Estudio detallado sobre plataformas IoT, software y hardware

PFC Estudio Plataformas IoT

Ruben Loureiro Garrido 12-6-2015

ESTUDIO PLATAFORMAS IOT

Índice

1. Presentación.

   3

   1. Introducción

   3

   2. Objetivo.

   4

   1. Objetivos del Proyecto

   4

2. Plataformas Software.

   5

   1. ThingSpeak

   5

   1. Características principales

   6

   2. Ámbitos de aplicación.

   7

   3. Conclusiones.

   8

   2. Carriots

   8

   1. Características Principales.

   9

   2. Ámbito de Aplicación.

   10

   3. Conclusiones.

   11

   3. Electronic Imp

   11

   1. Características Principales

   11

   2. Ámbitos de aplicación

   13

   3. Conclusiones

   13

   4. Spark

   14

   1. Características Principales.

   14

   2. Conclusiones.

   15

   5. Blaulabs

   15

   1. Características principales

   16

   2. Ámbitos de aplicación

   16

   3. Conclusiones.

   17

   6. Thinking Things

   17

   1. Características principales.

   18

   2. Conclusiones.

   19

   7. Zatar

   19

   1. Características principales.

   20

   2. Ámbito de aplicación.

   21

   21

   8. Comparativas Plataformas Softwares.

   22

3. Campos de aplicación en loT.

   23

   1. Smart Home.

   23

   2. Smart City

   24

   3. Agricultura Inteligente

   24

   4. Wearables

   25

4. Análisis Plataformas Hardware en loT.

   26

   1. Arduino

   26

   2. Waspmote

   28

   3. Spark

   29

   4. Intel Galileo

   30

   5. Zigbee

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1. 6. Comparativa plataformas HW

   34

2. Aplicación loT usando Arduino + Thingspeak

   35

   1. Elección Plataformas

   36

   2. Funcionalidad

   36

   1. Flujo llegada de un Tweet

   36

   3. Plataforma Hardware

   37

   1. Instalación IDE Arduino

   37

   2. Conexión WiFi Shield

   37

   3. Montaje del Circuito

   39

   4. Plataforma ThingSpeak

   40

   1. Aplicación Thing Tweet

   41

   2. Aplicación TweetControl + ThingHttp.

   42

   3. Aplicación TalkBack.

   45

   4. Aplicación REACT + ThingHTTP

   47

   5. Pruebas realizadas

   51

   1. Medida tomada por Arduino y enviada a ThingSpeak.

   51

   2. Envío de un Tweet desde Paltaforma Thingspeak

   51

   3. Tweet enviado a ThingSpeak para encender nuestro ventilador.

   52

   4. Tweet enviado a ThingSpeak para encender nuestro ventilador.

   53

   6. Presupuesto del Proyecto

   54

3. Conclusiones

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Presentación

Introducción al Internet de las Cosas

La primera vez que se propuso el concepto del Internet de las Cosas fue en 1999 por Kevin Ashton, en el Auto-ID Center del MIT, ahí se presentó un sistema de sensores y e identificadores de radiofrecuencia (RFID).

"El IoT es el mundo en el que cada objeto tiene una identidad virtual propia y capacidad potencial para integrarse e interactuar de manera independiente en la Red con cualquier otro individuo, ya sea una máquina (M2M) o un humano."

La necesidad de los últimos años de estar constantemente conectados y poder cuantificar cualquier cosa, da lugar a lo que hoy día conocemos como Internet de las Cosas. Según Wikipedia la IOT es la interconexión de objetos cotidianos con Internet. Nos encontramos ante una nueva revolución tecnológica, dónde objetos cotidianos del día a día con una función específica, evolucionan gracias al IoT, pasando a estar conectados y dotar de nuevas funcionalidades a estos objetos, pudiendolos controlar y administrar desde tabletas, ordenadores o teléfonos móviles.

Los usos y aplicaciones que se pueden dar son muy variadas, y toca prácticamente todos los ámbitos de la vida humana, desde la vivienda, ciudad, salud, industria, consumo, etc.

Wi Fi THE INTERNET THINGS

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Objetivo del Proyecto

El objetivo principal de este proyecto, consiste en dar una visión global del Internet de las Cosas, se comenzará describiendo los ámbitos de aplicación más importantes hoy día, siguiendo por el estudio de las principales plataformas software / hardware y por último se presenta una aplicación real, cuyo objetivo principal es demostrar de una forma práctica lo descrito anteriormente.

Con el desarrollo de la aplicación, se intentará dar una visión de cómo a través de un microcontrolador podemos conectarnos a una plataforma software y empezar a subir los datos. Otro de los puntos interesantes que queremos demostrar con la aplicación, es que hacer con esos datos y cómo tratarlos.

Objetivos Específicos del Proyecto

• Conocer que es el Internet de las Cosas.
• Conocer los ámbitos de aplicación más importantes del loT.
• Estudio de las principales plataformas Software del loT.
• Estudio de las principales plataforma Hardware del loT.
• Diseño de una aplicación real.
• Desarrollo de una aplicación usando las plataformas estudiadas.
• Tratamiento de datos de loT.

Siguiendo con el plan de trabajo los siguientes pasos a seguir serán el desarrollo de una aplicación.

Visión general plataformas 6 days Thu 12/03/15 Thu 19/03/15 66 days Estudio de cada plataforma 22 days Fri 20/03/15 Sun 19/04/15 45 days Análisis de los puntos fuertes y débiles 22 days Fri 20/03/15 Sun 19/04/15 45 days Ámbitos de aplicación 4 days Wed 15/04/15 Sun 19/04/15 45 days Comparativa entre plataformas 6 days Mon 20/04/15 Mon 27/04/15 39 days Elección plataforma para una aplicación 1 day Mon 20/04/15 Mon 20/04/15 44 days Elección del HW a utilizar para la aplicación 1 day Mon 20/04/15 Mon 20/04/15 44 days Diseño software de la aplicación 9 days Tue 21/04/15 Fri 01/05/15 35 days Desarrollo de la aplicación 17 days Sat 02/05/15 Sat 23/05/15 20 days Testeo 3 days Tue 24/03/15 Thu 26/03/15 61 days Presentación de resultados 1 day Wed 27/05/15 Wed 27/05/15 17 days Memoria final 9 days Thu 28/05/15 Tue 09/06/15 8 days Presentación del proyecto 8 days Wed 10/06/15 Fri 19/06/15

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Plataformas Software

En este punto nos vamos a centrar en el estudio de las principales plataformas software que hay actualmente en el mercado. Algunas de estas plataformas son Open Source, otras propietarias, en algunas encontraremos un ecosistema IoT, esto quiere decir que la propia plataforma nos ofrecerá software, hardware y todo lo necesario para desarrollar nuestra aplicación.

En cada plataforma nos centraremos, en conocer sus características principales, que hardware es el idóneo para cada plataforma, sus ámbitos de aplicación y su propósito general, bien si este es orientado a la educación o por el contrario más orientado a un ámbito profesional.

ThingSpeak

ThingSpeak es una plataforma abierta de aplicaciones, diseñada para permitir conectar personas con objetos. Se caracteriza por ser una plataforma Open Source con una API para almacenar y recuperar datos de los objetos usando el protocolo HTTP sobre Internet o vía LAN (Local Area Network).

Se trata de una plataforma basada en Ruby on Rails 3.0 (RoR), este es un framework de aplicaciones web de código abierto basado en Ruby, cuya arquitectura está basada en el Modelo Vista Controlador (MVC). Se caracteriza por su simplicidad a la hora de programar aplicaciones del mundo real, escribiendo menos código y con una configuración mucho más sencilla que otros frameworks. Otra de las características que hacen de RoR un framework perfecto para el desarrollo de aplicaciones es que permite el uso de meta programación, haciendo que su sintaxis sea más legible y llegue a un gran número de usuarios.

La aplicación incluye todo lo necesario para poder empezar a trabajar, desde una aplicación web en la que podremos gestionar usuarios, gestionar claves de API, gestión de canales y cartografía.

ThingSpeak: web services things apps other things

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Características Principales de ThingSpeak

Destacaremos algunos puntos importantes en toda plataforma tales como su API, App (si las tiene), integración, hardware:

• API

  Un punto importante a la hora de desarrollar cualquier proyecto es encontrar un API disponible de forma sencilla para que el desarrollador tenga los mecanismos necesarios para el desarrollo de la aplicación. En este caso, ThigSpeak dispone de una API la cual está disponible en GitHub para su descarga en un servidor propio. Es totalmente abierta, por lo que también se puede modificar su código fuente original y así contribuir a la comunidad con nuevas características, un principio básico en toda plataforma Open Source.

• Canales

  La forma que tiene esta plataforma de almacenar y publicar los datos es a través de los "Chanels" (Canales). Su creación es muy simple y en un par de clicks y rellenando una serie de datos lo tendremos disponible sin mayor complicación. Nuevamente y según profundizas en este plataforma ves que el objetivo es simplificar el trabajo.

• Plugins

  Para extender la funcionalidad del sitio también se nos brinda la oportunidad de desarrollar plugins. Estos nos ofrecen la posibilidad de crear aplicaciones de forma nativa en nuestra plataforma ThigSpeak.

  Soporta HTML, CSS y JavaScript como lenguajes de programación. Al igual que los canales los plugins pueden ser público o privados según sean nuestras necesidades.

  Por último, destacar que ofrece la posibilidad de usar Google Gauge Visualization , gracias al cuál nos ofrece la posibilidad de visualizar los datos de una forma rápida y amigable, con un nivel de personalización muy amplio.

• Integración

  Uno de los puntos fuertes en cualquier plataforma IoT, es que permita una amplia integración con diversos dispositivos Hardware y software. En este caso ThingSpeak permite la integración de su plataforma con:

  • Arduino
  • Raspberry Pi
  • IoBridge / RealTime.io
  • Electric Imp
  • Mobiles / Aplicaciones web
  • Redes Sociales
  • Análisis de datos con MATLAB

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Aplicaciones en ThingSpeak

• Apps en ThingSpeak

  Sin duda las aplicaciones que encontramos en ThingSpeak son un complemento perfecto para nuestros proyectos, dotándolos en muchos casos de unas funcionalidades muy interesantes, actualmente tienen las siguientes aplicaciones en catálogo.

  • ThingTweet : Esta aplicación actúa como proxy permitiendo a nuestro dispositivo enviar actualizaciones de status a Twitter. Esto se consigue gracias a una llamada a la API de ThingTweet.
  • TweetControl: Esta aplicación se pone a escuchar los hashtags de Twitter y luego permite controlar cualquier cosa que puedas imaginar. Cualquier cosa que se pueda conectar a través de ThingHTTP también se puede conectar a Twitter.
  • ThingHTTP: Con ThingHTTP permite a un microcontrolado o dispositivo a bajo nivel conectarse a un web service a través de Internet o la propia red.

  Soporta los métodos GET, POST,PUT y DELETE, SSL y Autenticación Básica.

  • React: Básicamente lo que realiza esa app, es ejecutar una acción cuando se cumple una cierta condición para los datos en nuestro canal. Por ejemplo, podríamos encender nuestra cafetera según llegamos a casa del trabajo, creando un React de Geolocalización.
  • TalkBack: Permite que cualquier dispositivo pueda actuar sobre los comandos en cola. Por ejemplo, podremos controlar una puerta añadiendo comandos tales como OPENDOOR, CLOSEDOOR usando web interface o API. El funcionamiento podría ser el siguiente si alguien se acerca a la puerta esta se abre, si después de un par de minutos no se detecta movimiento esta se cierra.
  • TimeControl: Con TimeControl a un determinada hora, podremos ejecutar un ThingHTTP o un ThingTweet, e incluso añadir un nuevo comando a TalkBack.

Ámbitos de Aplicación de ThingSpeak

Esta plataforma reúne a una comunidad que sobre todo se inicia en el mundo del IoT, por lo que principalmente nos encontramos con proyectos que son "prototipos" aunque por supuesto podemos encontrar proyectos que más profesionales. Por lo que principalmente esta orientado al mundo del Smart Home.

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