Integración y control de dispositivos para el IoT con smartphones: un caso de estudio

Abstract

[ES] El Internet de las Cosas o IoT (Internet of things) es una gran red que se esta desarrollando a nuestro alrededor. Gracias a las nuevas tecnologías, se están conectando todo tipo de objetos y dispositivos en una red mucho mayor que el Internet tal y como se conoce tradicionalmente. Desde una nevera hasta contenedores de basura en la calle, en la actualidad hay una inmensa variedad de dispositivos conectados. Según las estimaciones de CISCO, una empresa mundial de fabricación de componentes de red, el número actual de dispositivos conectados a esta red es de 8’7 mil millones. Sin embargo, la estimación también prevé que el número de estos dispositivos llegará a 50 mil millones en 2020. Estos datos indican evidentemente que el campo del IoT está creciendo rápidamente y parece ser que seguirá así en los próximos años. Existen ya varios productos disponibles en el mercado, los cuales pueden mejorar la calidad de vida de muchas personas. A pesar de ello, los precios resultan actualmente poco asequibles para la mayoría de la población. Sin embargo, existen herramientas para producir estos productos a mucho menor coste con una calidad similar, consiguiendo así un producto final más accesible para el usuario promedio. Para demostrarlo, se ha elegido como caso de estudio un sistema de control y riego automático de plantas, siendo este un ejemplo recurrente en el sector IoT y un producto útil, ya que es muy común el cuidado de las plantas en los hogares. Además, el sector de la agricultura de precisión (AgroIoT) ha sido reconocido como un objetivo muy adecuado para usar este tipo de tecnologías. Para realizar una implementación de un sistema de control y riego automático de plantas se ha desarrollado un análisis de los protocolos que utiliza esta red y de las tecnologías disponibles, en las cuales han destacado los dos sistemas operativos diseñados para Internet of Things: Contiki OS y TinyOS. También se ha estudiado las alternativas sin sistema operativo con plataformas de desarrollo, como un kit de desarrollo compatible con WiFi llamado NodeMCU. El resultado del análisis ha descartado TinyOS como una posible solución al problema, siendo la compra de los dispositivos compatibles demasiado cara, además de que su compra no presenta la facilidad de disponer de tiendas online en la mayoría de los casos (es necesario el contacto directo con el distribuidor). Además, su trayectoria se ha dirigido más a sistemas empotrados para funciones industriales. Por otro lado, Contiki OS ha destacado por su bajo consumo energético y sus bajos precios, pero su soporte ha sido discontinuado desde 2017. Sin embargo, un grupo de desarrolladores ha continuado el proyecto bajo el nombre de Contiki NG (Next Generation), pero su recorrido como sistema operativo está incompleto y su desarrollo todavía no presenta la estabilidad necesaria para el sistema. Finalmente, el sistema ha podido ser implementado con el kit de desarrollo NodeMCU previamente mencionado. Este kit se ha integrado con sensores de humedad, temperatura e intensidad de luz. Junto con el desarrollo de una aplicación Android y un servicio backend alojado en la nube, se ha conseguido la implementación del sistema de control y autorriego por un precio realmente asequible con la funcionalidad deseada.

[EN] The Internet of Things (IoT) is a large network that is developing around us. Thanks to new technologies, all kinds of objects and devices are being connected in a much larger network than the Internet as it is traditionally known. From a fridge to trash bins on the street, there is now an immense variety of connected devices. According to estimates by CISCO, a global manufacturer of network components, the current number of devices connected to this network is 8.7 billion. However, the estimate also predicts that the number of these devices will reach 50 billion by 2020. These data clearly indicate that the IoT field is growing quickly and it seems that it will continue to do so in the years to come. There are already several products available on the market, which can improve the quality of life of many people. Despite this, prices are currently unaffordable for the most of the population. However, there are tools to produce these products at much lower cost with similar quality, thus making the final product more accessible to the average user. To demonstrate this, an automatic plant control and irrigation system has been chosen as a case study, this being a recurrent example in the IoT sector and a useful product, as it is very common to care for plants in homes. In addition, the precision agriculture sector (AgroIoT) has been recognised as a very suitable target for using this type of technology. In order to implement an automatic plant control and irrigation system, an analysis of the protocols used by this network and the available technologies has been developed, in which the two operating systems designed for the Internet of Things have been highlighted: Contiki OS and TinyOS. Alternatives without an operating system with development platforms have also been studied, such as a WiFi-compatible development kit called NodeMCU. The result of the analysis has ruled out TinyOS as a possible solution to the problem, being the purchase of compatible devices too expensive, in addition to the fact that their purchase does not present the ease of having online stores in most cases (direct contact with the distributor is necessary). In addition, its trajectory has been directed towards embedded systems for industrial functions. On the other hand, Contiki OS has stood out for its low energy consumption and low prices, but its support has been discontinued since 2017. However, a group of developers has continued the project under the name of Contiki NG (Next Generation), but its journey as an operating system is incomplete and its development still doesn’t have the steadiness the system would need. Finally, the system could be implemented with the previously mentioned NodeMCU development kit. This kit has been integrated with humidity, temperature and light intensity sensors. Together with the development of an Android application and a backend service hosted in the cloud, the implementation of the control and selfirrigation system has been achieved at a really affordable price with the desired functionality.