Rompe una red de sensores inalámbricos y encuentra el fallo

Empieza por una pregunta: ¿callan todos los nodos a la vez? Si es así, mira la pasarela, su alimentación o su enlace de salida. Si calla un solo nodo, mira ese nodo o su camino de radio. La pasarela mide la intensidad de la señal (RSSI) y la hora de cada paquete. Cada nodo envía un contador de paquetes y la tensión de su pila. Estos valores dan a cada fallo su propia marca:

• Enlace de salida de la pasarela perdido. El servidor no recibe datos de la pasarela, pero la pasarela sigue recibiendo los nodos y guarda las lecturas. Cuando vuelve el enlace, los datos llegan con sus marcas de tiempo.
• Pasarela sin alimentación. Todos los contadores muestran el mismo salto cuando la pasarela arranca de nuevo. Las lecturas enviadas en ese tiempo se pierden.
• Enlace débil. El RSSI de un nodo baja y su contador muestra saltos.
• Reinicio del nodo. El contador de un nodo vuelve a 1. Una vez es un evento. Si se repite, revisa la pila o la alimentación.
• Pila baja. La tensión de un nodo baja. Cerca del final, el nodo se reinicia al enviar y después se queda mudo.

Ejecuta el escenario Corte de alimentación de la pasarela y compáralo con La pila se agota.

El punto de rocío es la temperatura a la que se condensa el agua del aire. El simulador lo calcula a partir de la temperatura y la humedad relativa (HR) con la fórmula de Magnus, y lo muestra para cada nodo. Cuando el aire se enfría por la noche, la HR sube y la diferencia entre la temperatura del aire y el punto de rocío se reduce. Toda superficie más fría que el punto de rocío se moja: paredes, techos, metal y mercancía.

Por eso un límite solo de HR no basta. Este simulador también avisa cuando el punto de rocío de un nodo de aire queda a menos de 2 °C de su temperatura durante 3 lecturas. En un emplazamiento real, compara el punto de rocío con la temperatura de la superficie más fría, por ejemplo una cubierta o una pared de acero.

En un almacén, parte de la subida nocturna también viene del aire exterior que entra por puertas y rejillas con más agua. Ejecuta Un día y una noche en el invernadero y mira el punto de rocío a las 03:00.

Cada nodo con pilas tiene un sensor de temperatura y humedad y una radio de bajo consumo. Se despierta, lee el sensor, envía un paquete pequeño y vuelve a dormir. Una pasarela GateBerry FLEX recibe los paquetes. El receptor de radio puede ser una placa en uno de sus cuatro puertos USB, como en el caso del almacén, o la placa de expansión LoRa con tu propio protocolo LoRa. Para sensores LoRaWAN, usa una pasarela LoRaWAN y lee sus datos por MQTT.

En la pasarela, un programa en Node-RED o en Python comprueba cada paquete: contador, RSSI, pila y límites. Escribe los datos en el almacenamiento local y los envía con MQTT a un broker, por Ethernet o por la placa de expansión 4G. Una base de datos guarda los datos y un panel los muestra. La GateBerry FLEX admite una placa de expansión: si la usas para LoRa, envía los datos por Ethernet o con un módem USB; si la usas para 4G, pon el receptor de radio en USB.

La pasarela tiene un reloj en tiempo real con pila, así que cada lectura conserva una marca de tiempo correcta. Su SAI con supercondensadores apaga Linux de forma segura cuando falla la alimentación.

Los nodos, la pasarela y las reglas son los mismos. Lo que cambia es el camino de la radio, el lugar de cada punto y los límites.

• Almacén. Una nave grande con estanterías y muelles de carga. Las estanterías metálicas y la mercancía cambian el camino de la radio cuando se mueve el stock. Los puntos cerca de los muelles cambian primero.
• Invernadero. Humedad alta por la noche y condensación en el cultivo y en la cubierta. Coloca los sensores a la altura del cultivo, dentro de una protección contra el sol directo.
• Almacén de grano o silo. Los cables de temperatura cuelgan en el grano y encuentran un punto que se calienta mientras los demás siguen estables. El nodo de radio está en lo alto del silo y los lee: el grano y las paredes de acero debilitan mucho las señales de radio.
• Acopio al aire libre. Las sondas entran en el acopio con un cable. El nodo de radio queda en la superficie o en una estaca. El interior del acopio cambia despacio y la superficie sigue el aire de la noche y la helada. La pasarela está en el borde, con 4G para los datos.

Los límites del almacén en este simulador vienen del caso. Los límites de los demás emplazamientos son ejemplos, no recomendaciones. En el almacén de grano y en el acopio, los límites se aplican a las sondas en el producto, y los nodos de aire solo avisan de condensación. Fija los tuyos según tu producto, tu proceso y las normas de tu país.

• Temperatura y humedad en un almacén: 11 nodos de radio con pilas leen la temperatura y la humedad cada minuto en una nave de 450 x 250 m. Una pasarela Raspberry Pi envía los datos con MQTT por LTE a un servidor en la nube. El caso explica las tramas de radio, el mapa de la nave y las comprobaciones de los enlaces. Este simulador añade los fallos de la pasarela (enlace 4G y alimentación), las reglas de alarma con retardo e histéresis, el punto de rocío y tres emplazamientos más. Lee el caso de estudio

Lo que ves en este simulador es un patrón general. Las distribuciones, los valores de radio y los umbrales son ejemplos, no el diseño de un emplazamiento real.

1. Cada cuánto informa cada nodo

Cada lectura cuesta energía. En el caso del almacén cada nodo se despierta cada 60 s, y se espera que dos pilas AA duren más de un año. Un intervalo más largo da más vida a la pila, pero la pasarela necesita más tiempo para detectar un nodo mudo.

2. Un contador en cada paquete

Un contador que solo sube cuesta unos pocos bytes y te dice tres cosas. Un salto significa paquetes perdidos, el mismo número significa un duplicado y un contador que vuelve a 1 significa un reinicio. Sin él, solo ves que un valor es antiguo.

3. ¿Cuándo está mudo un nodo?

Este simulador da la alarma tras 3 minutos sin paquetes, es decir, 3 lecturas perdidas. No des la alarma por una sola lectura perdida: perder un paquete de vez en cuando es normal en radio.

4. Un retardo y una histéresis en cada límite

La alarma llega cuando un valor se queda fuera del límite durante 3 lecturas seguidas. Solo se borra cuando el valor vuelve 0,5 °C o 2 % de HR dentro del límite. Así, un valor que oscila alrededor de un límite no activa y borra la alarma cada minuto.

5. Compara cada punto con los demás

Un límite detecta una nave demasiado caliente. Un punto caliente en el grano, o un calefactor cerca de un punto, se ve antes como una diferencia con los demás puntos. Aquí la regla es: más de 3 °C de diferencia con la mediana de los puntos del mismo grupo durante 10 minutos. Cuando un punto ya está cerca de su límite, el límite puede llegar antes. La comparación es lo que encuentra un punto caliente que sigue dentro de los límites.

6. Conserva los datos cuando falla el enlace de salida

La pasarela escribe primero cada lectura en su almacenamiento y después la envía con MQTT. Cuando vuelve el enlace 4G, envía el búfer con las marcas de tiempo originales. En el servidor, una alarma dice que la pasarela está desconectada, en lugar de una alarma por cada nodo.

7. Distingue un fallo de la pasarela de un fallo de un nodo

Cuando todos los nodos se paran a la vez y sus contadores muestran el mismo salto, la causa es la pasarela o su alimentación, no los nodos. Las reglas retienen las alarmas de los nodos mientras la pasarela está desconectada.

8. Avisa pronto de la pila

Con pilas AA de litio la tensión se mantiene casi plana y cae deprisa al final. Las alcalinas bajan despacio durante toda su vida. En los dos casos la tensión baja en cada transmisión de radio, así que un nodo cerca del final puede reiniciarse al enviar. En emplazamientos fríos, usa pilas de litio. Este simulador avisa a 2,4 V para dos pilas AA, un valor de ejemplo. Consulta la tensión mínima de alimentación de tu radio y de tu sensor en sus hojas de datos.

Para accionar ventiladores, calefactores o ventanas con los mismos valores, añade un PLC junto al equipo: la GateBerry FLEX es la pasarela y el PLC acciona las salidas. Mira el simulador de clima de invernadero.

Especificaciones completas: GateBerry FLEX · Hoja de datos de GateBerry.

Estos ejemplos cubren partes de este patrón. Algunos usan un ESP32 PLC o un Raspberry PLC: la lógica es la misma.

• Broker MQTT Mosquitto central para una flota de equipos
• Concentrador MQTT con Node-RED
• Registro de datos MQTT con tarjeta SD que funciona sin conexión
• Puente de MQTT a SQL Server en Python
• Empaquetado de bits en paquetes de radio pequeños
• Tareas de FreeRTOS con un watchdog LoRaWAN
• Watchdog de hardware para equipos desatendidos
• Simulador de telemetría de instalaciones remotas: alarmas de instalaciones remotas en una red de agua

Más ejemplos: PLC Solution Library · todos los simuladores.