Diseño e implementación de un sistema domótico basado en radioenlaces y gestión web remota

i Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Autor: Francisco Manuel Toro Cárdenas Tutor: Juan Antonio Sánchez Segura Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2013 ii iii Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Autor: Francisco Manuel Toro Cárdenas Tutor: Juan Antonio Sánchez Segura Profesor colaborador Dpto. de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iv v Proyecto Fin de Carrera: Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Autor: Francisco Manuel Toro Cárdenas Tutor: Juan Antonio Sánchez Segura El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 El Secretario del Tribunal vi vii Agradecimientos Tengo que reconocer que este camino habría sido imposible sin el apoyo de mi familia. Ellos creyeron en mí incluso cuando yo no lo hacía, tendiéndome su mano, y ayudándome en todo lo posible, tanto económica como emocionalmente. Por este motivo quiero agradecer a todos mis familiares y profesores haberme hecho un firme seguidor de la cultura del esfuerzo, que buscó una enseñanza más que un aprobado. Muchas gracias a todos. Francisco Manuel Toro Cárdenas Sevilla, 2019 viii ix Resumen Se partía de un montaje electrónico en Arduino, el cual, alojaba una página web encargada de activar un relé que alimentaba un mando a distancia de 433MHz. A su vez, en el lado receptor, se encontraba un receptor que activaba un relé alimentando así una bomba de agua. Debido a las carencias de seguridad que ofrecía la página web en arduino, se optó por cambiar dicho dispositivo por una Raspberry pi 3 Model B+, ya que esta puede emplear los certificados SSL para garantizar que lascomunicaciones vía web con el servidor sean totalmente seguras. Se ha sustituido el mando y el receptor de 433MHz (comunicación simplex), que ofrecían unas opciones muy cerradas (encendido/apagado) por 2 pares de receptor-emisor de 433MHz que permiten una comunicación half-dúplex. Mediante la codificación de la transmisión, se ha conseguido controlar hasta un total de 16 equipos, destinando una parte a la identificación de dichos equipos y otra parte a la emisión de información relacionada con la ejecución deseada. En líneas generales, se ha empleado la Raspberry Pi para albergar la página web. Esta se comunica mediante los módulos de 433MHz con el Arduino Nano situado en el lado receptor, el cual gestiona la activación de los equipos conectados a este. xvi Índice de Figuras Figura 1.1 Ejemplo de comunicación a través de infrarrojos. 2 Figura 1.2 Módulo GSM para microcontrolador. 3 Figura 1.3 Módulo Wi-Fi para un microcontrolador. 3 Figura 1.4 Transmisor y receptor. 5 Figura 1.5 Topologías en una red ZigBee. 6 Figura 1.6 Funcionamiento de Li-Fi. 7 Figura 1.7 Cable KNX. 7 Figura 1.8 Ejemplo de diferentes señales de control gestual. 9 Figura 1.9 Amazon echo. 9 Figura 1.10 Robot HONDA. 10 Figura 1.11 Estimación del mercado de la domótica. 10 Figura 1.12 Mando a distancia y receptor de 433MHz. 11 Figura 2.1 Logo de Arduino. 13 Figura 2.2 IDE de Arduino. 14 Figura 2.3 Estructura básica de un sketch de Arduino. 15 Figura 2.4 Microcontrolador ATMega328p SMD de la marca Atmel. 15 Figura 2.5 Logo de KiCad. 16 Figura 2.6 eeschema de la PCB para la Raspberry Pi. 16 Figura 2.7 gerview de la PCB para la Raspberry Pi. 17 Figura 2.8 Logo GNU/Linux. 18 Figura 2.9 Logo de Raspbian. 19 Figura 3.1 Esquema global del proyecto. 20 Figura 3.2 Partes de la placa Raspberry Pi modelo 3 B+. 21 Figura 3.3 Partes del Arduino Nano. 23 Figura 3.4 ATmega 328P SMD. 23 Figura 3.5 Tarjeta microSD. 24 Figura 3.6 Cable de red RJ45. 25 Figura 3.7 Relé. 26 Figura 3.8 Diagrama de bloques del control proporcional de un servomotor. 27 Figura 3.9 Microservo. 27 Figura 3.10 Sensor DHT11. 28 Figura 3.11 Sensor de humedad del suelo. 28 xvii Figura 3.12 Protoboard. 29 Figura 3.13 Interconexión de los orificios de la placa. 29 Figura 3.14 Cable puente hembra-macho. 29 Figura 3.15 Montaje experimental de Arduino 30 Figura 3.16 Montaje experimental de Raspberry Pi. 30 Figura 3.17 Eeschema de Arduino. 31 Figura 3.18 Eeschema de Raspbery Pi. 31 Figura 3.19 Gerview de Raspberry Pi. 32 Figura 3.20 Gerview de Arduino. 32 Figura 3.21 Placas PCB del sistema. 33 Figura 3.22 Raspberry Pi con el shield diseñado. 33 Figura 3.23 Fuente de alimentación y PCB con todos los componentes. 34 Figura 4.1 Esquema de conexión de red. 36 Figura 4.2 Configuración de PuTTy. 36 Figura 4.3 Visualización del escritorio de Raspberry Pi mediante VNC. 37 Figura 4.4 Página por defecto del servidor Apache en Debian. 38 Figura 4.5 Información de PHP instalado en el sistema. 39 Figura 4.6 Ejemplo de esquema de red IP para la aplicación del proyecto. 40 Figura 4.7 Dominio creado. 40 Figura 4.8 Configuración almacenada en el fichero ddclient.conf. 41 Figura 4.9 IP de la wlan0 de Raspberry Pi. 42 Figura 4.10 Apertura del puerto 80 y 53 al servidor. 42 Figura 5.1 Modulación ASK. 44 Figura 5.2 Ejemplo de modulación PWM. 45 Figura 5.3 Diagrama de flujo del loop. 48 Figura 5.4 Función ack. 51 Figura 5.5 Estructura del mensaje. 52 Figura 6.1 Código HTML a la izquierda y representación del código en el navegador a la derecha. 56 Figura 6.2 Ejemplo de estilo CSS aplicado a código HTML. 56 Figura 6.3 login.php representado en el navegador. 61 xviii xix Notación SCE TIC GSM Sistemas de Cableado Estructurado Tecnología de informática y comunicaciones Global System for Mobile communications IR Infrarrojos RF Radiofrecuencia TX Transmisión/transmitir BW Ancho de banda MSE ASK Minimum Square Error Amplitude Shift Keying ~ EDR HS Aproximadamente Enhanced Data Rate High Speed IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ISM Industrial, Scientific and Medical CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Li-Fi Wi-Fi SSL IDE SMD PCB SD SSH IP HTTP PHP HTML NAT DNS UDP TCP USB RAM HDMI GPIO GPU SRAM EEPROM Light-Fidelity Wireless-Fidelity Secure Socket Layer Integrated Development Environment Surface-mount Device Printed Circuit Board Secure Digital Secure Shell Internet Protocol Hypertext Transfer Protocol Hypertext Preprocessor HyperText Markup Language Network Address Translation Domain Name System User Datagram Protocol Transmission Control Protocol Universal Serial Bus Random Access Memory High-Definition Multimedia Interface General Purpose Input/Output Unidad de procesamiento gráfico Statico Random Acces Memory Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory 1 1 INTRODUCCIÓN e conoce como domótica a aquellos sistemas que permiten automatizar edificaciones de cualquier índole, cubriendo necesidades de energía, seguridad, comunicación y bienestar. Los dispositivos de la red pueden estar interconectados mediante redes cableadas o inalámbricas. El control de los sistemas actualmente goza de cierta ubicuidad, es decir, se pueden gestionar desde el interior del edificio, pero también telemáticamente. Domótica procede de la unión de domus (casa en latín) y autónomo (“que se gobierna a sí mismo” del latín). Hoy en día la domótica está presente en gran cantidad de hogares cubriendo un gran abanico de posibilidades, desde sistemas sencillos hasta casas completamente automatizadas. Sin embargo, esta tecnología comenzó de una forma mucho más simple. La domótica tiene sus orígenes a principios de los ‟70, época en la que aparecieron las primeras pruebas en viviendas. No obstante, no fue hasta los ‟80 cuando se empezaron a comercializar los primeros sistemas que conseguían integrar lo eléctrico, que manejaba todos los dispositivos del hogar, con lo electrónico. La evolución de la informática implicó su expansión en los países de vanguardia como Estados Unidos, Alemania y Japón. Con el ingente crecimiento de la informática en el hogar, llegaron los primeros edificios con Sistemas de Cableado Estructurado (SCE) que es de gran ayuda para formar redes de equipos. El primer programa que utilizó la domótica fue el Save. Creado en Estados Unidos en 1984 con el fin de lograr una gran eficiencia y un bajo coste energético en los sistemas de control de los edificios domotizados. Para ello, dichas construcciones estaban dominadas por el sistema X-10, un protocolo de comunicaciones que podía ejecutarse desde un control remoto. Dicho sistema sigue siendo el más empleado desde que en 1976 Pico Electronics lo diseñase, debido a que al transmitir datos por las líneas de baja tensión, la relación costobeneficio es la mejor opción posible. En los últimos 30 años la domótica ha crecido sin cesar a gran escala. Esto tiene su explicación en la ventaja que supuso el desarrollo e implantación de las redes informáticas que posibilitaban la comunicación, ya sea de forma cableada o inalámbrica. La llegada de la era TIC implica el estudio de las instalaciones domóticas en casa desde un punto de vista más realista. Actualmente, la domótica es un servicio muy consolidado. Sistemas de desarrollo 2.0 como el ZigBee permiten diseñar protocolos inalámbricos para la comunicación doméstica. 1.1. Tipos de instalaciones domóticas Existe una amplia variedad de sistemas y protocolos en el mercado orientados a la domótica. Cada uno de ellos es diferente, aunque en general, los consumidores suelen tener unos requisitos comunes: que el sistema pueda aguantar el mayor número de equipos conectados y que sean interoperables entre sí. Además de estos dos factores, también hay otros aspectos bastante importantes a tener en cuenta, como el consumo, el ancho de S Yo creo bastante en la suerte. Y he constatado que, cuanto más duro trabajo, más suerte tengo. Thomas Jefferson, 1743-1826 2 2 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota bando o el precio. 1.1.1 Sistemas inalámbricos En las comunicaciones inalámbricas, las señales son transmitidas a través del aire sin el uso de ningún cable u otro material conductor. Hay bastantes tipos de comunicaciones inalámbricas, entre las que destacamos: IR (infrarrojos), a través de los canales destinados a la comunicación móvil, radiofrecuencia (RF), Wi-Fi, Bluetooth, Li-Fi, ZigBee, Zwave, láser y ultrasónicos. Infrarrojos En esta tecnología la información es transmitida por los equipos o sistemas a través de radiación infrarroja. En el espectro electromagnético, las ondas infrarrojas se encuentran entre las microondas y la luz visible. Son usadas para sistemas de seguridad, mandos de control remoto y comunicaciones de corto alcance. Mediante la emisión de una señal modulada, el receptor puede leer y decodificar la señal obteniendo una serie de bits que corresponden al flujo binario modulado en el transmisor. Figura 1.1 Ejemplo de comunicación a través de infrarrojos. Los sistemas infrarrojos son usados en general para un rango corto y medio. Algunos de ellos operan en visión directa; esto significa que la comunicación no funcionará si hay un obstáculo entre emisor y receptor. Otros sistemas operan en modo difuso, es decir, operan aunque el emisor y receptor no estén en visión directa. Un ejemplo de esto último es el control remoto de la televisión, este no tiene que estar apuntando directamente al receptor, pero si tiene que estar en la misma habitación. Una de las desventajas que presenta esta tecnología frente a otras como RF o Wi-Fi, es que los infrarrojos no pueden transmitirse a través de los muros o edificaciones en general, por lo que imposibilita la comunicación entre distintas habitaciones de un mismo edificio. Quizá esto podría verse como una desventaja, pero esto ofrece mucha más privacidad. 3 3 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Teléfono móvil Puede ser usado para controlar multitud de equipos del hogar. Funciona como un control remoto, aplicando tecnología Bluetooth, Wi-Fi ó GSM. En este último modo es posible controlar el sistema domótico desde casi cualquier parte del mundo, ya que hace uso de la extensa cobertura que proporciona la red móvil. GSM fue originariamente diseñado para recibir y realizar llamadas y mensajes. Para domótica esto es más que suficiente para ejecutar bastantes de las tareas requeridas. La comunicación mediante GSM es altamente recomendable para lugares en los que no se cuenta con ninguna instalación previa y se requiere conectividad mundial y a bajo coste. Un ejemplo perfecto de esta necesidad, seria la toma de valores de un sensor que tenemos en una explotación agrícula. Figura 1.2 Módulo GSM para microcontrolador. Wi-Fi Este protocolo de comunicaciones inalámbricas está ampliamente extendido en domótica debido a la alta disponibilidad de este en el mercado de los dispositivos inteligentes. Permite controlar dispositivos a través de un Smartphone, ordenador personal u tablet mediante un sistema de comunicaciones bastante robusto. La mayoría de los dispositivos Wi-Fi usan la frecuencia de los 2.4GHz e implementan un multiplexado por división en frecuencia. Figura 1.3 Módulo Wi-Fi para un microcontrolador. 4 4 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota La red Wi-Fi puede estar compuesta por multitud de equipos como: puntos de acceso, smartphones, módulos Wi-Fi para microcontroladores, repetidores, enrutadores… Bluetooth Al igual que el protocolo Wi-Fi es fácilmente accesible, ya que existe en multitud de equipos electrónicos, entre ellos el teléfono móvil. Bluetooth es un protocolo específico cuyo destino es la aplicación en sistemas de comunicación de bajo consumo, con un coste tecnológico bajo y un rango de operación limitado. Las comunicaciones suceden mediante radiofrecuencia, por lo que se asegura su operatividad entre habitaciones separadas o en general lugares que no tienen visión directa, siempre y cuando estén dentro del rango de alcance máximo. Existen varias clasificaciones, en función a su potencia de transmisión. Tabla 1.1 Clasificación de Bluetooth respecto a su potencia tx. Clase Potencia máxima permitida (mW) Potencia máxima Permitida (dBm) Alcance (m) 1 100 20 ~100 2 2,5 4 ~5-10 3 1 0 ~1 4 0,5 0 ~0,5 Con respecto a la clasificación de Bluetooth en base a la capacidad del canal podemos diferenciarlos atendiendo a la siguiente tabla. Tabla 1.2 Clasificación de Bluetooth respecto a su BW. Versión Ancho de banda (Mbps) 1.2 1 2.0+EDR 3 3.0+HS 24 4.0 5 32 50 5 5 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Radiofrecuencia Se puede controlar las aplicaciones domóticas mediante un par de módulos RF (transmisor y receptor). El módulo RF más usado es el de 433MHz, el cual se caracteriza por una comunicación simplex con canal único y unidireccional. Aunque no es necesario operarlos con procesadores como Arduino o Raspberry Pi, estos aportan mayor flexibilidad. Los modelos más empleados de esta frecuencia son el FS1000A para el emisor y el XY-MK-5V para el receptor. El principal motivo de su popularidad es el bajo precio de estas unidades. La frecuencia más usada es de 433MHz y aunque existen otros módulos que operan a 315MHz su uso está bastante menos extendido. Ambos modelos tienen la ventaja de operar en bandas libres, por lo que el uso es totalmente gratuito. Ejemplos de uso típicos para este módulo es la obtención inalámbrica de datos como temperatura, presión, humedad y control de aplicaciones de domótica como: activación remota de dispositivos: iluminación, relés, alarmas… También se emplean en la monitorización de robots. Figura 1.4 Transmisor y receptor. ZigBee Toma como base el nivel físico y el control de acceso al medio que están descritos en el estándar 802.15.4 del IEEE. ZigBee emplea la banda ISM para el uso industrial, científico y médico. En Europa se sitúa en los 868MHz, mientras que en Estados unidos está en los 915MHz y en 2,4GHz para todo el mundo. Debido a que esta última banda es de uso libre, la mayoría de empresas tienden a usar Zigbee en esta banda para el uso y desarrollo de dispositivos. Funciona a través de 16 canales con un ancho de banda por canal de 5MHz. El protocolo que emplea para la transmisión es CSMA/CA para dotar de robustez y evitar las colisiones en las comunicaciones. Esta tecnología se caracteriza por su bajo coste y por su reducido consumo energético, lo cual lo hace ideal para aplicaciones domóticas. Usa protocolos para la comunicación entre nodos que posibilitan la activación de estos cuando son usados y su posición a reposo cuando no, ahorrando gran cantidad de energía. Las redes ZigBee pueden tener varias topologías: estrella, árbol y malla. La más usada es la topología en forma de malla, ya que permite que todos los nodos de la red estén interconectados con más de un equipo, salvando así la inoperatividad en caso de caída de un enlace. Para coordinar todas estas comunicaciones, debe haber un nodo que dirija todos los pasos de mensaje. 6 6 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 1.5 Topologías en una red ZigBee. Dentro de la red ZigBee podemos clasificar distintos tipos de dispositivos:  El coordinador ZigBee es el más importante e imprescindible, ya que se encarga de gestionar, sincronizar y encaminar todas las rutas necesarias para establecer las comunicaciones. Su existencia es obligatoria.  El router ZigBee tiene la misión de conectar los nodos usuario.  El dispositivo final o de usuario ZigBee solo recibe información y se comunica a través de su nodo superior. Z-Wave Es un protocolo empleado para domótica doméstica y de negocios. Su principal ventaja es que usa señales radio de baja potencia que permiten la comunicación entre los distintos equipos deseados sin que existan interferencias con los demás equipos existentes. Aunque coexisten más protocolos en el mercado, Z-Wave presentan dos grandes ventajas: al operar en los 900MHz, y no en los 2,4GHz como Wi-Fi, presenta un mayor rendimiento, ya que las frecuencias más altas presentan más interferencias, y además, la penetración a través de objetos (muros, puertas, techos…) se mejora ya que la longitud de onda es mayor. Z-Wave está desarrollado para comunicaciones robustas con una baja tasa de datos (hasta 100Kbps. Normalmente las comunicaciones tienen un alcance de 30m, siendo posible hasta 4 saltos entre los nodos de paso. Li-Fi Es un sistema de transmisión inalámbrico bidireccional que se caracteriza por tener una mayor tasa de transmisión que Wi-Fi (en un futuro podrían alcanzarse los 15Gbps) empleando frecuencias de entre 400 y 800 THz (espectro visible). El objetivo es poder establecer comunicaciones inalámbricas a la vez que se puede iluminar una 13 13 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 2 SOFTWARE lo largo de este capítulo se presentará y justificará el software que se va a emplear en el trabajo. Debido a que este trabajo pretende ser compartido con la comunidad y a que se desea desarrollar un sistema de muy bajo coste, se ha optado, dentro de lo posible, por el empleo de software libre. El código abierto permite su modificación, mejora y participación por parte de cualquier persona que quiera contribuir al perfeccionamiento del sistema. 2.1. Arduino Arduino es una compañía que se caracteriza por la creación de productos de código y hardware abierto, conformando así una comunidad internacional que se implica en el diseño y creación de placas de desarrollo hardware para implementar dispositivos digitales que puedan controlar y detectar estímulos externos del mundo real. Así pues, desde su nacimiento, Arduino se enfoca tanto en acercar la electrónica y facilitar el uso de los microcontroladores, como en el desarrollo de sistemas embebidos en proyectos de diversa índole. Los productos que lanza al mercado la compañía se distribuyen como Software y Hardware libre, bajo la Licencia Pública General Reducida de GNU (LGPL) o la Licencia Pública General de GNU (GPL), siendo posible la fabricación de placas y la distribución de su software por parte de cualquier individuo. Figura 2.1 Logo de Arduino. El software de Arduino está formado por dos elementos: el entorno de desarrollo (IDE), y en el cargador de arranque (bootloader) que se ejecuta automáticamente dentro del propio microcontrolador desde el momento en el que se alimenta. Las placas de Arduino se programan mediante un ordenador, usando comunicación serie. 2.1.1 Arduino IDE Es un entorno de desarrollo integrado disponible para Windows, macOS y Linux escrito en el lenguaje de programación Java. Se usa para subir código a las diferentes placas de Arduino, aunque también se puede subir código a placas proporcionadas por otros vendedores. A 14 14 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota El código fuente del IDE está disponible bajo GNU (General Public License), versión 2. El entorno soporta los lenguajes C y C++ con sus respectivas reglas de estructurado de código, los cuales componen las partes del programa o sketch. El IDE de Arduino emplea el programa avrdude para convertir el código ejecutable a un archivo de texto codificado en hexadecimal que se ha subido a la placa mediante el loader que se encuentra en el firmware. Figura 2.2 IDE de Arduino. Sketch Para la programación del sketch, que es como se denomina a un programa de Arduino, se emplea una adaptación de C++ proveniente de avr-libc que no es más que una librería de alta calidad que se puede usar con GCC (compilador de C y C++) en los microcontroladores de Atmel. No obstante, aunque se hable de un lenguaje de programación propio, esto no es del todo cierto, ya que realmente parte de la base de C++ pero añade una serie de librerías denominadas core que facilitan la manipulación y la ejecución de tareas específicas sobre los pines de entrada/salida. El IDE incluye todas estas librerías de forma automática y no es necesario declararlas. 15 15 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 2.3 Estructura básica de un sketch de Arduino. 2.1.2 Bootloader Cuando cargamos mediante el IDE un programa en Arduino, realmente estamos empleando el bootloader, que no es más que un pequeño programa que ha sido cargado con antelación en el microcontrolador de la placa, el cual es capaz de cargar el código que deseemos sin necesidad de adquirir hardware adicional. El bootloader solo está activo unos segundos cuando se resetea el Arduino, continuando luego con la ejecución del sketch que está en la memoria flash. El bootloader siempre se ejecuta cuando el microcontrolador se alimenta o se pulsa reset. Durante un pequeño tiempo definido espera para comprobar que no le llegue un nuevo sketch por el puerto serie. Este evento puede ser distinguido sin problema, ya que el sketch tiene un tipo definido. En el caso de que recibiese un nuevo sketch, lo ejecutaría tras almacenarlo en la memoria flash, pero si no se recibiese nada, se ejecutaría el que anteriormente se había cargado en la placa. La memoria flash del ATMega328p alberga el bootloader, el cual ocupa 0,5KB de los 32 que hay disponibles. Este bootloader suele venir precargado de fábrica. Para la comunicación con el bootloader se utiliza el protoclo STK500 propio de Atmel. Figura 2.4 Microcontrolador ATMega328p SMD de la marca Atmel. 16 16 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 2.2. KiCad Figura 2.5 Logo de KiCad. KiCad es un paquete de software libre creado para facilitar el diseño electrónico automáticamente. Básicamente es una herramienta que facilita el desarrollo de circuitos esquemáticos y los convierte a placas de circuito impreso (PCB). KiCad está organizado en tres partes:  kiCad- Administra el proyecto.  eeschema- Edita los componentes y conexiones del esquemático. Figura 2.6 eeschema de la PCB para la Raspberry Pi.  gerview-Visualiza los archivos Gerber. Este no es más que un tipo de formato de archivo que contiene toda la información necesaria para la fabricación de la placa. En resumen, es el archivo que se debe proporcionar al fabricante para que fabrique la placa que se desea. 17 17 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 2.7 gerview de la PCB para la Raspberry Pi. 2.3. VNC VNC (Virtual Network Computing) es un programa de software libre con una estructura cliente/servidor que permite visualizar remotamente las acciones de un equipo servidor en la pantalla de otro equipo cliente. Además de la visualización, VNC permite operar sin ningún tipo de restricción sobre el equipo que se desea controlar. Este programa será de gran utilidad, ya que como se verá a continuación en más detalle en la sección hardware, la Raspberry Pi no dispone de una pantalla sobre la que visualizar su contenido o las acciones que se ejecutan sobre ella. Un sistema de VNC está compuesto por tres elementos:  El servidor de VNC es el programa que está instalado en el equipo que está compartiendo su pantalla.  El cliente VNC es el programa que está instalado en el equipo que se usa para visualizar la pantalla del equipo servidor.  El protocolo VNC (RFB) se basa en una primitiva gráfica del servidor hacia el cliente y mensajes de eventos en el sentido opuesto. 2.4. SD Card Formatter Este software se encarga de proporcionar una herramienta muy sencilla y rápida para borrar todo el contenido almacenado en una memoria SD. Este procedimiento es necesario antes de instalar Raspbian en la tarjeta microSD que vaya a usar la Raspberry Pi. 2.5. Win32DiskImager Es una aplicación de código abierto que graba imágenes de CD o DVD en memorias USB o tarjetas SD, 18 18 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota siendo así un lector de discos virtual. Por este motivo, el programa se usará para grabar la imagen de Raspbian en la tarjeta microSD. También es posible generar imágenes leyendo los datos almacenados en la memoria, lo cual resulta de gran utilidad para la creación de copias de seguridad para Raspbian. 2.6. PuTTy PuTTy es un cliente SSH, Telnet, rlogin y TCP raw con licencia libre. En este proyecto será usado para inicializar las funciones necesarias en Raspbian para poder acceder a esta mediante VNC, y por tanto a la interface gráfica que se ha instalado. 2.7. Fritzing Es un software libre que permite crear una representación visual de circuitos electrónicos, facilitando las labores de documentación y distribución de montajes electrónicos de forma clara y concisa entre la comunidad de usuarios. 2.8. GNU/LINUX GNU/Linux, conocido popularmente como Linux es un sistema operativo libre de tipo Unix. Se caracteriza por ser multiplataforma, multiusuario y multitarea. El sistema nace de la integración de distintos trabajos, entre los cuales cabe destacar el encabezado por Richard Stallman y la Free Software Foundation, y Linus Torvalds al frente del núcleo Linux. El gran atractivo de este SO, y lo que lo hace uno de los más extendidos en el mundo de software libre, es que su código fuente puede ser utilizado, modificado e incluso redistribuido libremente por cualquier persona o entidad bajo la Licencia Pública General (GNU) y otras licencias libres. Figura 2.8 Logo GNU/Linux. Normalmente GNU/Linux se encuentra en forma de agrupaciones que se conocen como distros o simplemente distribuciones, a las que simplemente se les ha añadido una serie de aplicaciones y programas para descargar e instalar. El objetivo es presentar GNU/Linux como un producto final que el usuario tiene disponible para su utilización inmediata. Pese a la distribución libre de GNU/Linux, este posee la cuota más importante del mercado en aplicaciones concretas como servidores de Internet, supercomputadoras y sistemas embebidos. De acuerdo informes de IDC y Top500.org, GNU/Linux es empleado por el 78% de los principales 500 servidores del mundo. Aunque el sistema está disponible para otros dispositivos como ordenadores personales, teléfonos inteligentes, video consolas y otros dispositivos, no goza de tanta popularidad. 19 19 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 2.8.1 Raspbian Raspbian es una distribución del sistema operativo GNU/Linux y por lo tanto libre, que se basa en Debian Stretch para Raspberry Pi. Al ser una distribución libre, la versatilidad y opciones que brinda Raspbian son muy variadas. Esta distribución como la gran parte de las pertenecientes a GNU/Linux contiene repositorios que pueden ser descargados e instalados libremente. Por este motivo, Raspberry Pi a parte de funcionar como un microcontrolador, puede hacer las funciones de ordenador personal, todo ello a un coste muy reducido. Figura 2.9 Logo de Raspbian. 20 20 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 3 HARDWARE n el desarrollo de este trabajo se ha empleado una serie de elementos físicos los cuales van a ser descritos en este capítulo. También se pretende justificar el uso de cada componente, siendo especialmente cuidadosos en no disparar el coste. Como todo el software usado es gratuito, el precio total de todo este proyecto recaerá sobre el Hardware. A modo orientativo, para que el lector se pueda hacer una idea anticipada, se puede observar la figura 3.1 para tener una idea global del proyecto. Figura 3.1 Esquema global del proyecto. 3.1. Raspberry Pi Raspberry Pi es esencialmente un ordenador de placa reducida o placa simple de bajo coste desarrollado en el Reino Unido con el objetivo de estimular la enseñanza informática en las aulas de una forma asequible. Aunque es una propiedad registrada, Raspberry permite su uso libre tanto a nivel educativo como personal, pudiendo cualquier persona convertirse en revendedor o redistribuidor de sus tarjetas. Es decir, a efectos prácticos, Raspberry es un hardware libre, aunque la empresa reserve su derecho. El modelo empleado para el proyecto es la Raspberry Pi 3B+ tiene las siguientes especificaciones:  Procesador Broadcom 1.4GHz 64-bit quad-core ARMv8.  Memoria RAM.  GPU Broadcom VideoCore IV 400 MHz.  4 puertos USB.  Puerto HDMI y Ethernet.  40 pines GPIO.  Conector para cámara.  No incluye memoria, siendo necesaria la introducción de una tarjeta microSD en las placas más modernas.  Consumo energético de 800mA, 4W. E 21 21 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota  Conectividad Wifi 802.11n/ac, Bluetooth 4.2 BLE.  Dimensiones de 85,6mm x 53,98mm.  Fuente de alimentación de 5V vía Micro USB o GPIO. Figura 3.2 Partes de la placa Raspberry Pi modelo 3 B+. 3.1.1 Mejoras de Raspberry Pi 3 Modelo B+ Salió a la luz en marzo de 2018 para actualizar el anterior modelo B y entre sus mejores se incluye un nuevo procesador (el modelo B pasa de tener 1,2GHz a tener 1,4GHz) y una mayor conectividad, que se caracteriza por la posibilidad de usar las bandas de 2,4GHz y 5GHz, las cuales son muy habituales en Wi-Fi. El puerto Ethernet triplica su tasa binaria, pasando de los 100 a los 300Mbit/s. 3.1.2 Comunidad Una de las razones para la elección de esta placa es la extensa comunidad que hay tras de ella, facilitando las labores de programación y depurado de errores, así como la instalación de librerías y programas. 3.1.3 Conclusiones Se ha elegido este sistema por las siguientes razones principales:  Software libre.  Bajo coste, aproximadamente 37€.  Integración de Wi-Fi y puerto Ethernet, lo cual es ideal para su uso como servidor.  Posee pines GPIO que permiten usarlo como un microcontrolador clásico.  Posibilidad de albergar servidores gratuitos como Apache.  Interface que hace más intuitiva la programación.  Posibilidad de instalar certificados de cifrado punto a punto como SSL.  Gran capacidad de computación.  Tamaño reducido. 22 22 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota  Gran número de usuarios que componen la comunidad Raspberry. 3.2. Arduino nano Es un microcontrolador desarrollado por Arduino y basado en el chip Atmega328p/Atmega168. Las placas de Arduino están muy extendidas en robótica, sistemas embebidos y proyectos de electrónica donde la automatización de procesos es esencial. A diferencia de en otros microcontroladores, cualquier tipo de soporte técnico está disponible en la comunidad de Arduino, en la cual se comparte contenido de forma gratuita y desinteresada. Tabla 3.1 Pines del Arduino nano. Pin Uso D0-D13 Entrada Digital / Pines de Salida A0-A7 Entrada Analógica / Pines de Salida 0 (RX), 1 (TX) Pines de comunicación serie D10,D11,D12,D13 Pines de comunicación SPI A4,A5 Pines de comunicación I2C D2,D3 Interrupciones externas 3.2.1 Características El Arduino nano es un microcontrolador desarrollado por Arduino.cc en Italia basándose en el ATmega328p (el que se usará en el proyecto) o ATmega168. Tiene exactamente las mismas funciones que el Arduino Uno, siendo totalmente operable el mismo código en ambas placas, pero con un tamaño más reducido. Entre sus características principales destaca:  El voltaje de operación es de 5V, aunque se le puede entregar un voltaje de 7 a 12V.  La placa contiene 14 pines digitales, 8 analógicos, 2 resets y 6 pines de alimentación.  Los pines analógicos tienen una resolución total de 10 bits los cuales sirven para medir un valor de 0 a 5V.  Viene con un oscilador interno de 16MHz.  El conector usado para programación y/o alimentación es el Mini USB.  Memoria Flash de 16KB(Atemag168) o 32KB(ATmega328p). Esta memoria es usada para almacenar el código, estando 2KB reservados para el almacenamiento del bootloader. 29 29 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 3.12 Protoboard. 3.10.1 Protoboard Una placa de pruebas o protoboard es una placa con orificios en la que se pueden insertar cables para el conexionado o componentes electrónicos sin la necesidad de realizar soldaduras u otro tipo de conexiones más complejas. Los orificios de la placa están distribuidos por grupos los cuales se encuentran conectados independientemente del resto siguiendo un patrón determinado como por el ejemplo el seguido en la figura. Los orificios de un mismo grupo, o nodo como se le conoce en el campo de la electrónica, están interconectados por material conductor como por ejemplo el cobre. Figura 3.13 Interconexión de los orificios de la placa. 3.10.2 Cables Puente Es un cable con un conector macho o hembra en cada punta que se usa para transferir señales eléctricas de un punto a otro de la placa de pruebas. La conexión es muy sencilla, basta con introducir una conector macho en un orificio de la placa. Figura 3.14 Cable puente hembra-macho. 3.11. Implementación en protoboard Dado que mediante una foto no se podría mostrar el conexionado con claridad, se ha recurrido al programa fritzing. 30 30 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 3.15 Montaje experimental de Arduino Figura 3.16 Montaje experimental de Raspberry Pi. 3.12. Diseño de las placas PCB Una vez que todo el montaje experimental funciona de acuerdo a lo esperado, se puede proceder a la creación de unas placas PCB que hacen que el sistema quede más compacto y robusto frente a malas conexiones de los cables puente. Como se ha comentado en secciones anteriores, el programa elegido para esta tarea es KiCad, el cual permite crear en primer lugar un esquemático o eeschema que contiene todos los componentes y conexiones existentes en el sistema como se puede observar en las figuras X y Y. 31 31 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 3.17 Eeschema de Arduino. Figura 3.18 Eeschema de Raspbery Pi. Partiendo de estos esquemáticos, a los cuales hay que asociarles una huella para la futura PCB, se construyen las placas enrutando las diferentes pistas conductoras que conexionan los componentes. Puesto que la placa va a ser manufacturada por una empresa especializada se puede añadir una serigrafía, que sirve para esclarecer las diferentes partes de las placas. 32 32 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 3.19 Gerview de Raspberry Pi. Figura 3.20 Gerview de Arduino. Este diseño sería enviado al fabricante obteniendo el resultado que se puede ver en la figura X. 33 33 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 3.21 Placas PCB del sistema. Ya se pueden soldar los componentes y encajar todos los elementos, obteniéndose el producto final. Figura 3.22 Raspberry Pi con el shield diseñado. 34 34 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 3.23 Fuente de alimentación y PCB con todos los componentes. 35 4 CONFIGURACIÓN DE LA RED En la siguiente página web se puede descargar la imagen que contiene Raspbian Stretch con escritorio y software adicional recomendado. Uno de los programas adicionales de esta opción es el VNC, que como ya se ha explicado en la sección 2.3 será de gran utilidad para la programación de la Raspberry Pi. Aunque existen otras dos versiones de Raspbian mucho más ligeras y sencillas, se ha elegido esta al ser la que programa un entorno de programación más sencillo e intuitivo para el usuario medio, es decir, un escritorio con una interface que te permite ejecutar tareas sin la necesidad de usar la consola de comandos. https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ Para la instalación de Raspbian y preparación del sistema para el uso de VNC será necesario realizar los siguientes pasos ordenadamente:  Una vez formateada la tarjeta SD con el programa SDCardFormatter, se deberá proceder a grabar la imagen de Raspbian Stretch con el programa Win32DiskImager en la tarjeta.  Para facilitar la tarea en los primeros pasos de configuración de la Raspberry, se procederá a asignar una IP estática al adaptador Ethernet de la Raspberry, la cual no variará en la multitud de reinicios que necesitará el sistema. Se ha de recalcar que esta IP asignada será para una comunicación Ethernet porque las primeras conexiones que se realizarán con la Raspberry serán a través de una conexión física ( cable RJ-45 ) en la red local. Para ello se abrirá con el editor de textos el archivo almacenado en la tarjeta SD llamado cmdline y se añadirá justo al final una línea siguiendo el formato descrito a continuación : ip=IP_rpi::IP_gatewey:Máscara_sub_red:dispositivo:eth0:off. En el sistema de este proyecto dicho línea tendrá la siguiente apariencia. ip=192.168.137.2:::255.255.255.0:rpi:eth0:off  Paralelamente se debe modificar el adaptador de red Ethernet en el ordenador. En resumen, se debe acabar con el esquema de red descrito en la figura siguiente. 36 36 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 4.1 Esquema de conexión de red.  A continuación se debe inicializar el servicio SSH de la Raspberry Pi creando un documento de texto sin extensión y vacío llamado ssh en la tarjeta SD. Esto permitirá entablar la comunicación cliente/servidor mediante el programa PuTTy. Para realizar este paso se deberá introducir la tarjeta SD en la Raspberry y conectar el cable de red Ethernet. Una vez comprobada la conectividad de red entre el ordenador y Raspberry, procedemos a abrir el programa PuTTy, ajustando los parámetros como se refleja en la figura 4.2. Tras este último paso solo quedaría introducir usuario y contraseña, que por defecto son pi y raspberry respectivamente. Figura 4.2 Configuración de PuTTy.  Introducción del comando siguiente en la consola de PuTTy. 37 37 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota $ sudo raspi-config  En el menú desplegable que aparece deberán realizarse 2 acciones: primero deberemos cambiar la contraseña por motivos de seguridad, y segundo se procederá a habilitar el servidor VNC. Esta última acción se encuentra en la opción Interfacing Options. Una vez dentro de esta opción se puede aprovechar para activar la manipulación de los pines de la Raspberry (GPIO) remotamente.  Para concluir, se abre el cliente VNC y se entabla la conexión con la Raspberry indicando la IP que se está usando para la conexión local Ethernet. Posteriormente se podría configurar opciones como: lenguaje, zona horaria, conexión de red inalámbrica… Figura 4.3 Visualización del escritorio de Raspberry Pi mediante VNC. Instalación y configuración de Apache Server El servidor HTTP Apache es un servidor de código abierto diseñado para las plataformas Unix, Microsoft Windosw, Macintosh y otras, el cual usa el protocolo HTTP/1.1 y la noción de sitio virtual según la normativa RFC 2616. Apache al ser un código abierto ofrece muchas opciones de configuración, a la vez que proporciona bases de datos de autentificación y negocio. Para instalar el servidor Apache en la Raspberry Pi debemos seguir los siguientes pasos:  Primero se ha de crear el grupo de Internet www-data mediante los siguientes comandos: $ sudo groupadd www-data $ sudo usermod -a -G www-data www-data  Seguidamente se deben actualizar los repositorios y los programas de la Raspberry. 38 38 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota $ sudo apt-get update $ sudo apt-get upgrade  Ahora se procede a la instalación de Apache. $ sudo apt-get install apache2 Una vez instalado, se puede comprobar que todo ha ido correctamente introduciendo en el navegador de Raspberry su propia ip y visualizando la página que tiene el servidor Apache por defecto. Figura 4.4 Página por defecto del servidor Apache en Debian. Instalación de PHP PHP es un lenguaje de código abierto de propósito general para el lado servidor muy extendido particularmente en el desarrollo web, que se caracteriza por la capacidad de ser incrustado dentro de código HTML. El interés de introducir de PHP en la Raspberry reside en la posibilidad de crear contenido dinámico. Para proceder a la instalación de PHP en la Raspberry se han de ejecutar los siguientes comandos: 45 45 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota compensa con la sencillez de su modulación y de los equipos necesarios para enviarla o recibirla. Funciones La librería RCSwitch.h incluye las siguientes funciones:  mySwitch.enableReceive(0): habilita la Interrupción 0 dada en el pin D2 para la recepción.  mySwitch.enableTransmit(3): habilita la transmisión en el pin D3.  mySwitch.available(): si ha llegado alguna señal la interrupción levanta una bandera.  mySwitch.getReceivedValue(): devuelve el valor recibido.  mySwitch.send(x,y): envía el valor x en y bits. 5.1.2 Servo.h La librería servo.h se encarga de crear la señal PWM usada por el servo para mover su rotor a la posición deseada. El procedimiento consiste en crear una clase servo ligada a un pin mediante la función attach() y mover el servo a la posición requerida con el comando write(). PWM Es una señal eléctrica que repite una serie de pulsos con un ancho determinado. Dentro de un ciclo, el tiempo que la señal se encuentra a nivel alto determina el valor modulado, siendo 0 si la señal está a nivel alto el mínimo tiempo establecido y 180 si está el máximo el tiempo a 1. El valor mínimo y máximo se controla con la función attach(), siendo por defecto 544 y 2400 microsegundos respectivamente. Figura 5.2 Ejemplo de modulación PWM. Funciones La librería incorpora las siguientes funciones:  attach(pin, min, max): establece el pin que se encarga de controlar el ángulo del servo, siendo min el tiempo que debe estar a 1 para que el ángulo sea 0º y max el tiempo a 1 para que sea 180º. 46 46 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota  write(angle): mueve el servo al ángulo deseado.  read(): devuelve el valor del ángulo correspondiente al valor pasado al comando write en la última llamada.  attached(): comprueba si una variable de tipo servo se encuentra ligada a algún pin. 5.1.3 DHT.h Es una librería que permite controlar los dispositivos DHT11, DHT12, DHT21 y DHT22 para la lectura en tiempo real de humedad y temperatura mediante las funciones readHumidity() y readTemperature() respectivamente. 5.2. Código El propósito de esta sección es la explicación del código paso a paso, siendo el objetivo principal explicar la lógica del programa, atendiendo a las estructuras de control. 5.2.1 Definición de variables y constants Justo al principio del programa se lleva a cabo la declaración de variables y constantes. Las variables definidas en este punto del programa tienen un carácter global, es decir, son accesibles y modificables desde cualquier punto de este. #include <Servo.h> #include <DHT.h> //libreria DHT para el sensor de humedad/temperatura #define DHTPIN A0 // Definición del pin digital donde se conecta el sensor de humedad y temperatura ambiente #define DHTTYPE DHT11 // Dependiendo del tipo de sensor #define sensorhumedad A3 //pin para el sensor de humedad del suelo DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); //Inicialización el sensor DHT11 const int rele[] = {4,5,6,7,8}; //Pines que van a la entrada de los reles int valor; //para almacenar el valor que envía el tx float h; //humedad float t; //temperatura int envio; //almacena el valor de la variable que se tx desde arduino Servo servoMotor[5]; RCSwitch mySwitch = RCSwitch(); //Libreia para la emision/recepcion de 433MHz unsigned long inicioMillis[]={0,0,0,0,0}; //variables para controlar la temporización del rele sin ocupar el micro en la espera unsigned long actualMillis[]={0,0,0,0,0}; unsigned long tiempo[]={0,0,0,0,0}; 47 47 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota int equipoint=0; //variable global con el numero entero decimal del equipo que se quiere controlar int estadorele[]={0,0,0,0,0}; La tabla de enteros llamada estadorele almacena en cada posición un 0 o un 1 dependiendo de si el relé correspondiente está activo o apagado. No obstante la función que asigna los valores a esta tabla será explicada más adelante. 5.2.2 Setup La function setup() es llamada cuando empieza a ejecutarse el sketch. Es usada para inicializar variables, establecer los pines digitales/analógicos y arrancar librerías entre otras funciones. Solo se ejecuta una vez, bien sea al encender el Arduino o al resetearlo. void setup() { Serial.begin(9600); mySwitch.enableReceive(0); // Interrupcion 0->pin Dig2 mySwitch.enableTransmit(3); // El pin a usar para tx es el Dig3 pinMode(rele[0], OUTPUT); pinMode(rele[1], OUTPUT); pinMode(rele[2], OUTPUT); pinMode(rele[3], OUTPUT); pinMode(rele[4], OUTPUT); pinMode(sensorhumedad, INPUT); servoMotor[0].attach(12); servoMotor[1].attach(11); servoMotor[2].attach(10); servoMotor[3].attach(9); servoMotor[4].attach(13); servoMotor[0].write(0); servoMotor[1].write(0); servoMotor[2].write(0); servoMotor[3].write(0); servoMotor[4].write(0); } Serial.begin(9600) permite la comunicación serie a 9600 baudios entre el Arduino y el ordenador, lo cual es de gran utilidad cuando se desea ver el valor de ciertas variables en una pantalla, siendo por tanto, una importante herramienta de depurado de código. Las demás líneas de código tienen el propósito de establecer las señales de control de los relés como salidas, y de inicializar los servos atendiendo a las funciones de la librería servo.h explicada anteriormente. 5.2.3 Loop Tras la definición del setup, el loop se ejecuta reiteradamente en bucle ejecutando las funciones requeridas en el programa como por ejemplo poner a nivel alto o bajo pines digitales, leer entradas analógicas, cambiar valores de variables… Tradicionalmente el loop tiene las funciones de director de orquesta, es decir, lleva el guión principal del programa, pero este puede llamar a funciones auxiliares que le ayudan en la ejecución, haciendo que el código está más estructurado, sea más legible y sea mucho más fácil de depurar. Por este motivo, primero se expondrá el loop y seguidamente las funciones a las que llama. El loop se articula en dos secciones, un if y un else if como se muestra en la figura 5.3, las cuales se van a 48 48 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota diferenciar porque tienen propósitos distintos. Figura 5.3 Diagrama de flujo del loop. IF inicio:; //etiqueta if (mySwitch.available()) { int value = mySwitch.getReceivedValue(); if (value == 0) { Serial.print("Unknown encoding"); } 49 49 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota else { delay(500); //tiempo espera evitar recursividad Serial.print(valor); Serial.print("\n"); if(value>10) //valor<10 es un espureo { valor=value; } else goto inicio; //Serial.print(valor); int bandera=ack(valor); //comprueba procedencia mensaje if(bandera==0) { goto inicio; } String binario=calculabinario(valor); //cadena binaria de valor String equip = binario.substring(11,15); String dats= binario.substring(15,binario.length()); controlequipos(equip,dats); //Funcion control equipos } mySwitch.resetAvailable(); Serial.println(" "); } El funcionamiento de este primer if es sencillo, cuando llega algún dato al receptor, y este entra dentro del rango de valores válidos, se llama a la función ack, que es la encargada de comprobar que la recepción procede del emisor de este sistema. Aunque se verá más tarde su funcionamiento, esta básicamente levanta una bandera que toma el valor 1 si todo ha ido bien, por lo que sigue la ejecución normal del programa, o no ha recibido asentimiento y por tanto desecha el valor volviendo al principio. En caso de que se reciba el asentimiento, se calcula la cadena binaria correspondiente al valor, de la cual se sustrae el número de equipo a controlar y los datos alusivos a dicho equipo. Completado todo lo anterior, se llama a la función controlequipos() que ejecuta las acciones deseadas. El tiempo de espera del principio con delay() se usa porque el emisor envía varias veces la misma emisión una tras otra, lo que provoca que al recibir la primera emisión y ejecutar el código del ack, se interfieran las comunicaciones de ambos extremos. Por este motivo, tras recibir el primer mensaje, se esperan 500 microsegundos, que es el tiempo en que se estima que el emisor ya habrá emitido todo el mensaje correspondiente a la misma transmisión. ELSE IF //gestiona el temporizado del rele iniciado desde el apartado rele else if (inicioMillis[0]!=0 || inicioMillis[1]!=0 || inicioMillis[2]!=0 || inicioMillis[3]!=0 || inicioMillis[4]!=0) { for (int k=0;k<=4;k++) { if(inicioMillis[k]!=0) { 50 50 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota //nºde milisegundos desde que se inicio la funcion millis actualMillis[k] = millis(); //1ms=(1/1000)*1s=(1/1000)*(1/60)*1min if ((actualMillis[k] - inicioMillis[k])/60/1000 >= tiempo[k]) { inicioMillis[k] = 0; actualMillis[k] = 0; digitalWrite(rele[k], LOW); } } } } Este segundo bloque tiene como propósito gestionar la temporización del encendido de relés, cuyo inicio se marca desde la sección correspondiente en la función controlequipos(). La gestión de este tiempo se lleva a cabo mediante la función millis(), la cual devuelve el valor en milisengundos que han transcurrido desde la primera llamada, permitiendo además temporizar el sistema sin la necesidad de parar el transcurso de este. Debido a que la función millis() continua paralelamente al programa desde su primera ejecución, el tiempo transcurrido en un determinado relé calcularse realizando la resta entre el tiempo actual y el tiempo en el que comenzó a temporizarse ese relé. La función millis() desborda las variables de control (unsigned long int de 32 bits) en aproximadamente 50 días, como se muestra en la ecuación 5.1. Como no es posible poner a 0 la función millis() una vez que se inicia, es aconsejable aplicar un reset al Arduino Nano antes del tiempo estimado. nºdías = 232 −1 1000 ∗3600 ∗24 =49,71 días (5.1) 5.2.4 ack int ack (int recep) { int ack; unsigned long ackMillis; unsigned long iniackMillis=millis(); //variable tiempo de espera del ack int flag=0; delay(300); mySwitch.send(recep,24); delay(300); ackMillis=millis(); while((ackMillis-iniackMillis)<8000) //espera de 8s { if (mySwitch.available()) { ack= mySwitch.getReceivedValue(); if (ack == 0) { Serial.print("Unknown encoding"); flag=0; return flag; } 51 51 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota else { if(ack==4773) { flag=1; } return flag; } } ackMillis=millis(); } Serial.print("\n"); return flag; } Esta función envía un mensaje, el cual es recibido por la Raspberry si y solo si esta ha sido la transmisora del mensaje recibido en el loop de Arduino. Esto es así, porque la Raspberry solo se pone a la escucha de un mensaje (ack) si ha transmitido algo primero, por lo tanto si no ha emitido nada no recibirá nada. Si transcurren los 8 segundos de espera sin respuesta o se recibe una respuesta que no es la deseada, Arduino desecha el mensaje y sale de la función. Figura 5.4 Función ack. 5.2.5 calculabinario Para esta función se ha de tener en cuenta que el mensaje transmitido tiene la estructura mostrada en la figura 5.5. 52 52 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Figura 5.5 Estructura del mensaje. Los bits de ambos extremos son para devolver la línea a reposo, por lo que no forman parte del mensaje recibido. La parte sin uso se ha conservado por mantener la analogía con la longitud de mensaje de los dispositivos en el mercado, favoreciendo una futura adaptación para hacerlos interoperables. String calculabinario (int value) { //llega la cadena binaria que se envió en el tx pero con los //numeros binarios invertidos, es decir, //tx->1111111111100010111111111 se descarta el último y primer bit //tx-> 11111111110001011111111 y ahora se invierten los bits //rx-> 00000000001110100000000 //la variable value es el valor binario rx pasado a decimal String binar = String(value, BIN); //se pasa el valor entero a una cadena //de bits //Se tiene que tener siempre el mismo largo de cadena, para poder truncar correctamente //y como lo primero que llega son 0's a la izquierda estos se pierdan //por ejemplo tx(00011)-->valor-rx=3-->rx(11) //por eso se añanden a mano binar= "0000000000"+binar; binar.replace("1", "3"); //se invierte los valores para que correspondan con los binar.replace("0", "1"); //que se emiten en la fuente. Se puesto un 3 binar.replace("3", "0"); //para no machacar el valor más tarde return binar; } 5.2.6 controlequipos Los equipos se distinguen entre: reles, servos, sensor de temperatura y humedad, y sensor de humedad del suelo, por lo que cada equipo tendrá su propia sección de control, y en el caso de los relés una más que averigua su estado. 53 53 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Relés //para controlar los rele if(equipo=="0000" || equipo=="0001" ||equipo=="0010" || equipo=="0011" || equipo=="0100" ) { equipoint=bintodec(equipo); //se averigua el numero entero decimal del equipo a controlar Serial.print(equipoint); if(datos=="11111111") //si no se le pasa ningun dato en el formulario, encendido indefinido digitalWrite(rele[equipoint], HIGH); if(datos== "00000000") //apagar rele digitalWrite(rele[equipoint], LOW); if(datos!="11111111" && datos!="00000000") { digitalWrite(rele[equipoint], HIGH); inicioMillis[equipoint] = millis(); //inicio de la cuenta de tiempo tiempo[equipoint]=bintodec(datos); } } Se puede encender el relé de forma permanente, durante un tiempo determinado o apagarlo. Si se desea encender durante un tiempo determinado, se inicia la cuenta del tiempo para la temporización en el loop. Servos Puesto que se dispone 8 bits para modular el ángulo (0-255) y que el ángulo está comprendido entre 0 y 180º, el ángulo se modula mediante una regla de tres en el emisor (5.2), obteniéndose el valor deseado en el receptor deshaciendo esta operación. datos recibidos = ángulo × 255 180 (5.2) //para controlar el servo if(equipo=="0101" || equipo=="0110" ||equipo=="0111" || equipo=="1000" || equipo=="1001" ) { int dato=bintodec(datos); //para pasar la cadena binaria a //decimal entero unsigned int angulo=dato*180; int equip=bintodec(equipo); angulo=angulo/255; //hay 8bits para modular el ángulo por //lo que puede tener valores de 0 a 255 Serial.print("\\"); Serial.print(equip); Serial.print("\\"); servoMotor[equip-5].write(angulo); } Sensor de Humedad y Temperatura 54 54 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota //para controlar el sensor de humedad y temperatura if(equipo=="1010") { dht.begin(); // Comienza el sensor DHT h = dht.readHumidity(); // Lectura de la humedad t = dht.readTemperature(); // Lectura de la temperatura en grados centígrados (por defecto) if (isnan(h) || isnan(t)) { return; } else { if(datos=="10101010") { mySwitch.send(h,24); //envío del valor medido a la raspberry } if(datos=="01010101") { mySwitch.send(t,24); } //Serial.print("Humedad: "); //Serial.print(h); //Serial.print(" %\t"); //Serial.print("Temperatura: "); //Serial.print(t); //Serial.print(" *C "); //Serial.print("\n"); } } Sensor de Humedad del suelo //para controlar el sensor de humedad y temperatura if(equipo=="1011") { //Se hace la lectura analogica del pin A0 (sensor) y se pasa por la //funcion //map() para ajustar los valores leidos a los porcentajes que se //quieren utilizar //lectura 0-->100(%)humedad // 1023-->0(%) int valorHumedad = map(analogRead(sensorhumedad), 0, 1023, 100, 0); mySwitch.send(valorHumedad,24); //Serial.print("Humedad: "); //Serial.print(valorHumedad); //Serial.println("%"); } Estado de los relés Para averiguar el estado de los relés se recurre a la función digitalRead(pin), la cual devuelve un 1 si ese pin digital está a nivel alto y un 0 si está a nivel bajo. Para pasar el estado de todos los relés en un solo mensaje se 61 61 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota sistema. La contraseña correcta disponible en el servidor está encriptada con md5, el cual es un algoritmo de reducción criptográfico de 128 bits, con el objetivo de que si se accede a los archivos del sistema, se observe la contraseña encriptada y no la real. Esto es así porque md5 permite encriptar, pero no desencriptar. Figura 6.3 login.php representado en el navegador. Dado que la contraseña se encuentra encriptada en el servidor, se ha de encriptar la contraseña introducida en el formulario para la comparación. Se ha de recalcar que la encriptación de la contraseña encriptada no es igual a la contraseña original. <?php $password = "a58a14c5390aa81d14063ce53134c24a"; session_start(); if($_POST['password']) { if(md5($_POST['password']) == $password) { $_SESSION['password'] = "alm"; $_SESSION['name']="Fran"; } Las líneas de código anteriores muestran como se abriría una sesión web en caso de que la encriptación de la contraseña introducida en el formulario coincidiera con la contraseña encriptada correcta que dispone el servidor. El siguiente else, el cual se ejecuta si se ha iniciado sesión, redirecciona a la página inicio.php que se explicará a continuación. else { ?> <a href="<?php echo $_SERVER['PHP_SELF']; ?>?desconectar=si">Desconectar</a> <?php header("Location: inicio.php"); } 62 62 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 6.4.2 inicio.php Es esencialmente una página que muestra un select con las distintas funciones del sistema, y en base a la seleccionada se redireccionará a una página distinta. La siguiente sección de código está tomada a trozos y está incompleta, pero sirve para clarificar lo anterior. <select name="gadget"> <option value="1">Relé </option> <option value="2">Servo </option> <option value="3">Hum y Tem </option> <option value="4">Humedad del suelo </option> <option value="5">Compruebareles</option> <option value="6">Control raspberry </option> <option </select> if($_POST['Desconectar'] && !$_POST['Enviar']) { session_destroy(); header("Location: login.php"); } if ($_POST[gadget]==1 && !$_POST['Desconectar'] && $_POST['Enviar']) { //redireccionamos a la página que controla los rele header("Location: rele.php"); } 6.4.3 rele.php La página rele.php permite controlar hasta 5 relés. Dentro de las opciones que ofrece la página se encuentran:  Apagar relés.  Encender relés indefinidamente.  Encender relés con temporizado de 1 a 255 minutos. La cadena eleccion es donde se compone el mensaje en el archivo TransmitRF.py. El paso de mensajes en las funciones sigue la estructura anteriormente explicada en el capítulo 5 tal y como se describe en la figura 5.5. if ($_POST[encender] && !$_POST['Desconectar']) { $aexec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'rele' '$_POST[relesel]' 'encender' '$_POST[minutos]'"); echo $a; $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); } if ($_POST[apagar] && !$_POST['Desconectar']) { $aexec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'rele' '$_POST[relesel]' 'apagar'"); echo $a; $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); 63 63 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota } 6.4.4 servo.php Permite controlar hasta 5 servos estableciendo la posición deseada siempre que se encuentre entre los 0 y 180º. 6.4.5 humtem.php Esta página a diferencia de las anteriores, necesita el envío de datos desde Arduino, ya que es este el encargado de leer el valor de temperatura y humedad que se vuelca en la pantalla. 6.4.6 humsuelo.php Tiene un funcionamiento similar a humtem.php salvo que esta muestra el valor en pantalla de la humedad del suelo. 6.4.7 controlareles.php Recibe desde Arduino el estado de los relés codificado según la fórmula 5.3 vista con anterioridad. Tras deshacer el cambio, se crea con javascript una tabla dinámica que saca por pantalla On u Off para cada relé dependiendo de si es un 1 o un 0 respectivamente. if ($_POST[Comprobar] && !$_POST['Desconectar']) { $a=exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'compruebareles'"); $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); $mreles = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); $mreles=$mreles-1; if ($mreles<0): ?> <p align="center" class="error">Mensaje de error:Módulos 433MHz con alimentación insuficiente o no está transmitiendo correctamente</p> <?php else: $binre=decbin($mreles); $cadena=(string)$binre; while (strlen($cadena) <= 4): $cadena= '0' . $cadena; endwhile; ?> <script type="text/javascript"> var cadenas = "<?php echo $cadena;?>"; document.getElementById("1").innerHTML =cadenas[0]; document.getElementById("2").innerHTML =cadenas[1]; document.getElementById("3").innerHTML =cadenas[2]; document.getElementById("4").innerHTML =cadenas[3]; document.getElementById("5").innerHTML =cadenas[4]; var x=document.getElementsByClassName("abajo"); var k=0; 64 64 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota var dato; var str; //almacena dato como string var n=0; while (k<=4) { dato=x[k].innerHTML; //para ver el contenido de la celda k de la tabla //document.write(dato); n=k+1; str=n.toString(); if (dato==1) { document.getElementById(str).innerHTML ="On"; } if (dato==0) { document.getElementById(str).innerHTML ="Off"; } k=k+1; } </script> <?php endif; 6.4.8 controlrasp.php Si se detecta alguna anomalía es posible reiniciar la Raspberry o reiniciar el servidor Apache con esta página. if ($_POST['reiniciosistema'] && !$_POST['reinicioservidor']) { exec("sudo reboot"); } if ($_POST['reinicioservidor'] && !$_POST['reiniciosistema']) { exec("sudo service apache2 restart"); } 65 65 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 7 CONCLUSIÓN n la ejecución de este proyecto podría decirse que se han solventado las principales carencias visibles del montaje de partida. Todo ello ha sido solucionado con herramientas de software libre y elementos hardware de muy bajo coste y reutilizables en su mayoría. Como respuesta a uno de los problemas críticos del anterior sistema, la ausencia de un protocolo de encriptación que escondiera la contraseña de terceros, se ha conseguido satisfactoriamente la instalación de un certificado SSL autofirmado que permite realizar una conexión cifrada empleando aplicaciones gratuitas. Como medida adicional se ha introducido en el código php del servidor la contraseña correcta encriptada con el protocolo md5, permitiéndose así que si un tercero accede a dicho código sea incapaz de descifrar la contraseña verdadera. Con respecto al problema de la comunicación simplex, se ha conseguido un resultado muy satisfactorio, ya que con la incorporación de una pareja de emisor y receptor en cada lado del sistema ha conseguido que la comunicación pase a ser half-dúplex, permitiéndose así la adquisición de datos de los sensores del Arduino y el establecimiento de un protocolo de asentimiento que permite discernir cuando a el Arduino le ha llegado una comunicación que no pertenece al lado servidor. La inflexibilidad del sistema ha sido otro punto a cubrir, ya que el protocolo de envío de los módulos de 433MHz enviaba un tren de bits de una longitud bastante grande, pero estos que apenas permitían distinguir entre un par de funciones. Con la nueva modulación implementada, se permite reconocer hasta un total de 16 equipos, disponiéndose de hasta 8 bits para la modulación de datos. 7.1. Futuras mejoras Dado que el sistema es totalmente libre, se podría configurar su funcionamiento con total libertad, añadiendo o quitando el número de equipos que se pueden controlar. La única limitación de equipos a controlar podría venir dada por el número de pines disponibles en el microcontrolador, que podría ser solventado con el cambio a un microcontrolador mayor de la familia Arduino como el Arduino MEGA. Igualmente los datos enviados podrían ser reducidos o aumentados, siempre adecuándose al tipo de dispositivo que se quiera controlar. E 66 66 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 8 CÓDIGOS COMPLETOS En esta sección se recogerán todos los códigos empleados para la ejecución del programa. 8.1. Código de Arduino #include <RCSwitch.h> #include <Servo.h> #include <DHT.h> //libreria DHT para el sensor de humedad/temperatura #define DHTPIN A0 // Definición del pin digital donde se conecta el sensor de humedad y temperatura ambiente #define DHTTYPE DHT11 // Dependiendo del tipo de sensor #define sensorhumedad A3 //pin para el sensor de humedad del suelo DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); //Inicialización el sensor DHT11 const int rele[] = {4,5,6,7,8}; //Pines que van a la entrada de los reles int valor; //para almacenar el valor que envía el tx float h; //humedad float t; //temperatura int envio; //almacena el valor de la variable que se tx desde arduino Servo servoMotor[5]; RCSwitch mySwitch = RCSwitch(); //Libreria para la emision/recepcion de 433MHz unsigned long inicioMillis[]={0,0,0,0,0}; //variables para controlar la temporización del rele sin ocupar el micro en la espera unsigned long actualMillis[]={0,0,0,0,0}; unsigned long tiempo[]={0,0,0,0,0}; int equipoint=0; //variable global con el numero entero decimal del equipo que se quiere controlar int estadorele[]={0,0,0,0,0}; void setup() { Serial.begin(9600); mySwitch.enableReceive(0); // Interrupcion 0->pin Dig2 mySwitch.enableTransmit(3); // El pin que vamos a usar para tx es el Dig3 pinMode(rele[0], OUTPUT); pinMode(rele[1], OUTPUT); pinMode(rele[2], OUTPUT); pinMode(rele[3], OUTPUT); pinMode(rele[4], OUTPUT); pinMode(sensorhumedad, INPUT); 67 67 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota servoMotor[0].attach(12); servoMotor[1].attach(11); servoMotor[2].attach(10); servoMotor[3].attach(9); servoMotor[4].attach(13); servoMotor[0].write(0); servoMotor[1].write(0); servoMotor[2].write(0); servoMotor[3].write(0); servoMotor[4].write(0); } void loop() { inicio:; //etiqueta if (mySwitch.available()) { int value = mySwitch.getReceivedValue(); if (value == 0) { Serial.print("Unknown encoding"); } else { delay(500); //tiempo de espera para que el programa no vuelva a entrar multiples veces en la misma emision Serial.print(valor); Serial.print("\n"); if(value>10) //aparecen espúreos normalmente de poco valor al final de la comunicación, { //provocando que el valor correcto se machaque y no se obtenga el valor deseado. Por tanto se desechan. valor=value; //prevalece el valor de la vez anterior } else goto inicio; //Serial.print(valor); int bandera=ack(valor); //comprueba si la informacion que le ha llegado procede de nuestro emisor if(bandera==0) { goto inicio; } String binario=calculabinario(valor); //funcion que calcula la cadena binaria del valor entero recibido en la rx String equip = binario.substring(11,15); //bit del 12 al 15 indican el equipo String dats= binario.substring(15,binario.length()); //bit del 16 al 23 indican los datos enviados controlequipos(equip,dats); //Funcion que controla los reles, sensores añadidos al arduino en base a los datos recibidos } mySwitch.resetAvailable(); 68 68 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota Serial.println(" "); } //gestiona el temporizado del relese que se inicia desde el apartado rele else if (inicioMillis[0]!=0 || inicioMillis[1]!=0 || inicioMillis[2]!=0 || inicioMillis[3]!=0 || inicioMillis[4]!=0) { for (int k=0;k<=4;k++) { if(inicioMillis[k]!=0) { actualMillis[k] = millis(); //nºde milisegundos desde que se inicio la funcion millis if ((actualMillis[k] - inicioMillis[k])/60/1000 >= tiempo[k]) //comprobamos si ha pasado el tiempo 1ms=(1/1000)*1s=(1/1000)*(1/60)*1min { inicioMillis[k] = 0; actualMillis[k] = 0; digitalWrite(rele[k], LOW); } } } } } int ack (int recep) { int ack; unsigned long ackMillis; unsigned long iniackMillis=millis(); //variable para determinar el tiempo de espera del ack int flag=0; //para luego determinar si continua con la ejecucion del programa normal o desecha el dato recibido anteriormente delay(300); mySwitch.send(recep,24); delay(300); ackMillis=millis(); while((ackMillis-iniackMillis)<8000) //si no se recibe una respuesta en 8s se desecha el mensaje recibido { if (mySwitch.available()) { ack= mySwitch.getReceivedValue(); if (ack == 0) { Serial.print("Unknown encoding"); flag=0; return flag; } else { if(ack==4773) { flag=1; } return flag; } } ackMillis=millis(); } Serial.print("\n"); 69 69 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota return flag; } String calculabinario (int value) { //llega la cadena binaria que se envió en el tx pero con los //numeros binarios invertidos, es decir, //tx->1111111111100010111111111 se descarta el último y primer bit puesto a 1 (reposo)-> //tx-> 11111111110001011111111 y ahora se invierten los bits //rx-> 00000000001110100000000 //la variable value es el valor binario rx pasado a decimal String binar = String(value, BIN); //se pasa el valor entero a una cadena de bits //Se tiene que tener siempre el mismo largo de cadena, para poder truncar correctamente //y como lo primero que llega son 0's a la izquierda estos se pierdan //por ejemplo tx(00011)-->valor-rx=3-->rx(11) //por eso se añanden a mano binar= "0000000000"+binar; binar.replace("1", "3"); //se invierte los valores para que correspondan con los binar.replace("0", "1"); //que se emiten en la fuente. Se puesto un 3 binar.replace("3", "0"); //para no machacar el valor más tarde return binar; } void controlequipos(String equipo, String datos) { //para controlar los rele if(equipo=="0000" || equipo=="0001" ||equipo=="0010" || equipo=="0011" || equipo=="0100" ) { equipoint=bintodec(equipo); //se averigua el a controlar Serial.print(equipoint); if(datos=="11111111") //si no se le pasa ningun dato en el formulario, encendido indefinido digitalWrite(rele[equipoint], HIGH); if(datos== "00000000") //apagar rele digitalWrite(rele[equipoint], LOW); if(datos!="11111111" && datos!="00000000") { digitalWrite(rele[equipoint], HIGH); inicioMillis[equipoint] = millis(); //inicio de la cuenta de tiempo tiempo[equipoint]=bintodec(datos); } } //para controlar el servo if(equipo=="0101" || equipo=="0110" ||equipo=="0111" || equipo=="1000" || equipo=="1001" ) { 70 70 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota int dato=bintodec(datos); //para pasar la cadena binaria a decimal entero unsigned int angulo=dato*180; int equip=bintodec(equipo); angulo=angulo/255; //hay 8bits para modular el ángulo por lo que puede tener valores de 0 a 255 Serial.print("\\"); Serial.print(equip); Serial.print("\\"); servoMotor[equip-5].write(angulo); } //para controlar el sensor de humedad y temperatura if(equipo=="1010") { dht.begin(); // Comenzamos el sensor DHT h = dht.readHumidity(); // Leemos la humedad t = dht.readTemperature(); // Leemos la temperatura en grados centígrados (por defecto) if (isnan(h) || isnan(t)) { return; } else { if(datos=="10101010") { mySwitch.send(h,24); //envío del valor medido por el sensor al servidor para poder ser mostrado en la web } if(datos=="01010101") { mySwitch.send(t,24); } //Serial.print("Humedad: "); //Serial.print(h); //Serial.print(" %\t"); //Serial.print("Temperatura: "); //Serial.print(t); //Serial.print(" *C "); //Serial.print("\n"); } } //para controlar el sensor de humedad y temperatura if(equipo=="1011") { //Se hace la lectura analogica del pin A0 (sensor) y se pasa por la funcion //map() para ajustar los valores leidos a los porcentajes que queremos utilizar //lectura 0-->100(%)humedad // 1-->0(%) 77 77 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota <p><input class= "desconectar" name="Desconectar" value ="Desconectar" type="submit" href="<?php echo $_SERVER['PHP_SELF']; ?>?desconectar=si"> <input class="desconectar" type="submit" name="inicio" value="inicio"></p> <h2 align="center"> TEMPERATURA Y HUMEDAD</h2> <!botones> <p align="center"> <input class="medirhum" type="submit" name="medirtemp" value="medirtemp"> <input class="medirhum" type="submit" name="medirhum" value="medirhum"> </p> </body> </html> <?php session_start(); if($_POST['Desconectar'] && !$_POST[medirtemp] && !$_POST[medirhum]) { session_destroy(); header("Location: login.php"); exit; } if ($_POST[medirtemp] && !$_POST['Desconectar']) { $a=exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'humtem' 'temperatura'"); $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); $tem = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); echo "Temperatura ยบC:<input type='text' value='$tem'/>"; } if ($_POST[medirhum] && !$_POST['Desconectar']) { $b=exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'humtem' 'humedad'"); $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); $aexec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); $hum = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); echo "Humedad del aire %:<input type='text' value='$hum'/>"; } if ($_POST[inicio]) { header("Location: inicio.php"); } ?> 8.2.6 humsuelo.php 78 78 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota <?php session_start(); if($_SESSION['name']!="Fran") { session_destroy(); header("Location: login.php"); exit; } ?> <html> <head> <title>Medida humedad del suelo</title> <!enlazamos> <link rel="stylesheet" href="estilo.css"> </head> <body> <form action="" method="post"> <!formulario> <p> <input class= "desconectar" name="Desconectar" value ="Desconectar" type="submit" href="<?php echo $_SERVER['PHP_SELF']; ?>?desconectar=si"> <input class="desconectar" type="submit" name="inicio" value="inicio"></p> <h2 align="center">HUMEDAD DEL SUELO</h2> <!botones> <p align="center"> <input class="medirhum" type="submit" name="medirHUM" value="medirHUM"> </p> </body> </html> <?php if($_POST['Desconectar'] && !$_POST[medirHUM]) { session_destroy(); header("Location: login.php"); } if ($_POST[medirHUM] && !$_POST['Desconectar']) { $a=exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'humsuelo'"); $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); $hums = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); echo "Humedad del suelo %:<input type='text' value='$hums'/>"; } if ($_POST[inicio]) { header("Location: inicio.php"); } ?> 79 79 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota 8.2.7 controlareles.php <?php session_start(); if($_SESSION['name']!="Fran") { session_destroy(); header("Location: login.php"); exit; } ?> <html> <head> <title>Estado de los reles</title> <!enlazamos> <link rel="stylesheet" href="estilo.css"> </head> <body> <form action="" method="post"> <!formulario> <p><input class= "desconectar" name="Desconectar" value ="Desconectar" type="submit" href="<?php echo $_SERVER['PHP_SELF']; ?>?desconectar=si"> <input class="desconectar" type="submit" name="inicio" value="inicio"></p> <h2 align="center">ESTADO DE LOS RELES</h2> <!botones> <p align="center"> <input class="comprobar" type="submit" name="Comprobar" value="Comprobar"> </p> <p class="tabla"> <table id="tabla" align="center"> <tr> <td class="arriba" align="center">Rele 1</td> <td class="arriba" align="center">Rele 2</td> <td class="arriba" align="center">Rele 3</td> <td class="arriba" align="center">Rele 4</td> <td class="arriba" align="center">Rele 5</td> </tr> <tr> <td class="abajo" id="1" align="center"></td> <td class="abajo" id="2" align="center"></td> <td class="abajo" id="3" align="center"></td> <td class="abajo" id="4" align="center"></td> <td class="abajo" id="5" align="center"></td> </tr> </table> </p> </body> </html> <?php if($_POST['Desconectar'] && !$_POST[Comprobar]) { session_destroy(); header("Location: login.php"); 80 80 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota } if ($_POST[Comprobar] && !$_POST['Desconectar']) { $a=exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'compruebareles'"); $reci = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); exec("sudo python /var/www/html/TransmitRF.py 'eleccion' 'ack'"); $mreles = exec("sudo /var/www/html/433Utils/RPi_utils/./RFSniffer"); $mreles=$mreles-1; if ($mreles<0): ?> <p align="center" class="error">Mensaje de error:Módulos 433MHz con alimentación insuficiente o no está transmitiendo correctamente</p> <?php else: $binre=decbin($mreles); $cadena=(string)$binre; while (strlen($cadena) <= 4): $cadena= '0' . $cadena; endwhile; ?> <script type="text/javascript"> var cadenas = "<?php echo $cadena;?>"; document.getElementById("1").innerHTML =cadenas[0]; document.getElementById("2").innerHTML =cadenas[1]; document.getElementById("3").innerHTML =cadenas[2]; document.getElementById("4").innerHTML =cadenas[3]; document.getElementById("5").innerHTML =cadenas[4]; var x=document.getElementsByClassName("abajo"); var k=0; var dato; var str; //almacena dato como string var n=0; while (k<=4) { dato=x[k].innerHTML; //para ver el contenido de la celda k de la tabla //document.write(dato); n=k+1; str=n.toString(); if (dato==1) { document.getElementById(str).innerHTML ="On"; } if (dato==0) { document.getElementById(str).innerHTML ="Off"; } k=k+1; } </script> <?php endif; } if ($_POST[inicio]) 81 81 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota { header("Location: inicio.php"); } ?> 8.2.8 controlrasp.php <?php session_start(); if($_SESSION['name']!="Fran") { session_destroy(); header("Location: login.php"); exit; } ?> <html> <head> <title>Control de Raspberry Pi</title> <!enlazamos> <link rel="stylesheet" href="estilo.css"> </head> <body> <form action="" method="post"> <!formulario> <p><input class= "desconectar" name="Desconectar" value ="Desconectar" type="submit" href="<?php echo $_SERVER['PHP_SELF']; ?>?desconectar=si"> <input class="desconectar" type="submit" name="inicio" value="inicio"></p> <h2 align="center"> CONTROL DE RASPBERRY PI</h2> <!botones> <p align="center"> <input class="reinicioserv" type="submit" name="reinicioservidor" value="reinicioserv"> </p> <p align="center"> <input class="reiniciosis" type="submit" name="reiniciosistema" value="reiniciosis"> </p> </body> </html> <?php session_start(); if($_POST['Desconectar'] && !$_POST['reiniciosistema'] && !$_POST['reinicioservidor']) { session_destroy(); header("Location: login.php"); exit; } if ($_POST['reiniciosistema'] && !$_POST['reinicioservidor']) { exec("sudo reboot"); 82 82 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota } if ($_POST['reinicioservidor'] && !$_POST['reiniciosistema']) { exec("sudo service apache2 restart"); } if ($_POST[inicio]) { header("Location: inicio.php"); } ?> 8.2.9 estilo.css body { font-family:"Times New Roman"; color: white; background-color: black; } h1 { font-size: 90; } h2 { font-size: 85; padding-botton: 30px; } .boton2 { text-decoration: none; padding: 50px; width: 100px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 40px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } select { font-size: 40px; border-radius: 100px; height: 60px; padding: 5px; width: 500px; margin-bottom: 70px; } input.contraseña { 83 83 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota border: 40px; border-radius: 40px; width: 300px; font-size: 30px; } input.login { text-decoration: none; width: 100px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 30px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } input.minutos { text-decoration: none; width: 100px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 30px; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } input.encender { text-decoration: none; width: 150px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 30px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } input.comprobar { text-decoration: none; width: 180px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 30px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } input.medirhum { text-decoration: none; width: 200px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 30px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; 84 84 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota border: 2px solid #0016b0; } input.enviar { text-decoration: none; width: 120px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 30px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } input.desconectar { text-decoration: none; width: 110px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 15px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; text-position: absolute; } input.reinicioserv { text-decoration: none; width: 250px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 40px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } input.reiniciosis { text-decoration: none; width: 250px; /*ancho del boton*/ font-weight: 600; font-size: 40px; color: #ffffff; background-color: #1883ba; border-radius: 90px; border: 2px solid #0016b0; } p.botones { padding-top:40px; } p.letra { font-size:25px; } 85 85 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota form.login { padding: 60px; } p.tabla { padding:60px; } p.error { font-size: 30px; color: red; } td.arriba, th.arriba { background: #1883ba; color: #fff; width: 90px; height: 40px; font-size: 20px; } td.abajo, th.abajo { background: #fff; color: #000; width: 90px; height: 40px; font-size: 20px; } 8.2.10 TransmitRF.py import time import sys import RPi.GPIO as GPIO import math #Funcion para transformar un entero a una cadena de #caracteres def binario( decimal ): binario="" while ( decimal> 0): if(decimal %2 ==0): binario= "0"+ binario else: binario= "1" + binario decimal=int(math.floor(decimal/2)) return binario #La primera parte de eleccion,(que es la cadena a tx) #es siempre igual.Hay que tx un 0 para que salga del #reposo, que es tx 1's eleccion = '111111111110' #Los 4 siguientes bits identifican al dispositivo a #controlar #Seccion para controlar el rele 86 86 Diseño e Implementación de un Sistema Domótico basado en Radioenlaces y Gestión Web Remota if sys.argv[2] == "rele": releint = int(sys.argv[3])-1 #String->Entero #La funcion binario convierte un entero a cadena de #caracteres bin = binario(releint) #le tenemos que llenar hasta 4 para que siempre se #tx la misma cantidad de bits. Esto luego nos facilitara #la vida a la hora de deshacer el cambio a entero en rx while len(bin) < 4: bin = '0'+bin eleccion= eleccion + bin #Concatenamos #Hay que tx un 1 al final minimo para que transmisor #vuelva a reposo #si no se le pasan los minutos en el formulario #se entiende que esta encendido permanentemente if sys.argv[4] == 'encender' and sys.argv[5]=='': eleccion = eleccion + '111111111' print (eleccion) if sys.argv[4] == 'apagar': eleccion = eleccion + '000000001' print(eleccion) if sys.argv[4] == 'encender' and sys.argv[5]!='': #Hacemos una regla de 3 #Tenemos 8 bits para codificar minutos minu = int(sys.argv[5]) minustr= str(binario(minu)) while len(minustr) < 8: minustr = '0' + minustr; #Hay que tx un 1 al final minimo para que transmisor #vuelva a reposo eleccion = eleccion + minustr + '1' print(eleccion) #Seccion para controlar el microservo if sys.argv[2] == "servo": servoint = int(sys.argv[3])+4 #String->int #5 prim son reles servo= binario(servoint) #int->bin while len(servo) < 4: servo= '0' + servo eleccion= eleccion + servo #Concatenamos #Hacemos una regla de 3 #Tenemos 8 bits para codificar el angulo angulo = int(sys.argv[4])*255 angulo= angulo /180 angulostr= str(binario(angulo)) #Tenemos 8 bits para modular el angulo while len(angulostr) < 8: angulostr = '0' + angulostr; eleccion = eleccion + angulostr print (eleccion) #Hay que tx un 1 al final minimo para que transmisor #vuelva a reposo eleccion = eleccion + '1'