PDF de programación - Integración de Redes Telemáticas - IoT con Raspberry pi

TFC

Integración de Redes Telemáticas

IoT con Raspberry pi

Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones

TELEMÁTICA



Alumno: Carlos García Muelas
Consultor: Jose López Vicario



Carlos García Muelas

TFC Internet de las cosas con Raspberry pi



INDICE
1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………. 4
2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ……………………………………………. 4
3 OBJETIVOS Y MOTIVACIONES …………………………………………….. 5
4 DIAGRAMA DE GANNT ……………………………………………………..... 7
5 CONCEPTOS DE IoT ………………………………………………………....... 8
5.1 Introducción a IoT ………………………………………………………. 8


5.2 Aplicaciones reales ………………………………………………………12
5.2.1 IoT en la logística …………………………………………..... 12



5.2.2 IoT en la salud ……………………………………………….. 13


5.2.3 IoT en el medio ambiente …………………………………….. 15

5.3 El futuro de IoT ………………………………………………………... 15
6 ANÁLISIS DE PLATAFORMAS SOFTWARE …………………………….... 16
6.1 Xively …………………………………………………………………….16



6.1.1 Introducción ……………………………………………………16
6.1.2 Hardware compatible ………………………………………….17



6.1.3 Jerarquía de datos en Xively ………………………………….18


6.1.4 Xively API ……………………………………………………. 19
6.2 Carriots …………………………………………………………………. 23



6.2.1 Introducción …………………………………………………... 23
6.2.2 Modelo jerárquico de Carriots ……………………………….. 23



6.2.3 Hardware compatible ……………………………………….... 24


6.2.4 Carriots API ………………………………………………… .. 24
6.3 ThingSpeak ……………………………………………………………... 26



6.3.1 Introducción …………………………………………………... 26
6.3.2 Hardware compatible ……………………………………….... 26



6.3.3 ThingSpeak API …………………………………………….... 27
6.3.4 Chart API …………………………………………………….. 27



6.3.5 ThingTweet …………………………………………………....28
6.3.6 ThingHTTP ………………………………………………….. 28



6.3.7 TweetControl ………………………………………………… 28


6.3.8 React …………………………………………………………. 28
6.4 Comparativa Plataformas Software ………………………………….. 29



6.4.1 Comparativa …………………………………………………. 29



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6.4.2 Resumen, pros y contras ……………………………………….. 30
7 ANÁLISIS DE PLATAFORMAS HARDWARE ………………………………. 30

7.1 Raspberry Pi ………………………………………………………………. 30
7.1.1 Descripción ……………………………………………………… 30



7.1.2 Accesorios para las Raspberry pi ……………………………… 33

7.2 Arduino …………………………………………………………………… 33
7.3 Intel Galileo Gen2 …………………………………………………………. 37


7.4 Intel Edison ……………………………………………………………….. 39
7.5 Comparativa Plataformas Software …………………………………….. 40



7.5.1 Comparativa …………………………………………………… 40


7.5.2 Resumen, pros y contras ………………………………………. 43
8 APLICACIÓN REAL DE IoT CON RASPBERRY PI …………………………. 43

8.1 Descripción de la aplicación real …………………………………………. 43
8.2 Implementación de plataforma hardware ………………………………… 44



8.2.1 Instalación de sistema operativo ………………………………... 44
8.2.2 Integración de sensores en raspberry pi ………………………… 47



8.2.2.1 Cámara ………………………………………………… 47



8.2.2.2 Sensor DHT11 ……………………………………….. . 49
8.3 Configuración de sensores ……………………………………………….. . 50



8.3.1 Aviso de posible falta de suministro eléctrico ………………….. 50

8.3.2 Detección de intrusos ……………………………………………. 55

8.3.3 Temperatura Raspberry pi ………………………………………. 60

8.3.4 Temperatura y Humedad en domicilio ………………………….. 61

8.4 Integración en plataforma Carriots ………………………………………... 64



8.4.1 Registro y configuración …………………………………………. 64

9 PRUEBAS Y RESULTADOS …………………………………………………... 66

9.1 Aviso posible fallo de suministro eléctrico o de red ………………………. 66

9.2 Sistema de video vigilancia ………………………………………………… 67

9.3 Envío a plataforma Carriots ………………………………………………… 71

10 VALORACIÓN ECONÓMICA ………………………………………………… 72

10.1 Presupuesto …………………………………………………………….. 72



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11 CONCLUSIONES ……………………………………………………………….. 72

REFERENCIAS ……………………………………………………………………... 74

BIBLIOGRAFÍA …………………………………………………………………….. 75

ANEXO I ……………………………………………………………………………... 76

ANEXO II …………………………………………………………………………….. 79

ANEXO III …………………………………………………………………………… 83

ANEXO IV …………………………………………………………………………… 84



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1 Introducción

El internet de las cosas se basa en sensores, en redes de comunicaciones y en una
inteligencia que maneja todo el proceso y los datos que se generan. Los sensores son los
sentidos del sistema y, para que puedan ser empleados de forma masiva, deben tener
bajo consumo y coste, un reducido tamaño y una gran flexibilidad para su uso en todo
tipo de circunstancias.
Debido a las propiedades de la raspberry pi ( bajo consumo, coste y reducido tamaño),
el título y el enfoque del proyecto será: IoT (Internet Of Things) con raspberry pi.
En los siguientes apartados del proyecto cuando se haga referencia al internet de las
cosas nos referiremos al concepto con el acrónimo IoT (Internet Of Things).

2 Descripción del proyecto

El internet de las cosas es la conexión de objetos de uso habitual o cotidiano a internet.
La finalidad es la interconexión de diferentes objetos que utilizamos con cierta
frecuencia, con el objetivo de hacernos la vida más fácil, por ejemplo en la
administración eficiente de la energía o en potenciar nuestra propia seguridad.

El proyecto realiza un estudio de las diferentes plataformas software existentes,
describiendo sus características, puntos fuertes y débiles así como su ámbito de
aplicación. No sólo se analizará las plataformas software existentes en la red, a las
cuales se enviarán los datos recogidos por nuestros sensores, si no que analizaremos la
forma de crear nuestra propia plataforma en un servidor propio (usando la raspberry pi),
de modo que tengamos el control total de los datos y no tengamos límite en cuanto al
número de sensores representables.

Las plataformas hardware son la otra parte del internet de las cosas, analizaremos las
diferentes plataformas existentes con propiedades de bajo consumo, coste y tamaño.

Estas plataformas son las que nos van a permitir recoger la información de los sensores
e interactuar con las plataformas software para la representación final de los datos al
usuario.

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Estudiaremos la interacción del sistema hardware-software con las personas por medio
de envío de mensajes vía telegram o whatsapp, de forma que nos notifique una
posible alarma, o yendo más allá, podamos apagar remotamente un equipo con un
mensaje de twitter.

Por último el proyecto contendrá un caso real de representación se sensores en una
plataforma software. Para ellos usaremos como hardware la raspberry pi, junto con
sensores que acoplaremos a dicho hardware. Los sensores serán de diferentes tipos
(humedad, temperatura, vigilancia, etc) para su posterior monitorización.

3 Objetivos y motivaciones del proyecto

Los principales objetivos del proyecto son:

- Conocer el concepto de internet de las cosas, aplicaciones reales y su futuro.
- Analizar las diferentes plataformas software para IoT.
- Analizar las diferentes plataformas hardware para IoT.
- Realizar un caso real, usando la raspberry pi y una serie de sensores
(temperatura, humedad, cámara, etc) que enviará por un lado los datos a una
plataforma software, para que el usuario pueda monitorizarlos remotamente y
por otro lado interactuará con aplicaciones de mensajería instantánea como
Whatsapp y Telegram.

La principal motivación de realizar este proyecto es sacar el máximo partido a la
raspberry pi que ya tenía y la usaba únicamente para tareas locales. El poder integrar la
raspberry pi en el IoT a través de sensores y su interacción con aplicaciones de
mensajería estilo whataspp además de la subida de datos de esos sensores a plataformas
web de IoT amplía con creces las funcionalidades que tenía anteriormente, como centro
multimedia o owncloud por destacar alguna de ellas.

No obstante la raspberry pi no está diseñada para el IoT, de ello sus limitaciones,
aunque existen los módulos de expansión a arduino que potencian su funcionalidad y de
esta manera obtener multitud de aplicaciones para IoT.

Sistemas operativos como Contiki y TinyOS son sistemas operativos de código abierto
desarrollados para el IoT. Entre su hardware compatible no se encuentran ni la
raspberry pi ni arduino. Estos sistemas operativos son muy potentes, en el caso Contiki
se trata de una máquina virtual Ubuntu Linux que se ejecuta en el reproductor de
VMWare y tiene Contiki y todas las herramientas de desarrollo, compiladores y

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Carlos García Muelas


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simuladores utilizados en el desarrollo de Contiki instalado.

Con respecto a TinyOS, las mayores diferencias con respecto a Arduino son:



- TinyOS y sus APIs están diseñados para un funcionamiento de bajo consumo;

-

Arduino no lo es.
Arduino se centra en la detección, la computación, y IO digital; TinyOS también
apoya estas abstracciones añadiendo un excelente soporte para redes inalámbricas.
- TinyOS está escrito en nesC, un dialecto C diseñado para el sistema operativo,
mientras que Arduino es en C. Mientras en TinyOS los programadores pueden
escribir aplicaciones en C, el sistema operativo central está en nesC.


Estos sistemas operativos a pesar de ser muy potentes y diseñados exclusivamente para IoT
no nos sirven para la plataforma hardware que hemo