Uso de microcontroladore

Andrew Lotze comparte aquí su experiencia con microcontroladores en conjunto con el trabajo del proyecto BeerSheba Project work en Senegal. Sus ideas hacen referencia al artículo de EDN 155 [http://edn.link/2myd6p] sobre aplicaciones agrícolas para microcontroladores.

He estado siguiendo una trayectoria similar a la de Tim durante los últimos dos años con respecto al uso de microcontroladores para recopilar datos y automatizar fincas. Comencé con sencillos temporizadores programables, y relés de Wi-Fi, pre-diseñados, y finalmente descubrí un firmware (soporte lógico inalterable) alternativo bien desarrollado que hace gran parte del trabajo de programación de los microcontroladores, y se integra fácilmente en las redes Wi-Fi.

El firmware se llama Tasmota [https://tasmota.github.io/docs/], y es un software basado en Arduino para microcontroladores ESP8266/ESP8285 y ESP32.  El ESP8266 es un microcontrolador con capacidad Wi-Fi de 160mhz que tiene 10 entradas/salidas digitales y 1 analógica, que puede controlar relés, luces, motores, MOSFETs, leer voltaje, comunicarse en buses seriales como I2C y SPI, y más. Una tarjeta de desarrollo cuesta unos 2 dólares. La comunidad Tasmota es muy activa y existen controladores para todo tipo de sensores  (temperatura, humedad), tiempo de vuelo, calidad del aire, presión, luz, ultravioleta, dióxido de carbono y pH). Estos sensores están disponibles a un costo muy bajo (entre US$1 y 5).

El ESP32 es más potente (240mhz), y cuesta alrededor de US$4, pero tiene más entradas/ salidas digitales y analógicas. Tanto el ESP8266 como el ESP32 consumen considerablemente más energía que una tarjeta Arduino más sencilla, sobre todo debido al Wi-Fi, por lo que intentar que funcionen con baterías presenta un reto. El firmware funciona mejor cuando se puede conectar a Wi-Fi (y enviar/ recibir datos a/ desde varios servidores), pero existen opciones de bajo consumo de energía, por lo que los módulos pueden funcionar durante semanas en una celda de litio 18650, e indefinidamente en conjunto con un panel solar pequeño. En general son adecuados para entornos donde existe energía disponible 24/7.

Yo tengo:

• Módulos ESP8266 que controlan bombas de perforación (incluso pueden leer y transmitir datos en serie de los controladores del motor), con interruptores manuales adjuntos, para que las bombas puedan encenderse y apagarse en persona o de forma remota (Figura 14A).
• Módulos que controlan la carga de la batería solar (figura 14B) y leen celdas de litio individuales (si bien las tarjetas de balance BMS [Sistema de Gestión de Baterías] específicas son más fáciles)
• Módulos de lectura de temperatura, humedad, y precipitación; esos datos se registran en una tarjeta SD.
• Módulos para monitorear y registrar el consumo de energía de algunos congeladores utilizando un módulo ESP8266 más unatarjeta medidora de energía CA (US$6) (Figura 14C). 

La recopilación centralizada de datos de todos los módulos es útil, y estoy usando una Raspberry Pi Zero 2 W de US$15 para ejecutar los servicios que el ESP8266 necesita para ello. La Zero 2 W puede manejar fácilmente:

• Node-Red (software de diagrama de flujo de automatización)
• Syslog (registro de errores y depuración)
• InfluxDB (base de datos de series temporales para el registro de sensores)
• Grafana (graficación de datos de series temporales)
• MQTT (protocolo de mensajería de baja sobrecarga para comunicarse con objetos Wi-Fi)
• GPS (para llevar el tiempo exacto en ausencia de Internet)
• NTP (distribución de tiempo preciso a todo lo demás en la red).

Grafana e InfluxDB me permiten recoger los datos del sensor de los módulos ESP8266 y visualizarlos (gráfico 15A ) fácilmente. También puedo monitorear el estado del interruptor (gráfico de la figura 15B) para ver de un vistazo qué cosas están encendidas o apagadas.

Citar como:

Lotze, A. 2022.  Uso de microcontroladore. ECHO Notas de Desarrollo no. 156.