Currículo: esta unidad desarrolla todos los saberes básicos del Bloque B – Internet de las cosas correspondiente a 2ºESO. Además, se evalúan los criterios que puedes encontrar al final de esta página.
Tabla de contenidos
- 5.1. Clasificación de los sensores IoT.
- 5.2. Conexión de dispositivo a dispositivo.
- 5.3. Conexión BLE (Bluetooth Low Energy).
- 5.4. Aplicaciones software de IoT industrial.
- 5.5. Prácticas de Internet de las Cosas con Micro:bit
El año pasado en 1º de ESO, descubrimos el interesante mundo del Internet de las Cosas (IoT) y cómo los dispositivos conectados pueden mejorar nuestra vida. Este año, vamos a profundizar en los elementos que permiten que estos dispositivos interactúen entre sí y con el mundo que les rodea.
5.1. Clasificación de los sensores IoT.
El Internet de las Cosas habíamos visto que es un conjunto de objetos conectados entre sí con la capacidad para intercambiar datos y realizar alguna acción con los datos obtenidos. Esos datos los obtenemos a través de los sensores. Los sensores, captan alguna magnitud física del mundo que nos rodea e interactúan con otros dispositivos para darnos alguna utilidad. Por ejemplo: un sensor de proximidad detecta que hay objetos cerca para que el coche pite y frenemos.
Esto hace que tengamos por delante una amplia gama de aplicaciones, por ello es muy complicado recopilar todos los sensores que existen, ¡son miles!
Sin embargo, hay algunos que se utilizan con mucha frecuencia en nuestro día a día. Repasemos algunos de los que tenemos más cerca:
- Sensores de temperatura: como el termostato de un coche que te avisa si la temperatura del motor es excesiva para que pares antes de quemarse.
- Sensores de humedad: un sensor en un jardín que te avisa cuando tus plantas necesitan agua o directamente activa el riego hasta que el sensor detecte que ya es suficiente, optimizando así el consumo.
- Sensores de movimiento: un sensor que enciende las luces del pasillo cuando detecta que alguien está pasando y las apaga cuando ha pasado.
- Sensores de proximidad: como los que permiten a los coches detectar si hay un obstáculo cerca.
- Sensores de luz: detectan la intensidad luminosa, por eso tu móvil es capaz de ajustar automáticamente el brillo de la pantalla según la luz ambiental.
- Sensores de gas: detectan la presencia de gases en una amplia variedad de situaciones para notificar fugas de gas y para prevenir accidentes.
- Sensores de agua: detectan la presencia o el nivel de agua pudiendo enviar una alerta para que, por ejemplo, no se mojen los cables y evitar un cortocircuito.
- Sensores de presión: medir la presión de un gas o líquido y poder monitorizar, por ejemplo, la presión arterial con una pulsera inteligente, o saber si un paciente se ha levantado de la cama.
- Sensores de sonido: detectan ondas sonoras o ruido, como en los juguetes que responden a los aplausos.
- Sensores de velocidad: medir la velocidad de un objeto, como los radares en las carreteras.
- Sensores magnéticos: detectan campos magnéticos, como la brújula de tu móvil que te indica los puntos cardinales cuando estás desorientado.
- Sensores de inclinación: detectan la inclinación o cambio de posición, como los juegos de móvil que responden al inclinar el dispositivo, o los que poseen los brazos de las gruas.
- Sensores de vibración: detectan vibraciones o movimientos, como en las lavadoras que avisan si está desequilibrada evitando su rotura.
- Sensores de fuerza: medir la fuerza aplicada sobre ellos, como las básculas inteligentes que mide tu peso.
- Sensores de color: detectan colores y responden a ellos, como las cintas transportadoras de fruta, que desechan aquellas que no han alcanzado un nivel mínimo de maduración.
- Sensores de giroscopio: medir la orientación rotacional, como en los mandos de la Nintendo Wii o Switch, que responden a cómo los giras.
- Sensores de acelerómetro: medir la aceleración. Así son capaces los relojes inteligentes de rastrear tus pasos mientras caminas.
- Sensores de flujo de aire: medir la cantidad de aire que pasa por una área determinada. Son frecuentes los sensores en sistemas de ventilación inteligente que ajustan el flujo de aire según la necesidad, como en instalaciones industriales, hospitalarias o domésticas.
- Sensores de oxígeno: medir la concentración de oxígeno, como hacen algunas pulseras inteligentes para deportistas de alto rendimiento.
- Sensores de corriente: medir la corriente eléctrica. Algunos enchufes los incorporan para monitorear el consumo eléctrico en tu casa.
- Sensores de radiación UV: detectan la radiación ultravioleta. Las estaciones meteorológicas suelen incorporarlos para emitir avisos cuando la exposición al sol es peligrosa.
- Sensores de partículas: detectan partículas en el aire, como los sistemas de las ITV de los coches que miden la cantidad de CO2 que expulsan.
- …
Como puedes ver existen sensores para cada necesidad que tenemos de conocer nuestro entorno. Tenemos en nuestra mano miles de ellos que se combinan para mejorar nuestro bienestar. Te animo a que sigas profundizando en ellos, estoy seguro que descubrirás alguno que tienes muy cerca y no eras consciente de ello.
5.2. Conexión de dispositivo a dispositivo.
Imagina que tu smartphone le dice a tu lámpara que se encienda, o que tu reloj le envía un mensaje a tu teléfono mostrando cuántos pasos has dado hoy. Esto es posible gracias a los protocolos –idiomas– que utilizan para entenderse.
5.2.1. Protocolos de comunicación.
Los protocolos de comunicación son como los idiomas que los dispositivos utilizan para entenderse entre sí. Algunos de los más comunes son Bluetooth, Wi-Fi y Zigbee.
- Bluetooth: ideal para conectar dispositivos cercanos (gracias a su bajo consumo energético), como un reloj inteligente y un smartphone. Tiene dos grandes inconvenientes: alcance limitado y velocidad de transmisión más baja.
- Wi-Fi: permite la comunicación entre dispositivos en una red local, como varios ordenadores en una casa. Su alcance y velocidad es mayor y permite el acceso a Internet, pero consume más energía y requiere de infraestructura de red.
- Zigbee: usado en dispositivos de casa inteligente por su baja potencia (consume poco) y «red mesh» que ayuda a que los dispositivos se comuniquen entre sí incluso si están lejos unos de otros. El inconveniente es que su velocidad de transmisión es inferior al WiFi y requiere que participen dispositivos compatibles.
5.2.2. Emparejamiento.
El emparejamiento es el proceso de establecer una conexión entre dos dispositivos para que puedan comunicarse entre sí.
Por ejemplo, cuando conectas tus auriculares Bluetooth con tu smartphone, estás emparejando estos dispositivos.
Una vez emparejados, los dispositivos «recuerdan» la conexión para futuras interacciones, facilitando el uso y creando una experiencia fluida.
Este proceso es fundamental para garantizar que los dispositivos «se conozcan» y «hablen» en el mismo idioma tecnológico, permitiendo un intercambio seguro de información.
El emparejamiento, como hemos visto implica estos pasos:
- Descubrimiento: los dispositivos se descubren entre sí usando protocolos específicos.
- Autenticación: se verifica la identidad de los dispositivos mediante códigos o confirmaciones.
- Conexión: una vez autenticados, los dispositivos establecen una conexión.
- Comunicación: ahora pueden intercambiar datos de manera segura.
Ejemplo: cuando emparejamos una torre de sonido con nuestro móvil, primero, el móvil «descubre» el altavoz, luego solicita un código y una vez introducido los dispositivos se conectan. Desde ese momento ya puedes enviar audio a la torre desde el móvil.
5.2.3. Transferencia de datos.
La transferencia de datos es el intercambio de información entre dispositivos.
Por ejemplo, enviar una foto desde tu smartphone a tu tablet.
Los datos pueden ser transmitidos de diversas formas:
- Directamente: como cuando se envía una foto vía Bluetooth de un móvil a otro.
- A través de una red: como cuando varios dispositivos están conectados a una red Wi-Fi y comparten información.
- A través de Internet: como cuando envías un mensaje desde tu móvil y este viaja a través de Internet para llegar al móvil del destinatario.
Además, se trata de un proceso complejo que implica varios pasos:
- Codificación: los datos se codifican para su transmisión segura.
- Transmisión: los datos viajan entre dispositivos a través de protocolos como Wi-Fi o Bluetooth.
- Decodificación: los datos recibidos se decodifican para su uso.
- Procesamiento: los datos se manipulan según sea la necesidad en cada caso.
Cada paso es imprescindible para asegurar que los datos lleguen correctamente. Además, la velocidad y la seguridad son vitales para garantizar que la transferencia de datos sea útil.
Por ejemplo, veamos cómo funciona el sistema de navegación de un coche, siguiendo los pasos anteriores: (1) tu coche recibe datos del tráfico en un formato que viene codificado desde servidores, (2) los datos se transmiten a tu coche a través de una conexión de red móvil que viaja de antena en antena, (3) tu coche decodifica los datos para entender la información del tráfico, (4) el sistema de navegación procesa los datos para mostrarte la ruta más rápida evitando el tráfico congestionado.
5.3. Conexión BLE (Bluetooth Low Energy).
Bluetooth Low Energy (BLE) es una versión de ahorro de energía del Bluetooth, ideal para dispositivos que requieren baterías de larga duración. Esta tecnología permite la comunicación efectiva entre dispositivos cercanos, siendo perfecta para componentes que intercambian pequeñas cantidades de datos.
Estos son algunos de los dispositivos de nuestro día a día que utilizan BLE:
- Relojes inteligentes: para sincronizar datos con el móvil.
- Pulseras de actividad: para registrar y compartir datos de tu salud en tiempo real.
- Auriculares inalámbricos: para enviar audio desde el móvil.
- Localizadores de llaves: para conectarse con el móvil y ayudar a encontrar llaves.
- Monitores de ritmo cardíaco: para enviar datos al móvil o relojes deportivos y controlar los niveles de desempeño de tu corazón.
En el próximo curso, veremos con más detalle cómo funciona este protocolo de comunicaciones.
5.4. Aplicaciones software de IoT industrial.
En el ámbito industrial, la IoT ha supuesto toda una revolución, permitiendo una comunicación fluida entre máquinas y humanos. Las aplicaciones software específicas para IoT industrial se diseñan para resolver problemas únicos de este sector, como la necesidad de procesar grandes volúmenes de datos, asegurar una operatividad continua, y garantizar la seguridad en el ambiente de trabajo.
Estas aplicaciones se convierten en el nexo entre la tecnología y las operaciones industriales, permitiendo la monitorización en tiempo real, análisis avanzado y la automatización de procesos. Todo lo anterior supone una mejora significativa en la productividad.
En 1ºESO ya vimos 5 tipos de aplicaciones de propósito general, pero en esta ocasión nos centraremos en la lista de las aplicaciones industriales IoT más importantes:
- SCADA (Control Supervisado y Adquisición de Datos): monitorea y controla operaciones en plantas de energía en tiempo real.
- Predix: plataforma de la empresa General Electric para analizar datos de maquinaria y mejorar operaciones.
- ThingWorx: facilita el desarrollo de aplicaciones IoT industriales especialmente las dedicadas a la industria automotriz.
- Siemens MindSphere: ofrece análisis y conectividad para optimizar operaciones. Se utiliza en la industria aeroespacial para mantenimiento predictivo.
- Rockwell Automation: proporciona soluciones de automatización y análisis de datos en la industria alimentaria.
- Honeywell Forge: optimiza operaciones y mejora la eficiencia en la refinación de petróleo.
- ABB Ability: ofrece soluciones digitales para industrias. Muy usado en minería.
- SAP Leonardo: integra tecnologías IoT para innovar procesos, especialmente en logística.
- IBM Watson IoT: proporciona análisis avanzado de datos industriales, muy especialmente en salud.
- Oracle IoT: facilita la gestión y análisis de datos en la cadena de suministro de distintas industrias.