obligado a utilizar el nombre Genuino,

aunque sigue conservando el nombre arduino en sus placas de EEUU.

Pese a que algunas placas a nivel europeo reciben el nombre de Genuino, al ser también Arduino en los

EEUU, este documento se referirá a todas las placas con el nombre de arduino.

2.2.1.1 Placas basadas en microcontroladores de 8 Bits

2.2.1.1.1 Arduino UNO

Se trata del arduino por antonomasia, es la evolución actual del

primer arduino [6], el arduino Serial. Que se podía encontrar en

potemkin.org, antes de evolucionar a arduino.cc y después dividirse

entre arduino.cc y arduino.org. Así pues, su evolución pasó en

primer lugar a usar el puerto USB y finalmente cambiar el

microcontrolador auxiliar para llegar al actual diseño.

El arduino UNO utiliza un microcontrolador de Atmel. Al igual que

sus predecesores, pero esta vez, en su tercera revisión utilizando el

ATmega328P [7] como microcontrolador principal a 16 MHz y un

microcontrolador auxiliar que sirve para simular un puerto serie

mediante USB y así poder programarlo directamente desde el IDE

de arduino mediante USB. Este microcontrolador auxiliar es un Atmel ATmega16u2. Dispone de su propio

puerto ICSP y su propio oscilador también a 16 MHz. Todos los pines del microcontrolador auxiliar a

excepción del ISCP y su comunicación con el microcontrolador principal están en configuración NC (No

Conectado). Por lo que no se podrá sacar partido de este microcontrolador más allá de su comunicación USB

con el principal o la programación del mismo.

Esta placa de desarrollo está preparada para ser alimentada tanto por USB, así como por el conector Jack para

corriente DC el cual puede alimentar a la placa en un rango de entre 7V y 12V. Esta placa debido a su

electrónica interna permite que ambos conectores de alimentación estén conectados simultáneamente siendo la

fuente predefinida la del Jack, si este se desconectase, pasaría a ser alimentado por el USB, siendo transparente

para el usuario.

Debido a que se basa en el microcontrolador ATmega328P, dispone de catorce pines de entrada/salida

digitales, de los cuales seis pueden ser utilizados como PWM. Y pese a que disponga el microcontrolador de

ocho entradas analógicas, tan solo dispone de seis. Esto es así para respetar el diseño del pin out original de

arduino.

Dispone de forma interna de tres contadores, dos de 8 bits y uno de 16 bits [8]. Así como un sistema de

medición interna de temperatura del propio microcontrolador. Permite una programación maestro/esclavo para

una interfaz SPI e I2C. Así como un puerto Serie UART con el que comunicarse, ya sea con el PC mediante el

Figura 2-3 - Arduino UNO


Figura 2-4 - Arduino Leonardo

microcontrolador auxiliar o con otros módulos de comunicación que utilicen este sistema como xBee o los

módulos SIM entre otros muchos.

Dispone de una memoria de programa de 32Kbytes que puede ser programado mediante instrucciones RISC,

aunque es más cómodo usar el propio IDE de arduino. Dispone también de una memoria EEPROM de 1Kbyte

que permite almacenar datos incluso cuando el arduino no está alimentado. Y de una memoria interna para

variables del tipo SRAM de 2 Kbytes.

Dispone de la posibilidad de utilización de watchdog y de modo hibernación, aunque ambas configuraciones

son necesariamente programadas mediante el uso de las instrucciones RISC o de su código C alternativo

facilitado por el fabricante. Ya que será necesario la programación con uso de registros.

Por último comentar que dispone de dos pines de interrupción externa configurable como nivel alto, nivel bajo

o cambio de nivel de la señal de entrada. Estos pines están asignados a los pines digitales 2 y 3.

2.2.1.1.2 Arduino Leonardo

Se trata de la evolución del arduino UNO, aunque no

parece atraer a los seguidores de arduino, ya que la gran

mayoría de la comunidad sigue prefiriendo el uso del

arduino UNO pese a las mejoras implícitas del arduino

Leonardo. Incluso ha sido retirado por parte de arduino.cc

[9].

Tal como se puede apreciar en la figura 2-4, solo dispone

de un microcontrolador, el Atmel ATmega32u4 a 16 MHz

[10]. Este permite la programación directa mediante el

puerto USB, por lo tanto no necesita de un

microcontrolador auxiliar. Esto posibilita gestionar el

puerto USB y con esta gestión controlar periféricos USB

(USB host).

El arduino Leonardo dispone de un total de veinte pines

digitales, los catorce pines que se aprecian como pines digitales según el pin out de arduino, y los seis pines

analógicos, que también pueden ser utilizados como pines digitales tanto en esta placa como en el arduino

UNO. Como diferencia con esta, el arduino Leonardo puede utilizar algunos de los pines reservados en el pin

out de pines digitales como entrada analógica. En total se pueden usar doce como entrada analógica. Seis de

los pines digitales también podrán ser usados como PWM. Aunque si se modifican los registros se puede

obtener hasta 11 bits para el PWM en operaciones de alta velocidad, y al menos cuatro de hasta 16 bits en

operaciones normales. Al igual que el arduino UNO dispone de tres contadores internos, uno de 8 bits y dos de

16 bits, más otro contador de 10 bits con PLL y modo de comparación [11]. Dispone de un puerto serie

USART, un puerto SPI y un puerto I2C. Este microcontrolador permite entrar en modo Sleep o hibernación y

dispone de watchdog, así como de cinco pines de interrupciones externas, los pines digitales 0, 1, 2, 3 y 7.

En cuanto a la memoria de programa, dispone de 32 Kbytes. Al estar el bootloader instalado en el propio

microcontrolador, se dispone solo de 28 Kbytes para su programación. Esto no ocurre en el arduino UNO ya

que el bootloader está instalado en el microcontrolador auxiliar. Dispone de 2.5 Kbytes de memoria SRAM y

1 Kbyte de EEPROM.

2.2.1.1.3 Arduino Mega 2560

Arduino está basado en un microcontrolador Atmel ATmega2560 [12]. Uno de los microcontroladores de 8

bits más potente de Atmel. Dentro de las versiones de Arduino Mega aparece también el arduino Mega 1280,

cuya única diferencia es que dispone de 128 Kbytes de memoria de programa en lugar de los 256 KBytes que

tiene el arduino Mega 2560. Siendo similares el resto de características. Ambos disponen de 8 Kbytes de

memoria SRAM y 4 Kbytes de memoria EPPROM.

Estado del arte

8

Figura 2-6 - Arduino PRO

mini

Figura 2-7 Arduino PRO

Se trata de una versión con mejores características que la placa de arduino UNO. Dispone de un

microcontrolador auxiliar, que coincide con el que utiliza el arduino UNO, que se utiliza exclusivamente para

la comunicación USB del arduino con el ordenador. Por lo que tampoco será necesario ocupar el bootloader en

la memoria de programa ni será posible sacar provecho del mismo. Al ser un microcontrolador con cien pines

[13], cincuenta y cuatro pines se utilizan como entrada/salida digital, de los cuales quince pueden ser utilizados

como PWM. Dispone de dieciséis entradas analógicas, cuatro puertos serie UART, un puerto SPI y un puerto

I2C.

Figura 2-5 - Arduino Mega 2560

Al ser un microcontrolador con mayores características tiene un mayor número de contadores, en este caso

dispone de dos contadores de 8 bits y cuatro de 16 bits. Así como un de un watchdog. Dispone de seis pines de

interrupciones para poder despertar el microcontrolador cuando este entre en modo Sleep, o para cualquier otra

función con prioridad.

Al igual que las dos placas descritas anteriormente dispone de alimentación mediante USB y mediante un Jack

para adaptadores AC/DC o DC/DC cuya salida estén comprendidas entre 7 y 12V.

2.2.1.1.4 Arduino PRO / Pro Mini

Se tratan de placas basadas en el microcontrolador ATmega328P, orientado a una gama más profesional para

la fabricación de prototipos, debido a que incluyen los elementos mínimos necesarios para su funcionamiento.

Permite varias configuraciones en función de las necesidades del proyecto, ya que puede ser alimentado a 5V

ó 3V3, así como a diferentes frecuencias de reloj (8 MHz, 10 MHz, 16MHz y 20 MHz).

No dispone de la posibilidad de programación por USB, pero se pueden programar

mediante un cable FTDI con el IDE de arduino. Por lo que hace de este dispositivo

una herramienta interesante para la fabricación

de prototipos basados en arduino.

La diferencia entre la arduino PRO [14] y la

PRO mini [15], es que arduino PRO está

concebido con el pin out típico de arduino así

como la posibilidad de conectar una tensión

entre 4 y 12 V y gestión de batería mientras que arduino PRO mini está

orientado para su uso en placas de pruebas o breadboard, siendo la única

forma de alimentarlo a la tensión configurada de forma externa.

Al no disponer de microcontrolador auxiliar se dedica 0.5 Kbytes de la

memoria de programa para el bootloader, que permite su programación

mediante el cable FTDI.


2.2.1.1.5 Arduino Nano

Se trata de una versión para breadboard del Arduino UNO [16]. Existen

dos versiones, una que funciona con el micro ATmega328, similar al

ATmega328P pero con un consumo mayor y otra que funciona con el

ATmega168, similar al ATmega328 pero con 16 Kbytes de memoria de

programa, 1Kbyte de SRAM y 0.5Kbyte de EEPROM. En ambos casos

funcionan a 16 MHz.

La principal diferencia, aparte del diseño y el pin out, es el

microcontrolador auxiliar, en lugar de utilizar un ATmega16u2, en su

lugar utiliza el FT232RL, un micro que simula una comunicación serie

mediante USB, similar a como hace el cable FTDI del arduino PRO.

Para poder alimentar el circuito entre 7 y 12 V se tendrá que utilizar los

pines Vin y GND, ya que no dispone de un socket para Jack, aunque si

del regulador de tensión.

2.2.1.1.6 Arduino Micro

Se trata de una versión para breadboard del arduino Leonardo [17], la única diferencia entre este y el arduino

Leonardo es el pin out. Al igual que ocurre con el arduino Nano, esta placa no dispone de un socket para Jack

de alimentación, por lo que para alimentar la placa entre 7 y 12V se debe conectar entre los pines Vin y GND.

2.2.1.1.7 Arduino FIO

Se trata de una versión modificada

del arduino PRO mini, donde se

utiliza gestión de batería y un socket

para xBee [18]. Una placa de

desarrollo con tamaño apto para

utilizar en una breadboard y está

basada en el microcontrolador Atmel

ATmega328P. Es posible que cause

confusión que incluya un puerto mini

USB, pero solo tiene conectado los

pines de alimentación. Por lo que las

únicas formas posibles para

programar este arduino son mediante

un cable FTDI y con el método

general para programar los

microcontroladores de Atmel, usando

el ISCP, disponible en todas las placas

de arduino. Esta placa funciona a 3V3 y tiene una frecuencia de reloj de 8 MHz.

Figura 2-8 - Arduino Nano

Figura 2-9 - Arduino y Genuino Micro

Figura 2-10 - Arduino FIO en vista Frontal y trasera

Estado del arte

10

2.2.1.2 Placas basadas en microcontroladores de 32 bits

2.2.1.2.1 Arduino DUE

Solo está disponible en arduino.org, es el primer arduino de

32 bits, utilizando el microcontrolador Atmel SAM3X8E

ARM Cortex-M3 [19]. Como trabaja a 3V3 una entrada

superior en cualquiera de sus pines podría dañar la placa de

manera irreparable. Puede ser alimentado tanto por USB

como por Jack. Existe una electrónica de potencia que se

encarga de adaptar el voltaje al del correcto funcionamiento

para el arduino, así como una lógica de control que permite

que ambas alimentaciones no hagan cortocircuito. Al tratarse

de un procesador de 32 bits, necesita una mayor velocidad de

reloj, 84 MHz, lo que significa también que tiene un

consumo bastante elevado, hasta 0.8A.

Como se puede apreciar tiene el mismo pin out que el

arduino Mega, por lo que dispone también de hasta cincuenta

y cuatro pines de entrada/salida digitales, de los cuales doce

pueden ser usados como PWM, doce entradas analógicas, cuatro puertos serie UART, un puerto SPI. Tiene

dos puertos I2C. Además de dos conversores digital-analógico y un conector JTAG, el cual se utiliza para su

programación. Al contrario que los arduinos de 8 bits que tienen una arquitectura AVR, los de 32 bits tienen

una arquitectura ARM, por lo que no pueden ser programados mediante un puerto ISCP.

Esta placa posee dos puertos USB, uno para su programación y otro como USB nativo. Es posible programar

el arduino DUE desde el USB nativo, si falla no se podrá utilizar este puerto de nuevo para su programación

hasta que se reprograme por el puerto JTAG. Por ello es recomendable utilizar el puerto para realizar el

borrado y la transferencia del sketch usando un microcontrolador auxiliar, el ATmega16u2. Esta vez el

protocolo de comunicación que utiliza será diferente al del arduino UNO o Mega ya que tanto el borrado como

la transferencia del sketch se produce de diferente forma.

Dispone de un total de 512 Kbytes de memoria de programa. Divididos en dos bloques de 256 Kbytes, 96

Kbytes de memoria SRAM la cual está dividida en dos bloques uno de 32 Kbytes y otro de 64 Kbytes, 16

Kbytes de memoria ROM, donde está almacenado el bootloader del arduino Due.

Esta placa permite la comunicación con el puerto CANBUS y NFC [20]. Pese que el IDE de arduino no lo

soporta, sí que se puede programar a nivel de registro. Dispone de un controlador DMA, lo que hace posible

hacer llamadas intensivas a memoria sin perjudicar el funcionamiento de la CPU. Cuenta con ocho contadores

de 16 bits y un registro de 32 bits para un temporizador de tiempo real (RTT) y un reloj de tiempo real (RTC).

Así como un generador de números aleatorios reales y un registro de protección de los datos escritos en la

memoria de programa.

2.2.1.2.2 Arduino Zero

Se trata de una actualización por parte de arduino.cc del arduino UNO a 32Bits. Está basada en el

microcontrolador ATSAMD21G18 [21], un micro de Atmel de 32 bits con una frecuencia de reloj de 48 MHz

y funciona a 3V3. Al igual que ocurre con el arduino DUE, puede ser programado por los dos puertos USB

que tiene disponible, el puerto de programación o el puerto nativo.

El puerto de programación conecta el microcontrolador principal con un microcontrolador EDGB (Embedded

Debugger) de Atmel, que además de realizar un borrado hardware del micro y su programación, permite una

interfaz completa como debugger. Esta placa ha sido desarrollada con ayuda de los ingenieros de Atmel, por lo

tanto es totalmente compatible con Atmel studio.

Figura 2-11 - Arduino DUE


El puerto nativo permite su programación, aunque como ocurre con el arduino Due, su uso no está

recomendado para la programación, sino para ser usado como USB Host.

Dispone de veinte pines digitales de entrada/salida. Seis pueden utilizarse como entradas analógicas de 12 bits,

dieciocho pueden utilizarse como PWM. Uno como conversor digital a analógico de 10 bits y todos los pines

que se describen como digitales en la PCB pueden ser empleados para interrupciones externas, a excepción del

pin 4.

Tiene cinco contadores de hasta 16 bits, de los cuales uno se puede configurar como 8 bits, otro de 32 bits con

dos comparadores [20] y tres contadores de 24 bits para control. Dispone de un contador exclusivo para el

watchdog.

Tiene una memoria Flash de 256 Kbytes y 32 Kbytes de SRAM. No dispone de EEPROM, no obstante, han

ideado una forma para poder escribir los datos que se quieran modificar en la memoria de programa como si

fuese EEPROM. Estos valores se perderán al subir un nuevo sketch ya que se borra toda la memoria de

programa en el proceso.

Otros beneficios de usar un núcleo ARM son el uso de DMA de doce canales, que dedica 32 bits al RTC, tiene

un generador de código de errores CRC de 32 bits y un control de periféricos táctiles (PTC). Todas estas

características deben de programarse con el uso de registros ya que no están disponibles en wiring.

Puede ser alimentado entre 7 y 12 V mediante el Jack o bien mediante el puerto USB. El microcontrolador

funciona a 3V3, meter una tensión mayor en sus entradas podría dañar el arduino.

2.2.1.2.3 Arduino M0 Pro

Se trata de una versión idéntica del arduino Zero, la única diferencia entre

ellas es el mapeado de los pines, si se conoce la equivalencia podrían

programarse con el IDE del contrario. Desde arduino.org se ha dado a

conocer el modelo del debugger EDBG [22], pese a que no estar

indicado, utiliza el mismo microcontrolador EDBG que el arduino Zero,

el AT32UC3A4256 de cien pines VFBGA. El arduino M0 pro puede ser

alimentado entre 6V y 15V, un rango bastante superior al ofrecido por el

arduino Zero. La razón de que esta placa sea similar al arduino Zero es

que fue la primera placa que se produce durante la división del equipo de

arduino. Como fue desarrollada en conjunto, ninguna de las dos empresas

quiere quedarse sin esta placa, por lo que se generan dos placas con diferente nombre y layout aunque con el

mismo diseño de hardware.

Figura 2-12 Arduino y Genuino ZERO

Figura 2-13 - Arduino M0 PRO

Estado del arte

12

2.2.1.2.4 Arduino M0

Se trata de una versión reducida y de bajo coste del arduino M0 pro,

Se elimina el microcontrolador EDBG [23], por lo que solo podrá ser

programado mediante su USB nativo. Esto produce un ahorro de casi

un 50% del precio de la M0 pro, pero pierde la capacidad de

depuración y de programación cuando se produzca un fallo en el

microcontrolador, solo podrá ser reprogramada mediante el puerto

JTAG o SWD.

Si se busca crear un sistema simple o bien se requiere que tenga un

consumo especialmente bajo, el uso de esta placa es idóneo. Aunque la

ausencia de depurador hace que no sea del todo interesante para la

creación de prototipos rápidos.

2.2.1.2.5 Arduino 101

Tras la división del equipo de Arduino, el equipo de arduino.cc

apuesta por placas de desarrollo de 32 bits, mientras que el equipo

de arduino.org apuesta por placas con sistema operativo como se

verá en el apartado 2.2.1.3.

Se trata de una nueva placa arduino en colaboración con los

ingenieros de Intel, por lo que en lugar de utilizar un

microcontrolador de Atmel, utiliza por primera vez en una placa

integra de arduino un microcontrolador INTEL[24]. En concreto

el Intel Curie, con arquitectura de 32 bits ARC bajo una

frecuencia de reloj de 32 Mhz.

Uno de los puntos fuertes de esta placa es que tiene un precio

ligeramente superior al arduino UNO y no solo se trata de una mejora con un microcontrolador de 32 bits,

pues incluye BLE, acelerómetro de seis ejes y giroscopio. Se convierte en una gran opción para aquellas

personas que se quieren iniciar en el mundo de arduino y los sistemas automáticos.

Dispone de catorce pines de entrada/salidas digitales, de los cuales cuatro se pueden utilizar como salidas

PWM. Seis entradas analógicas, un conector serie que está conectado al USB para subir los sketches así como

un puerto SPI y otro I2C.

Por otro lado, al contrario que ocurre con las otras placas de 32 bits, esta placa, pese a funcionar a 3V3, sus

pines pueden soportar hasta 5V, ya que tienen un sistema de protección frente a estos voltajes a la entrada. Un

punto negativo es que carece de conversor DAC.

Tiene 196 Kbytes de memoria Flash y 24 Kbytes de SRAM, y como ocurre con el arduino Zero, tampoco

dispone de memoria EEPROM, aunque sí que se puede utilizar la memoria flash para tal fin.

2.2.1.2.6 Arduino MKR1000

Se trata de una versión reducida y mejorada del arduino Zero. Se reduce el tamaño de forma considerable por

lo que puede ser utilizado directamente en una breadboard. Integra un módulo WiFi [25] lo que permite

conectar el arduino a internet convirtiéndola en una interesante propuesta para IoT. Esta placa no incluye un

debugger, por lo que al igual que ocurre en arduino M0, si ocurre un error durante la carga del sketch, solo se

podrá utilizar reprogramando el bootloader mediante el puerto JTAG.

Figura 2-14 - Arduino M0

Figura 2-15 - Genuino 101


Dispone de un socket para batería, lo cual permite cargar una batería hasta 4.2V con un máximo de 1400 mAh,

y se recomienda el uso de una batería de al menos 700 mAh.

Esta placa no se puede alimentar con más de 6V, ya que no dispone de un LDO para transformar mayores

tensiones.

2.2.1.3 Placas Mixtas con Microcontroladores y DSP

2.2.1.3.1 Arduino YÚN

Con la aparición de las raspberry PI, Beagle bones y otras placas

basadas en DSPs con sistema operativo Linux, Arduino se ve en

la obligación de crear su propia placa con DSP creando un

híbrido entre una placa de desarrollo con microcontrolador y una

placa de desarrollo con DSP [26], el arduino YÚN.

Está diseñado para diferenciarse en dos partes autónomas que

son capaces de funcionar de manera conjunta. Por un lado se

tiene el DSP, Atheros AR9331 con arquitectura MIPS a 400Mhz

y tiene 62 Mbytes de memoria RAM DDR2. Este micro soporta

una versión de Linux llamada OpenWrt-Yun, el cual podremos

controlar por SSH.

Como ventaja adicional este DSP incluye el control de un socket RJ45 para Ethernet y de una antena para

WiFi. Se puede utilizar para proyectos de IoT. Cuenta con la gestión de un lector de tarjetas SD, por lo que se

pueden realizar infinidad de proyectos con diferentes objetivos.

Por otro lado se tiene una réplica exacta del arduino Leonardo. Desde el microcontrolador se puede generar

peticiones al DSP, ya sea conexión WiFi, lectura de archivos, gestión de la SD o cualquier otra acción

mediante un puente que comunica ambas partes por el puerto Serie. Desde el DSP se podrá controlar y

programar el microcontrolador. Por lo tanto, el puerto Serie del arduino se utiliza exclusivamente para la

comunicación con el DSP. Si se necesita utilizar algún dispositivo por el puerto Serie hay que simularlo

mediante un puerto serie software.

El hecho de que se pueda programar la placa desde el DSP permite la programación del arduino mediante

WiFi siempre y cuando esté conectado a la misma red.

Figura 2-16- Genuino MKR1000

Figura 2-17 - Arduino YUN

Estado del arte

14

2.2.1.3.2 Arduino TIÄN

Se trata de una mejora del arduino YÚN. El microcontrolador en

lugar de basarse en un arduino Leonardo se basa en un arduino M0

[27]. En cuanto a la parte del DSP se utiliza el Atheros AR9342, con

una memoria de 16 Mbytes más una memoria eMMC de 4 Gbytes.

Lo que permite un mejor uso de Linux. Aunque también lo hará

mediante SSH sin interfaz gráfica.

A toda la conectividad que ofrece el DSP se le suma un procesador

BlueCore CSR8510 BLE con soporte para bluetooth de generaciones

anteriores.

En cuanto a la programación del M0, en lugar de utilizar directamente

el USB del microcontrolador, se utiliza un chip de silicon labs, el

CP2105, que permite la conexión con el DSP y la programación mediante el IDE de arduino.

2.2.1.3.3 Industrial 101

Desde arduino.org han diseñado una versión con formato LGA de la parte del DSP

que integra el arduino YÚN, es decir toda la electrónica necesaria para la conexión

del Atheros AR9331 en un único módulo para poder conectarlo con cualquier

microcontrolador. Este módulo recibe el nombre de arduino Industrial 101. Han

hecho una placa de desarrollo que integra este módulo dirigida a que los usuarios

puedan experimentar y hacer sus prototipos utilizandolos y para darla a conocer.

Analizando sus características se puede apreciar que se trata de un arduino YÚN sin

conexión USB, Ethernet ni lector de tarjeta SD, aunque el resto de características tanto del arduino como del

DSP son las mismas [28]. En esta nueva placa el DSP puede aprovechar los pines GPIO que con arduino YUN

no estaban disponibles. Esto da acceso al control de una pantalla oled llamada dogOLED, la cual puede ser

conectada mediante al socket que está disponible en esta placa.

La comunicación bidireccional del microcontrolador con el DSP se establece con un protocolo denominado

CIAO.

2.2.2 Microchip

La compañía microchip ha intentado formar parte del mundo arduino. A nivel académico los

microcontroladores PICs se han convertido en un estándar dado que el lenguaje RISC permite que sea

fácilmente programable a bajo nivel. Su principal ventaja es que los estudiantes no necesitan realizar

desembolso económico para utilizar su software y que dispone de un sistema de samples para adquirir varios

microcontroladores sin costo. En enero de 2016 Microchip compra Atmel [29], lo que permite que los

microcontroladores Atmel se puedan adquirir en un programa de samples de una forma mucho más

controlada.

La empresa intenta hacer que los PICs estén presentes en las placas de desarrollo con una programación

basada en wiring. Fue la comunidad que hay detrás de estos microcontroladores quienen empezaron esta

visión, diseñando unas placas de desarrollo bautizadas con el nombre “pinguino” [30]. No se dirigen a nivel

comercial y se pueden fabricar en casa por apenas un euro.

2.2.2.1 Creados por la comunidad

2.2.2.1.1 Pinguino 18f2550

Es una placa de desarrollo de 8 bits basado en el microcontrolador 18F2550, está compuesta por los elementos

justos para su funcionamiento, un botón de reset, un reloj a 20 Mhz, un led de encendido, un condensador para

Figura 2-18 - Arduino TIÄN

Figura 2-19 - Arduino

Industrial 101


RTC, unas resistencias para proteger los pines entrada/salida por error humano, y la conexión USB para poder

subir los sketch por USB.

Era necesario programar el micro mediante un programador para poder quemar el bootloader al pinguino, una

vez hecho esto, se puede programar utilizando un IDE similar al de arduino. Su IDE era más limitado ya que la

comunidad que estaba detrás de pingüino era mucho más pequeña.

Está compuesto por dieciocho pines de entrada/salida digitales, que están definidos ocho como salidas

digitales, cinco como entradas digitales y cinco como entradas analógicas. Se puede cambiar las funciones de

estos pines durante la ejecución y tan solo se puede cambiar en el setup. Solo dos de los pines digitales se

pueden utilizar como salidas PWM.

Dispone de dos modos de ahorro energético, el modo idle y el modo Sleep y también de un timer de 8 Bits y

tres de 16 bits.

Tiene una memoria de programa de 32 Kbytes, 2 Kbyte de SRAM y 256 bytes de EEPROM.

2.2.2.1.2 Pinguino 18f4550

Se trata de una evolución del pinguino 18F2550. Pertenece a la misma gama de microcontroladores, siendo la

única diferencia el número de pines disponibles para su uso. Dispone de veintiocho pines de entrada/salida

analógicas, de los cuales dos pueden ser utilizados como PWM y ocho como entradas analógicas.

2.2.2.2 Basado en microcontroladores PIC de 32bits

2.2.2.2.1 ChipKit UNO32

A nivel universitario se convirtieron en un referente, intentan hacer lo

mismo a nivel de primaria o secundaria. Pese a los esfuerzos de la

compañía, la fuerza obtenida por arduino y la gran comunidad que hay

detrás no les permite el acceso en microcontroladores de 8 bits. Por

ello se adelantan con los microcontroladores de 32 bits, donde aún hay

un campo abierto y es más sencillo tener nicho de mercado.

Se trata de una placa basada en un microcontrolador de 32 bits de

Microchip (PIC32MX320F128H) inspirada en el pin out de arduino

UNO[31]. Es compatible con todas las shields que trabajen a 3V3 y

utiliza el mismo IDE de arduino siempre que se instale un

complemento, aunque también existe la opción de usar el IDE de

microchip (MPLAB). Puede ser alimentada entre 7 y 15V.

Al ser un microcontrolador de 32 bits, funciona a una frecuencia de 80 Mhz, tiene una memoria de datos de

128KB, lo que permite tener un programa más potente. Tiene cuarenta y dos pines de entrada/salida, doce de

ellos se pueden configurar como entradas analógicas y cinco como PWMs. Dispone de un puerto I2C, dos

puertos SPI, dos puertos UART y cinco pines de interrupciones externas.

Es posible dos modos de ahorro de energía al igual que ocurre con los pinguinos y dispone de cinco timers de

Figura 2-20 - Pinguino 18F2550, Primera versión de las placa de

desarrollo pinguino

Figura 2-21 - ChipKit UNO32

Estado del arte

16

16 bits, aunque permite unificar dos de ellos para formar uno de 32bits y también dispone de watchdog.

2.2.2.2.2 ChipKit MAX32

Placa basada en un microcontrolador de 32 bits de

Microchip (PIC32MX795F512) inspirada en el hardware

de Arduino DUE [32]. Al igual que chipkit UNO es

compatible con todas las shields de arduino que trabajen a

3V3 y utiliza el IDE de arduino o el de microchip.

Funciona a una frecuencia de 80 Mhz con una memoria de

datos de 512KB lo que permite tener un programa

complejo. Tiene ochenta y tres pines de entrada/salida,

dieciséis de ellos pueden ser configurados como entradas

analógicas y cinco como PWMs. Dispone de dos puertos

I2C, dos puertos SPI, y hasta seis puertos UARTs, aunque

desde la placa solo se puede utilizar cuatro de ellos, uno se

utiliza como USB OTG y otro como conector Ethernet.

Puede utilizar dos controladores para el puerto CAN, cinco

interrupciones externas, watchdog y dos modos de ahorro

energético. Dispone de cinco timers de 16 bits aunque se pueden unificar dos para obtener un timer de 32 bits.

2.2.3 Libelium waspmote

Libelium es una compañía que se dedica casi en exclusiva a componentes de Smartcities. Tiene una gama de

productos de placas de desarrollo llamada waspmote [33]. Está pensada para ser usada con XBee o Lora,

aunque permite el uso de otras redes inalámbricas. Posee Shields de sensóricas o de comunicación con sus

propias librerías. Se basa en el Atmel ATmega1281P y su programación es mediante wiring. Dispone de

socket para batería y su correspondiente gestión de carga. Están concebidas para su utilización en Smartcities,

por lo que disponen de un socket para tarjetas SD y GPS.

El microcontrolador utilizado es de la misma familia que en la versión corta del arduino Mega. Aunque desde

la compañía se vende como una versión más preparada que arduino. La única diferencia en su programación

es que los desarrolladores de Libelium proporcionan todo tipo de librerías para utilizar de forma más sencilla

la placa waspmote. Incluyendo librerías para poner el micro en modo Sleep y utilizar los timers, algo que no se

incluye dentro del IDE de arduino, aunque se puede realizar con las librerías que proporciona Atmel o la

comunidad de arduino.

Es una placa de desarrollo open-source que utiliza componentes y shields propias, por lo que tiene un precio

muy elevado. Funciona a 14 MHz, a esa frecuencia de reloj es mucho más eficiente para el funcionamiento de

la UART a 115200 baudios. Tiene siete entradas analógicas, ocho salidas/entradas digitales, dos puertos

UART, un puerto SPI y un puerto TWI.

La gama waspmote dispone de una serie de dispositivos llamados plug&sense. Es una placa waspmote con

una shield conectada a seis socket especiales de siete pines dentro de una caja IP68. Existen diferentes sensores

especiales para conectar en estos sockets. En esta serie se conecta un sensor y mediante un programa

proporcionado por Libelium se genera un sketch de forma automática que lea los datos de los sensores y los

mande al concentrador. En la práctica es necesario realizar una batería de medidas en entornos controlados

para la calibración de los sensores.

2.2.4 Texas Instrument

Se introdujo en el mercado de las placas de desarrollo open-source por Energia y LaunchPad MSP-

EXP430G2, su modelo más económico. En sus inicios se podían conseguir desde 3€ la unidad. Energia es un

IDE de programación basado en wiring muy similar al de arduino [34]. Lo que permite programar las

Figura 2-22 – ChipKit MAX32


LaunchPads como si fuesen un arduino, adaptando las librerías desarrolladas para arduino.

Se describen las diferentes familias de LaunchPads. En cada una de ellas existen placas según las necesidades

de los proyectos que se vayan a realizar . Texas Instruments proporciona de la forma más presisa posible sus

placas de desarrollo [35].

2.2.4.1 MSP LaunchPads

Son las placas de desarrollo más básicas de Texas instruments y su precio está entre los 10 y 18 dólares. Sus

características son similares a la de un arduino y cuanto más aumentemos el precio más prestaciones tiene,

como pantalla LCD o RTC. Están pensadas para uso de propósito general y aplicaciones de bajo consumo.

Usan microcontrtoladores de 8 bits.

2.2.4.2 C2000 LaunchPads

Estas placas están diseñadas para aplicaciones de control de motores a tiempo real. Funcionan con

microcontroladores de 32 bits y tienen al menos 8 PWM y cuatro salidas PWM de alta resolución (HRPWM).

En función de la placa se pueden manejar diferentes tipos de motores, desde motores DC de baja tensión hasta

Figura 2-23 – IDE Energía

Figura 2-24 – Texas Instruments MSP-EXP430G2

LaunchPads

Estado del arte

18

potentes motores trifásicos.

2.2.4.3 Connected LaunchPads

Placas de desarrollo pensadas para el uso de comunicación. Contienen módulos tanto para comunicaciones

cableadas (Ethernet, USB o CAN) como inalámbricas (WiFi o Bluetooth) y su precio varía dependiendo del

sistema de comunicación integrado en la placa. En función de las necesidades del sistema de comunicación las

placas intengran un microcontrolador de 8 o 32 bits.

2.2.4.4 Hercules LaunchPads

Son placas con componente de alta seguridad para aplicaciones que requieren unas normas de seguridad

exigentes. En campos como el transporte, medicina o industrial. Funcionan con controladores ARM Cortex,

por lo que sus especificaciones son de alta velocidad y está destinadas a un uso muy concreto.

2.3 Comunicaciones inalámbricas

Para la realización de un sistema domótico, es imprescindible que los nodos estén comunicados. Existen

diferentes protocolos de comunicaciones, y en función de las necesidades del sistema se utilizará uno u otro. A

continuación se describen las características de los diferentes sistemas de comunicación inalámbricas.

2.3.1 Wi-Fi

Es un protocolo de comunicación Ethernet inalámbrica (IEEE 802.11) [36], que permite interconectar equipos

de manera remota. Este estándar nace de la necesidad de crear una red inalámbrica que sea totalmente

universal. Está diseñado para distancias reducidas con un uso doméstico, evitando posibles interferencias.

Trabaja a 2.4 GHz, al igual que otros protocolos como bluetooth o xBee. No hace interferencia debido al

diseño de los protocolos, por lo tamto no son compatibles entre sí.

El valor añadido de wifi con respecto a otras redes, es el uso de diferentes posibles tipologías, así como la

seguridad contando con un nombre o SSID y un cifrado de seguridad. Existen otros métodos que permiten

reforzar la seguridad realizando filtrados por MACs por ejemplo.

2.3.2 Bluetooth

Es un protocolo para redes inalámbricas que posibilita la transmisión de datos entre dos dispositivos. Buscando

una comunicación directa entre dispositivos y la posibilidad de crear redes de datos inalámbricos. Por ello se

busca que tenga un alcance corto basado en transceptores de bajo costo. Existen diferentes versiones de

bluetooth íntimamente ligados con la capacidad del canal. Sigue el estándar del IEEE 802.15.1 [37].

2.3.2.1 Bluetooth estándar

Así se denominan a las versiones 1, 2 [38] y 3 [39]. Tienen un ancho de banda de 1 Mbps, 3 Mbps y 24Mbps

respectivamente. Las versiones 1 y 2 de bluetooth son compatibles en todas sus versiones, no obstante con la

aparición de Bluetooth v3.0 no se cumple en todos sus dispositivos. Son versiones unicast y no necesita un

pareado completo para el intercambio de datos.


2.3.2.2 Bluetooth LowEnergy

Conocido como bluetooth de bajo consumo y alta velocidad (32 Mbps) [40]. Está dirigido a aplicaciones de

baja potencia. Supone un avance permitiendo la conexión punto a multipunto, así como la posibilidad del

aumento de la distancia. Aunque no es directamente compatible con sus versiones anteriores existe la

posibilidad de que lo sean, quedando esta desición a disposición del fabricante tal y como ocurre con la versión

3.0.

2.3.3 XBee

Es un protocolo de comunicación muy similar a bluetooth, pero orientado a redes ac hoc, lo cual permite

obtener una red completa y totalmente conectada sin necesidad de cablear toda la vivienda [41]. La principal

diferencia entre este protocolo y bluetooth es la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos, ya sea

punto a multipunto o punto a punto. Con este tipo de módem se tiene la posibilidad de crear una red, teniendo

tres tipos de configuraciones “Coordinador”, “Router” y “Nodo final”. Las cuales son seleccionadas en

función de las necesidades.

Diseñado para tener un mayor alcance de red ad hoc. Con configuraciones en router se puede ampliar el

alcance, no obstante, la velocidad de transmisión se ve reducida en comparación con bluetooth [42]. Existen

dos tipos de xBee, el basado en la norma 802.15.4 y el creado por la zigbee Alliance.

2.3.3.1 Configuraciones

Existen tres tipos de configuraciones, que permitirán crear una red específica en función de las necesidades del

usuario.

2.3.3.1.1 Nodo coordinador

En esta configuración solo puede haber un nodo por red que especifica su red y sus parámetros. Todos los

elementos conectados necesitan conocer la mac de este dispositivo, de esta forma, el nodo puede obtener el

valor de la red que se necesite.

2.3.3.1.2 Nodo router

Esta configuración permite utilizarse como nodo final o intermedio. Si al establecerse la red, se aprecia que no

se puede conectar algún elemento lejano porque su señal no llegue al nodo final pero si alcanza a un router, el

nodo final se conectará con el coordinator mediante una retransmisión del nodo router. Este puede hibernar,

pero no podrá retransmitir ninguna trama en este estado.

2.3.3.1.3 Nodo final

Es la configuración para nodos finales donde se desea un bajo consumo. Permite poner el dispositivo en modo

hibernación. El cual despertará al recibir una trama o mediante una interrupción externa en el pin DTR. La

única desventaja es que existe un tiempo de wake-up, o despertar, de entre veinte y treinta segundos. Tiempo

que hay que esperar desde que se despierta hasta que sea capaz de mandar o recibir datos.

2.3.3.2 Tipos

En la actualidad existen dos tipos de xBee, incompatibles entre ellos.

Estado del arte

20

2.3.3.2.1 802.11.4

La Serie 1 de xBee [43] no requiere de configuración, lo cual permite un uso más fácil. Su funcionamiento es

muy similar a los de la serie 2 (ZigBee) evitándo la configuración necesaria para establecer una comunicación

punto a punto. La carencia de esta configuración solo permite que sea coordinator (coordinador) o end device

(dispositivo final). Lo que dificulta la conexión al establecer una red punto a multipunto.

2.3.3.2.2 ZigBee

Zigbee [44] surge como una alianza de varias empresas para poder crear redes MESH basada en tecnología

xBee para mejorar la eficiencia energética y abaratar precios. Son más difíciles de utilizar porque es necesaria

una compleja configuración previa. Se obtendrá una red MESH fuerte que permitirá su uso no solo en redes

domóticas dentro del hogar, sino en redes externas para Smartcities.

2.3.4 Telefonía Móvil

El estándar GSM (Global Standard Mobile) aparece a finales de los años 80 con la intención de desarrollar un

sistema estándar de comunicación mediante telefonía móvil digital [45]. Pero es a principio de los años 90

cuando aparecen los primeros equipos GSM. Está basado en un sistema de células que permite la

comunicación desde casi cualquier ubicación. Esta tecnología posibilita el acceso remoto a la domótica

mediante el uso del SMS, que surgió a partir del GPRS. Cuando este se conecta a la www (wordwide web) se

comienza a utilizar la telefonía móvil para monitorizar el estado de los sensores y controlar los actuadores en

un sistema domótico.

El descubrimiento de las nuevas generaciones de telefonía móvil (WCDMA, HSPA o LTE) no supone un

avance para los sistemas domóticos. Esto se debe a que la cantidad de datos intercambiados es tan pequeña que

no es necesario el uso de sistemas más rápidos, permitiendo abaratar costes de mantenimiento. Los sistemas

domóticos y de Smartcities siguen utilizando la tecnología GPRS para controlar hogares y ciudades de una

forma rápida y económica.

2.3.5 Sigfox

Aparece como la primera solución de conectividad mundial especializada en IoT. La principal ventaja de estos

sistemas frente a la telefonía móvil es el ahorro energético [46]. Los sistemas GPRS actuales cumplen

notablemente con los requisistos de velocidad para el IoT, no obtante, cuando se intentan reproducir estos

sistemas el consumo es excesivamente elevado, como por ejemplo a wearables (ropa inteligente). De media un

módulo GSM tiene picos de consumo de hasta 2 A, frente a los 61 mA de Sigfox [47].

Se sirve de una infraestructura diferente a la utilizada en GSM, lo que se desvincula del “apagón GSM” que se

avecina [48], las operadoras estiman este apagón entre 2017 y 2025.

2.4 Webservice

El uso de Webservice o servicios web permite gestionar datos o la conexión del hardware con la base de datos.

En función de la sensibilidad a la seguridad de los datos, se realiza una llamada GET o POST. IoT está ligado

al uso de bases de datos, gestión de contenido y a la existencia de una interfaz, lo que produce que se lleven a

cabo estas gestiones mediante el uso de webservice.

Dentro su desarrollo existen diversas posibilidades, pero este proyecto se centrará en las que se basan en el uso

de tecnología web.

2.4.1 PHP

Permite el envío de peticiones GET o POST de forma simple y rápida, pero debido a la falta de encriptación es


fácil relicar sus mensajes. Su principal ventaja es la facilidad de programación y que cualquier sistema de

hosting que acepte PHP permite realizar el servicio.

2.4.2 NodeJS

NodeJS es un entorno de programación basado en el motor V8 de JavaScript[49], permite realizar desde

cualquier cometido sencillo hasta la creación de un hosting completo. Su uso es exclusivo para un servidor

propio o virtual (VPS) ya que necesita la instalación del entorno en el mismo. Su principal ventaja es la

posibilidad de construir un sistema seguro a partir de la creación de un rest, el cual permite generar un token de

seguridad.

2.5 Protocolos de la capa de aplicación

Se tratan de los protocolos que utilizan las aplicaciones para el intercambio de datos o la gestión de los

mismos. El usuario final no interactúa con estos, sino con aplicaciones que se sirven de ellos. MQTT y HTTP

son los dos protocolos de la capa de aplicación más utilizados en domótica, por no necesitar licencia para su

uso. El protocolo HTTP es el utilizado para acceder a la web y el protocolo MQTT es un protocolo que

permite crear una o varias conexiones punto a punto con un consumo de datos muy ligero. Estos protocolos

son fundamentales para aplicaciones de IoT, pero además sería necesario el uso de un bróker o comunicador.

2.6 Interfaz gráfica

Es la parte visible de un sistema con la que el usuario interactua de forma intuitiva sin necesidad de poseer

conocimientos avanzados sobre la utilización de líneas de comandos o de programación. Siendo transparente

para el usuario el método utilizado para recoger la información almacenada en la base de datos o la interacción

con el sistema. Las diferentes formas de mostrar la interfaz son como aplicación de escritorio, como aplicación

nativa en un SmartPhone, en una tablet o mediante una página web, siendo esta última visible en todos los

soportes.

2.6.1 Aplicación de escritorio

Se trata de una aplicación instalada en el ordenador, cuyo acceso se produce directamente pulsando con el

ratón sobre el icono de la misma. Existen tres grandes sistemas operativos (Mac, Windows y Linux), por lo

que se tiene que tener en cuenta que la programacón y compilación para cada uno es diferente.

2.6.2 Aplicación móvil

Se trata de aplicaciones instaladas en el teléfono movil o tablet, generalmente están programadas mediante un

lenguaje que establece la compañía a cargo del sistema operativo. Existen variados sistemas operativos entre

los que se destacan iOS y Android. No obstante, existen desarrollos de aplicaciones basadas en tecnología web

que permiten usar funciones nativas de ciertas librerías compatibles.

2.6.3 Aplicación web

Es la aplicación más genérica. Se puede acceder a los datos consultados a través de un navegador web con el

enlace de la aplicación o también se puede interactuar con el hogar de forma remota. Se puede utilizar en

dispositivos con o sin sistema operativo, desde móviles antiguos o televisores SmartTV con sistema operativo

propio hasta los dispositivos con tecnología más avanzanda.

Estado del arte

22

2.6.3.1 HTML Y CSS

El lenguaje HTML se utiliza para maquetar una página web. CSS son hojas de estilo donde se pueden crear

diseños que pueden ser escalables a cualquier resolución de pantalla. En conjunto HTML y CSS sirve para

diseñar una interfaz web, desde HTML se maqueta una estructura básica, se genera el contenido, los enlaces

etc. Mientras que desde las hojas de estilos CSS, se les da color y forma a la maquetación.

2.6.3.2 PHP

Al igual que ocurre con los webservices, desde PHP se podrá acceder a la base de datos para ofrecer la

información que generan los sensores. Permite generar nuevos contenidos y estructuras compatible con el

código HTML y CSS.

2.6.3.3 JAVASCRIPT

Para integrar PHP dentro de HTML es necesario el uso de JavaScript, el cual mediante llamadas AJAX puede

acceder a PHP y obtener los datos requeridos y mostralos en formato en HTML o para generar gráficas.

Disponiendo de un servidor NodeJS se puede eliminar el paso intermedio de PHP para acceder a la base de

datos al ser un lenguaje del lado del servidor, ahorrando tiempo en el acceso y aumentando la seguridad.

2.7 Estado del arte

Existen varias soluciones para a la automatización de una vivienda, algunos ejemplos de estas soluciones a

nivel comercial y no comercial son las siguientes.

2.7.1 OpenDomo

Nace en 2006 con el objetivo de crear una comunidad para el control de instalaciones, basadas en sistemas

open-source. Que forma parte del desarrollo de diferentes proyectos hardware/software en este ámbito. Bajo

estos proyectos se pueden encontrar una serie de productos y software tanto en ámbito profesional como no

comercial. Su principal gama de productos son medidores de corriente (monofásica y trifásica), así como

dispositivo de controles autómatas para iluminación, riego y domótica en general.

La ventaja es que es un sistema totalmente desarrollado y en continuo avance debido a su comunidad. Se trata

de un sistema modular, por lo que se necesitará varios de estos dispositivos para generar un sistema final,

implementando pasarelas y autómatas en cada uno de los nodos, lo cual en ciertas circunstancias es excesivo

cuando se tienen pocos dispositivos que controlar y pocos sensores.

2.7.2 Casa Jasmina

Proyecto de domótica impulsado por Arduino LLC. Se trata de un proyecto piloto que lleva dos años en

desarrollo de un espacio totalmente conectado a internet. Desde el uso de estructuras inteligentes, desarrollo de

elementos para jardines o incluso mobiliario inteligente.

Es un edificio abierto donde la comunidad puede desarrollar sus productos orientados a IoT que se encuentra

en Italia y durante estos dos años ha recibido casi medio centenar de proyectos diferentes. Basado en estos

proyectos, que son totalmente independientes con el fin común de desarrollar una casa inteligente open-source.


2.7.3 OpenHab

Se trata de una interfaz para gestionar los dispositivos conectados a una casa automatizada, no se dedica ni se

relaciona con el hardware. Es una aplicación pensada para instalarse en un ordenador, Smartphone, o raspberry

PI/ Beaglebone, aunque siempre como gestor de contenidos. Es una aplicacion open-source compatible con

otros sistemas como Xively. Es un sistema visual o “front-end”, por lo que no se tiene que adaptar todo el

software y el sistema de comunicación de acuerdo a sus estándares para su correcto funcionamiento, sino que

solo se tendría que adaptar el hardware utilizado.

2.7.4 Domoticz

Es un sistema similar a OpenHab, un sistema open-source multidispositivo que está preparado para todas las

plataformas donde gestionar y almacenar los datos generados con el hardware. Está dirigido a personas con un

alto conocimiento en programación ya que está orientado a que sea el usuario el que compile el sistema en

función de las necesidades del mismo. Tiene una versión instalable que se puede configurar mediante un

sistema de programación en bloque del estilo de scratch.

2.7.5 PiDome

Sistema open-source que busca la domotización completa del hogar a partir del uso de Raspberry Pi en todo el

sistema. Dispone de servidores donde almacenar los datos proporcionados por los clientes y ofrecerlos

mediante un entorno gráfico al acceder al servidor HTTP que contiene la misma. Aunque existe una versión

estable, se encuentra en desarrollo para completar el sistema con nuevos sistemas de comunicaciónes o nuevas

shields de sensores. El principal problema de este sistema es que está basado únicamente en rapsberry PI, por

lo que será difícil personalizar el Hardware para obtener un dispositivo pequeño y discreto.

Desarrollo del Hardware

26

3 DESARROLLO DEL HARDWARE

l objetivo del proyecto es crear una red de sensores para domótica, completándose con un sistema de

alarma. Este pretende ser un sistema completo, desde la creación de los nodos físicos hasta el

desarrollo de la interfaz con el objeto de tener un sistema personalizado. Los componentes que se van

a utilizar se basan en elementos y placas de origen open-sourse. Se pretende dar uso a esta red en una casa de

cuatro habitaciones, donde se tendrá un único nodo central y tres nodos periféricos. Por lo que se creará un

sistema centralizado, aunque cada nodo podrá tener inteligencia propia de actuación si se implementase. Se

podrá conectar tantos nodos periféricos como el módulo de comunicación que utilizamos lo permita.

Los nodos periféricos estarán exclusivamente destinados a tomar datos de medida y comunicarlos al nodo

central. Mientras que el nodo central se encargará de recabar toda esta información, generar la información de

los sensores y la comunicación con internet. Debido a que el sistema incluye alarma, desde el nodo central se

podrán identificar los habitantes mediante tarjetas RFID Mifare.

Se pretende utilizar una “Raspberry Pi 3 Model B” como servidor, para simular el uso de un servidor

comercial real o virtual.

3.1 Descripción de necesidades Hardware

En el sistema domótico que se plantea en el proyecto, se deben de cumplir una serie de requisitos cuyo

objetivo es mantener un estado de bienestar. Para cumplir dicha necesidad se debe configurar una red de nodos

instalados en las habitaciones de una vivienda. Los nodos deben estar formados por los sensores necesarios

para medir la temperatura, la humedad y la luminosidad. Al menos uno de los elementos de esta red debe tener

conexión a internet para poder transmitir la información de todos los sensores a una base de datos.

Debe cumplir que haya un registro de presencia en la vivienda. Por lo que el conjunto de los nodos debe

detectar la presencia de personas y la gestión de entradas y salidas de personas en la vivienda. Tal que si todas

las personas con acceso permitido salen del hogar el sistema arme la alarma, la cual debe empezar a sonar

cuando se detecte a una persona sin acceso permitido a la vivienda.

Englobaría la creación de una interfaz web que permita el acceso a los datos, así como la gestión de los

diferentes nodos o datos de acceso. Pudiendo agregar y eliminar nodos y accesos permitidos. Los datos

registrados por los sensores no son sensibles por lo que pueden ser mostrados sin la necesidad de introducir

una contraseña. Además se debe poder mostrar un histórico de estos datos en un rango de fechas a elegir por el

usuario. Los nodos, accesos y alarma solo pueden ser gestionados por el administrador de la red de sensores,

por lo que debe tener un acceso seguro mediante un usuario y contraseña.

E

Cualquier tecnología suficientemente avanzada es

indistinguible de la magia.

- Arthur Clarke-


Como valor añadido, sin ser un elemento indispensable del sistema, puede avisar por e-mail de las entradas y

salidas de las personas con acceso, así como informar si la alarma está armada, desarmada o sonando.

Teniendo en cuenta las necesidades descritas, la mejor opción es realizar una red centralizada compuesta por

dos tipos de nodos, el nodo periférico y el nodo central. La finalidad del nodo periférico sería la lectura de

datos del sensor y el envío de esta información al nodo central. Tendría una función adicional de enviar todos

los datos recibidos al webservice así como los producidos por el propio nodo central y activar la alarma si

fuera necesario con un control de accesos.

3.1.1 Nodo central

El nodo central es el encargado de comunicar todos los datos entrantes y de llevarlos al servicio web. La

opción de utilizar una red existente evita el desembolso económico mensual por mantenimiento y gastos que

suponen otros sistemas. Por ello, para realizar una conexión con acceso a internet se puede utilizar tanto una

versión con cable Ethernet o bien una versión inalámbrica mediante WiFi. Debido a que el acceso mediante

WiFi permite mayor movilidad del nodo se utilizará para el proyecto la shield de arduino “Arduino WiFi

Shield”.

Se necesita una conexión con el resto de los nodos, esto se realizará mediante xBee, por ello se utilizará la

“Wireless SD Shield” de arduino.cc, junto con un módulo “Digi xBee Pro Serie 2”.

El uso de shields para Arduino está orientado a ser usado con una placa de Arduino. Por lo que las versiones

más económicas de estas placas son suficiente. Por lo que selecciona la versión de arduino “Arduino UNO

rev.3”

Además de las conexiones deberá tener una shield con sensores y actuadores.

3.1.1.1 Sensor PIR

Se utilizará un sensor PIR genérico. Este sensor se trata de un sensor digital con microcontrolador integrado, se

configura la sensibilidad del sensor mediante un potenciómetro. Está basado en la detección de movimiento.

Por lo general, siempre que se produzca un movimiento significa que algo o alguien realiza ese movimiento. Si

existe movimiento de algún objeto significa que alguien realiza ese movimiento, aunque un movimiento de la

tierra o del edificio (por ejemplo un fuerte choque con alguna de sus paredes) puede genera un movimiento,

por ello, cuando se detecte se realiza una segunda lectura transcurrido un tiempo, si este sigue dando positivo

mandará una trama al nodo central.

3.1.1.2 Sensor de temperatura y humedad DHT11

Se trata de un módelo de sensórica tanto para temperatura como para humedad. Tiene la ventaja de ser fácil de

utilizar debido a la comunidad de arduino y un precio muy bajo. En cambio tiene mala resolución tanto en

temperatura como en humedad. Pero como se trata de un proyecto de lectura de datos sin actuación este error

queda dentro del alcance del proyecto.

3.1.1.3 Sensor de luminosidad

En este caso se utiliza una resistencia sensible a la luz (LDR), de esta forma, en función de la luz incidente se

podrá estimar la iluminación de la habitación. Apenas necesita electrónica adicional para su uso, pero necesita

unos cálculos así como una calibración para hallar la lectura en unidades Lux.


28

3.1.1.4 RFID

Se dispondrá de un módulo cuya única función es detectar las tarjetas RFID y mandar la información al

webservice, donde estará la lógica de activación de la alarma.

3.1.1.5 Relé

Se trata de un actuador necesario para poder encender la sirena. Un relé es un actuador que sirve de interruptor

controlado mediante una señal eléctrica, dispone de dos conectores como entrada de señal y de tres conectores

para su salida (CC o conector común, NO o normalmente abierto y NC o normalmente cerrado).

En reposo el CC se encontrará conectado a NC, al introducir una señal de 5V CC pasará a conectarse a NO.

3.1.2 Nodo periférico

Necesita la conexión xBee y los sensores a utilizar. Por ello una buena posibilidad es usar el Arduino FIO, ya

que integra el socket para xBee y es totalmente compatible con los módulos xBee PRO Serie 2 que se utilizan.

Además para los sensores se fabricará una shield específica que contendrá los sensores PIR, DHT11 y LDR.

3.2 Nodo periférico

Con el avance del proyecto se concluyó que se

debían utilizar tantos nodos como habitaciones tenga

el usuario en su vivienda, de esta forma se puede

adaptar a todo tipo de viviendas con un máximo de

253 habitaciones diferenciadas.

Debido a las necesidades básicas del nodo

periférico, se utilizará un arduino FIO, con un

módulo de comunicación xBee PRO Serie 2 como

canal de comunicación con el nodo central. Para la

medida de los sensores se utilizará una shield propia

que agrega un sensor de temperatura y humedad

DHT 11, un sensor de presencia por infrarojos

genérico (PIR) y un LDR GL5528.

3.2.1 Microcontrolador

El arduino FIO utiliza un microcontrolador Atmel ATmega328p con el bootloader de arduino FIO

preinstalado. Que permite el modo hibernación aumentando así la autonomía del sistema, esto se produce por

la gestión de la batería y la programación del microcontrolador a bajo nivel.

3.2.2 Módulo de comunicación

Como se ha comentado se utilizará un xBee PRO Serie 2 aprovechando el zócalo incluido en la placa de

desarrollo arduino FIO. Este módulo irá programado en modo API como router. Además para aliviar el

consumo se utilizará el modo Sleep del módulo de comunicación, de tal forma que se pueda dormir y despertar

este cuando se desee con el uso del pin DTR, que se incluye en la placa de desarrollo.

Para la comunicación entre el microcontrolador y el módulo de comunicaciones es necesario el uso del puerto

serie. Para facilitar su programación se utilizará la librería de xBee para arduino, el uso de esta obliga a tener

una configuración específica en el módulo xBee. Para realizar esta configuración se utiliza el programa XCTU

que proporciona el fabricante de modulos xBee “digi”. Este no funciona con el arduino FIO al necesitar un

Figura 3-1 – Nodo periférico


Figura 3-2 – XCTU (A) Descubrimiento un xBee, (B) Configurando un xBee

cable FTDI para conectarlo con el ordenador. Por lo tanto se debe configurar el módulo xBee mediante el

arduino UNO con la Wireless SD Shield. Para que el arduino no interfiera con el puerto serie, es necesario

instalar un firmware vacío. Es necesario conectar el pin DTR con GND para configurar que el módulo pueda

hibernar en modo router.

Una vez abierto XCTU el programa debe reconocer el módulo de comunicación, para ello se establece el

baudrate configurado en el módulo, generalmente 9600 bauds, sin embargo, al haber sido utilizado este

módulo previamente se utilizará 115200 bauds.

Se seleccionará el puerto serie tal como se puede observar en la figura 3-2 se seleciona el puerto COM 4. Y se

pulsa sobre el botón “test/query modem”. Habrá que esperar hasta que aparezca un mensaje similar al

mostrado en la figura 3-2 (A). Una vez XCTU haya reconocido el módem, en la pestaña “modem

configuration” se definirá las características del módem. En este caso no hace falta modificar ninguna

característica ya que como se observa en la figura 3-2 (B), este está configurado. Para configurarlo desde cero

sería necesario buscar en function set “ZIGBEE ROUTER API” y pulsar sobre el botón Restore.

A partir de este momento se puede configurar el módem xBee. En primer lugar el “PAN ID” funciona mejor

cuando es definido por lo que se utilizará el “PAN ID = 0x1AAA”. Aunque es posible dejar esta configuración

libre. Para identidicar el módem se puede utilizar una etiqueta llamada Node Identifier, en este caso este recibe

el nombre de “XBEEARDU3” aunque se puede nombrar como se desee. Una de las partes más importantes

dentro de la configuración es la selección del baud rate, que será de 115200 bauds. En este caso esta velocidad

esta definida con el numero 7 “BD = 7 - 115200”.

Para utilizarse mediante el uso de librerías es necesario que esten en modo API en lugar de Comandos AT. Por

ello además de configurar el function set como modo API es necesario establecer el registro “AP=2” como

requisito adicional de la librería. Para hibernar el módem el registro SM se debe de seleccionar como “SM = 1

PIN HIBERNATE”.

Tras esta configuración se seleccionará el tick “Always Update Firmware” para actualizarlo si fuera necesario

y sobre el botón write para escribirlo en el módem. Si se ha cambiado el baudrate no podrá comprobar si se

realizó el cambio correctamente ya que no está sincronizado, por ello es necesario realizar el primer paso para

leer los datos de configuración del módem con el nuevo baudrate y comprobar que no existe ningún problema.

Adicionalmente para amplificar la señal se utilizará una antena de 5 dB, lo que permite establecer una

comunicación desde cualquier parte del edificio sin interferencias.


30

3.2.3 Shield de sensores

Es una tarjeta PCB que se puede conectar directamente al arduino. Ha sido creada para este proyecto con el

software Eagle. Está diseñada para un arduino FIO e incluye un módulo DHT 11 para la lectura de tempetura y

humedad, un LDR para la lectura de luminosidad, y un detector de presencia por infrarojos PIR.

3.2.3.1 DHT11

Se trata de un sensor digital que mediante un protocolo

propio proporciona información acerca de la temperatura y

humedad. En el datasheet se puede apreciar el

funcionamiento de dicho protocolo.

Al tratarse de un único pin de transmisión asíncrona, el

controlador del DHT11 estará siempre a la escucha salvo que

se indique lo contrario. En estado de reposo el

microcontrolador escribe un uno constante, cuando se quiere

recibir un dato este escribe un cero y posteriormente se pone

en modo lectura a pull up, de tal forma que es ahora el

DHT11 quien escribe sobre la línea de datos, enviando así

toda la información referente a los sensores de humedad y

temperatura.

Para su comunicación se dispone de cuatro pines que irán conectados siguiendo la figura 3-3.

En el desarrollo del firmware para las lecturas de temperatura y humedad se ha utilizado una librería para

arduino y una placa donde se pasará de utilizar de cuatro pines a tres pines para simplificar su uso.

La librería permite crear una instancia a un objeto DHT11 que almacena dos variables con la información de la

humedad y la temperatura de la última lectura realizada. Este objeto permite identificar si está conectado el

microcontrolador, así como realizar lecturas cuando el microcontrolador principal lo estime necesario.

3.2.3.2 PIR

Para la detección de presencia se utiliza un sensor infrarrojos o PIR genérico. Se basa en la emisión de luz

infrarroja producida por el calor corporal de los seres vivos, por ello este sensor puede detectar presencia,

aunque no será capaz de saber diferenciar si se trata de personas o animales. Estos sensores tienen dos tipos de

funcionamiento, el primer tipo emite un único pulso con una duración que se puede controlar con un

potenciómetro y el segundo se pone a un nivel alto cuando detecta presencia y no baja hasta que esta no haya

desaparecido. En la realización de este proyecto se utiliza este último modo.

Este tipo de sensores están compuestos por una cúpula

de plástico, que funciona como lente y filtro. En la

figura 3-4 se puede apreciar la vista inferior del sensor

PIR que se utiliza en este proyecto. El jumper permitirá

seleccionar el modo de funcionamiento, si se usa el

modo High (pin central con el pin superior) funcionará

en modo pulso y si se usa en modo Low (pin central

con pin inferior) el sensor funcionará en modo

continuo, si detecta presencia se pondrá a uno.

Existen dos potenciómetros el de la izquierda que

permite establecer el tamaño del pulso, que no se tendrá

en cuenta ya que el sensor está configurado en modo

continuo. Mientras que el de la derecha permite

controlar la sensibilidad, que se debe ajustar para no

Figura 3-3 – Conexión del sensor DHT11

Figura 3-4 – Vista inferior de un sensor PIR


detectar presencia en el exterior del hogar.

3.2.3.3 LDR

Se utilizará para medir la luminosidad, se trata de un LDR GL5528. Se trata de una

resistencia que varía desde 1 Mohm (en oscuridad) y 2 KOhm (100 Lux). Por lo tanto para

conocer la luminosidad es necesario medir el valor de resistencia del LDR. En la figura 3-5

se puede ver como se utiliza un divisor de tensión. De esta forma arduino leerá un valor de

voltaje que se traducirá a Ohm para poteriormente pasarse a luminosidad siguiendo las

siguientes ecuaciones teóricas.

Para poder realizar una lectura en unidades “Lux” será necesario hacer unos cálculos con la

señal leída. Arduino lee una señal entre 0 y 1023, en función de su referencia analógica y del

voltaje de la señal leída. Para saber cuantos Lux corresponden hay que basarla en la figura

3-5, donde es necesario trabajar en unidades de resistencia (ohmios).

Por lo tanto lo primero que se debe calcular es el voltaje leído. Que se puede hacer

realizando una regla de tres.

𝑉𝐿 =𝑉𝑟𝑒𝑓 × 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎

1023

Donde VL es el voltaje que hemos leído, Vref es el voltaje de referencia y Lectura es el valor leído,

comprendido entre 1 y 1023. Mediante el uso de la figura 3-5, el divisor de tensión y conociendo el valor de la

resistencia R1 y del voltaje de alimentación VS, se puede saber el valor de la resistecia RLDR del LDR.

𝑅𝐿𝐷𝑅 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝐿

𝑉𝐿× 𝑅1

Una vez se tiene el valor de la resistencia hay que linealizar la gráfica en una función para obtener la

luminosidad en Lux en función del valor leído. Debido a que se trata de una gráfica logarítmica se tendrá que

trabajar con potencias y logarítmos.

𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐿𝑢𝑥 = 10log 10

𝐿𝐿𝐷𝑅1000

−𝐵

𝑀

Figura 3-5

Figura 3-6 – Gráfica Lux en función de la resistencia LDR


32

Siendo M el valor de la pendiente y B el valor del offset necesario para la linealización de la figura 3-6. Como

se puede observar existe un error importante, por lo que se trata de un valor aproximado calculado por el punto

medio, el cual no tiene porque ser el valor típico.

Los valores M y B para este LDR son M = -0.715335279 y B = 1.817398, en esta placa VS=Vref=3.3 V . Por

último para maximizar el rango de este LDR se utiliza una resitencia R1 = 22 KΩ.

3.2.3.4 Diseño de la PCB

Se ha optado por diseñar una shield en el programa Eagle, por ser uno de los programas de diseño de PCB más

extendidos y por su licencia gratuita a estudiantes. Existen otros programas, también con licencia gratuita y

algunos con mejores prestaciones que Eagle, como kicad, pero en Eagle existen una gran cantidad de librerías,

lo que permite en muchos casos no tener que crearlas.

Esta shield tiene un diseño simple con dos elementos soldados y sockets para DHT11 y PIR. Por lo tanto no se

requiere de ningún tipo de librería externa de Eagle. En las figuras 3-8 se muestra el esquemático y en la

figura 3-7 la PCB en su parte inferior, ya que tan solo se necesita de una cara de cobre.

Figura 3-7 – PCB de la shield del nodo periférico

Figura 3-8 – Esquemático de la shield del nodo periférico


3.2.3.5 Fabricación de la PCB

Para ello se ha optado por el método de la transferencia por calor. Al tratarse de una única capa este método es

adecuado. Se trata de un método económico que permite la fabricación de PCB con una calidad óptima,

siempre que no se requiera de varias capas o vías entre las mismas.

Este método consiste en transferir la tinta de una impresora láser al cobre. La tinta funcionará como protector

del cobre frente al ataque químico. Para entender como ocurre esta transferencia es necesario conocer como

funciona una impresora láser.

En primer lugar, la impresora láser calienta el papel sobre la zona donde se quiere que quede pintado,

posteriormente pasa por un rodillo precalentado con tinta (realmente es una fina capa homogénea de un polvo

muy fino). Esta tinta quedará adherida en la zona previamente calentada. Esta impresión de la PCB debe

realizarse sin modo espejo ya que al tratarse de la capa botton (o inferior) se invetirá en el siguiente paso.

Para realizar la transferencia se enfrenta la capa impresa del papel con la cara de cobre de la PCB virgen con

cuidado para que no quede ningún tipo de arruga ni burbuja. En este proyecto se ha utilizado pegamento en

una zona externa a la PCB para no dañar el diseño, de esta forma no quedan arrugas en cada pasada por la

máquina.

Al pasar por el rodillo se calentará todo el cobre, quedándose la tinta adherida al punto más caluroso, es decir

en el cobre. En condiciones normales se tendría que pasar la PCB al menos tres veces por la máquina, ya que

menos veces podría significar que no se adhiera toda la tinta al cobre. Pero no es recomendable hacer este paso

más de seis veces, esto podría producir un aplastamiento de la tinta produciéndose cortocircuitos no deseados.

Con un poco de agua sin utilizar ningún tipo de jabón se retirará el papel de la PCB, que habrá quedado

pegado al mismo por el calor recibido. Este proceso hay que realizarlo con cuidado para que no se las pistas.

Se utilizará una máquina plastificadora modificada para tener una temperatura estable, en torno a los 200º

grados. Y para facilitar la transferencia se utilizará papel satinado.

Para la realización del ataque se utilizará, en proporciones iguales, agua, peróxido de hidrógeno, ácido

clorhídrico 110%. Este último es el responsable de eliminar el cobre, no obstante, para que se produzca este

ataque es necesario el peróxido de hidrógeno como principio activo. El agua se utiliza para rebajar la fórmula y

hacer que el ataque sea más lento y con mayor control.

Una vez finalizado el ataque, con jabón neutro y estropajo metálico se limpiará la placa hasta tener todo el

cobre visible y libre de tinta. En este momento estará todo preparado para taladrar la placa mediante una

herramienta tipo Dremel o taladro de mano y por último se soldarán los componentes.

3.3 Nodo Central

3.3.1 Microcontrolador

Para este nodo se utilizará un arduino UNO

basado en el Atmel ATmega328p. Este nodo

recibirá toda la información procedente de los

nodos periféricos y de internet a través de la

plataforma. Los requerimientos del sistema

hacen que en este nodo no pase a modo

hibernación.

Toda la información recibida desde los nodos

periféricos será comunicada inmediatamente al

servicio web creado para almacenar toda la

información en la base de datos. Esta

comunicación se realizará mediante MQTT,

para ello se utilizará la librería “pubsubsclient”

para arduino que permitirá gestionar las

publicaciones y subscripciones MQTT.

Figura 3-9 – Nodo central


34

Figura 3-11 – Arduino WiFi Shield

3.3.2 Módulos de comunicación

3.3.2.1 xBee

La placa de desarrollo arduino UNO no dispone de zócalo para los módulos xBee, por lo que será necesario

una shield para esta función, la “Arduino Wireless SD shield”. Esta además de cumplir estos requisitos

gestiona una tarjeta microSD, aunque no será necesaria para este proyecto. Para poder realizar una correcta

comunicación con los nodos periféricos el módulo xBee debe de ser del mismo tipo. En este nodo será xBee

PRO serie 2, configurado como “Coordinator” por asumir funciones de coordinador de la red.

El nodo central es el encargado de generar una

dirección de red, la cual será trasmitida al resto de los

nodos mediante el protocolo de conexión de xBee.

Este nodo está destinado a estar a la espera de recibir

todos los mensajes por parte de los nodos periféricos,

por este motivo no pueden hibernar.

Para su configuración se realizan las mismas acciones

que en el apartado homónimo del nodo periférico a

excepción de dos claras diferencias además del NI

(identificador del módem). En primer lugar que si

utilizará el firmware “ZIGBEE COORDINATOR

API” en lugar del “ZIGBEE ROUTER API” en el

funtion set, se ignorará el registro correspondiente a la

hibernación de módem, ya que ni siquiera está

disponible al seleccionar el nuevo firmware.

3.3.2.2 WiFi

La comunicación del nodo central al bróker se realiza

mediante WiFi, se debe crear una conexión TCP/IP

mediante una conexión a Internet. Al utilizar el arduino

UNO como base para el nodo central, se elige la

“arduino wifi shield” para crear esta conexión. Este

incluye la gestión de tarjetas SD, aunque no se necesita

para este proyecto. Esta shield se comunica por SPI con

arduino por lo que debe ser la primera en acoplarse al

arduino. El pin digital 4 corresponde tanto en esta shield

como en la Wireles SD shield al control de la tarjeta SD,

por lo tanto, para evitar su uso no se conectará al

arduino.

La wifi shield viene de fábrica con un firmware

específico para conexiones con redes sin DHCP, aunque

supone una mayor seguridad dentro de la red, tiene una

configuración bastante tediosa. Desde la web de arduino se proporciona una guía detallada en donde explica

como actualizar el firmware y poder así conectarse a una red con DHCP [50]. Para ello hay que instalar el

programa flip que proporciona Atmel y conectar el jumper J3. Se conecta la wifi shield ordenador por el puerto

mini-USB de la placa y se ejecuta el siguiente comando en la línea de comandos de windows.

batchisp.exe -device AT32UC3A1512 -hardware usb -operation erase f

memory flash blankcheck loadbuffer

/Arduino/hardware/avr/arduino/firmwares/wifishield/binary/wifi_dnld.el

f program verify start reset 0

Figura 3-10 – Arduino Wireless SD Shield


Se optó por un sistema de subscripcion mediante el protocolo MQTT ya que era necesario un enlace

bidireccional. Esto conlleva una complejidad dentro de la programación del firmware del arduino UNO. La

librería “pubsubsclient.h” permite utilizar este protocolo de una manera sencilla utilizando la librería integrada

desde el IDE de arduino para la gestión de las conexiones WiFi.

3.3.3 Shield de sensores

Se toma como referencia todos los componentes utilizados en la shield de sensores para los nodos periféricos

para su desarrollo, por ello para obtener más datos acerca del DHT11, PIR o LDR se puede acudir a los puntos

3.1.1.3.1, 3.1.1.3.2 y 3.1.1.3.3 respectivamente. A diferencia del periférico, este nodo tiene que estar preparado

para activar una alarma y un sistema de control de accesos. Para lo que se utilizará un zumbador para la alarma

y un módulo RFID RC522 para el control de accesos.

3.3.3.1 RC-522

Es un módulo que permite leer y escribir tarjetas RFID del tipo Mifare.

Este permite comunicarse con la placa arduino mediante el protocolo SPI,

UART o I2C e incluye una antena RF. Para identificar de forma única una

tarjeta Mifare se lee el número de serie de la tarjeta. En este proyecto se

realiza la comunicación mediante SPI. Tiene una transferencia de hasta 10

Mbit/s y funciona a 3.3V por lo que no habría problemas para

comunicarla con arduino. La conexión de los pines SCK, MOSI, MISO,

3V3 y GND deben coincidir con sus homónimos en la placa arduino. El

pin de señal de datos o SS está conectado al pin D6 del arduino mientras

que el pin de reset o RST lo está al pin D8.

Las tarjetas Mifare tienen la capacidad de almacenar entre 1 KB y 4 KB de información. Pero solo se

necesitará leer el identificador único de la tarjeta.

3.3.3.2 Alarma

En este proyecto se utilizará un relé que activará una sirena. El esquema para conectar el relé está basado en un

transistor MOS tipo n, que incluye un diodo de protección de corriente inversa que podría producir un bucle,

algo muy negativo para el circuito y el relé. A nivel de programación, utilizar un relé sería un actuador con

pull-down, el controlador debe ponerse en nivel alto para funcionar. El relé es instalado en la shield mediante

el uso de cables de conexión macho-hembra soldados a la PCB a modo de extensión de los propios pines con

la finalidad de facilitar la instación de la sirena.

3.3.3.3 Diseño de la PCB

Para su diseño se usará Eagle, utilizando como base de la PCB los pines de la placa arduino UNO. A

continuación se muestra un esquemático de los componentes y de la capa bottom de la PCB. Está compuesto

por módulos preconstruidos a excepción del detector de luminosidad.

Figura 3-12 - Módulo RC-522


36

Figura 3-14 Esquemático de la shield del nodo central

Figura 3-13 – PCB de shield del nodo central


3.4 Servidor web, base de datos, Bróker MQTT y Node.js

La simulación de un servidor web se hace con una “Raspberry Pi 3 Model B” con sistema operativo Raspbian

Jessie (Debian optimizado para dispositivos Raspberry Pi) sin escritorio. Se ha instalado un servidor SSH y

SFTP para acceder al Sistema Operativo de forma remota solo en Red Local, optimizando la seguridad del

sistema. A partir de este momento se hará referencia a esta raspberry pi como el servidor del sistema o

simplemente como el servidor.

Durante la instalación de la raspberry sin entorno gráfico se configura automáticamente el servicio SSH y

SFTP sin la necesidad de instalar ningún elemento adicional.

3.4.1 Servidor web y base de datos

Es necesario disponer de una base de datos para la gestión de la información mandada por los sensores y para

almacenar la configuración deseada por los usuarios. Para ello se ha instalado un servidor web Apache2, una

base de datos mySQL en el servidor y una interfaz de usuario para trabajar sobre la base de datos,

phpmyadmin. Para esta configuración es necesario instalar el servidor web mediante líneas de comando, más

adelante se describe el proceso realizado.

Para evitar escribir sudo al principio de cada instrucción acceder al modo administrador mediante el siguiente

comando.

$sudo su

Hay que crear un grupo determinado www-data para instalar el servidor. En esta distribución de raspbian

(jessy lite) viene creada y configurada, por lo que se puede proceder directamente a la instalación del servidor.

Para obtener la última versión de todos los componentes y servicios a instalar se actualizan las listas y los

servicios mediente los comandos.

$apt-get update

$apt-get upgrade

Como base de todo lo que se pretende instalar para obtener los servicios necesarios en el proyecto hay que

instalar apache2. Este es el servicio web que permitirá mostrar una página web básica en HTML5 con hojas de

estilos CSS3 y javascript.

$apt-get install apache2

Como es necesario utilizar php hay que instalar php5, con esto ya se tendría un servidor web con páginas

dinámicas mediante el uso de PHP en su última versión. Se pretende utilizar junto con apache y mySQL, por

lo que se instalan los componentes necesarios para que puedan interactuar.

$apt-get install php5

$apt-get install libapache2-mod-auth-php5 php5-cli php5-common php5-

dev php5-mysql

Para que se haga efectiva la instalación de estos complementos se ejecuta el comando “reboot”, que reniniciará

el servidor.

$reboot


38

Una vez reiniciado el servidor se instalará la base de datos mySQL y el cliente mySQL

$apt-get install mysql-server mysql-client

Durante la instalación del servidor se pedirá el nombre de usuario administrador de la base de datos, root por

defecto y la contraseña deseada. Una vez finalizada la instalación será necesario volver a reiniciar el servidor,

en adelante ejecutar el comando reboot será mencionado como reiniciar el servidor.

Tras reiniciarlo solo queda instalar phpmyadmin para gestionar la base de datos mediante el uso de una página

web. Durante la instación pedirá que se introduzca el usuario y contraseña de la base de datos mysql.

$apt-get install phpmyadmin

Para poder configurarlo y acceder desde una página web se debe modificar el archivo de configuración de php.

$nano /etc/php5/apache2/php.ini

Una vez abierto, al final del código se añade una línea con lo siguiente:

extensión=mysql.so

Se guarda el archivo pulsando la tecla control y la tecla "x" simultáneamente, se aceptan los cambios y no se

debe modificar el nombre del archivo. Finalmente se realiza una operación muy parecida a la anterior, en este

caso se accede al archivo de configuración de apache2.

$nano /etc/apache2/apache2.conf

Y de la misma forma que ocurre con el archivo anterior, al final del archivo se crea una nueva línea:

Include /etc/phpmyadmin/apache.conf

Por último se reinicia el servidor y ya se tiene el servidor web y la base de datos mySQL instalados. En cuanto

al uso de las tablas necesarias para el funcionamiento del proyecto será detallado en el sub-apartado backend

del capitulo 5 (Desarrollo Software).

3.4.2 Bróker MQTT

Sirve para dar soporte a los servicios MQTT. De esta forma se pueden crear tantas subscripciones como sean

necesarias. El bróker que se utiliza en este proyecto es el bróker Mosquitto. La elección de este bróker se debe

a que “Apache ActiveMQ Apollo 1.7.1” (apollo en adelante) requiere de JAVA para su instalación. Y

Mosquitto no necesita prácticamente nada adicional para funcionar, aunque su configuración es mas tediosa

que apollo.

Su instalación en el servidor se realiza mediante líneas de comando, ya que no se dispone de un escritorio. Para

realizar la instalación de Mosquitto en el servidor es necesario descargar y actualizar los repositorios.

curl -O http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-repo.gpg.key


apt-key add mosquitto-repo.gpg.key

rm mosquitto-repo.gpg.key

cd /etc/apt/sources.list.d/

curl -O http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-jessie.list

apt-get update

Una vez preparado mediante apt-get se instala Mosquitto y sus dependencias.

$apt-get install mosquitto mosquitto-client python-mosquitto

Tras la instalación se reinicia el servidor y el bróker se ejecutará adecuadamente. Este bróker no está

configurado para que sea necesario utilizar un usuario y una contraseña. Para poder instalar una nueva

contraseña será necesario utilizar un recurso que incluye Mosquitto para crear y codificar una pareja

usuario/contraseña.

$mosquito_passwd -b /etc/mosquitto/passwd.pw admin password

En este caso mosquito_passwd es el recurso que proporciona Mosquitto, -b permite poner usuario y contraseña

en la misma línea de comando, lo que simplifica su configuración, /etc/mosquitto/passwd.pw es la dirección

completa del archivo donde se almacena el usuario y la contraseña para acceder al bróker y por ultimo admin y

password son el usuario y la contraseña respectivamente.

Con esto se obtiene un archivo que almacena un usuario con su contraseña codificada, posteriormenete hay

que especificar al bróker que solo permita el acceso a los usuarios que existan dentro de este archivo y para

ello es necesario acceder al archivo de configuración.

$nano /etc/mosquitto/mosquito.conf

Al final del archivo hay que agregar las siguientes líneas:

allow_anonymous false

password_file /etc/mosquitto/passwd.pw

Tras reiniciar el servidor estará configurado el bróker.

3.4.3 Node.js

Para poder utilizar los servicios o daemons en Node.js es necesario la instalación de node y npm mediante apt-

get.

$sudo su

$apt-get install node

$apt-get install npm

Con estas instalaciones el servidor está preparado para ejecutar servicios programados en node. Y con npm se

pueden descargar librerías para utilizar entre otros mysql o mqtt.


40

Será necesario que el node se ejecute como un daemon, para simplificar este cometido se instala en el servidor

la aplicación forever para node. No obstante, será necesaria una instalación compatible con raspberry pi y por

ello se debe ejecutar el siguiente comando.

$sudo -i npm install forever -g

Para ejecutar un script en background se realiza con el siguiente comando

$forever start script.js

Desarrollo del Firmware

42

4 DESARROLLO DEL FIRMWARE

l firmware es un software específico que se encarga de la programación correspondiente a la parte del

hardware. Es programado en bajo nivel, generalmente en lenguaje Ensablador, C o como en este caso

Programing.

El firmware que está programado tanto en los nodos periféricos como en el nodo central se ha desarrollado con

el IDE de Arduino. Este IDE permite programar el microcontrolador de una forma muy sencilla ya que

permite una programacion a nivel relativamente alto, permitiendo abstraerse del uso de registros. El IDE de

arduino permite alternar la programación en programing, en C++ orientada a objetos y en C con programación

estructurada. De esta forma se pueden modificar los registros siempre que sea necesario o la programación lo

requiera, sin perder las ventajas de la programación con programing.

Debido a la extensa comunidad y a los propios desarrolladores de arduino existen cientos de librerías para

facilitar la programación de las placas arduino. Además se dispone de las librerías que facilita el fabricante de

estos microcontroladores, Atmel, que permiten usar funciones avanzadas tales como operaciones matemáticas

complejas, el uso del wachtdog o poner a hibernar el microcontrolador.

Se pueden distinguir tres tipos de librerías:

Librerías internas: son las que vienen preinstaladas en el IDE de arduino, no necesitan instalación y

se puede acceder desde el IDE de arduino. Estas librerías están realizadas por los desarrolladores de

arduino. Por lo general están diseñadas para utilizar elementos muy comunes, como SPI o I2C por

ejemplo, o para utilizar Shields propias, como la shield wifi o la shield Ethernet.

Librerías externas: son las desarrolladas por la comunidad, es necesaria su instalación, aunque una

vez instalada se puede acceder a ellas desde el IDE de arduino. Al estar desarrolladas por la

comunidad y tratarse de un recurso open-source, si lleva mucho tiempo en la red es difícil que tengan

algún error, ya que la propia comunidad está mejorando continuamente estas librerías. Es la principal

ventaja del IDE de arduino ya que casi todos los componentes o módulos genéricos disponen ya de su

propia librería para ahorrar tiempo y esfuerzo en la programación del firmware.

Librerías AVR: las que facilitan el fabricante del microcontrolador. No necesitan instalación, pero no

se puede acceder a ellas desde el IDE, sino que es necesario visitar la web del fabricante y ver que

librerías están disponibles para el microcontrolador que se está utilizando e invocarla de forma manual

al principio del código siguiendo el siguiente ejemplo.

E

La creatividad simplemente consiste en juntar cosas

- Steve Jobs-


#include <avr/librería.h>

Este IDE se puede descargar de forma gratuita de la web oficial de arduino y está disponible para los tres

sistemas opertativos más importantes: Windows, Linux y MacOS.

4.1 Nodo periférico

La función de este nodo es la de leer los datos obtenidos de los sensores y transmitirlos al nodo central

mediante una comunicación inalámbrica xBee. El firmware está desarrollado en el entorno de programación

de arduino ya que simplifica notablemente su programación.

4.1.1 Sensores

El nodo periférico dispone de tres sensores, que generarán cuatro datos. Estos tres sensores son el sensor

digital, el sensor analógico y el sensor digital booleano.

4.1.1.1 Sensor de Luminosidad

Para la lectura del sensor de luminosidad, tan solo se leerá el pin de entrada analógico A0. Debido a la

dificultad de transmitir un dato con coma flotante, se ha decidido mandar el dato de la lectura correspondiente

a los valores entre 0 y 1023 que corresponden a 0 y 5 V respectivamente. Y será más adelante cuando estos

datos sean transformados a un valor de luminosidad en Lux.

4.1.1.2 Sensor de presencia

Es un sensor booleano por lo tanto su lectura corresponde al sistema binario „detecta‟ o „no detecta‟ algún tipo

de presencia. Cuando se recibe un nivel alto se considera que existe algún tipo de presencia.

Debido a que este sensor se utiliza en primera medida para el sistema de alarma, al detectar todo tipo de

movimiento de un cuerpo que genere temperatura propia (principio de funcionamiento del sensor de presencia)

deberá de saltar la alarma siempre que esta este activa.

Sin embargo debido a que un ladrón, en casos generales, no tarda menos de 30 segundos dentro del hogar, para

conseguir una mayor autonomía, se realizará esta lectura solo cuando el nodo sea despertado por el watchdog,

que como se verá a continuación será cada ocho segundos.

Para evitar algunas falsas alarmas producidas por movimientos indeseados o fallos en la lectura, se realiza una

nueva lectura cuando el módem este operativo después del tiempo de time up, si es positiva, la presencia es

real.

Debido a que el nodo periférico no tiene forma de detectar si está o no la alarma armada, el sensor volverá a

funcionar con normalidad. Este funcionamiento aislado solo se dará cuando se pasa a leer un nivel alto siendo

el último dato leído en un nivel bajo.

4.1.1.3 Sensor de Temperatura y Humedad

La lectura del sensor DHT11 proporciona datos acerca de la temperatura y la humedad, para ello se recurre a

una librería externa. Esta incluye un objeto que permite generar una lectura de ambos sensores, evitando tener

que controlar el pin D2 como entrada o salida según dicta el protocolo. Esta instancia del objeto se creará

mediante el siguiente código:


44

dht11 DHT11;

La función que se utiliza en este proyecto es int read(int pin) que devuelve un valor 0 cuando no ocurre

ningún error y -1 o -2 si ocurre un error de checksum o de tiempo de espera respectivamente. Como variable

de entrada se le dará el valor numérico del pin digital al que está conectado físicamente el sensor DHT11 a la

placa arduino. Esta función tal como se puede intuir por el nombre realiza una lectura de temperatura y

humedad, estas lecturas se almacenan dentro de las variables temperature y humidity respectivamente. Para

acceder a la función de lectura y las variables de la instancia se realizará del siguiente modo:

int chk = DHT11.read(2);

if (!chk)

humedad = DHT11.humidity;

temperatura = DHT11.temperature;

4.1.2 Módulo de comunicación

Una vez obtenidos los datos de los sensores será necesario el envío de los mensajes a través de un módulo

xBee Pro Serie 2. Del mismo modo que ocurre con el sensor DHT11, para la gestión del módulo xBee se

utiliza una librería externa. El uso de este tipo de módulos suele estar gestionado por una serie de comandos

que reciben el nombre de comandos AT y son utilizados en la mayoría de módulos de comunicación. Por

desgracia, al igual que ocurre con las instrucciones en los microcontroladores, estos comandos AT no suelen

ser genéricos y cada fabricante utiliza su propio repositorio de comandos AT.

La librería xBee es bastante grande y abarca los diferentes tipos de módulos xBee comentados en el apartado

2.3.3, así como los diferentes modos de funcionamiento de estos módulos en cada una de sus versiones. Por

ello, se describen a continuación los objetos instanciados, las funciones y variables que se utilizan en el

desarrollo del nodo central.

En primer lugar es necesario instanciar la clase “xBee” que permite enviar y leer a través del microcontrolador,

esta se instancia mediante la llamada:

XBee xbee = XBee();

Los métodos del objeto XBee que se van a utilizar son send(ZBTxRequest zbTx), que permite el envío de

paquetes de datos al nodo central siguiendo una estructura propia de la librería, readPacket(tiempo), que leen

los datos recibidos durante el tiempo definido como variable de entrada, getResponse() que se utiliza para

conocer el resultado de la transmisión, y setSerial(UART), que sirve para establecer una conexión entre el

módulo xBee y el puerto UART indicado.

La estructura de la librería xBee que se va a necesitar a lo largo del programa es XBeeAddress64. Está

compuesta por dos enteros de 32 bits cada uno. Almacena una dirección mac de xBee pudiendo diferenciar

dos variables correspondientes a los 32 bits más significativos y los menos.

XBeeAddress64 addr64 = XBeeAddress64(0x0013A200, 0x40BAAB13);

Como se observa, para enviar datos se necesita una estructura especial que almacene la dirección del envío y la

trama de datos útiles que se desea enviar. Esta estructura es ZBTxRequest.

ZBTxRequest zbTx = ZBTxRequest(addr64, texto, sizeof(texto));


Y por último para conocer si se ha recibido o no el paquete en el nodo central se utiliza la estructura

ZBTxStatusResponse.

ZBTxStatusResponse txStatus = ZBTxStatusResponse();

Durante el envío se puede controlar si los datos se han emitido correctamente, en contadas ocaciones, es

posible que este sea erróneo y se reitere constantemente, es por ello que sea necesario resetear la placa. Se

establece un máximo de cincuenta errores para producir este reseteo de software, que salta a la primera

posición de ejecución del programa.

void softReset()

asm volatile (" jmp 0");

4.1.2.1 Creación y envío de la trama xBee

Para que el servidor pueda parsear los datos de forma correcta se debe montar la trama formando parejas

“tipo=valor” separados por el carácter „&‟. Este tipo de trama es comúnmente utilizado en llamadas GET de

HTML. De hecho, debido a que al principio la idea era transmitir la trama a un webservice en PHP, se pensó

en montar la trama de tal forma que no hiciese falta el parseo desde el nodo central sino que se enviase

directamente al webservice.

Finalmente el envío se realiza por MQTT, por lo que el parseo podría realizarse de diversas formas entre ellas

esta misma. El nodo periférico es transparente al método de comunicación del nodo central con el servidor.

Un ejemplo de trama enviada:

TEM=25&HUM=41&LUZ=386&PIR=1

En el envío hay que especificar cual es la MAC destino en la que está almacenada la variable de tipo estructura

XBeeAddress64 llamada addr64.

Lanzando el mensaje send del objeto xBee se envía la trama. Como detalle importante acerca del

funcionamiento de xBee, el módem tarda hasta treinta segundos en su proceso de wake up desde que envía o

recibe una trama en modo sleep. Por ello, es necesario realizar un envío de una trama, la cual se sabe que no va

a llegar, treinta segundos antes de mandar la trama real. Tras despertar el microcontrolador del estado de

hibernación se manda la trama, durante esa espera se realiza la lectura y el maquetado de la trama. Pasado este

tiempo se envía la trama y se comprueba que ha llegado.

xbee.send(zbTx);

xbee.readPacket(1500);

err = xbee.getResponse().getErrorCode();

stat = xbee.getResponse().getApiId();

if (stat == 0 && err == 0)

Serial.println("ERROR");

else if (stat == 117)


else

Serial.println("OK");


46

4.1.3 Gestión Energética

Una vez enviados los datos es necesario hibernar el microcontrolador y el módulo xBee para conseguir un

ahorro energético y prolongar durante meses la autonomía de los nodos periféricos.

En el módulo xBee hay que darle al pin DTR nivel bajo, el cual está conectado al pin D3 del microcontrolador.

La hibernación del microcontrolador es una tarea más compleja.

Al contrario de lo que ocurre con el resto de funcionalidades de arduino, no existe la posibilidad de hacer esta

tarea de manera simplificada. Pero existen librerías del fabricante que simplifican provocar la hibernación del

microcontrolador, aunque modificando algunos registros del mismo.

Si se hiberna el microcontrolador deberá existir una manera de interrumpir dicho estado. Por ello es necesario

el uso del timer watchdog incluido en el micrcontrolador. De la misma forma que ocurre con la hibernación

del microcontrolador hay que configurarlo mediante el uso de registros. En este caso no se utilizará la librería

ya que la gestión de estos registros es mas rápida y simple.

4.1.3.1 Hibernación del microcontrolador.

En la gestión de la hibernación se necesitará la librería sleep.h. Esta permite varios modos de ahorro energético

en función de las necesidades del programa ejecutado. En la figura 4-1 se muestra una tabla obtenida del

datasheet del microcontrolador, en ella se puede observar marcada con una “X” los componentes activos con

cada uno de los modos de ahorro energético.

El modo de hibernación escogido para ahorrar energía es el modo “Power-Down”. Se recurre a la librería

power.h que proporciona el fabricante para apagar TWI elemento antes de poner el disposivo a dormir,

ahorrando de esta forma una mayor cantidad de energía. Si se apaga mediante este método los timers 0, 1 y 2 y

el SPI y ADC se consigue disminuir a la mitad el consumo energético.

En la hibernación del dispositivo es indispensable cambiar los registros necesarios para su preparación. El

fabricante da la opción de preparar el dispositvo con la función.

sleep_enable();

Figura 4-1 – Posibles estados de ahorro de energía del Atmel ATmega328p


Para que el dispositivo no se duerma por error hay que desactivar este modo mediante:

sleep_disable();

Se ha elegido un modo de ahorro energético con la función:

set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);

Antes de dormir el dispositivo es necesario apagar los componentes mencionados, para ello se ejecutan los

siguientes comandos:

power_timer0_disable();



power_adc_disable();

power_twi_disable();

power_spi_disable();

Sin embargo, activar todos los componentes simultáneamente es más rápido mediante el comando:

power_all_enable();

Y por último se hiberna el dispositvo:

sleep_mode();

Al despertar, el dispositivo volverá a la siguiente línea, donde será necesario activar todos los componentes del

dispositivo y deshabilitar el modo sleep.

Todo este proceso se realiza con la función duerme(), para facilitar y agilitar la puesta del dispositivo a

hibernar.

4.1.3.2 WachtDog

Es un timer que sirve para liberar la ejecución cuando está por alguna razón, generalmente no deseada,

bloqueada o ha entrado en un bucle infinito. Su funcionamiento es bastante simple, cuando este contador

desborda reinicia el sistema y de esta forma la ejecución sale del bloqueo o del bucle infinito. Para evitar que

este contador desborde, durante la ejecución normal del programa este se restaura a cero en cada interacción

del bucle principal.

La función del wachtdog en este sistema es despertar al microcontrador cuando este se encuentre en modo

sleep, produciendo a su vez una interrupción en la ejecución del programa principal ejecutando una rutina de

interrupción, la cual, se ha definido para evitar que el microcontrolador apage o reinicie el sistema de forma no

deseada cada ocho segundos.

Esta configuración se realiza mediante la escritura de forma directa de los registros. Es recomendable tener

cuidado de no cambiar de forma accidental el estado del resto de bits pertenecientes al registro que deseamos

modificar. Para ello se utilizará los operando “AND” para poner a cero un bit de un registro concreto, y “OR”

para ponerlo a uno.

Lo primero que hay que hacer es dar la orden al microcontrolador de que al saltar la interrupción generada por


48

el wacthdog no se reinicie, sino que se llame a la función ISR (función por defecto de interrupciones). Para

ello es necesario modificar el registro MCUSR.

En la figura 4-2 se puede ver como está formado el registro MCUSR, sin embargo, el único bit de este registro

que interesa para el proyecto es el bit 3, WatchDog system Reset Flag (WDRF). Si este bit está en nivel alto, al

ocurrir una interrupción provocada por el watchdog se reiniciará el microcontrolador, sin embargo, si este bit

se encontrase en nivel bajo, se llamaría a la función ISR. Por lo tanto se tendrá que poner este bit a cero

mediante la siguiente instrucción.

MCUSR = MCUSR & B11110111;

En cuanto a la configuración del watchdog hay que recurrir al registro WDTCSR que se muestra en la figura

4-3. En este caso, si es necesario explicar la función de todos los bits.

Bit 7 – WDIF: Indica que se produce una interrupción del watchdog. Esta generalmente se actualiza

directamente cuando desborda el timer del watchdog, no obstante, si se requiere se puede poner este bit a uno

obteniendo el mismo efecto. Durante la ejecución de la configuración inicial no será necesario su modifiación,

pero al llamar a la rutina de interrupción es necesario cambiar este bit a nivel bajo.

Bit 6 - WDIE: Este bit activa el watchdog a nivel alto y lo desativa a nivel bajo. Para evitar problemas durante

la configuración del registro es necesario ponerlo a cero antes de empezarla mediante el siguiente comando:

WDTCSR = WDTCSR & B10111111;

Bits 5, 2, 1 y 0 – WDP3, 2 1, 0: Preescalador del timer, estos bits permiten aumentar el tiempo que tarda el

timer en desbordar. En la figura 4-3 se muestra una tabla con las diferentes posibilidades. Como se puede

apreciar tan solo se dispone de un tiempo máximo de ocho segundos. Aunque utilizando una variable a modo

de contador se controla si se quiere volver a colocar el dispositivo en modo hibernación, o bien se quiere que el

dispositivo ejecute una lectura y envío de datos.

Figura 4-2 – Registro de estado del microcontrolador Atmel ATmega328p

Figura 4-3 – Registro de control del temporizador watchdog del microcontrolador Atmel ATmega328p


Bit 4 – WDCE: Este bit es necesario para realizar los cambios tanto en el WDE como en el preescalador del

registro. Es importante ponerlo en nivel alto para realizar los cambios. Una vez actualizado el preescalador este

bit será reiniciado tras cuatro ciclos de reloj.

Bit 3 - WDE: Este bit tiene la misma función que el bit WDRF del registro MCUSR. Por lo que si se pone a

uno el bit WDRF automáticamente se registrará a uno el bit WDE. Y si se desea cambiar el bit WDE a cero, es

necesario poner a cero el bit MCUSR previamente. Si este bit se encuentra en nivel alto la placa se reiniciará

cuando desborde el watchdog.

A continuación, se muestra el código para la configuración del registro WDRF:

WDTCSR = WDTCSR & B10111111; //Evita interrupciones indeseadas.

WDTCSR = WDTCSR | B00010000; //Permite configurar WDE y WDP.

WDTCSR = WDTCSR & B01110001; //Se establecen los bits a nivel bajo.

WDTCSR = WDTCSR | B00010000; //Permite terminar de configurar WDP.

WDTCSR = WDTCSR | B00100001; //Permite configurar WDE y WDP.

WDTCSR = WDTCSR | B01000000; //Permite interrupciones por watchdog.

4.1.3.3 Rutina de Interrupción ISR.

Una vez producida la interrupción del watchdog se despertará el microcontrolador, esto no tiene porque ser la

función deseada, ya que se requiere que el dispositivo esté en estado de hibernación todo el tiempo que no este

realizando una lectura o emitiendo. Es por ello que se establece una variable a modo de contador que permite

comprobar cuanto tiempo lleva el dispositivo en hibernación. Una vez despertado el dispositivo, este hibernará

en la siguiente ejecución de la rutina principal.

Ya que es necesario tener un control para saber si se detecta alguien en casa cuando la alarma está activa, se

realizará una lectura del sensor de presencia durante la ejecución de esta rutina. Teniendo en cuenta el último

valor leído, se interrumpirá el estado de hibernación o continuará con normalidad.

Esta comprobación basada en la última lectura es debida a que no se puede saber si está armada o desarmada

la alarma, ya que la comunicación está solo disponible desde el nodo periférico al nodo central.

Figura 4-4 – Tiempo de preescalado del watchdog del microcontrolador Atmel ATmega328p


50

4.2 Nodo Central

Este nodo asume toda la responsabilidad del sistema, ya que es el encargado de recibir todas las tramas que

generan los nodos periféricos y transladarlas al bróker MQTT. Debe por lo tanto leer las tramas xBee y tener

conexión a internet. También es el responsable de permitir el acceso de personas al hogar y de la gestión de la

alarma, además de la lectura de los sensores de temperatura, humedad, luminosidad y presencia, al igual que

los nodos periféricos. Por lo que debe de contar además de con los sensores, de un lector RFID y de un relé

para activar la alarma.

En cuanto a la gestión energética, este nodo no puede hibernar en ningún momento ya que podría perder las

tramas de las lecturas de los nodos periféricos y el aviso de activación de la alarma. Su programación será

diferente a la del nodo periférico.

4.2.1 Sensores

El nodo central generará una lectura de temperatura, humedad, luminosidad y presencia igual a la generada en

el nodo periférico, por lo que se acudirá al apartado 4.1.1 para conocer su programación.

4.2.1.1 RFID

Se dispone de un lector de tarjetas RFID RC522 que se conecta mediante I2C al arduino UNO. Para

simplificar su programación se recurre a una librería. En este proyecto solo será necesaria la parte en la que se

detecta una nueva tarjeta Mifare y en la que se lee su identificador.

En primer lugar hay que instanciar o crear el objeto de clase MFRC522 en el cual hay que especificar los pines

SS y RST.

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

Para conocer si hay una nueva tarjeta RFID se llama al metodo PICC_IsNewCardPresent(). Este devuelve

true cuando se detecta una nueva tarjeta. Sin embargo, no es capaz de diferenciar si esta tarjeta ha sido leída

antes, por lo que es propenso a dar muchos errores por el efecto rebote. Por ello se debe conpaginar con una

variable booleana que haga las veces de bandera. De tal forma que si esta bandera está a false significa que no

hay ninguna tarjeta y true que ya ha sido leída.

if ( mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && !Tpresente)

·

·

·

Mientras la tarjeta está estabilizada el método devolverá false por como está construido. Por ello la bandera

Tpresente permanecerá activa mientras ocurrá esto. Falta detectar cuando se retira la tarjeta. Esta librería no

recoje ningún método para esta función, no obstante, al retirar la tarjeta se produce el efecto rebote por lo que

en este proceso el método emite true. Por lo que colocando el siguiente if se detecta cuando deja de estar

presente la tarjeta.


if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && Tpresente)

return;

else

Tpresente = false;

Una vez se ha detectado la tarjeta hay que leer su identificador, que será utilizado para comprobar en el

servidor si está registrado y en tal caso si entra o sale de casa el individuo.

El método PICC_ReadCardSerial() permite hacer una lectura estructurada de la tarjeta RFID, almacenando el

dato de interés para este proyecto en una variable publica uid como un array de tipo byte.

Para evitar cualquier error en la transformación de tipo a uint8_t en el envío por MQTT, se realiza una copia

de estos datos convertidos a char en un nuevo array y posteriormente se manda la trama MQTT.

if ( mfrc522.PICC_ReadCardSerial())

for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++)

RFID_ID[i] =(char) mfrc522.uid.uidByte[i];

clientmqtt.publish("pfc/rfid", (uint8_t*)RFID_ID, strlen(RFID_ID),

true);

Tpresente = true;

De esta forma se recupera la información que se necesita de la tarjeta RFID, siendo necesario esperar a que se

retire para bajar la bandera Tpresente.

4.2.2 Módulos de comunicaciones.

A diferencia del módulo periférico, el nodo central tiene dos módulos de comunicaciones, el módulo xBee y el

módulo WiFi. Para la programación de ambos se utilizan librerías. Para el xBee se utilizará la misma librería

que en el nodo periférico, aunque en este caso, al estar orientado para realizar lecturas, se utilizarán otras clases

y métodos de la misma que se verán a continuación.

En cuanto al módulo WiFi, al utilizar la shield oficial de arduino, se dispone de una librería interna. Por

supuesto al tratarse de una librería tan extensa es necesario centrarse únicamente en las clases y métodos

utilizados en este proyecto.

4.2.2.1 Módulo xBee

En este caso será necesario el uso de dos clases, cuyas instancias o creaciones de objetos se reflejan en el

código como:

XBee xbee = XBee();

ZBRxResponse rx = ZBRxResponse();

La clase xBee es la clase principal, que va permitir el uso de los métodos begin() para inicializar el objeto con

el puerto serie deseado.

Serial.begin(115200);

xbee.begin(Serial);


52

Y el método readPacket() para obtener el paquete almacenado en el buffer del módem, guardando el socket en

una subclase pública de tipo estructura entre los que se destaca un método para copiar la trama leída a un

objeto del tipo ZBRxResponse.

xbee.readPacket();

Para poder copiar los datos al objeto “rx” será necesario utilizar la subclase mencionada en el párrafo anterior.

if (xbee.getResponse().getApiId() == ZB_RX_RESPONSE)

xbee.getResponse().getZBRxResponse(rx);

·

·

·

El método getApiId() de la subclase permite conocer cual es el tipo de socket leído, mientras el método

getZBRxResponse() permite copiar el socket al objeto “rx”. Una vez que el socket está dentro de este objeto se

puede obtener el tamaño del mismo mediante el método getDataLength().

tam=rx.getDataLength();

Obtener los datos almacenados en la variable pública getData[].

for(int aux=0;aux<55;aux++)

Trama[aux]=(char)rx.getData(aux);

Y obtener la dirección Mac del nodo periférico que emitió la trama para informar al servidor del lugar desde

procedía.

macLsb = rx.getRemoteAddress64().getLsb();

4.2.2.2 Módulo WiFi

Se utiliza una librería interna haciendo que su programación sea más intuitiva. No hace falta instanciar la clase

WiFiclass, sino que se llamarán a sus métodos utilizando el objeto WiFi. Este objeto es instanciado de forma

automática en el mismo momento en el que se utiliza la librería, generalmente al instanciar el cliente WiFi.

WiFiClient client;

Los métodos utilizados con el objeto WiFi son: Status(), permiten saber si está conectada o no la shield;

begin(ssid,pass) permite la conexión al punto de acceso wifi; LocalIP() devuelve la dirección IP que establece

mediante DHCP el punto de acceso para el módem; RSSI() devuelve la calidad de la conexión o cobertura en

dBm.


En cuanto al cliente, no se usa directamente ningún método, sino que es la librería pubSubClient.h la que

utiliza este cliente de forma interna.

El objeto WiFiClient hereda la clase Client. Esta define los métodos necesarios para la conexión y envío de

sockets mediante WiFi, por lo que utilizando la librería pubSubClient se consigue un alto nivel de abstracción

ya que no es necesario en ningún momento llamar a los métodos del cliente WiFi.

4.2.2.3 Conexión con el bróker MQTT

Se utiliza el protocolo MQTT para crear un sistema de publicación y subscripición. De tal forma que un

dispositivo que emita un socket en un determinado topic hará que cualquier otro dispositivo subscrito a este

pueda recibir la trama.

La librería pubsubclien.h se usa para la conexión, subscripción y publicación con el bróker MQTT. Está

compuesta por una única clase con sus respectivos métodos.

Hay que instanciar la clase PubSubClient, para ello el constructor requiere un objeto del tipo client, un array de

char para almacenar la dirección del servidor donde se aloja el bróker, un int con el puerto del mismo y la

dirección de una función que se ejecutará cuando se publique en un topic al que se está subscrito.

#define MQTT_SVR_IP "192.168.0.102"

#define MQTT_SVR_PORT 1883

·

·

·

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length);

·

·

·

WiFiClient client;

PubSubClient clientmqtt(MQTT_SVR_IP,MQTT_SVR_PORT,callback,client);

Mediante el método connect se realiza la conexión al bróker MQTT. Este método va a necesitar un

identificador único, el usuario y la contraseña para registrarse en el bróker, un topic para enviar una trama que

ayude a mantener la conexión y el mensaje que se desea enviar y si se desea que se retenga esta información

en el bróker.

Debido a que no se puede repetir el ID del dispositivo, se genera un ID de forma aleatoria mediante la función

random generando una semilla randomSeed aleatoria leyendo un dato de algún pin analógico no usado.

Para comprobar si se ha desconectado del bróker en cada interación se revisa si se mantiene conectado

mediante el método conected().

if (!clientmqtt.connected())

char clientID_buffer[22];

for (int i = 0; i < 22; i++)

clientID_buffer[i] = random('a', 'z');

if (clientmqtt.connect(clientID_buffer, MQTT_USER, MQTT_PASS,

"pfc/estado", 0, 1, "0"))

·

·

·


54

Y al final de cada bucle se manda una trama de control al bróker, esta es necesaria ya que renueva la conexión

con el bróker. Este envío está recogido en el método loop del objeto.

clientmqtt.loop();

Cada vez que se conecta, al tener un nuevo ID, es necesario volver a subscribirse a los topics donde estaba

subscrito. Para realizarla se utiliza el método subscribe().

clientmqtt.subscribe("pfc/alarma");

Cuando algún dispositivo mande una trama con este topic se llamará a la función callback, como si de una

rutina de interrupcción se tratase. Esta comprobación es posible por el método loop(), que adicionalmente a la

comunicación de mantenimiento de la conexión comprueba si se han enviado datos a los topics en los que está

subscrito el dispositivo.

4.2.2.4 Creación de trama y publicación MQTT

El nodo central tiene la necesidad de crear dos tramas, la primera de ellas es la vista en el apartado 4.2.1.1

donde se manda un socket MQTT con el topic pfc/rfid y el contenido del mensaje es el ID de la tarjeta RDIF

presentada.

Por otro lado, está la trama de los sensores. Debido a que debe seguir el mismo formato que la trama enviada

por los nodos periféricos estará compuesta por pares “tipo=valor” separados con el carácter „&‟. Sin embargo,

a diferencia de lo que ocurre con los nodos periféricos será necesario especificar la MAC, ya que es el nodo

central es el encargado de escribirla en los periféricos. La MAC del propio nodo no es posible de hallar, ya que

se utiliza el propio socket xBee para leerla. Por esta razón es necesario especificar manualmente la MAC del

nodo central.

Para simplificar la creación de la trama y poder reutilizar el código escrito en el nodo periférico la MAC se

suministra como una pareja “tipo=valor” seguido del separador „&‟, tal que lo siguiente sea introducir los

datos leídos por los sensores.

char mac[]="MAC=1085975315&";

Una vez escrita la MAC, reutilizando el mismo código que en el nodo periférico pero sin iniciar la variable que

sirve de índice, se genera la trama que quedaría:

MAC=1085975315&TEM=35&HUM=51&LUZ=561&PIR=0

Una vez generada, el mensaje se envía al socket MQTT con el topic pfc/lectura

clientmqtt.publish("pfc/lectura",(uint8_t*)texto,strlen(texto),true);

Siendo el array de char texto el que almacena la trama que se desea enviar.


4.2.2.5 Recepción de tramas xBee y publicacion de MQTT

Para recibir la trama xBee es necesario ejecutar el código utilizando las clases y los métodos explicados en el

apartado 4.2.2.1. Una vez leída la trama es necesario leer la MAC del socket y montar una trama que debe

quedar exactamente igual que el del apartado anterior. La función monta trama simplemente crea una trama

con el siguiente formato:

MAC=”MAC del nodo emisor de la trama recibida”&”Trama recibida”

Que siguiendo el ejemplo de trama del nodo periférico debe quedar:

MAC=1085975325&TEM=25&HUM=41&LUZ=386&PIR=1

Una vez montada la trama el proceso de envío del socket por MQTT es exactamente igual al que se realiza en

el apartado anterior.

4.2.2.6 Recepción de trama por Subscripcion MQTT

Este nodo debe subscribirse a un topic que le avise si debe activar o desactivar la alarma. En el caso de que se

tuviera más de un topic, por la variable topic de la función callback se puede conocer cual es el origen del

mismo.

A partir del mensaje recibido se puede saber si la alarma está desactivada, armada o sonando. Para conocer el

estado de la alarma, se comprobará el mensaje y se actuará conforme al resultado del mensaje.

if (strstr(topic, "alarma") != NULL)

if (strstr(recibido, "OFF") != NULL)

Alarma = 0;

else if (strstr(recibido, "Armar") != NULL)

Alarma = 1;

else if (strstr(recibido, "ON") != NULL)

Alarma = 2;

En el caso de que el resultado de alarma sea dos se activará el relé para que la alarma empiece a sonar.

Desarrollo Software

56

5 DESARROLLO SOFTWARE

entro del diseño software se diferencian varios elementos, la programación de los servicios, la lectura

de datos desde la base de datos y todo aquello que se ejecuta desde el lado del servidor (backend); el

bróker MQTT para comunicar el hardware con el servidor (middleware) y por último el diseño de una

interfaz web, donde el usuario final pueda tener acceso a estos datos y gestionarlos abstrayéndose de la forma

en que los datos son mostrados en pantalla (frontend).

5.1 Descripción de necesidades software

Para cumplir las necesidades del Sistema hay que dividir por un lado el servicio web y por otro lado la interfaz

web. El servicio debe recoger toda la información entrante por parte del nodo central y gestionarla, si se trata

de una lectura, debe introducir los datos en la base de datos y comprobar si existe presencia, en el caso de que

exista debe comprobar si debe o no encender la alarma. Para realizar este cometido se utilizará NodeJS debido

a las posibilidades que ofrece este lenguaje. El protocolo de intercambio de datos con el nodo central es

MQTT ya que se trata de un protocolo de publicación y subscripción y facilita el envío de datos al nodo

central. Para almacenar los datos se utilizará una base de datos mySQL debido a que será más fácil de obtener

los datos utilizando PHP en la web.

En la página web existen dos tipos de acceso. Para el acceso de usuario, al no necesitar introducir usuario y

contraseña, se realizará una página web básica y mediante una llamada AJAX de JavaScript se mostrarán los

datos de todos los sensores. Para obtener más detalles, con otra llamada AJAX se obtendrán los datos de un

único sensor, y se tratarán los datos para ser mostrados en forma de gráfica.

Para el acceso de administración se realizará una web en PHP para poder interactuar de la forma más eficiente

a la base de datos mySQL, mostrando una interfaz basada en HTML y CSS.

5.2 Backend

5.2.1 Base de datos en mySQL

La programación del backend da soporte a la interfaz de usuario. Por ello es necesario el uso de un servidor

web con base de datos en mySQL. Para entender el uso de los diferentes servicios y recogida de datos es

importante conocer la organización de las tablas del servidor. En este proyecto serán necesarias cinco tablas:

una para almacenar los datos de los sensores, que recibe el nombre de “Sensores”, una segunda tabla orientada

D

La compresión mutua sería enormemente facilitada por

el uso de una lengua universal

- Nikola Tesla-


a los sensores, pero que establece parejas de nodo con el nombre asignado con el nombre “Registro”; otra para

gestionar el control de acceso, que recibe el nombre de “rfid”; otra pseudo asociada a la anterior para conocer

el estado de la alarma, si está o no armada, que tiene el nombre de “Alarma”; y por último una tabla que

almacena pares de usuarios/contraseña con acceso al panel de administración.

5.2.1.1 Tabla Sensores

En cada fila de esta tabla se almacena el tipo de sensor y su valor. Realizar una tabla para cada nodo sin poder

estimar el número que hay es tedioso e ineficiente. Si se le agregase un valor que indique la mac del nodo de

donde procede la lectura sería necesaria solo una tabla. Como se van a almacenar varios datos

correspondientes a la misma lectura se debe saber la fecha en la que fue escrita y por último obtener un

identificador único de la lectura.

Por lo tanto la estructura en código mySQL será la siguiente:

Sensores` (

ìd` int(32) NOT NULL,

`mac` int(32) NOT NULL,

`sensor` varchar(3) COLLATE utf8_spanish_ci NOT NULL,

`valor` float DEFAULT NULL,

`fecha` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP

) ENGINE=MyISAM AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8

COLLATE=utf8_spanish_ci;

5.2.1.2 Tabla Registro

Se almacenan las direcciones MACs activas con sus respetivas etiquetas. El daemon es el servicio que recoge

las tramas MQTT emitidas por el nodo central. Cuando este detecta una nueva trama, realiza un registro en

esta tabla con la etiqueta “SinAsignar”. De esta forma se mantienen por separados las lecturas de los nodos

disponibles. Una vez eliminado un nodo de esta base de datos, no se mostrará por la interfaz pero si se

mantendrán almacenados los valores leídos. Por ello, si se elimina un nodo por error, será fácil volver a

recuperar todos los datos.

La estructura en código mySQL será la siguiente:

`Registro` (

`mac` int(32) NOT NULL,

`room` varchar(32) COLLATE utf8mb4_spanish_ci NOT NULL

) ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_spanish_ci;

5.2.1.3 Tabla rfid

Está basada en la tabla anterior, por un lado tiene el identificador de la tarjeta RFID y por otro el nombre

asignado por el usuario. No tiene un histórico de cuanto tiempo pasa alguien en casa porque no es necesario

para esta aplicación, ya que solo se requiere conocer si queda alguna persona con permiso en la vivienda, y en

función de esto armar o desarmar la alarma. En este caso, cuando el daemon detecta una nueva ID la registra

con el nombre “SinRegistrar”.

Finalmente la estructura en código mySQL será la siguiente:

`rfid` (

ìd` int(11) DEFAULT NULL,

ùsuario` varchar(12) DEFAULT NULL,

Desarrollo Software

58

èncasa` int(1) NOT NULL

) ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=latin1;

5.2.1.4 Tabla Alarma

En esta tabla solo será necesario utilizar una única fila. Esta servirá para conocer desde el servidor el estado de

la alarma. Como solo se quiere utilizar una fila se pondrá una columna “Alarma", cuyo contenido no puede ser

repetido. Es decir si la fila en esta columna recibe el nombre también de “Alarma”, y la base de datos recibe

una orden de almacenar unos datos cuyo valor en “Alarma” es “Alarma” los datos recibidos sustituirán a los

que ya existen y no se añadirá un nuevo elemento llamado “Alarma". Lo que sería muy confuso.


Àlarma` (

Àlarma` varchar(6) NOT NULL,

Àrmado` tinyint(1) NOT NULL,

`Sonando` tinyint(1) NOT NULL

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1;

5.2.1.5 Tabla users

Esta tabla almacena parejas de usuario y contraseñas con acceso a la base de datos, de tal forma que cada

usuario está registrado a un ID para aplicaciones futuras propuestas en el capítulo 7. Cuando se realiza la

comprobación de esta tabla, si ambos elementos no coinciden no se permitirá el acceso al panel de

administración como se verá más adelante.


ùsers` (

ìd` int(11) NOT NULL,

ùsuario` varchar(11) NOT NULL,

`contrasena` varchar(11) NOT NULL

) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULT CHARSET=latin1;

5.2.2 Servicios web

El acceso directo a la base de datos resulta peligroso e inseguro, por ello se establece una serie de servicios

web que accederán a la base de datos y devolverán los datos solicitados. Estos servicios están programados en

PHP. Al no existir la escritura de datos mediante este sistema no supone ningún problema de seguridad grave.

5.2.2.1 get_sensor.php

Sirve para identificar cada MAC física con su etiqueta asociada, haciendo una consulta a la tabla de registro

para conocer todos los datos de la tabla cuya etiqueta es diferente a “SinAsignar”. Para ello se establece una

conexión a la base de datos y se genera una consulta del tipo

$sql = "SELECT * FROM `Registro` WHERE room<>'SinAsignar'";

$consulta = mysqli_query($conexion,$sql);


Posteriormente se monta un JSON, que es un formato para pasar una serie de datos legibles por JavaScript.

Para formar el JSON se crea un array de datos formado por ““mac”=“MAC del nodo”, “room”=“Nombre del

nodo””.

$array= array();

while ($fila = mysqli_fetch_array($consulta))

$dato = array(

"mac"=>$fila['mac'],

"room"=>$fila['room']

);

array_push($array, $dato);

Mediante la función json_encode() se pasa la trama al formato JSON, un ejemplo de este formato es:

["mac":"1085975339","room":"SALON","mac":"1085975325","room":"COCI

NA","mac":"1235496865","room":"CONTADORES","mac":"2147483647","roo

m":"DORMITORIO"]

5.2.2.2 get_data.php

Es un archivo que devuelve todos los datos de un único tipo leído por un nodo en concreto en un rango de

fechas dado. El servicio necesita cuatro parámetros para saber que parámetros debe devolver: la mac del nodo,

el tipo de sensor que se desea leer, la fecha mínima y la fecha máxima.

Al igual que se ocurre con get_sensor.php, se almacenan la información en un array de datos para

posteriormente montar un JSON que será devuelto. Un ejemplo de salida de datos de este servicio es:

[["2015-08-14 00:25:54",31],["2015-08-14 00:58:10",31],["2015-08-14

01:30:23",31],["2015-08-14 02:02:38",30],["2015-08-14

02:34:51",30],["2015-08-14 07:42:25",28],["2015-08-14

08:14:35",28],["2015-08-14 08:46:48",28],["2015-08-14

09:18:59",28],["2015-08-14 09:51:12",28],["2015-08-14

10:23:22",28],["2015-08-14 10:55:36",28],["2015-08-14 11:27:47",28]]

Como se puede comprobar en este ejemplo, esta información corresponde a datos leídos entre el día

14/09/2015 a las 00:00 y el día el 14/09/2015 a las 12:00. Aunque el uso que se le dará a este archivo está

orientado a leer por días, se pueden especificar las horas, minutos y segundos en los límites máxímos y

mínimos.

5.2.2.3 SuperConsulta.php

Este servicio devuelve una lista de las últimas lecturas de los sensores de todos los nodos, además genera un

enlace para poder visualizar las gráficas los nodos. No necesita ningún parámetro y su devolución incluye el

código HTML con el formato especificado en la sección de frontend. Se trata de la consulta que se puede

visualizar en la página principal del proyecto final de carrera.

La principal ventaja de este servicio es que con una única conexión a la base de datos se puede acceder a todo

el contenido, aunque se realicen varias consultas. Genera un enlace para poder visualizar el histórico de los

sensores en gráficas.

Adicionalmente devolverá la información de quienes están en la vivienda y si se detecta algún nodo o tarjeta

sin etiqueta generará un enlace al panel de administración.

Desarrollo Software

60

Ejemplo de lista generada:

SALON PIR : 1 en 2016-02-21 16:52:31

LUZ : 631 en 2016-02-21 16:52:31

HUM : 37 en 2016-02-21 16:52:31

TEM : 20 en 2016-02-21 16:52:31

COCINA PIR : 1 en 2015-08-13 22:07:03

LUZ : 303 en 2015-08-13 22:07:03

HUM : 29 en 2015-08-13 22:07:03

TEM : 31 en 2015-08-13 22:07:03

CONTADORES TEM : 100 en 2015-09-15 09:26:34

PIR : 1 en 2015-09-10 10:59:59

LUZ : 253 en 2015-09-10 10:59:59

HUM : 12 en 2015-09-10 10:59:59

DORMITORIO PIR : 1 en 2015-09-23 09:52:07

LUZ : 350 en 2015-09-23 09:52:07

HUM : 15 en 2015-09-23 09:52:07

TEM : 35 en 2015-09-23 09:52:07

Javier está registrado en casa.

Ver gráficas

5.2.3 Panel de administración

Es una interfaz de usuario que está desarrollada integramente en PHP. Todo código PHP pertenece al backend

de cualquier proyecto independientemente si se trata de servicios webs o de una web completa en PHP.

Debido a su simplicidad de programación, genera de forma automática todo el código HTML necesario para

visualizar la base de datos a excepción del CSS, el cual si será explicado en la sección frontend.

Figura 5-1 – Panel de login de la interfaz de administración.


5.2.3.1 Setup.html

Se trata de un formulario para introducir Usuario y Contraseña, así se podrá comprobar de forma segura que el

acceso al panel de administración esté protegido. Estos datos se enviarán al servicio admin.php mediante

HTTP POST para proteger lo datos enviados. Pese a que esta parte pertenecería al frontend se ha decidido

colocar aquí para simplificar su documentación admin.php

Tras recibir los datos de usuario y contraseña se identificará si son válidos. En el caso de que no lo sean se

devolverá el mensaje “Usuario o Contraseña erróneo” junto con la posibilidad de volver a introducir usuario y

contraseña.

En caso contrario generará una lista con todos los datos de la tabla Registro, los usuarios de la tabla rfid, y el

estado de la alarma. Se pueden asignar etiquetas a nuevos nodos o personas con acceso a la vivienda. Y

también corregir de forma remota un descuido al no pasar la tarjeta RFID por el lector y no armar o desarmar

la alarma.

Figura 5-3 – Panel de login con usuario o contraseña erróneo

Figura 5-2 – Panel de administración

Desarrollo Software

62

5.2.3.2 mRegistro.php

Se trata de un archivo similar al anterior, difiere en que los parámetros de entrada son Actualizar o Eliminar en

el registro, de tal forma que se puede efectuar una acción en la base de datos. Para ello es necesario la

dirección MAC del sensor o la ID de la tarjeta RFID y la nueva etiqueta para efectuar los cambios.

Tanto en el archivo admin.php como en el archivo mRegistro.php, los cambios se hacen uno a uno y cada

botón de actualizar funciona como actualizador o eliminador de valores que están asociados a él.

Ejemplo 1 de actualización:

En la figura 5-3 se puede observar como queda el archivo admin.php correctamente logeado.

Se cambian dos elementos simultáneamente en la figura 5-4 y pulsamos actualizar sobre el primero de los

elementos cambiados.

Tras pulsar el botón actualizar, se puede observar en la figura 5-5 tan solo se actualizó el elemento donde se

pulsa dicho botón.

Figura 5-5 – Cambio de dos elementos simultáneos en la interfaz de administración

Figura 5-4 – Solo se actualiza un elemento


Ejemplo 2 de actualización:

En la figura 5-3 se puede observar como queda el archivo admin.php correctamente logeado.

Se cambian dos elementos simultáneamente en la figura 5-4 y pulsamos actualizar sobre cualquier elemento

no cambiado.

Tras pulsar el botón actualizar en la tercera opción, se puede observar en la figura 5-6, se pierden ambas

actualizaciones.

Si se refresca el archivo mRegistro.php en el navegador o se intenta acceder directamente mostrará un mensaje

de sesión caducada con la posibilidad de volver a logearse.

Figura 5-6 – No se actualiza ningún campo

Figura 5-7 – Panel de login tras caducar la sesión

Desarrollo Software

64

5.3 Middleware

5.3.1 Servicio NodeJS

Sirve para atender a los datos que se envían desde la placa de arduino desde el lado del servidor. Para ello es

necesario que exista un servicio subscrito a los datos que envía el nodo central. Cuando llega una trama al

servicio, se parsea y se almacenan los datos en la base de datos.

Se necesita un servicio que tenga la capacidad de soportar subscripciones MQTT, que pueda almacenarlas en

una base de datos mySQL y que este corriendo constantemente. Por lo que se tendrá que recurrir a un potente

lenguaje. En este proyecto se ha seleccionado nodeJS por las posibilidades que ofrece.

Su función es almacenar la información recogida en la base de datos y comprobar si la alarma está armada en

caso de que la trama indicase que hay una presencia. Si esto ocurriese se mandaría una trama MQTT avisando

de que la alarma debe ser encendida. Si tras esto se detectase que la alarma es desarmada o cancelada, se

enviaría una nueva trama MQTT para cancelar el proceso de encendido de la sirena

Recibe los datos de los sensores y los de los registros realizados con la tarjeta RFID, comprobando si esa

persona entra, sale o no está registrada.

Se ha incluido un sistema de envío de e-mails para informar cuando se inscribe un nuevo nodo o se registre

una tarjeta, ya sea porque una persona salga o entre de casa o sea una persona sin acceso.

También avisará cuando se arme la alarma y cuando empiece a sonar.

5.3.1.1 MQTT

Es imprescindible para el Proyecto que MQTT este disponible en el servicio, para ello se agrega la librería que

debe estar previamente instalada por npm.

var mqtt = require('mqtt');

Para realizar la conexión es necesario que sea un ID nuevo y por ello se utiliza una función para generar datos

aleatorios para generar un ID aleatorio.

var rand = function()

return Math.random().toString(36).substr(2);

var token = function()

return rand() + rand();

;

var client_ID = token().toString();

Se genera la conexión mediante el método connect.

client = mqtt.connect("mqtt://127.0.0.1:1883", username: "admin",

password: "password", clientId: client_ID, keepalive: 5);

Se establece un keepalive de cinco segundos, si durante este tiempo no se envia una señal de ping, se

desconectará del bróker. Una vez conectado se subscribirá a los topics donde publica el nodo central. Y a otros

topics que se usará para generar una espera.

En JavaScript, la ejecución no es totalmente secuencial, por tanto si puede realizar una tarea mientras espera

una respuesta la realiza. Esto conlleva a que mientras esta leiendo de la base de datos, ejecuta el resto del


código, aunque se necesiten los datos obtenidos por la base de datos.

Esto en principio no supone un problema si pudieran anidarse una escritura dentro de una lectura, no obstante,

ni es posible en JavaScript ni es recomendado de realizar en otros lenguajes. Por ello se decide enviar los datos

necesarios a la escritura por MQTT.

5.3.1.2 E-Mail

Para enviar e-mails se utiliza la librería nodeMailer

var nodemailer = require('nodemailer');

Una vez configurada con una cuenta de Gmail, único requisito de esta librería, se pueden enviar e-mails de la

siguente forma.

var mailOptions = from: '"Casa Domotica"

<[email protected]>', to: '[email protected]', subject:

RFID_ID + ' ha intentado acceder a casa', text: RFID_ID + ' ha

intentado acceder a casa, sin embargo el usuario no está registrado en

la base de datos, en caso de que el usuario tenga permisos corríjalo

en el panel de administración', html: '<H3>' + RFID_ID + ' ha

intentado acceder a casa</H3> <p> Sin embargo el usuario no está

registrado en la base de datos, en caso de que el usuario tenga

permisos, por favor, corríjalo en el <a

href="www.ardugeek.es/pfc">panel de administración</a></p> ';

transporter.sendMail(mailOptions, function(error, info)

if(error)

return console.log(error);

console.log('Message sent: ' + info.response);

);

5.3.1.3 mySQL

Con esta librería se pueden realizar cualquier consulta en codigo mySQL, una vez realizada se ejecutará una

función definida por el programador.

5.4 Frontend

En esta sección se describen las diferentes interfaces con las se va a visualizar y gestionar los datos obtenidos

por los sensores. En la página web del proyecto hay tres secciones principales, un menú para acceder a las

secciones y un pie de página con el enlace a la web de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de la

Universidad de Sevilla. La primera sección muestra una pequeña introducción del proyecto, la segunda

muestra los datos de los sensores y la tercera información personal del autor del proyecto.

Para acceder a la información de la base de datos se usa la programación. Se utilizará un archivo escrito en

JavaScript con una llamada AJAX a los servicios PHP comentados en el apartado 5.1.2. Para realizar este tipo

de llamada es necesario el uso de jQuery, un framework de JavaScript que habilita la utilización de AJAX.

El uso de un framework CSS como boopstrap sirve para que la web se adapte a todo tipo de dispositivos. Este

ripo de páginas se denominan páginas web responsivas.

Desarrollo Software

66

5.4.1 HTML y CSS

El diseño de la web HTML está formado por tres cuerpos de página en una única página y un pie de página.

En el menú se podrá leer el título de las tres secciones: Introducción, Sensores y Acerca de.

5.4.1.1 Introducción

En ella se establecen tres textos, un breve resumen del proyecto, su funcionamiento y una descripción del

sistema de alarma, esta página es totalmente estática y no dispone de ningún enlace.

5.4.1.2 Sensores

En esta página se hará la llamada a SuperConsulta.php. Mostrará la información de los sensores de todos los

Figura 5-8 – Sección introducción de la interfaz de usuario

Figura 5-9 – Sección sensores de la interfaz de usuario


nodos y mostrará un enlace del histórico de los sensores en forma de gráfica. De la misma forma informará de

que personas están en la vivienda y si existe algún nodo o tarjeta RFID sin identificar. En tal caso se mostrará

un enlace al panel de administración. Se mostrará por pantalla la salida del servicio superconsulta pero con el

formato que se puede apreciar en la siguiente figura.

5.4.1.3 Acerca de

Se mostrarán los datos del autor, así como los datos del proyecto final de carrera. Tras esta información se

muesta el logo de la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla y del departamento de

Ingeniería Electrónica. Al igual que la sección de introducción es totalmente estática, aunque los logos serán

enlaces a las webs oficiales del organismo que representan.

5.4.1.4 Pop-Up gráfica

Se trata de un DIV oculto en el que se mostrará la gráfica de histórico. Para acceder al contenido de este DIV

es necesario pulsar sobre el botón de Ver gráficas. Además de la gráfica, este DIV contiene un pequeño

formulario que permite ver los gráficos de los nodos de los sensores en la fecha que se desee.

5.4.1.5 CSS

CSS es un pseudo lenguaje para definir un diseño a una web ya maquetada. Las hojas de estilos CSS permiten

darle color y forma a los diferentes elementos que componen la pagina web. Para el desarrollo de la web se

optado por un color verde #4fab2f y negro.

La pagina web tiene un diseño basodo en tres cuerpos cada uno de ellos representa una sección diferente por lo

que tendrán un color de fondo propio cada una de estas secciones.

En cambio la web de administración, al estar formada por diversos div, se ha optado por hacer cuadrados con

esquinas redondeadas verdes sobre fondo negro.

Figura 5-10- Popup con las gráficas de los nodos.

Desarrollo Software

68

5.4.2 JavaScript

Existen dos códigos de javascript adicionales a los necesarios para poder trabajar con jQuery. Uno alojado en

un documento externo al index llamado javascript.js y otro llamado grafica.js.

5.4.2.1 javascript.js

Este código es el encargado de colocar dentro del div subdivdatos todo el contenido devuelto por el servicio

superConsulta.php. Se utilizará la función get() basada en AJAX para obtener estos datos. Para mostrarlo en el

div se utiliza la función getElementById(). Mientras se cargan los datos, se mostrará un mensaje que dice

"Cargando datos, por favor espere".

$.get("SuperConsulta.php",function(datos, status)

texto = datos;

document.getElementById("subdivdatos").innerHTML = texto;

);

Se llamará al servicio superConsulta.php cada diez segundos para mantener actualizados los datos alojados en

la base de datos y detectar los cambios de los mismos. Se utilizará la función SetInterval():

setInterval(function () · · · , 10000);

5.4.2.2 JavaScript para la insercción de fechas

Es un pequeño código insertado en el propio index.html. Contiene la información para generar la gráfica del

histórico de los sensores seleccionando las fechas máximas y mínimas. Este formulario de selección está

incluido dentro del framework de jQuery User Interface (jQuery UI). Su función se puede ver en la figura 5-

12. En este archivo JS se puede iniciar la fecha actual con la clase date de JS. Con los métodos getDay(),

getMonth() y getFullYear(), se elige el día, el mes y el año en cuatro cifras respectivamente. Sin embargo con

Figura 5-11 – Sección Acerca de de la interfaz de usuario


este método se obtiene únicamente la fecha actual, e interesa conseguir el día posterior. Por ello se utilizará

getDay()+1. De esta forma siempre se tendrá un día posterior, pese a que sea el 31 de Julio, la propia función

datepicker, al detectar 32 de Julio, actualizará la fecha a 1 de Agosto. De esta forma siempre se tendrá el día

posterior.

<script>

$(function()

$( "#desde" ).datepicker();

$( "#hasta" ).datepicker();

$( "#desde" ).datepicker("option", "dateFormat", "yy-mm-dd");

$( "#hasta" ).datepicker("option", "dateFormat", "yy-mm-dd");

var f = new Date();

$('#desde').datepicker("setDate", new Date(f.getFullYear() ,

f.getMonth() , f.getDate()) );

$('#hasta').datepicker("setDate", new Date(f.getFullYear() ,

f.getMonth() , (f.getDate()+1)) );

);

</script>

El formato de la fecha es año, mes, día. La razón de esto es porque es la forma más cercana al TIMESTAMP,

donde se define una fecha de forma única como un entero, AAAAMMDDHHMMSS. AAAA es el año en

cuatro cifras, MM el mes en dos cifras, DD el dia, HH las horas, MM los minutos y SS los segundos. La

llamada se realizará con el año, mes y día elegidos seguidos de seis ceros para contar con todos los datos del

día elegido.

Desde: 20160624000000

Hasta: 20160624000000

Ofrecerá los datos desde el 24 de Junio de 2016 hasta 30 junio de 2016 a las 00:00:00 o lo que podría

traducirse como 29 de junio de 2016 en la práctica.

5.4.2.3 grafica.js

Este archivo contiene toda la programación necesaria para realizar las gráficas. Se utiliza un API de Google

para generar diferentes tipos de gráficas pasándole como parámetro un array en formato JSON. Tal como se

genera a la salida del servicio get_data.php, este se utilizará para obtener los datos que se desean mostrar en la

gráfica.

Antes de dibujar la gráfica será necesario especificar el sensor del nodo y el rango de fechas a mostrar. Para

seleccionarla se utiliza el script especificado en el apartado anterior. Aprovechando que todos los nodos tienen

los mismos sensores se pondrá un menú de selección desplegable con los sensores de temperatura, humedad,

luminosidad y presencia.

Como el número de sensores es variable, se requiere acceder a la base de datos para conocer que nodos están

disponibles con su correspondiente etiqueta. Esta información es generada por el servivio get_sensor.php.

var url_data = "get_sensor.php";

Desarrollo Software

70

La salida de este servicio es un JSON, por lo que hay que convertirlo en array y parsearlo para que desde el

menú desplegable se pueda seleccionar el nodo del sensor seleccionado.

function cargaHabitaciones()


$.get(url_data, function( data )

var array = JSON.parse(data);

$.each(array, function (i, item)

var o = new Option(item.room, item.mac);

$(o).html(item.room);

$('#habitacion').append(o);

);

);

Con toda esta información se tiene completado el formulario, se puede apreciar en la figura 5.12.

El botón cargar ejecuta los datos necesarios para generar la gráfica. En primer lugar llama al servicio

get_data.php para recibir los datos mostrados en la gráfica.

var d = $( "#desde" ).val();

d=d.replace(new RegExp("-", 'g'), '') + "000000";

var h = $( "#hasta" ).val();

h=h.replace(new RegExp("-", 'g'), '') + "000000";

Figura 5-12 – Formulario con los nodos y sensores disponibles


var url_data =

"get_data.php?MAC="+$("#habitacion").val()+"&SENSOR="+$("#sensor").val

()+"&FROM="+d+"&TO="+h;

Donde d y h son las conversiones de las fechas desde y hasta consecutivamente para que la entienda el

servicio php. Los datos recibidos hay que convertirlos en un array y pasárselo a la función dibujaGrafica()

como único parámetro.

Esta función llamará al servicio de google chart y con los parámetros especificados generará una gráfica de

histórico con los datos requeridos.

Se accede al popup para mostrar una gráfica. Para que no quede vacío en la primera visita se genera una con el

primer sensor del primer nodo detectado. Esto se realiza con la función cargaPrimeraVez(), la cual es llamada

cuando se abre la página.

Figura 5-13 – Calendario para seleccionar el rango de fechas a mostrar.

Pruebas y validación

72

6 PRUEBAS Y VALIDACIÓN

na vez finalizado el desarrollo del sistema, este se somete a una serie de problemas que se llevan a

cabo emulando todos los posibles casos de error. El objetivo es cuantificar la robustez del mismo y

demostrar que cumple los objetivos del proyecto, esperando que el sistema responda adecuadamente.

6.1 Pruebas de conexión

6.1.1 Conexión del nodo central con la red WiFi

Se comprueba que la placa se conecta de forma correcta utilizando el puerto serie de arduino. En el cual como

se puede observar en la figura 6-1 muestra por pantalla la IP asignada mediante el protocolo DHCP. Para

contrastar esta información se accede a la interfaz de administración del router utilizado, donde se puede

comprobar que la IP conrresponde con la dirección MAC de la shield WiFi. Otra forma de comprobarlo es

mediante el comando ping en la consola de comandos.

U

Si cuando hablas nadie se molesta, eso es que no has

dicho absolutamente nada.

- Risto Mejide-

Figura 6-1 – Conexión a la red wifi y al bróker MQTT


6.1.1.1 Reconexión a la red WiFi frente a caídas

Es importante que cuando exista un problema con el router y este se apague o deje de dar señal WiFi por un

periodo limitado de tiempo, el nodo central pueda volver a conectarse. Para realizar esta comprobación se

apaga el router esperando una reconexión.

6.1.2 Conexión de nodo central con el bróker MQTT

Para comprobar la conexión con el bróker MQTT se utiliza de nuevo el puerto serie ya que existe una función

que permite comprobar si está o no conectado al bróker. Mirando la figura 6-1 se puede apreciar dos líneas,

una de ellas que expresa “desconectado” indicando que el dispositivo no está conectado al bróker, y “Se ha

conectado al bróker” indicando que se acaba de conectar al bróker.

Figura 6-2 – Reconexión del nodo central al modem wifi

Figura 6-3 – Reconexión del nodo central al bróker MQTT


74

6.1.2.1 Reconexión al bróker frente a caídas

El bróker MQTT se sirve de conexiones ininterrumpidas, por lo tanto es necesario que exista una

comunicación de comprobación de conexión. Esta comprobación recibe el nombre “ping”, y tiene la misma

función que un ping de ethernet. Si durante un tiempo acordado entre el cliente y bróker no se recibe ninguna

trama de ping se corta la conexión. En ciertas ocaciones las tareas ejecutadas por arduino llevan un tiempo

superior al tiempo de desconexión o keep alive. Es por esta razón que es importante que exista una reconexión

al bróker antes de mandar cualquier trama. Esta se sirve de una comprobación del estado de la conexión y en el

caso que no esté conectado, realizará una conexión MQTT. Si esta conexión no es posible se comprobará que

existe conexión con el router. En el caso de que no exista no volverá a intentar una conexión al bróker hasta no

encontrar una conexión con el router. Para simular la pérdida de conexión con el bróker se desconecta la

raspberry de la red. Produciendo una caída del bróker.

6.1.3 Conexión de los nodos periféricos con el nodo central

Para que el sistema funcione correctamente es fundamental que los nodos periféricos estén conectados al nodo

central. Al contrario de lo que ocurre con las conexiones de los puntos anteriores, no existe una conexión

ininterrumpida debido a que los nodos periféricos entran en modo ahorro. Por lo tanto, la única forma de

comprobarla es comparar la trama que sale del nodo periférico con la que entra al nodo central. Para averiguar

la trama enviada y la recibida se utiliza el puerto serie de ambas placas y se comprueban.

6.1.4 Conexión del servicio con la base de datos

Como ocurre en el apartado anterior, el servicio no está constantemente conectado a la base de datos, sino que

realiza una conexión con la misma cada vez que recibe una trama MQTT. Está programado para escribir por

pantalla la existencia de algún error, por lo tanto, si en la consola de comando no se muestra ningún error y

realiza los cambios oportunos en la base de datos se da por sentado que el servicio se conecta correctamente.

Como se conecta cada vez que llega una trama MQTT no se realizan pruebas para comprobar las

reconexiones, ya que las mismas realizadas para la conexión indican que se reconecta adecuadamente.

6.1.5 Conexión del servicio con el bróker MQTT

El servicio debe estar constantemente conectado al bróker MQTT, por ello es necesario comprobar que esta

conexión se lleva a cabo. Para comprobarlo se dispone de un mensaje en la consola de comando que indica

que se ha conectado al bróker. Esta librería permite que el servicio se reconecte automáticamente ante

Figura 6-4 – (A) Recepción de datos en el nodo central, (B) Envío de datos desde el nodo periférico


cualquier caída, por lo que no es necesario realizar pruebas de reconexión.

Otra forma de comprobar que el servicio está activo es comparando las tramas enviadas por el nodo central

con la información escrita en la base de datos.

6.1.6 Conexión de la web con la base de datos

La página web se sirve constantemente de la información almacenada en la base de datos, es por ello que se

debe realizar una comprobación de esta conexión. Es fácil comprobar que si la página web muestra los datos

actualizados de los diferentes sensores y nodos existe una comunicación correcta. Esta conexión no es

continua, sino que periódicamente se conecta para actualizar los datos. Por lo que está en constante

reconexión.

6.2 Pruebas y calibración de los sensores

Para conocer el estado de los parámetros leídos por los diferentes sensores es necesaria una calibración óptima

de los mismos. Una vez calibrados es necesario realizar una serie de pruebas para comprobar que los datos

obtenidos son los reales, o al menos están dentro de su margen de error.

6.2.1 Sensor DHT11

Este sensor no permite ser calibrado internamente, aunque si se puede comprobar si el sensor funciona

correctamente. El rango de temperatura del sensor es de 0 ºC a 50 ºC. Para conseguir 0 ºC basta con poner en

un recipiente una gran cantidad de hielo y un poco de agua. A 0 ºC el hielo empieza a convertirse en agua, por

lo que esta se encuentra a esa temperatura, debido a que el sensor no es impermeable se introduce dentro de un

plástico impermeable. Pasado unos minutos el sensor se encontrará a la misma temperatura del agua con lo

que se podrá realizar una medición de la temperatura comprobando si se encuentra entre -2ºC y 2ºC. Para

obtener 50 ºC es necesario el uso de otro sensor de temperatura ya calibrado. Se va agregando agua hirviendo

(cercana a los 100 ºC) hasta obtener un valor de temperatura de 50ºC y se introduce el sensor DHT11 dentro

de un plástico impermeable para obtener la medición. Para que la temperatura se mantenga sobre los 50ºC hay

que ir echando más agua hirviendo cuando baje de los 50 ºC intentando mantener esta temperatura lo más

estable posible. Por último, utilizando el mismo sensor de temperatura ya calibrado se realiza una medida.

Para comprobar la medición de la humedad se tiene una mayor limitación, ya que no es fácil encontrar

entornos controlados. Por ello se realiza la medición comparándolo con una estación meteorológica comercial,

la cual viene ya calibrada.

6.2.2 Sensor PIR

El sensor de presencia hay que calibrarlo de forma manual en cada una de las habitaciones debido a que cada

una de estas habitaciones tiene un tamaño y dimensión diferente. Para realizar esta calibración es necesario

ajustar el potenciómetro de sensibilidad. Con la ayuda de otra persona situada en el extremo más alejado del

sensor se ajusta para que la detecte. El sensor debe estar dirigido hacia esa persona ya que la que ajuste el

sensor podría influir en la medida. La persona debe estar agitando los brazos para que el sensor detecte el

movimiento.

Para comprobar que no se ha excedido en cuanto a sensibilidad se comprueba que no se detecta a nadie fuera

de la habitacón pasando por la puerta o ventana, si así fuera se debe ajustar el sensor hasta que no se detecten

personas en los puntos críticos. Esto supone la existencia de puntos ciegos dentro de la habitación, pero no

detectará falsos positivos, lo cual puede alarmar erróneamente al usuario.


76

6.2.3 Sensor LDR

Para realizar la comprobación de las medidas del sensor LDR es necesario un luxómetro, y mediante las

ecuaciones proporcionadas en la sección 3.1.3.3 se obtienen el rango de valores del Sensor LDR. Estas

medidas se realizan a oscuras y bajo la luz de una bombilla de alta luminosidad. De esta forma se pueden

generar valores para M y L que se ajusten perfectamente al sensor LDR en cuestión.

6.2.4 Pruebas RC-522

No existe un método para calibrar este sensor ni su sensibilidad, es por por ello que se debe realizar diferentes

pruebas para identificar cual es el alcance y las posibilidades de este sensor. La primera prueba a la que se

somete este sensor es la de utilizar diversas tarjetas y comprobar que su número de ID siempre es el mismo

para cada una. Es posible que dos tarjetas dispongan del mismo ID, pese a existir una baja probabilidad es un

parámetro a tener en cuenta. En esta prueba hay que tener en cuenta que existen dos escrituras por el puerto

serie, una correspondiente al ID, y la segunda escritura es la correspondiente al ID invirtiendo sus caracteres.

Si se pasa la misma tarjeta varias veces seguidas en un corto espacio de tiempo durante las primeras lecturas

funciona correctamente. Sin embargo al saturar el sistema de publicación del bróker, este desconecta la

conexión al mismo por parte del nodo central. Sin embargo, como el sistema es fuerte frente a este tipo de

caídas es capaz de reconectarse al bróker.

En segundo lugar, se hacen pruebas intentando reconocer la tarjeta metiéndola dentro de una billetera, siendo

esta la única tarjeta en la misma. El resultado en este caso es positivo siempre que no se intente realizar con un

tarjetero metálico.

Posteriormente se introduce en otra billetera con más tarjetas. El resultado de estas pruebas como cabe esperar

es negativo, recoge el resultado de la tarjeta RFID más cercana al sensor. Si se tienen más de tres tarjetas con

RFID no será capaz de reconocer ninguna de ellas. Por ello se comprueba la lectura al pasar varias tarjetas

simultáneamente comprobando cual es el límite de tarjetas.

Para saber si el relé funciona, se conecta un zumbador en el cual el terminal negativo del mismo va conectado

a una resistencia a tierra mientras que el positivo irá conectado al terminal CC del relé. El relé debe tener

conectado tierra en NC y 5V en NO. Cuando se active el relé empezará a sonar el zumbador y cuando este se

desativa parará de sonar. Si esto funciona la sirena que se conecte al relé funcionará.

6.3 Pruebas del sistema completo

Una vez realizadas todas las pruebas de los módulos de comunicación, sensores y del relé de forma unitaria, se

realizan una serie de pruebas que verifiquen el correcto funcionamiento del sistema completo. Para realizar

estas pruebas se pone en funcionamiento la web, la base de datos, el bróker MQTT y el servicio o daemon.

Figura 6-5 – Aviso de nuevo dispositivo


En primer lugar, se enciende el nodo central. Este nodo debe conectarse a la red y enviar los datos de lectura

de sus sensores mediante una publicación MQTT. El daemon debe leer la trama, meterla en la base de datos.

Al ser un nodo que no está registrado, el daemon enviará un e-mail al usuario que indicará que se ha agregado

un nuevo nodo al sistema. Desde la página web del sistema no se debe observar ningún dato hasta que sea

modificado el nombre en el panel de administración. Una vez cambiado el nombre se verán todos los datos

registrados con este módulo incluso si este ha sido borrado alguna vez. Para poder ver el historial completo del

sistema hay que pulsar sobre “ver gráficas” y seleccionar el nodo, el sensor y el rango de fechas que se desea

conocer, al pulsar sobre “Cargar” se podrán ver los datos del sensor a modo de gráfica.

Una vez puesto en marcha el nodo central, al no existir ninguna persona registrada mediante una tarjeta RFID,

no debe de empezar a sonar la alarma. Para que pueda activarse será necesario registrar una tarjeta RFID.

Pasándola sobre el lector RFID instalado en el nodo central, se registrará la tarjeta y se notificará por e-mail.

Se activa la tarjeta cambiando su nombre desde el panel de administración. Una vez activado, cada vez que se

pase la tarjeta por el lectro RFID avisará por e-mail si esa persona sale o entra de casa. Si por algún motivo

uno de usuarios olvida registrar una salida o entrada se producirá un desfase el cual puede ser arreglado en el

panel de control.

Cuando todos los usuarios registran una salida y no queda nadie en casa se arma la alarma, la cual empezará a

sonar si se detecta a alguien. Para evitar falsas alarma se esperará treinta segundos desde que se detecta una

presencia, si transcurrido este tiempo se sigue detectando la presencia se activará la alarma.

Figura 6-6 – Histórico del nodo central

Figura 6-7 – Aviso de entrada, salida y armado de la alarma


78

Se van agregando nodos periféricos y se le van asignando nombres a cada uno de ellos, de esta forma se

comprueba que el sistema puede aceptar de forma automática tantos nodos como se necesiten hasta un

máximo de 254 nodos periféricos.

Figura 6-8 – Vista final y verificando el correcto funcionamiento del sistema

Conclusiones y desarrollos futuros

80

7 CONCLUSIONES Y DESARROLLOS FUTUROS

urante el desarrollo el proyecto ha sufrido varias modificaciones desde la idea original. Al inicio

consistía en una red de sensores completamente cerrada para una casa en concreto con tres nodos

periféricos (baño, cocina y dormitorio) y un nodo central (salón). Cuyo único cometido era las

lecturas de los sensores en una red tipo estrella, donde los nodos periféricos enviarían tramas con las lecturas

de los sensores de luminosidad, humedad y temperatura junto con una interfaz gráfica en Fi-Ware. Por el

cierre de las licencias gratuitas de servidores Fi-Ware se optó por diseñar una interfaz gráfica web para la

lectura de sensores por HTML y PHP. Tras la aceptación del proyecto por parte del tutor Antonio Luque, se

desarrolló una prueba de concepto donde se podían leer los datos de los sensores junto a un plano de la casa, y

junto a estos datos se mostraba las gráficas de histórico de los sensores.

Cuando se realizó y presentó la prueba de concepto a Antonio Luque, se plantearon tres mejoras del proyecto.

En primer lugar, se plantea que se tratase de una red de sensores abierta y que desde la interfaz web se

gestionase el nombre de estos dispositivos en función de la mac del módem de comunicación xBee. En

segundo lugar, la gestión de una alarma mediante sensores RFID en el nodo central para la gestión de las

entradas y salidas de la vivienda. Así como los sensores de presencia por infrarrojos (PIR) en todos los nodos

de la red. Y como tercera y última mejora se encuentra la posibilidad de modificar el rango temporal de las

gráficas.

La primera mejora estaba ideada para que el nodo central reconociera de forma automática a los nodos

periféricos, y estos reconocieran de la misma forma al nodo central. Por el diseño de la librería no es factible

cambiar la dirección de envío de las tramas de los nodos periféricos, ya que esto desconfiguraría otros

parámetros de la red impidiendo realizar la conexión. El nodo central si es capaz de averiguar cual es el nodo

emisor, de tal forma que se puede obtener la mac del módem como identificador único del nodo periférico.

La segunda mejora se realiza mediante la lectura de los identificadores de la tarjeta RFID, pudiéndose

identificar también de forma única. Se pensaba utilizar algunos espacios de su memoria para la comprobación

de que es una tarjeta real y no copiada. Finalmente se prefiere no utilizar esta opción, ya que si el suplantador

de identidad entra antes que el usuario real podría generar problemas de accesos. En lugar de ello se decidió

utilizar un servicio de e-mail que avisará a tiempo real de quien entra y quien sale de casa. Aprovechando este

servicio se ofrece también el envío de avisos de la alarma, así como de detección de nuevos sensores o nuevas

tarjetas RFID.

Para realizar la selección de la fecha sobre la gráfica, se ha optado por generar un JSON en el servicio PHP.

Debido a que realizar una llamada a un servicio PHP de forma recurrente desde un javascript era poco

eficiente y generaba una serie de errores. Con el uso de JSON se dibuja la gráfica mediante un pop-up interno

en el HTML. Durante el desarrollo de las gráficas Google restringió estas a solo una por página. Por lo que se

D

El éxito es la habilidad de ir de fracaso en fracaso sin

perder el entusiasmo.

- Winston Churchill-


decidió que desde el mismo pop-up se pudiera ver una gráfica seleccionando un nodo, un sensor y un rango de

fechas.

7.1 Desarrollos futuros

El potencial implícito en el Sistema permite una serie de mejoras que implicarían un valor añadido.

7.1.1 GSM

Esta sería la actualización más importante. Este sistema ha sido diseñado mediante un módulo WiFi para que

cumpliera los objetivos al menor coste de mantenimiento. Si se desea mayor funcionalidad un sistema con

conexión GSM y gestión de batería permitiría informar si se ha desconectado la corriente eléctrica entre otras

muchas posibilidades.

7.1.2 Actuación

Actuar con elementos de climatización o de iluminación del hogar combinan bien con los sensores instalados

en los diferentes nodos, esto proporcionaría un valor añadido que beneficia al usuario permitiendo gestionar su

estado de bienestar de forma automática.

7.1.3 App Movil

Mediante el uso de PhoneGap o Cordova se puede realizar una aplicación móvil desde HTML. Con pequeñas

modificaciones a la página principal se puede obtener una interfaz móvil sencilla con la posibilidad de recibir

notificaciones desde la propia aplicación, mucho más rápido que el sistema de e-mail actual.

Referencias bibliográficas

82

8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Isabel Yanez. “La domótica, un bien para todos”. Revista digital - Innovación y Experiencias Educativas,

Nº30, Mayo 2010.

[2] David A. Wheeler, “Why Open-source Software/ Free Software (OSS/FS, FLOSS, or FOSS)?Look at the

Numbres!” July 18,2015 [online] Disponible en: http://www.dwheeler.com/oss_fs_why.html

[3] Iván González, Juan González, Francisco Gómez-Arribas. ”Hardware libre: Clasificación y desarrollo de

hardware reconfigurable en entornos GNU/Linuz", 06 de Septiembre de 2016 [online] Disponible en:

http://es.tldp.org/Presentaciones/200309hispalinux/8/8.pdf

[4] Sección “About Us” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/AboutUs

[5] Massimo Banzi. ”Fighting for Arduino”. Make Magazine (Makezine). March 19, 2015 [online] Disponible

en: http://makezine.com/2015/03/19/massimo-banzi-fighting-for-arduino/

[6] Sección “Older Boards” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/Boards

[7] Sección “Arduino UNO” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

[8] Datasheet Atmel ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P

[9] Sección “Products” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/Products

[10] Sección “Arduino Leonardo” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-leonardo

[11] Datasheet Atmel ATmega16U4/ATmega32U4

[12] Sección “Arduino Mega” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

[13] Datasheet Atmel ATmega640/V-1280/V-1281/V-2560/V-2561/V

[14] Sección “Arduino Pro” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardPro

[15] Sección “Arduino Pro Mini” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardProMini

[16] Sección “Arduino Nano” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardNano

[17] Sección “Arduino Micro” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMicro

[18] Sección “Arduino Fio” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardFio

[19] Sección “Arduino Due” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-due

[20] Datasheet Atmel SAM3X / SAM3A Series

http://www.dwheeler.com/oss_fs_why.html

http://es.tldp.org/Presentaciones/200309hispalinux/8/8.pdf

http://www.arduino.cc/

https://www.arduino.cc/en/Main/AboutUs

http://makezine.com/2015/03/19/massimo-banzi-fighting-for-arduino/


https://www.arduino.cc/en/Main/Boards


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno


https://www.arduino.cc/en/Main/Products

http://www.arduino.org/

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-leonardo


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardPro


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardProMini


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardNano


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMicro


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardFio


http://www.arduino.org/products/boards/arduino-due


[21] Sección “Arduino Zero” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardZero

[22] Sección “Arduino M0 Pro” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-M0-pro

[23] Sección “Arduino M0” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-M0

[24] Sección “Arduino 101” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/Arduino101

[25] Sección “Arduino MKR1000” página web www.arduino.cc [online] Disponible en:

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoMKR1000

[26] Sección “Arduino Yún” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-yun

[27] Sección “Arduino Tian” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-tian

[28] Sección “Arduino Industrial 101” página web www.arduino.org [online] Disponible en:

http://www.arduino.org/products/boards/arduino-industrial-101

[29] Matt Sarnoff. ”Why I‟m Excited That Microchip Is Buying Atmel”. Make Magazine (Makezine), January

25, 2016 [online] Disponible en: http://makezine.com/2016/01/25/why-im-excited-that-microchip-is-buying-

Atmel/

[30] Seccion “Pinguino” pagina web www.hackinlab.org, creadores de arduino [online] Disponible en:

http://www.hackinglab.org/pinguino/index_pinguino.html

[31] Sección “UNO32” página web www.chipkit.net [online] Disponible en:

http://chipkit.net/wpcproduct/chipkit-uno32/

[32] Sección “MAX32” página web www.chipkit.net [online] Disponible en:

http://chipkit.net/wpcproduct/chipkit-max32/

[33] Sección “waspmote” página web www.libelium.com [online] Disponible en:

http://www.libelium.com/products/waspmote/

[34] Pagina web www.energia.nu [online]

[35] Sección “launchpad” página web www.ti.com [online] Disponible en:

http://www.ti.com/ww/en/launchpad/launchpad.html?DCMP=mcu-launchpad&HQS=launchpad

[36] IEEE Std 802.11, 2012

[37] IEEE Std 802.15.1 , 2005

[38] Sección “Basic Rate/Enhanced Data Rate” página web www.bluetooth.com [online] Disponible en:

https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/bluetooth-technology-basics/br-edr

[39] Sección “Bluetooth High Speed” página web www.bluetooth.com [online] Disponible en:

https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/bluetooth-technology-basics/bluetooth-high-speed

[40] Sección “Bluetooth Low Energy” página web www.bluetooth.com [online] Disponible en:

https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/bluetooth-technology-basics/low-energy

[41] IEEE Std 802.15.4, 2003

[42] Seccion “xBee” página web www.digi.com [online] Disponible en: http://www.digi.com/lp/xbee

[43] Seccion “xBee” página web www.digi.com [online] Disponible en: http://www.digi.com/products/xbee-

rf-solutions/modules/xbee-802-15-4

[44] Seccion “ZigBee” página web www.digi.com [online] Disponible en:

http://www.digi.com/products/xbee-rf-solutions/rf-modules/xbee-zigbee


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardZero


http://www.arduino.org/products/boards/arduino-M0-pro


http://www.arduino.org/products/boards/arduino-M0


https://www.arduino.cc/en/Main/Arduino101


https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoMKR1000


http://www.arduino.org/products/boards/arduino-yun


http://www.arduino.org/products/boards/arduino-tian


http://www.arduino.org/products/boards/arduino-industrial-101

http://makezine.com/2016/01/25/why-im-excited-that-microchip-is-buying-atmel/

http://makezine.com/2016/01/25/why-im-excited-that-microchip-is-buying-atmel/

http://www.hackinlab.org/

http://www.hackinglab.org/pinguino/index_pinguino.html

http://www.chipkit.net/

http://chipkit.net/wpcproduct/chipkit-uno32/

http://www.chipkit.net/

http://chipkit.net/wpcproduct/chipkit-max32/

http://www.libelium.com/

http://www.libelium.com/products/waspmote/

http://www.energia.nu/

http://www.ti.com/

http://www.ti.com/ww/en/launchpad/launchpad.html?DCMP=mcu-launchpad&HQS=launchpad

http://www.bluetooth.com/

https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/bluetooth-technology-basics/br-edr


https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/bluetooth-technology-basics/bluetooth-high-speed


https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/bluetooth-technology-basics/low-energy

http://www.digi.com/

http://www.digi.com/lp/xbee


http://www.digi.com/products/xbee-rf-solutions/modules/xbee-802-15-4

http://www.digi.com/products/xbee-rf-solutions/modules/xbee-802-15-4


http://www.digi.com/products/xbee-rf-solutions/rf-modules/xbee-zigbee

Referencias bibliográficas

84

[45] Antonio Perez Yuste. "El proceso de implantación de la telefonía móvil en España". Revista Antena del

COITT. Septiembre 2002.

[46] Sección “about” página web www.sigfox.com [online] Disponible en: http://makers.sigfox.com/#about

[47] Telit LE51 868S RF Module User Guide Rev.1, 2014

[48] "La mayoría de los operadores móviles fijan el fin de las redes GSM en 2017", Revista PCworld España,

Junio 2015 [online] disponible en: http://www.pcworld.es/movilidad/la-mayoria-de-los-operadores-moviles-fijan-el-

fin-de-las-redes-gsm-en-2017

[49] Sección “About” página web www.nodejs.org [online] Disponible en: https://nodejs.org/es/about/

[50] Sección “Upgrading the WiFi shield firmware” pagina web www.arduino.cc [online] Disponible en: https://www.arduino.cc/en/Hacking/WiFiShieldFirmwareUpgrading

http://www.sigfox.com/

http://makers.sigfox.com/#about

http://www.pcworld.es/movilidad/la-mayoria-de-los-operadores-moviles-fijan-el-fin-de-las-redes-gsm-en-2017

http://www.pcworld.es/movilidad/la-mayoria-de-los-operadores-moviles-fijan-el-fin-de-las-redes-gsm-en-2017

http://www.nodejs.org/

https://nodejs.org/es/about/


https://www.arduino.cc/en/Hacking/WiFiShieldFirmwareUpgrading

Anexos

86

9 ANEXOS

9.1 Anexo I - Código del nodo central

/******************************************************************

Red de sensores para monitorización inteligente de vivienda.

Proyecto fin de carrera

Ingeniero de Telecomunicación, Plan del 98


Alumno: Javier Arcenegui Almenara

Tutor: Antonio Luque Estepa

Nodo central:

El nodo central es el encargado en primer lugar de comunicar

la red de sensores con la nube. En segunda instancia se encarga

del sistema de alarma. Si estando el sistema de alarma activo

se detecta una persona sin autentificacion RFID, la alarma

sonará e informará al inquilino/propietario. En último lugar,

al igual que el resto de nodos, se encargara tambien de las

mediciones de Luz, Humedad, Temperatura y Presencia.

El nodo consta:

Arduino Uno

Shield WiFi

Shield xBee

Módulo xBee Serie 2 (ZigBee)

Módulo RFID-RC522

Sensor PIR

Sensor DHT11

LDR

Módulo Relé

******************************************************************/

//Librerías incorporadas de arduino

#include <WiFi.h>

#include <SPI.h>

//librerias del microcontrolador/compilador

#include <stdlib.h>

//librerias externas

#include <XBee.h>

#include <PubSubClient.h>

#include <dht11.h>

#include <MFRC522.h>

//Constantes necesarias para la conexión con el servidor MQTT

#define MQTT_SERVER_IP "192.168.0.102"

// Dirección del servidor MQTT que vamos a utilizar

#define MQTT_SERVER_PORT 1883

// Puerto del servidor MQTT

#define MQTT_USER "admin"

// Usuario de MQTT


#define MQTT_PASS "password"

// Password del usuario de MQTT

//Constantes necesarias para RFID

#define RST_PIN 8

// Pin Reset del del módulo RFID

#define SS_PIN 6

// Pin de control del módulo RFID

//Variable para la lectura de los sensores

unsigned int temperatura;

// Variable donde se almacena la temperatura leída

unsigned int humedad;

// Variable donde se almacena la humedad leída

dht11 DHT11;

// Instancia del objeto DHT11

float luminosidad;

// Variable donde se almacena la luminosidad leída

boolean presencia;

// Variable donde se almacena la presencia leída

//Variables necesarias para WiFi:

//Datos de conexion

char ssid[] = "JAVIER";

// SSID de la red a conectar.

char pass[] = "password";

// Password de la red a conectar

char tramaGet[100];

// Array de caracteres donde almacenar la trama recibida

char MAC[10];

// Array de caracteres donde almacenar la MAC del emisor

//variable de estado:

int status = WL_IDLE_STATUS;

// Varlor de estado de la Shield WiFi

//Inicializamos la variable de cliente WiFi.

WiFiClient client;

// Instancia del cliente WiFi

WiFiClass clase;

// instacia de la clase WiFi

uint8_t * MACWIFI;

// Puntero para almacenar la MAC de la Shield WiFi

long int tactual = 0;

// Variable para almacenar el tiempo de ejecución actual

long int tantiguo = 0;

// Variable para almacenar el tiempo de ejecución antiguo

//declaración de funciones:

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length);

void conectarRed();

void creaTrama();

void lectura();

int leeXBee();

void montaTrama();

void suenaAlarma();

Anexos

88

void long2Char(unsigned long int largo, char * caracter);

void softReset();

//variables necesarias para la conexión MQTT

PubSubClient clientmqtt(MQTT_SERVER_IP, MQTT_SERVER_PORT, callback, client);

// Para el uso como cliente MQTT, callback es la función a la que se llama

cuando llega un mensaje al arduino.

//Variables necesarias para la lectura del xBee

char Trama[55];

// Creamos una trama vacía de 55 caracteres

uint8_t tam = 0;

// Nos dirá el tamaño de la trama recibida

int RxFlag = 0;

// Bandera que avisa si se ha recubido una trama xBee

int SendFlag = 0;

// Bandera que avisa que se tiene que enviar una trama por WiFi

uint32_t macLsb = 0;

// Variable que almacena los bits menos significativos de la MAC

XBee xbee = XBee();

// Instancia del objeto XBee

XBeeResponse response = XBeeResponse();

// Instancia del objeto XBeeResponse

ZBRxResponse rx = ZBRxResponse();

// Instancia del objeto ZBRxResponse

ModemStatusResponse msr = ModemStatusResponse();

// Instancia del objeto ModemStatusResponse

char texto[55] ;

// Array donde almacenar la trama a enviar por WiFi

//Variables para detectar tarjetas RFID

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

// Instancia del objetoo MFRC522

unsigned long int IDcard = 0;

// Varibale para almacenar el valor del ID de la tarjet RFID

//Otras variables

boolean Alarma = false;

// Bandera que activa la Alarma

boolean Tpresente = false;

// Bandara que avisa de que existe una tarjeta presente

boolean primero = false;

// Bandera que avisa si se ha enviado la primera trama MQTT

int cuentaIntentos = 0;

// Variable que cuenta los intentos de reconexión

/*

* Función que se ejecuta una sola vez al iniciar la ejecución del programa

o tras un reset

*/

void setup()

//Inicializamos el puerto Serie a 115200 ya que es el BaudRate configurado

con los xBee.


//llamamos a la funcion conectarRed.

conectarRed();

//Inicializamos el xBee


xbee.begin(Serial);

//Inicializamos el RFID

SPI.begin();

mfrc522.PCD_Init();

//Especificamos que es la primera conexión

primero = true;

/*

* Función principal, se ejecuta en bucle

*/

void loop()

//Se realiza una lectura de los sensores

lectura();

//Se comprueba el estado de la conexión MQTT

if (!clientmqtt.connected())

//Si está desconectado, intentamos reconectarlo.

Serial.println(clientmqtt.state());

Serial.println("desconectado");

char clientID_buffer[22];

//Se genera un ID aleatorio para el servidor MQTT

for (int i = 0; i < 22; i++)

clientID_buffer[i] = random('a', 'z');

//Se realiza la conexión MQTT

if (clientmqtt.connect(clientID_buffer, MQTT_USER, MQTT_PASS,

"pfc/estado", 0, 1, "0"))

//Se subscribe a la alarma y se publica un estado ON.

clientmqtt.publish("pfc/estado", (uint8_t*)"on", strlen("on"), true);

clientmqtt.subscribe("pfc/alarma");

Serial.println("Se ha conectado al broker");

cuentaIntentos = 0;

//Se comprueba si es la primera conexión de ser así se envía una

lectura

if (primero)

creaTrama();

Serial.println(texto);

clientmqtt.publish("pfc/lectura", (uint8_t*)texto, strlen(texto),

true);

tantiguo = millis();

primero = false;

else

Serial.println("No se pudo conectar al broker");

//Si no puede conectarse, lo intentará nuevamente en la prózima

iteración

delay(6000);

//Si fallan 10 intentos se reinicia la placa

if (cuentaIntentos++ > 10)

softReset();

//Se imprime el buffer del modem

while (client.available())

char c = client.read();

Serial.write(c);

//Se comprueba el estado de la conexión

status = WiFi.status();

while ( status != WL_CONNECTED )

// Serial.print/println solo activo para debugear el programa

Serial.println("Reiniciando conexion a la red");

//Realizamos la conexion mediante el siguiente comando:

Anexos

90

conectarRed();

else

//Si esta conectado comprueba si ha recibido algún paquete xBee

if (leeXBee())

Serial.println("Paquete Recibido:");

Serial.println(Trama);

//Monta la trama con la MAC

montaTrama();

Serial.println(tramaGet);

//Publica la trama por MQTT

clientmqtt.publish("pfc/lectura", (uint8_t*)tramaGet,

strlen(tramaGet), true);

Serial.println("ok");

//Realiza una lectura de los sensores

lectura();

tactual = millis();

//Se comprueba si millis() ha desbordado

if (tactual < tantiguo)

tantiguo = tactual;

creaTrama();


/Se publica la trama


true);

//Se comprueba si tiene que volver a mandar una trama por MQTT

if ( (tactual - tantiguo >= 900000) || (Alarma && (tactual - tantiguo >=

60000)) )

tantiguo = tactual;

creaTrama();


//Se publica la trama


true);

/*

* Se comprueba si hay una tarjeta en el sensor RFID

*/

if ( mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && !Tpresente)

IDcard = 0;

char RFID_ID[10];

if ( mfrc522.PICC_ReadCardSerial())

for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++)

RFID_ID[i] = (char) mfrc522.uid.uidByte[i];

IDcard += RFID_ID[i] * pow(10, (mfrc522.uid.size - i - 1));

Serial.println(IDcard);

long2Char(IDcard, RFID_ID);

Serial.println(RFID_ID);

clientmqtt.publish("pfc/rfid", (uint8_t*)RFID_ID, strlen(RFID_ID),

true);

Tpresente = true;

No aceptara una nueva tarjeta hasta que no se retire la anterior

if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && Tpresente)

return;


else

Tpresente = false;

//Se realiza un ping al broker MQTT

clientmqtt.loop();

if (Alarma)

suenaAlarma();

/*

Esta función es obligatoria para poder utilizar la librería MQTT. Esta

función permite trabajar con los datos recibidos de una subscripcción MQTT.

Para saber que hacer con el mensaje es necesrio comprobar el topic.

Una vez comprobado el Topic se realiza la tarea indicada.

*/

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length)

//Se copia la trama recibida en una variable local

char recibido[128];

int i = 0;

for (i = 0; i < length; i++)

recibido[i] = payload[i];

//Se borran los datos sobrantes de la variable local

for (i; i < 128 ; i++)

recibido[i] = 0;

// Se comprueba si es el topic alarma.

// En este caso se podría omitir esta comprobación ya que solo está

subscrito a este topic.

if (strstr(topic, "alarma") != NULL)

//Una vez comprobado el Topic se comprueba el mensaje para saber que

acción realizar

if (strstr(recibido, "ON") != NULL)

//Enciende la alarma

Alarma = true;

Serial.println("Alarma encendida");

else if (strstr(recibido, "OFF") != NULL)

//Apaga la alarma

Alarma = false;

Serial.println("Alarma Apagada");

else

//Se trata de un comando no válido, se muestra por pantalla para

conocerel dato recibido.

Serial.println(recibido);

/*

La funcion conectarRed(); nos permite conectarnos a una red WiFi con los

datos

introducidos en las variables ssid[] y pass[]. No requiere ningun atributo y

será

de tipo void. Por lo que no será necesario la devolución de ningún dato.

*/

void conectarRed()

//Comprobamos si la Shield WiFi está instalada en el arduino.

if (WiFi.status() == WL_NO_SHIELD)

Serial.println("Shield WiFi no instalada en el arduino, instalela por

favor.");

//Se realiza un delay para que el mensaje se imprima completo

Anexos

92

delay(1000);

//Se reseteará sola para comprobar si se ha instalado.

softReset();

//Una vez comprobado que tenemos la placa instalada, realizamos la

conexión

while( status != WL_CONNECTED )

// Serial.print/println solo activo para debugear el programa

Serial.println("Iniciando conexion a la red");

//Realizamos la conexion mediante el siguiente comando:

status = WiFi.begin(ssid, pass);

delay(30000);

//Si en diez intentos no se ha conectado, se resetea la placa

if(cuentaIntentos++ > 10)

softReset();

//Si se ha conectado se muestra por pantalla los datos de la conexión

Serial.println("El dispositivo esta conectado");

Serial.print("Direccion IP: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

Serial.print("Potencia de Senal (RSSI): ");

Serial.print(WiFi.RSSI());

Serial.println(" dBm");

/*

* Se genera la trama, en este caso es necesario incluir el valor LSB de la

MAC

*/

void creaTrama()

//definimos las variables que vamos a utilizar y las inicializamos

int trama = 0;

int auxtrama = 0;

uint8_t tam;

uint8_t ASCII = B10000000;

char datos[4] = 0, 0, 0, 0;

char pir[]="PIR";

char tem[]="TEM";

char hum[]="HUM";

char luz[]="LUZ";

char mac[]="MAC=1085975315&";

uint8_t i = 0;

uint8_t j = 0;

//borrado de trama.

for (i = 0; i < 55; i++)

texto[i] = 0x00;

//Se pone el valor de la MAC

for(i=0;i<15;i++,j++)

texto[j] = mac[i];


//Se pone el nombre del sensor de tempertatura y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = tem[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de temperatura

trama = temperatura;

if (trama >= 100 || auxtrama == 1)

texto[j] = 0x30;

while (trama >= 100)

texto[j] += 1;

trama -= 100;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;

while (trama >= 10)

texto[j] += 1;

trama -= 10;

j++;

auxtrama = 1;

texto[j] = 0x30;

while (trama >= 1)

texto[j] += 1;

trama -= 1;

j++;

auxtrama = 0;

texto[j++] = '&';

//Se pone el nombre del sensor de humedad y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = hum[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de humedad

trama = humedad;


texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 100;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;

while (trama >= 10)

texto[j] += 1;

trama -= 10;

j++;

auxtrama = 1;

texto[j] = 0x30;

Anexos

94

while (trama >= 1)

texto[j] += 1;

trama -= 1;

j++;

auxtrama = 0;

texto[j++] = '&';

//Se pone el nombre del sensor de luminosidad y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = luz[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de luminosidad

trama = luminosidad;

if (trama >= 1000)

texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 1000;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 100;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;

while (trama >= 10)

texto[j] += 1;

trama -= 10;

j++;

auxtrama = 1;

texto[j] = 0x30;

while (trama >= 1)

texto[j] += 1;

trama -= 1;

j++;

auxtrama = 0;

texto[j++] = '&';

//Se pone el nombre del sensor de presencia y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = pir[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de presencia

if(presencia)

texto[j++]='1';


else

texto[j++]='0';

texto[j] = 0x00;

/*

* Función que realiza la lectura de los sensores

*/

void lectura()




presencia = 0;

if (digitalRead(5))

presencia = 5;

luminosidad = analogRead(A0);

/*

* Se ejecuta la funcion lee xBee para leer, en el caso de que halla alguna

trama

* Devuelve como resultado el tamaño de la trama. Quedandose almacenada la

trama en

* la variable vacía Trama

*/

int leeXBee()

//Leemos el Paquete

int existe=0;

xbee.readPacket();

RxFlag=0;

if (xbee.getResponse().getApiId() == ZB_RX_RESPONSE)

xbee.getResponse().getZBRxResponse(rx);

RxFlag=1;

SendFlag=1;

if (SendFlag==1)

if(RxFlag=0)

Serial.println("Paquete Recibido");

tam=rx.getDataLength();

//Serial.println(tam);


Trama[aux]=(char)rx.getData(aux);

macLsb = rx.getRemoteAddress64().getLsb();

Serial.println(macLsb);


MAC[aux]=0x00;

long2Char(macLsb, MAC);

Serial.write(MAC);

Serial.println();

SendFlag=0;

existe=1;

return existe;

Anexos

96

/*

* La funcion montaTrama, genera una trama para poder hacer la llamada al

* webservice, que introducirá los datos en una base de datos.

*/

void montaTrama()

char cabecera[]="MAC=";

int i = 0;

int j = 0;

//Borramos la trama.

for (i = 0; i < 100; i++)

tramaGet[i] = 0x00;

for(i = 0 ; i < 4 ; i++,j++)

tramaGet[j] = cabecera[i];

for(i = 0; i<10; i++ , j++)

tramaGet[j] = MAC[9-i];

tramaGet[j++] = '&';

for(i = 0 ; Trama[i] != 0x00 ; i++,j++)

tramaGet[j] = Trama[i];

/*

Variable que pasa una variable del tipo long a una cadena de caracteres.

Tiene dos parametros, el primero es la variable, y el segundo

es la dirección de la cadenna donde se quiere almacenar.

*/

void long2Char(unsigned long int largo, char * caracter)

int subvalor = 0;

while (largo >= 1000000000)

largo -= 1000000000;

subvalor++;

if (subvalor)

caracter[9] = subvalor + '0';

else

caracter[9] = '\0';

subvalor = 0;

while (largo >= 100000000)

largo -= 100000000;

subvalor++;

if (subvalor == 0 && caracter[9] == '\0')

caracter[8] = '\0';

else


subvalor = 0;

while (largo >= 10000000)

largo -= 10000000;

subvalor++;


caracter[7] = '\0';

else



subvalor = 0;


largo -= 1000000;

subvalor++;


caracter[6] = '\0';

else


subvalor = 0;


largo -= 100000;

subvalor++;


caracter[5] = '\0';

else


subvalor = 0;


largo -= 10000;

subvalor++;


caracter[4] = '\0';

else


subvalor = 0;


largo -= 1000;

subvalor++;


caracter[3] = '\0';

else


subvalor = 0;


largo -= 100;

subvalor++;


caracter[2] = '\0';

else


subvalor = 0;

while (largo >= 10)

largo -= 10;

subvalor++;


caracter[1] = '\0';

else


subvalor = 0;

while (largo >= 1)

largo -= 1;

Anexos

98

subvalor++;


caracter[0] = '\0';

else


/*

Función que realiza un reset software. El programa empieza desde cero, pero

no resetea ni los perifericos ni los registros

*/

void softReset()


Anexos

100

9.2 Anexo II - Código del nodo periférico

/******************************************************************







`

Nodo periférico:

Es el encargado de recopiilar la lectura de los sensores y

mandarla al nodo central mediante xBee.

Este nodo funciona con una bater'ia por lo que es necesario

poner el microcntrolador en modo ahorro de energ'ia.

Como el nodo central es el encargado de reconocer quién

envía la trama, no será necesario descrubir la MAC

del modem xBee desde este nodo.

******************************************************************/

//Librerías del microcontrolador/compilador

#include <avr/sleep.h>

#include <avr/power.h>

#include <stdlib.h>

//Librerías externas

#include <XBee.h>

#include <dht11.h>

//Variables a modificar

int minutos = 30; // Minutos

entre envíos

int horas = 1; // Horas

entre envíos

boolean repetirPIR = false; // Bandera

para repetir lectura

boolean ultimaLectura =false; // Bandera

de presencia

//Variables necesarias para xBee

XBee xbee = XBee(); // Instancia

del objeto XBee

int TAM_MAX = 55; // Tamaño

máximo de la trama

uint8_t texto[TAM_MAX] ; // Array del

mensaje enviado

XBeeAddress64 addr64 = XBeeAddress64(0x0013A200, 0x40BAAB13); // MAC del

CORDINATOR

ZBTxRequest zbTx = ZBTxRequest(addr64, texto, sizeof(texto)); // Socket a

enviar

ZBTxStatusResponse txStatus = ZBTxStatusResponse(); // Estado de

la respuesta

//Variables para el DHT11

dht11 DHT11; // Instancia

del objeto DHT11

//Variables


int temperatura; // Variable

para almacenar la temperatura

int humedad; // Variable

para almacenar la humedad

int luminosidad; // Variable

para almacenar la luminosidad

boolean presencia; // Variable

para almacenar la presencia

int contador = 1; // Contador

decreciente para despertar el xBee

int stat = 0; // Para

comprobar el estado de la respuesta

int err = 0; // Para

comprobar si existe un error en la transmision

int errores=0; // Contador

de errores de transmion

int DTR=3; // PIN para

despertar o dormir el modem xBee

int tiempo=0; // Para

saber que el dispositivo no se ha quedado bloqueado

int cuenta; // Variable

para comprobar si ha existido algun reinicio

/*

* Función setup, solo se ejecuta una vez al inicio de la ejecución del

programa

*/

void setup()

//Se configura el PIN del DTR como salida

pinMode(DTR,OUTPUT);

//Iniciamos el puerto serie al BR del xBee


//Inicializamos el xBee.

xbee.setSerial(Serial);

//Comando de prueba

Serial.println("Activo");

//Esperamos a que se inicialize la comunicación del xBee en su PAN ID.

delay(5000);

//Iniciamos el contador de errores.

errores=0;

//Encendemos el temporizador del wdt

watchDogOn();

//Para comprobar reinicios.

tiempo= millis();

/*

* Función que se ejecuta en bucle constantemente cuando el dispositivo

* está funcionando.

*/

void loop()

WDTCSR=0x00; //desactivo el wdt

// Cada 25 ciclos del watchdog se envía un dato a pantalla para saber

// si se ha quedado bloqueado

if(contador == cuenta)

Serial.println(contador);

delay(1);

cuenta = contador-25;

//Comprobamos si hay que volver a dormir el dispositivo

if (contador > 1)

WDTCSR=0x71; //activo el wdt

Anexos

102

duerme();

else

//Si no hay que dormirlo, se despierta con el DTR

digitalWrite(DTR,LOW);

delay(100);

//Reenvía la ultima trama, no debe de llegar

xbee.send(zbTx);

//Se espera suficiente tiempo para despertar el xBee

delay(30000);

//Se realiza una lectura de los sensores

lectura();

//Se crea la trama a enviar

CreaTrama();

//Se envía la trama que sí debe de llegar

xbee.send(zbTx);

//comprobamos los errores

xbee.readPacket(1500);

Serial.println();

//Se obtienen los errores si existen

err = xbee.getResponse().getErrorCode();

//Se comprueba el estado del envío

stat = xbee.getResponse().getApiId();

if (stat == 0 && err == 0)


errores++;

else if (stat == 117)

Serial.println("ERRROR");

errores++;

else

Serial.println("OK");

//Si se acumulan 50 errores se resetea la placa

if(errores>50)

softReset();

delay(500);

// Se calcula el número de veces que debe dormir el nodo antes de cada

reenvío

contador = (60 * minutos)/8; // Minutos

cuenta = contador-25;

WDTCSR=0x71; //activo el wdt

duerme();

/*

* Una vez obtenidos los datos de la lecturra monta una trama para enciar

con el formato

* TEM=XX&HUM=XX&LUZ=XXXX&PIR=X

*/

void CreaTrama()

//definimos las variables que vamos a utilizar y las inicializamos

int trama = 0;

int auxtrama = 0;

uint8_t tam;

uint8_t ASCII = B10000000;

char datos[4] = 0, 0, 0, 0;

//Nombres de cada sensor

char pir[]="PIR";


char tem[]="TEM";

char hum[]="HUM";

char luz[]="LUZ";

//variables auxiliares

uint8_t i = 0;

uint8_t j = 0;

//borrado de trama.

for (i = 0; i < TAM_MAX; i++)

texto[i] = 0x00;

//Se pone el nombre del sensor de tempertatura y el simbolo =.

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = tem[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de temperatura.

trama = temperatura;


texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 100;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;

while (trama >= 10)

texto[j] += 1;

trama -= 10;

j++;

auxtrama = 1;

texto[j] = 0x30;

while (trama >= 1)

texto[j] += 1;

trama -= 1;

j++;

auxtrama = 0;

texto[j++] = '&';

//Se pone el nombre del sensor de humedad y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = hum[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de humedad

trama = humedad;


texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 100;

j++;

Anexos

104

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;

while (trama >= 10)

texto[j] += 1;

trama -= 10;

j++;

auxtrama = 1;

texto[j] = 0x30;

while (trama >= 1)

texto[j] += 1;

trama -= 1;

j++;

auxtrama = 0;

texto[j++] = '&';

//Se pone el nombre del sensor de luminosidad y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = luz[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de luminosidad

trama = luminosidad;

if (trama >= 1000)

texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 1000;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;


texto[j] += 1;

trama -= 100;

j++;

auxtrama = 1;


texto[j] = 0x30;

while (trama >= 10)

texto[j] += 1;

trama -= 10;

j++;

auxtrama = 1;

texto[j] = 0x30;

while (trama >= 1)

texto[j] += 1;

trama -= 1;

j++;


auxtrama = 0;

texto[j++] = '&';

//Se pone el nombre del sensor de presencia y el simbolo =

for(i=0;i<3;i++,j++)

texto[j] = pir[i];

texto[j++] = '=';

//Escribimos el valor leido de presencia

if(presencia)

texto[j++]='1';

else

texto[j++]='0';

texto[j] = 0x00;

/*

* Función que permite que el dispositivo entre en modo de ahorro

* de energía.

*/

void duerme()

//Se pone el dispositivo a dormir

digitalWrite(DTR,HIGH);

//Se establece el modo ahorro de energía que nos interese

set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);

sleep_enable(); //lo ponemos para que pueda dormir

//apagamos todos los modulos

PRR=B11111111;




power_adc_disable();

power_twi_disable();

power_spi_disable();

//duerme

sleep_mode();

//------->despierta Se encienden todos los modulos

PRR=B00000000;

power_all_enable();

sleep_disable();

/*

* Función que se ejecuta al desbordar el watchdog, comprueba

* si hay alguna presencia nueva para alarmar al nodo central

*/

ISR(WDT_vect)

contador--;

if (digitalRead(4) && !ultimaLectura)

contador = 0;

/*

* Función donde se realizan las lecturas de los sensores

*/

void lectura()

// Se comprueba si existe el sensor DHT11 asociado al pin 4


Anexos

106

if (!chk)

// Si existe se almacenan los datos de tempereratura y humedad



// Se comprueba si existe presencia

presencia = 0;

if (digitalRead(2))

presencia = 5;

// Se lee el valor de luminosidad

luminosidad = analogRead(A0);

// Se establece el valor de presencia como última lectura

ultimaLectura = presencia;

/*

* Función para hacer un reset software

*/

void softReset()


/*

* Sirve para configurar y activar el watchdog

*/

void watchDogOn()

// Borra la marca de reinicio, el bit WDRF (bit 3) de MCUSR


/*

Coloca el bit WDCE (bit 4) y el bit WDE bit (bit 3)

de WDTCSR. El bit WDCE debe ser colocado en orden a

a cambiar WDE o los preescaladores del watchdog. Configurando el

bit WDCE permitirá actualizar a los preescaladores y

WDE para 4 ciclos de reloj, luego será reiniciado por hardware.

*/

WDTCSR = WDTCSR | B00011000;

// Establce el preescalador de tiempo de espera de vigilancia a un valor

de 1024k

// el cual rentabilizará el intervalo de tiempo de espera sobre los

8seg.

WDTCSR = B00100001;

// Activa la interrupción por temporizador.

WDTCSR = WDTCSR | B01000000;


Anexos

108

9.3 Anexo III - Código del servicio NodeJS

/*

Es necesario tener nodeJS instalado y descargar el paquete mqtt (npm install

mqtt --save)

*/

var mqtt = require('mqtt');

/*

Para realizar la conexion con la base de datos en mySQL es necesario tener

el paquete de

mysql instalado (npm install mysql --save)

*/

var mysql = require('mysql');

/*

Para realizar avisos por e-mail es necesario tener el paquete nodeMailer.

(npm install nodemailer --Save)

*/

var nodemailer = require('nodemailer');

/*

Definimos el usuario, contraseña y servidor de correos de la cuenta que

vamos a utilizar para mandar el e-mail.

*/

var transporter =

nodemailer.createTransport('smtps://j.arcenegui.pfc%40gmail.com:password@smtp

.gmail.com');

/*

Genera un valor aleatorio. Sera utilizado para generar una palabra aleatoria

como usuario

que servira para subscribirse al broker de MQTT.

*/

var rand = function()

return Math.random().toString(36).substr(2);

/*

Genera la palabra aleatoria basandose en la funcion rand();

*/

var token = function()

return rand() + rand();

;

/*

Pasa la palabra generada de forma aleatoria a String para convertirlo en una

palabra

lejible para el broker

*/

var client_ID = token().toString();

/*

Se hace la conexion al MQTT , como primer objeto le pasamos la direccion del

broker con

su puerto. El usuario y el password que se necesita en el broker para su

conexion. El

identificador del cliente (el cual hemos generados de forma aleatoria). Y

por ultimo

el keepalive.

*/

client = mqtt.connect("mqtt://127.0.0.1:1883", username: "admin",

password: "123456jaa", clientId: client_ID, keepalive: 5);

/*

Nos subscribimos a todos los topics necesarios.

*/


client.on('connect', function ()

client.subscribe("pfc/lectura");

client.subscribe("pfc/rfid");

client.subscribe("pfc/rfidFB");

client.subscribe("pfc/macFB");

client.subscribe("pfc/alarma");

);

/*

Por cada mensaje que llege lo vamos a ir parseando

*/

client.on('message', function (topic, message)

// message is Buffer

console.log(message.toString());

/*

Implementamos una variable que servira para registrar la conexion mySQL, en

principio no

vamos a estar constantemente conectado, tan solo cuando una trama

*/

var connection = mysql.createConnection(

host: 'localhost',

user: 'root',

password: 'password',

database: 'PFC',

port: 3306

);

/*

Realizamos la conexion a la base de datos, es necesario tener el paquete

mysql instalado y requerido para ello. Si la conexion se puede realizar se

ejecuta

el parseado de los elementos, en caso contrario, dara un mensaje de error

*/

connection.connect(function(error)

if(error)

/*

Al no haberse podido conectar enviara un mensaje de error

*/

console.log("error de conexion");

throw error;

else

/*

Se comprueba que si se ha recibido una lectura o una identificación

*/

var array = topic.split('/');

console.log(array[1]);

if(array[1] == "lectura")

console.log("Se ha recibido una lectura");

var array2 = message.toString().split('&');

var array3 = array2[0].split('=');

if (array3[0] == "MAC")

var MAC = array3[1];

for(i = 1 ; i < array2.length ; i++)

var array3 = array2[i].split('=');

var query = connection.query('INSERT INTO Sensores(mac, sensor, valor)

VALUES(?, ?, ?)' , [ MAC , array3[0] , array3[1] ], function(error, result)

if(error)

/*


*/

console.log("error de insercion");

throw error;

else

Anexos

110

console.log("ok");

);

if(array3[0] == 'PIR' && array3[1] == '1')

console.log(array3[1]);

var query = connection.query("SELECT * FROM Alarma WHERE Armado = 1",

function(error, result)

if(error)

/*


*/

console.log("error de petición");

throw error;

else

resultado = result;

if(resultado.length > 0)

if(resultado[0].Sonando)

else

client.publish('pfc/alarma',"Sonar");

);

console.log("mac:"+MAC);

var query = connection.query("SELECT * FROM Registro WHERE mac = "+MAC,


if(error)

/*


*/


throw error;

else

resultado = result;


console.log(resultado.length);

else

client.publish('pfc/macFB',"ID:"+ MAC + '&NAME:SinAsignar');

);

else if(array[1] == "rfid")

console.log("Se ha recibido una identificacion");

var array2 = message.toString()

console.log(array2);

var query = connection.query("SELECT * FROM rfid WHERE ID = "+array2,


if(error)

/*


*/

console.log("error de peticion");

throw error;

else

resultado = result;


var estado = resultado[0].encasa;

var nombre = resultado[0].usuario;


client.publish('pfc/rfidFB',"ID:"+ array2 + "&NAME:" + nombre

+"&STT:" + estado );

else

client.publish('pfc/rfidFB',"ID:"+ array2 + '&NAME:SinRegistrar');

);

else if(array[1] == "rfidFB")


var array3 = array2[0].split(':');

if(array3[0]== "ID")

var RFID_ID = array3[1];

array3 = array2[1].split(':');

if(array3[0] == 'NAME')

var NAME_R = array3[1];

if(array3[1] == 'SinRegistrar')

if(array2[2])

console.log("Usuario registrado");

/*

Se ha escrito los datos en la base de datos, vamos a mandar la

confirmación por e-mail

*/

var mailOptions =

from: '"Casa Domotica" <[email protected]>', // sender

address

to: '[email protected]', // list of receivers

subject: RFID_ID + ' ha intentado acceder a casa', // Subject line

text: RFID_ID + ' ha intentado acceder a casa, sin embargo el

usuario no está registrado en la base de datos, en caso de que el usuario

tenga permisos corríjalo en el panel de administración', // plaintext body

html: '<H3>' + RFID_ID + ' ha intentado acceder a casa</H3> <p> Sin

embargo el usuario no está registrado en la base de datos, en caso de que el

usuario tenga permisos, por favor, corríjalo en el <a

href="www.ardugeek.es/pfc">panel de administración</a></p> ' // html body

;


if(error)



);

else

var query = connection.query('INSERT INTO rfid(id, usuario, encasa)

VALUES(?, ?, ?)' , [ RFID_ID , array3[1] , '0'], function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else


/*



*/

var mailOptions =


address


subject: 'Se ha registrado un nuevo usuario con ID: ' +RFID_ID,

// Subject line

Anexos

112

text: 'Se ha registrado un nuevo usuario con ID: ' +RFID_ID + '.

Puede asignarle un nombre de usuario en el panel de administración para que

el usuario pueda registrarse en casa.', // plaintext body

html: '<H3>Se ha registrado un nuevo usuario con ID: ' + RFID_ID

+ '</H3> <p>Puede asignarle un nombre de usuario en el <a

href="www.ardugeek.es/pfc">panel de administración</a> para que el usuario

pueda registrarse en casa.</p> ' // html body

;


if(error)



);

);

else


if(array3[0] == 'STT')

if(array3[1] == '0')

var query = connection.query('UPDATE rfid SET encasa = 1 WHERE id

=' + RFID_ID, function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else


/*



*/

var mailOptions =


address


subject: NAME_R + ' se ha registrado en casa', // Subject line

text: NAME_R + ' se ha registrado en casa, si el usuario ha

salido de casa corríjalo en el panel de administración', // plaintext body

html: '<H3>' + NAME_R + ' se ha registrado en casa</H3> <p> Si

el usuario ha salido de casa, por favor, corríjalo en el <a


;


if(error)



);

);

client.publish('pfc/alarma',"OFF");

var query = connection.query('UPDATE Alarma SET Armado = 0 ,

Activado = 0 , Sonando = 0 WHERE Alarma = Alarma', function(error, result)

if(error)

/*


*/



throw error;

else

console.log("Alarma Desarmada y a apagada");

);

else if(array3[1] == '1')

var query = connection.query('UPDATE rfid SET encasa = 0 WHERE id

=' + RFID_ID, function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else


/*



*/

var mailOptions =


address


subject: NAME_R + ' ha salido de casa', // Subject line

text: NAME_R + ' ha salido de casa, si el usuario se ha

registrado en casa corríjalo en el panel de administración', // plaintext

body

html: '<H3>' + NAME_R + ' ha salido de casa</H3> <p> Si el

usuario e ha registrado en casa, por favor, corríjalo en el <a


;


if(error)


else


);

);

var query = connection.query("SELECT * FROM rfid WHERE encasa =

1", function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else

resultado = result;

if(resultado.length == 0)

client.publish('pfc/alarma',"Armar");

);

else

console.log(array3[1]);

Anexos

114

else if(array[1] == "macFB")


var array3 = array2[0].split(':');

if(array3[0]== "ID")

var MAC_ID = array3[1];


if(array3[0] == 'NAME')

if(array3[1] == 'SinAsignar')

var query = connection.query('INSERT INTO Registro(mac, room)

VALUES(?, ?)' , [ MAC_ID , array3[1] ], function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else

console.log("Dispositivo registrado");

/*



*/

var mailOptions =


address


subject: 'Se ha registrado un nuevo dispositivo con MAC: ' +

MAC_ID, // Subject line

text: 'Se ha registrado un nuevo dispositivo con MAC: ' + MAC_ID +

'. Puede asignarle un nombre al nodo en el panel de administración para leer

los datos desde la interfaz web.', // plaintext body

html: '<H3>Se ha registrado un nuevo dispositivo con MAC: ' +

MAC_ID + '</H3> <p>Puede asignarle un nombre al nodo en el <a

href="www.ardugeek.es/pfc">panel de administración</a> para leer los datos

desde la interfaz web.</p> ' // html body

;


if(error)



);

);

else if(array[1] == "alarma")

array2 = message.toString();

if (array2 == "Armar")

var query = connection.query('UPDATE Alarma SET Armado = 1 WHERE Alarma

= Alarma', function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else

console.log("Alarma Armada");

/*




*/

var mailOptions =


address


subject: 'Alarma Armada', // Subject line

text: 'Alarma Armada. Recuerde que si espera una visita sin

identificación debe desarmar la alarma en el panel de administración.', //

plaintext body

html: '<H3>Alarma armada</H3> <p>Recuerde que si espera una visita

sin identificación debe desarmar la alarma en el <a

href="www.ardugeek.es/pfc">panel de administración</a>.</p> ' // html body

;


if(error)



);

);

else if (array2 == "Activar")

var query = connection.query('UPDATE Alarma SET Activado = 1 WHERE

Alarma = Alarma', function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else

console.log("Alarma Activada");

);

else if (array2 == "Sonar")

var query = connection.query('UPDATE Alarma SET Sonando = 1 WHERE

Alarma = Alarma', function(error, result)

if(error)

/*


*/


throw error;

else

console.log("Alarma Sonando");

client.publish('pfc/alarma',"ON");

/*



*/

var mailOptions =


address


subject: 'Ha Saltado la Alarma', // Subject line

text: 'Ha saltado la Alarma, avise de inmediato a la policía.', //

plaintext body

html: '<H3>Ha saltado la alarma</H3> <p>Avise de inmediato a la

policía</p> ' // html body

;


Anexos

116

if(error)



);

);

/*

Finalizada la lectura de la trama, sea correcta o erronea se desconecta de

la

base de datos.

*/

connection.end();

);

);

Anexos

118

9.4 Anexo IV - Código Index.hml

<!DOCTYPE html>

<html>

<head lang="es">

<link rel="icon" type="image/png" href="mifavicon.png" />

<meta charset="utf-8" />

<title>Casa domótica</title>

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rel='stylesheet' type='text/css'>



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cript>



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<script>

$(function()

$( "#desde" ).datepicker();

$( "#hasta" ).datepicker();

$( "#desde" ).datepicker("option", "dateFormat", "yy-mm-dd");

$( "#hasta" ).datepicker("option", "dateFormat", "yy-mm-dd");

var f = new Date();

$('#desde').datepicker("setDate", new

Date(f.getFullYear(),f.getMonth(),f.getDate()) );

$('#hasta').datepicker("setDate", new

Date(f.getFullYear(),f.getMonth(),(f.getDate()+1)) );

//$('#desde').datepicker("setDate", new Date(2016,05,21) ); //ojo! el mes

07 es agosto (valor = mes-1!)

//$('#hasta').datepicker("setDate", new Date(2016,05,22) );

);

</script>

<!--script para mostrar la grafica (gestion de la la pagina grafica.html)-

->

<script type="text/javascript">

//var cargaPrimeraVezTimer = window.setTimeout(cargaPrimeraVez, 1000);

//funcion que carga la lista de habitaciones con sensores activos

function cargaHabitaciones()


//invocamos al php de cargar datos con AJAX.

//Cuando nos devuelva los datos los convertimos el json a array

//y pintamos el select box de habitaciones




$.each(array, function (i, item)

var o = new Option(item.room, item.mac);

$(o).html(item.room);

$('#habitacion').append(o);

);

);

//funcion que hace la carga por primera vez

function cargaPrimeraVez()

cargaGrafica();

//funcion para pedir los datos

//primero leemos con datepiker con las fechas desde/hastar

//y el combo con la grafica a mostrar

function cargaGrafica()

var d = $( "#desde" ).val();

d=d.replace(new RegExp("-", 'g'), '') + "000000";

var h = $( "#hasta" ).val();

h=h.replace(new RegExp("-", 'g'), '') + "000000";

var url_data =

"get_data.php?MAC="+$("#habitacion").val()+"&SENSOR="+$("#sensor").val()+"&FR

OM="+d+"&TO="+h;

//invocamos al php de cargar datos con AJAX.

//Cuando nos devuelva los datos los convertimos el json a array

//y se lo pasamos a la funcion para pintar la grafica



dibujaGrafica(array);

);

//funcion para dibujar la grafica

function dibujaGrafica(datos)

var data = new google.visualization.DataTable();

data.addColumn("string", "Fecha");

data.addColumn("number", "X");

data.addRows(datos);

var options =

height: 400,

width: 870,

legend:

position: 'none'

,

hAxis:

slantedText: true,

slantedTextAngle: 30,

//showTextEvery: 3

;

// var chart = new google.charts.Line(document.getElementById('chart'));

var chart = new

google.visualization.LineChart(document.getElementById('chart'));

chart.draw(data, options);

//cargamos!!

//google.load("visualization", "1.1", packages: ["line"]);

google.charts.load('current', packages: ['corechart', 'line']);

</script>

</head>

<body onload="cargaHabitaciones()">

<header>

<nav id="barranav">

Anexos

120

<ul>

<li><a href="#inicio">Inicio</a></li>

<li><a href="#sensores">Sensores</a></li>

<li><a href="#acercade">Acerca De</a></li>

</ul>

</nav>

</header>

<section id="inicio">

<div class="container-flow divinicio">

<div class="row">

<div class="col-sm-10 col-md-10 col-sm-offset-1 col-md-offset-1">

<div class="container-flow">

<div class="row">

<div class="subdivc col-xs-12 col-md-4">

<div id="divintrologo"></div>

<h3>Introducción</h3>

<p>SenHome es el nombre comercial del proyecto final de carrera

"Red de sensores para domótica y sistemas de alarma". Está realizado por

Javier Arcenegui Almenara y tutorizado por Antonio Luque Estepa (Dpto. de

Electrónica de la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de

Sevilla).</p>

<p>Es un proyecto de domótica dirigido a personas concienciadas con

el medio ambiente y la eficiencia energética. Está formado por un conjunto de

sensores repartidos por diferentes habitaciones del hogar como son, el

dormitorio, la cocina, el baño y el salón; y una alarma antirrobo de registro

de presencia.</p>

</div>


<div id="divtaplogo"></div>

<h3>Funcionamiento</h3>

<p>Su objetivo es medir las principales variables relacionadas con

la eficiencia energética, como son, la humedad, la temperatura, la

luminosidad y la presencia. La utilización de este servicio es muy intuitivo

y accesible. El usuario podrá acceder a la sección de sensores donde

aparecerá una lista con la última lectura realizada, un enlace para ver las

gráficas en tiempo real y también aparecerán si existen elementos sin

etiquetar, en dicho caso se podrá acceder al panel de administrador. Al

seleccionar las gráficas se generará la del sensor que se quiera del nodo

elegido, se puede además seleccionar un rango de fechas concreto a

mostrar.</p>

</div>


<div id="divalarmlogo"></div>

<h3>Alarma</h3>

<p>El sistema detecta personas en su interior. Funciona mediante un

sistema de tarjetas con lector RFID, con el que se puede saber quién se

encuentra en casa y por lo tanto si hay alguien ajeno a ella. Para la

seguridad de la vivienda y por tanto de los propietarios, se les avisará por

e-mail si entra alguien en casa.</p>

<p>Además de para el uso antirrobo, este sistema es útil para saber

si los hijos, los trabajadores del hogar o cualquier persona que el

propietario desee saber están en la vivienda.</p>

<p>Si en un futuro se quisiese añadir un sensor de movimiento para

encender la luz, se podría añadir a dicho sistema.</p>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</section>

<section id="sensores">

<div class="row">

<div class="col-sm-10 col-md-10 col-sm-offset-1 col-md-offset-1

titulosensor">

<h3>Sensores</h3>


<div id="subdivdatos" class="row">

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</section>

<section id="acercade">


<div class="row">

<div class="col-sm-10 col-md-10 col-sm-offset-1 col-md-offset-1">


<div class="col-xs-12 col-md-6 acerca">

<h3>Javier Arcenegui Almenara</h3>

<p>Estudiante de Ingeniero en Telecomunicación en la Universidad de

Sevilla</p>

<p>Investigador del departamento de I+D+i en TopDigital consulting

especializado en hardware para dispositivos IoT y M2M.

<p>[email protected]</p>

<p>+34 647 8xx xxx</p>

</div>

<div class="col-xs-12 col-md-6 acerca">

<h3>Red de sensores para domótica y sistemas de alarma</h3>

<p>Proyecto de Fin de Carrera del curso 2015-2016</p>

<p>Tutor del proyecto: Antonio Luque Estepa</p>

<p>Escuela Técnica Superior de Ingenieros</p>

<p>Escuela Superior de Ingenieros</p>

<p>Universidad de sevilla</p>

</div>

<div id="LogoESI" class="col-xs-4 col-md-4"></div>

<div id="LogoUS" class="col-xs-4 col-md-4"></div>

<div id="Logodep" class="col-xs-4 col-md-4"></div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</section>

<footer id="pie">

<a href="http://www.esi.us.es" target="_blank" >Escuela Técnica Superior

de Ingenieros 2016</a>

</footer>



<div id="graficas" class="modal fade" role="dialog">

<div class="modal-dialog" style="width: 900px;">



<div class="modal-content">

<div class="modal-header">

<button type="button" class="close" data-

dismiss="modal">×</button>

<h4 class="modal-title">Graficas de Sensores</h4>

</div>

<div class="modal-body">

<div class="row">

<div class="col-sm-6">

<form class="form-horizontal">

<div class="form-group">

Anexos

122

<label for="habitacion" class="col-sm-2 control-

label">Habitación</label>


<select id="habitacion" name="habitacion" class="form-control">

</select>

</div>

</div>


<label for="sensor" class="col-sm-2 control-label">Sensor</label>


<select id="sensor" class="form-control">

<option value="TEM">Temperatura</option>

<option value="HUM">Humedad</option>

<option value="LUZ">Luminosidad</option>

<option value="PIR">Presencia</option>

</select>

</div>

</div>

</form>

</div>


<form class="form-horizontal">


<label for="desde" class="col-sm-2 control-label">Desde</label>


<input type="text" id="desde" class="form-control">

</div>

</div>


<label for="hasta" class="col-sm-2 control-label">Hasta</label>


<input type="text" id="hasta" class="form-control">

</div>

</div>

</form>

</div>

<div class="row" style="text-align: center;">

<button class="btn btn-primary"

onclick="cargaGrafica()">Cargar</button>

</div>

</div>

<div class="row">

<div id='chart'></div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</body>

</html>

Anexos

124

9.5 Anexo V - Código estilos.css

body

background: #eee;

margin: 0;

border: 0;

padding: 0;

font-family: 'Roboto', sans-serif;

header

background: #111;

padding: 0;

margin: 0;

height: 50px;

width: 100%;

z-index: 300;

#barranav

padding: 0;

margin: 0;

background: #4fab2f;

height: 50px;

top:0;

width: 100%;

position: fixed;

border-bottom: solid black 1px;

z-index: 300;

#barranav ul

list-style-type: none;

text-align: center;

margin-top: 12px;

#barranav li

display: inline;

text-align: center;

#barranav a


color: white;

text-decoration: none;

margin: 0 40px 0 40px;

#inicio

background: #222;

color: white;

height: 100%;

width: 100%;

float: left;

.divinicio

width: 100%;


.subdivc

margin-top: 100px;

margin-bottom: 180px;

text-align: center;

.subdivc p

text-align: justify;

#divintrologo

width: 100px;

height: 100px;

background-image: url(Info.png);

background-size: 100px 100px;

background-repeat: no-repeat;


left: 50%;

margin-left: -50px;

position: relative;

#divtaplogo

width: 100px;

height: 100px;

background-image: url(tap.png);




left: 50%;

margin-left: -50px;

position: relative;

#divalarmlogo

width: 100px;

height: 100px;

background-image: url(alarm.png);




left: 50%;

margin-left: -50px;

position: relative;

#sensores

background:#4fab2f;.

position: relative;

color:black;

height: 100%;

width: 100%;

float: left;

#divsensores

width: 100%;

.datos

padding-top: 10px;

padding-bottom: 10px;

Anexos

126

padding: 10px;

text-align: center;

#subdivdatos

text-align: center;

margin-top: 100px;

width: 100%;

height: 100%;


#sensorBano

margin-top: 110px;

margin-left: 250px;

width: 25px;

height:25px;

background-image: url(sensor.png);



position: relative;

#sensorDormitorio

margin-top: -25px;

margin-left: 400px;

width: 25px;

height:25px;




position: relative;

#sensorSalon

margin-top: 155px;

margin-left: 130px;

width: 25px;

height:25px;




position: relative;

.piesensor

margin-top: 30px;

.titulosensor

margin-top: 50px;

margin-left: 50px;

#sensorCocina

width: 25px;

height:25px;

margin-left: 290px;

margin-top: -25px;





position: relative;

#acercade

background:#fff;

color:black;

height: 100%;

width: 100%;

float: left;

.acerca

padding: 50px 50px 50px 50px;


#LogoUS

width: 30%;

height: 100px;

background-image: url(LogoUS.png);

float: left;


background-position: center;


#Logodep

width: 30%;

height: 100px;

background-image: url(Logodep.png);

float: left;





#LogoESI

width: 30%;

height: 100px;

background-image: url(LogoESI.png);

float: left;




#pie


text-align: center;

#pie a

color: white;

text-decoration: underline;

font-size: 80%;

.piesensor a

color: #111;

Anexos

128

.piesensor a:hover

color:#333;


.subdivdatos a

color: #111;

.subdivdatos a:hover

color:#333;


.bodygraf

background-color: white;

overflow: hidden;

.grafico

position: relative;

margin-top: 3%;

height: 45%;

padding-left:3%;

width: 98%;

padding-right: 3%;

Anexos

130

9.6 Anexo VI - Código javascript.js

$(document).ready(function init()

var texto = new Array;

document.getElementById("subdivdatos").innerHTML = "Cargando datos, por

favor espere";


texto = datos;


);

setInterval(function ()


texto = datos;


);

return false;

, 10000);

);

Anexos

132

9.7 Anexo VII - Código SuperConsulta.php

<?php

header("Access-Control-Allow-Origin: *");

/***************************************************************************

****************************************







*****************************************************************************

**************************************/

$conexion = mysqli_connect('127.0.0.1','root' ,'password','PFC');

echo '<br>';

$Nuevos = 0;

if($conexion ==false)

echo('Error al conectar con la base de datos');

else

$sql = "SELECT * FROM `Registro`";


if (!$consulta)

$message = 'Invalid query: ' . mysql_error() . " ";

$message .= 'Whole query: ' . $sql;

die($message);


if(strnatcmp ( $fila['room'] , 'SinAsignar') != 0)

echo '<div class="col-sm-6 col-md-3 col-lg-3 datos">

<b>'.$fila['room'].'</b><br><br>';

$sql2 = "SELECT * FROM `Sensores` WHERE mac = '".$fila['mac']."' ORDER

BY `id` DESC LIMIT 4 ";

$consulta2 = mysqli_query($conexion,$sql2);

if (!$consulta2)



die($message);

while ($fila2 = mysqli_fetch_array($consulta2))

echo $fila2['sensor'].' : '.$fila2['valor'].' en

'.$fila2['fecha'].'<br>';

echo '</div>';

else

$Nuevos++;

echo'<div class="col-lg-12 piesensor"> <p>';

$sql = "SELECT * FROM `rfid` WHERE encasa=1";


$auxiliar = 1;



if(!$auxiliar)

echo ", ";

$auxiliar = 0;

echo $fila['usuario'];

if($auxiliar)

echo "No hay personas registradas en casa.</p>";

else

echo " estan registrados en casa.</p>";

echo '<br><br><p>';

if($Nuevos>0)

echo 'Hay '.$Nuevos.' dispositivos sin asignar. ';

$sql = "SELECT * FROM `rfid` WHERE usuario='SinRegistrar'";


$auxiliar = 0;


$auxiliar++;

if($auxiliar>0)

echo 'Hay '.$auxiliar.' usuarios sin registrar. ';

if($auxiliar>0||$Nuevos>0)

echo '</p><p>Acceda al <a href="Setup.html">Panel de

Administracion</a>.</p>';

echo '<div class="row" style="text-align: center;">

<button type="button" class="btn btn-default" data-toggle="modal" data-

target="#graficas" onClick="cargaPrimeraVez()">Ver graficas</button>

</div>';

echo '</div>';

mysqli_close($conexion);

?>

Anexos

134

9.8 Anexo VIII - Código get_sensor.php

<?php


/***************************************************************************

****************************************







*****************************************************************************

**************************************/

//$conexion = mysqli_connect('10.6.64.25','u3227504_pfc'

,'B8Iov*c<;z','db3227504_sense');




else

$sql = "SELECT * FROM `Registro` WHERE room<>'SinAsignar'";


$array= array();


$dato = array(

"mac"=>$fila['mac'],

"room"=>$fila['room']

);


echo json_encode($array);


?>

Anexos

136

9.9 Anexo IX - Código get_data.php

<?php


/***************************************************************************

****************************************







*****************************************************************************

**************************************/


//$conexion = mysqli_connect('10.6.64.25','u3227504_pfc'

,'B8Iov*c<;z','db3227504_sense');



else

$MAC = $_GET['MAC'];

$SENSOR = $_GET['SENSOR'];

$FROM = $_GET['FROM'];

$TO = $_GET['TO'];

$sql = "SELECT * FROM `Sensores` WHERE mac = '".$MAC."' AND sensor =

'".$SENSOR."' AND fecha > ".$FROM." AND fecha < ".$TO." ORDER BY `id`";


$array= array();


$dato = array();

array_push($dato, $fila['fecha']);

array_push($dato, (int)$fila['valor']);


echo json_encode($array);


?>

Anexos

138

9.10 Anexo X - Código setup.html

<!DOCTYPE html>

<html>

<head lang="es">


<title>Panel de Administración</title>


<link href='http://fonts.googleapis.com/css?family=Roboto'

rel='stylesheet' type='text/css'>



<script


cript>

<link rel="stylesheet" type="text/css" href="estilosAdmin.css">

</head>

<body>


<div class="row">

<div class="col-xs-8 col-sm-6 col-md-4 col-xs-offset-2 col-sm-offset-3

col-md-offset-4 login">


<div class="row">

<div class="tittle_Admin">

</div>

</div>

</div>


<div class="row">

<div class="col-xs-10 col-xs-offset-1">

<form method="post" action="admin.php">

<div class="container-flow recuadroAdmin">

<div class="row">

<div class="col-xs-4">

<label for="user">Usuario : </label>

</div>


<input type="text" name="user" id="user"

class="rellenaAdmin"></input>

</div>

</div>

</div>


<div class="row">


<label for="password">Contraseña : </label>

</div>


<input type="password" name="password" id="password"


</div>

</div>

</div>

<div class="botonAdmin">

<input type="submit" value="Acceder"></input>

</div>

</form>

</div>

</div>

</div>


</div>

</div>

</div>

</body>

</html>

Anexos

140

9.11 Anexo XI - Código estilosAdmin.css

body

background: #222;

margin: 0;

border: 0;

padding: 0;


.login


margin-top: 150px;

border-radius: 20px 20px 20px 20px;

padding-top: 20px;

.admin


margin-top: 10px;


padding-top: 20px;

.tittle_Admin h1

text-align: left;

font-weight: bold;

.tittle_Admin h5

font-weight: bold;

text-align: right;

margin-top: -10px;

.tittle_Admin

background-image: url("logoPanel.jpg");




width: 100%;


height: 108px;

.tittle_Admin2 h1

text-align: left;

font-weight: bold;

.tittle_Admin2 h5

font-weight: bold;

text-align: right;

margin-top: -10px;

.tittle_Admin2

max-width: 380px;


float: center;


.recuadroAdmin


.rellenaAdmin

width: 100%;

border: 0;

box-shadow: inset 1px 2px 0px 0px #555 ;


text-align: center;

font-weight: bold;

padding-top: 5px;

margin-top: -5px;

.NOrellena

width: 100%;

border: 0;

box-shadow: inset 0px 0px 0px 0px #4fab2f ;

background-color: #4fab2f;

text-align: center;

font-weight: bold;

padding-top: 5px;

margin-top: -5px;

.botonAdmin

float: right;

margin-top: 10px;

margin-right: -10px;


.botonAdmin input



padding: 7px;

padding-left: 20px;

padding-right: 20px;

font-weight: bold;

.botonAtualizar

margin-top: -8px;

.botonAtualizar input



padding: 7px;

padding-left: 20px;

padding-right: 20px;

font-weight: bold;

.sensores h4

text-align: center;

font-weight: bold;

margin-top: 0px;


.sensores p

Anexos

142

text-align: center;

.leyenda

text-align: center;

font-weight: bold;

.formulario

padding-top: 50px;

.nota

padding-top: 20px;

Anexos

144

9.12 Anexo XII - Código admin.php

<?php


/***************************************************************************

****************************************







*****************************************************************************

**************************************/

session_start();

//$conexion = mysqli_connect('46.37.71.48','root' ,'password','PFC');


$usuario = $_POST['user'];

$contrasena = $_POST['password'];



else

//Realizamos la consulta

$query = "SELECT * FROM users WHERE usuario = '$usuario' AND contrasena =

'$contrasena'";

//Lanzamos la consulta

$resultado = $conexion->query($query);

//Comprobamos el resultado

if(mysqli_num_rows($resultado) > 0)

//login correcto



if (!$consulta)



die($message);

echo '<!DOCTYPE html>

<html>

<head lang="es">




<link href="http://fonts.googleapis.com/css?family=Roboto"

rel="stylesheet" type="text/css">



<script


cript>



</head>

<body>


<div class="row">

<div class="col-xs-8 col-xs-offset-2 admin">


<div class="row">


</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>


<div class="row">

<div class="col-xs-8 col-xs-offset-2 admin sensores">

<h4>Nodos de sensores</h4>


<div class="row">

<div class="col-sm-3 col-sm-offset-1 leyenda">

<p>MAC</p>

</div>

<div class="col-sm-3 leyenda">

<p>HABITACIÓN</p>

</div>


<p>BORRAR</p>

</div>


<p>ACTUALIZAR</p>

</div>';

$indice = 0;


echo '<div class="formulario">

<form method="post" action="mRegistro.php">


<input for="mac" id="mac" name="mac" class="NOrellena"

value="'.$fila['mac'].'" readonly="readonly"></input>

</div>


<input type="text" name="room" id="room"

class="rellenaAdmin" value="'.$fila['room'].'"></input>

</div>


<input type="checkbox" name="borrar"></input>

</div>


<div class="botonAtualizar">

<input type="submit" name="registro"

value="Actualizar"></input>

</div>

</div>

</form>

</div>'

;

$sql = "SELECT * FROM `rfid`";


if (!$consulta)

Anexos

146



die($message);


</div>

<div class="formulario">

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>


<div class="row">


<h4>Usuarios RFID</h4>


<div class="row">

<div class="col-xs-3 leyenda">

<p>ID</p>

</div>


<p>INQUILINO</p>

</div>


<p>CASA</p>

</div>


<p>BORRAR</p>

</div>


<p>ACTUALIZAR</p>

</div>';

$indice = 0;





<input for="mac" id="id" name="id" value="'.$fila['id'].'"

class="NOrellena" readonly="readonly"></input>

</div>


<input type="text" name="usuario" id="usuario"

value='.$fila['usuario'].' class="rellenaAdmin"></input>

</div>

<div class="col-xs-1 leyenda">';

if($fila['encasa'])

echo '<input type="checkbox" name="encasa" checked></imput>';

else

echo '<input type="checkbox" name="encasa"></imput>';

echo '</div>


<input type="checkbox" name="borrar"></imput>

</div>



<input type="submit" name="rfid"


</div>

</div>


</form>

</div>';


</div>


</div>

</div>

</div>

</div>

</div>';

$sql = "SELECT * FROM `Alarma`";


if (!$consulta)



die($message);

echo '<div class="container-flow">

<div class="row">


<h4>Gestión de la alarma</h4>


<div class="row">

<form method="post" action="mRegistro.php">';

$fila = mysqli_fetch_array($consulta);

if($fila['Armado'])

echo '<div class="col-xs-3 col-xs-offset-2 leyenda">

<p>DESARMAR ALARMA</p>

</div>


<input type="checkbox" name="desarmar"></imput>

</div>



<input type="submit" name="Alarma"


</div>

</div>';

else


<p>ARMAR ALARMA</p>

</div>


<input type="checkbox" name="armar"></imput>

</div>





</div>

</div>';

echo '</form>

</div>

</div>

<br>

<p>Nota: Desarmar la alarma también desactiva la sirena si esta

estuviera sonando</p>

</div>

</div>

Anexos

148

</div>

</body>

</html>';

else

//Usuario o Contrasena incorrecto


<html>

<head lang="es">








<script


cript>


</head>

<body>


<div class="row">

<div class="col-xs-8 col-sm-6 col-md-4 col-xs-offset-2 col-sm-offset-3

col-md-offset-4 login">


<div class="row">


</div>

</div>

</div>


<div class="row">




<div class="row">


<h4>Usuario o contraseña erroneo.</h4>

</div>



</div>




</div>

</div>

</div>


<div class="row">



</div>




</div>

</div>

</div>




</div>

</form>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</body>

</html>';


?>

Anexos

150

9.13 Anexo XIII - Código mRegistro.php

<?php


/*







*/

//$conexion = mysqli_connect('46.37.71.48','root' ,'password','PFC');




else

if($_POST['registro'] == 'Actualizar')

$dispositivo = $_POST['mac'];

$room = $_POST['room'];

if($dispositivo)

if(isset($_POST['borrar']))

$sql = "DELETE FROM Registro WHERE mac = '".$dispositivo."' ";

$consulta = mysqli_query($conexion, $sql);

$escribe = 1;

else

if(!($_POST['room']))

$room='SinAsignar';

$sql = "UPDATE Registro SET room = '".$room."' WHERE mac =

'".$dispositivo."' ";


$escribe = 1;

else

$escribe = 0;

else if($_POST['rfid'] == 'Actualizar')

$id= $_POST['id'];

$usuario = $_POST['usuario'];

if(isset($_POST['encasa']))

$encasa = '1';

else

$encasa = '0';

if($id)

if(isset($_POST['borrar']))

$sql = "DELETE FROM rfid WHERE id = '".$id."' ";


$escribe = 1;

else

if(!($_POST['usuario']))


$usuario='SinRegistrar';

$sql = "UPDATE rfid SET usuario = '".$usuario."' , encasa =".$encasa."

WHERE id = '".$id."' ";


$escribe = 1;

else

$escribe = 0;

else if($_POST['Alarma'] == 'Actualizar')

if(isset($_POST['armar']))

$sql = "UPDATE Alarma SET Armado = 1 WHERE Alarma = Alarma";


$escribe = 1;

else if(isset($_POST['desarmar']))

$sql = "UPDATE Alarma SET Armado = 0 , Activado = 0 , Sonando = 0 WHERE

Alarma = Alarma";


$escribe = 1;

else

$escribe = 1;

else

$escribe = 0;

//echo $escribe;

//Comprobamos el resultado

if($escribe)

//login correcto



if (!$consulta)



die($message);


<html>

<head lang="es">








<script


cript>


</head>

<body>


<div class="row">

<div class="col-xs-8 col-xs-offset-2 admin">


<div class="row">


Anexos

152

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>

</div>


<div class="row">


<h4>Nodos de sensores</h4>


<div class="row">


<p>MAC</p>

</div>


<p>HABITACIÓN</p>

</div>


<p>BORRAR</p>

</div>


<p>ACTUALIZAR</p>

</div>';

$indice = 0;





<input for="mac" id="mac" name="mac" class="NOrellena"

value="'.$fila['mac'].'" readonly="readonly"></input>

</div>


<input type="text" name="room" id="room"

class="rellenaAdmin" value="'.$fila['room'].'"></input>

</div>


<input type="checkbox" name="borrar"></input>

</div>



<input type="submit" name="registro"


</div>

</div>

</form>

</div>'

;

$sql = "SELECT * FROM `rfid`";


if (!$consulta)



die($message);


</div>


</div>


</div>

</div>

</div>

</div>

</div>


<div class="row">


<h4>Usuarios RFID</h4>


<div class="row">


<p>ID</p>

</div>


<p>INQUILINO</p>

</div>


<p>CASA</p>

</div>


<p>BORRAR</p>

</div>


<p>ACTUALIZAR</p>

</div>';

$indice = 0;





<input for="mac" id="id" name="id" value="'.$fila['id'].'"

class="NOrellena" readonly="readonly"></input>

</div>


<input type="text" name="usuario" id="usuario"

value='.$fila['usuario'].' class="rellenaAdmin"></input>

</div>

<div class="col-xs-1 leyenda">';

if($fila['encasa'])

echo '<input type="checkbox" name="encasa" checked></imput>';

else

echo '<input type="checkbox" name="encasa"></imput>';

echo '</div>


<input type="checkbox" name="borrar"></imput>

</div>



<input type="submit" name="rfid"


</div>

</div>

</form>

</div>';


</div>


</div>

</div>

</div>

Anexos

154

</div>

</div>';

$sql = "SELECT * FROM `Alarma`";


if (!$consulta)



die($message);

echo '<div class="container-flow">

<div class="row">


<h4>Gestión de la alarma</h4>


<div class="row">

<form method="post" action="mRegistro.php">';

$fila = mysqli_fetch_array($consulta);

if($fila['Armado'])


<p>DESARMAR ALARMA</p>

</div>


<input type="checkbox" name="desarmar"></imput>

</div>





</div>

</div>';

else


<p>ARMAR ALARMA</p>

</div>


<input type="checkbox" name="armar"></imput>

</div>





</div>

</div>';

echo '</form>

</div>

</div>

<br>

<p>Nota: Desarmar la alarma también desactiva la sirena si esta

estuviera sonando</p>

</div>

</div>

</div>

</body>

</html>';

else

//Usuario o Contrasena incorrecto


<html>

<head lang="es">

Anexos

156

</div>

</body>

</html>';


?>

Anexos

158

9.14 Anexo XIV - Datasheet Atmel ATmega328P

Anexos

160

9.15 Anexo XV - Datasheet GL55

Anexos

162

9.16 Anexo XVI - Datasheet DHT11

proyecto fin de carrera ingeniería de...

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