SmartPot-IoT

Estado del Proyecto

Descripción

SmartPot-IoT es el firmware del dispositivo de un cultivo real: MicroPython 1.24.1 sobre un ESP32 (funciona desde 1.22), simulado en Wokwi o grabado en una placa física. Lee los sensores, muestra los valores en una pantalla LCD, publica la telemetría por MQTT sobre TLS y ejecuta los comandos que llegan desde SmartPot, confirmando cada uno. Si se cae la red, sigue midiendo, mostrando y apagando a tiempo lo que esté encendido.

Con placa o en Wokwi, el cultivo es real para SmartPot: sus lecturas vienen de este firmware y entrenan el aprendizaje continuo. ¿Sin hardware ni Wokwi abierto? Crea en la PWA un cultivo virtual: lo simula SmartPot-DataGenerator con el mismo contrato, y no se puede convertir en real después.

flowchart LR
  sensores["DHT22 · luz · pH<br/>TDS · sustrato"] --> esp["ESP32<br/>MicroPython"]
  esp --> lcd["LCD 20x4<br/>lecturas y conexión"]
  esp -->|"telemetry · status · ack"| broker["mqtt.smartpot.app:8883<br/>TLS"]
  broker -->|"commands"| esp
  esp --> act["Bomba · Luz ultravioleta · Ventilador"]

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Circuito

Componente	Pin ESP32	Escala enviada
DHT22 (temperatura y humedad del aire)	GPIO 15	°C y %
Sensor de luz (potenciómetro en Wokwi)	GPIO 34	0–2000 lux
Sensor de pH	GPIO 35	0–14
Sensor de TDS	GPIO 32	0–3000 ppm
Humedad del sustrato	GPIO 33	0–100 %
Bomba de agua (LED azul)	GPIO 19	WATER_PUMP
Luz ultravioleta (LED morado)	GPIO 18	UV_LIGHT
Ventilador (LED naranja)	GPIO 5	FAN
LCD 20x4 I2C	SCL 16 · SDA 17	—

Estructura del Proyecto

SmartPot-IoT/
├── fs/                      # Sistema de archivos del ESP32
│   ├── main.py              # Arranque: bienvenida, WiFi, hora y el ciclo del dispositivo
│   ├── device.py            # Ciclo: mide y apaga a tiempo siempre; publica y obedece con conexión
│   ├── smartpot_client.py   # Contrato MQTT v1 y TLS verificado con la CA de config.py
│   ├── sensors.py           # Sensores analógicos y DHT22
│   ├── actuators.py         # Actuadores con apagado automático por duración
│   ├── display.py           # Pantalla LCD: lecturas, actuadores y estado de la conexión
│   ├── utils.py             # Hora por NTP y tabla por consola con la hora de cada lectura
│   ├── config.example.py    # Plantilla de config.py (no se versiona) con la CA del broker en texto
│   └── i2c_lcd.py, lcd_api.py
├── tests/                   # Pruebas con CPython y módulos de MicroPython simulados
├── diagram.json             # Circuito de Wokwi con MicroPython 1.24.1
├── wokwi.toml               # Simulación local con ESP32_GENERIC-20241129-v1.24.1.bin
├── start.py                 # Ejecuta el firmware en la simulación local con mpremote
└── pyproject.toml / uv.lock # Herramientas de desarrollo (mpremote, pytest, ruff)

Contrato MQTT

El dispositivo se conecta a mqtt.smartpot.app:8883 con TLS (1.2 o superior), verifica el certificado del broker con la CA pública de SmartPot y se autentica con usuario = id del cultivo y la clave del dispositivo. El client id es smartpot-<cropId> (el broker rechaza ids vacíos).

Tópico	Sentido	Ejemplo
smartpot/v1/{cropId}/telemetry	Publica cada 30 s	{"temperature":23.5,"humidity":61,"brightness":820,"ph":6.12,"tds":790,"soilMoisture":64.2}
smartpot/v1/{cropId}/commands	Recibe (QoS 1)	{"id":"…","actuator":"WATER_PUMP","action":"ACTIVATE","durationSeconds":15}
smartpot/v1/{cropId}/commands/ack	Publica (QoS 1)	{"id":"…","status":"EXECUTED","message":"Bomba de agua encendida por 15 s"}
smartpot/v1/{cropId}/status	Retenido y última voluntad	online / offline

Con durationSeconds el actuador se apaga solo al cumplirse el tiempo; sin él queda encendido hasta recibir DEACTIVATE.

La CA del broker en config.py

Wokwi no admite archivos .crt, así que la CA pública viaja como texto en config.py (BROKER["CA_CRT"]), el único archivo propio de cada dispositivo. El firmware:

• la convierte a DER, que mbedtls lee en cualquier compilación de MicroPython;
• se la entrega a umqtt.simple como lo pide cada versión: ssl_params con cadata en MicroPython 1.22 y un SSLContext desde 1.23 (el umqtt.simple de 1.22 ignora el SSLContext y cifra sin verificar);
• verifica el certificado y el nombre del broker, y antes sincroniza la hora por NTP, porque el ESP32 comprueba las fechas del certificado;
• sin una CA válida no se conecta: nunca entrega la clave a un broker sin verificar.

Sin conexión

El ciclo corre cada medio segundo con o sin red: apaga a tiempo los actuadores, lee los sensores cada interval_seconds y los muestra en la LCD y en la consola, con la hora de la lectura. Con el broker conectado, además publica la telemetría y atiende los comandos. Si la conexión se cae, reintenta el broker cada 10 s y el WiFi cada 30 s; la esquina de la pantalla muestra una antena en línea y una equis sin conexión.

Guía de Instalación

1. Crear el cultivo en SmartPot

En smartpot.app crea un cultivo real y elige su forma (maceta, tubos NFT, torre o balsa). La aplicación muestra una sola vez la clave del dispositivo junto con la guía de conexión (ESP32 físico o Wokwi) y el config.py listo, con la red WiFi y el id del cultivo; si pierdes la clave, genera una nueva desde la pestaña Dispositivo.

2. Configurar el firmware

cp fs/config.example.py fs/config.py

Pega el config.py de la guía o completa a mano WIFI, crop_id y device_key; el bloque BROKER ya trae la CA del broker. config.py está en .gitignore: nunca subas la clave al repositorio ni la dejes visible en un proyecto público de Wokwi.

3a. Simulación en el navegador

Abre el proyecto de Wokwi, reemplaza sus archivos por los de fs/ (con tu config.py, que ya trae la CA) y por el diagram.json, que usa MicroPython 1.24.1, y ejecuta. La red Wokwi-GUEST tiene salida a Internet. Si tu copia sigue en MicroPython 1.22, el firmware también funciona y verifica el broker.

3b. Simulación local (VS Code o wokwi-cli)

uv sync
# inicia la simulación de Wokwi en VS Code (usa wokwi.toml) y luego:
uv run python start.py

start.py monta la carpeta fs en el ESP32 simulado con mpremote y ejecuta main.py.

Pruebas

uv run ruff check .
uv run pytest

Prueban el contrato MQTT, el manejo de comandos y ACK, el apagado por tiempo de los actuadores (también sin conexión), el ciclo sin red con sus reintentos, la escala de los sensores, la pantalla, la tabla con la hora y la verificación del broker con la CA en DER, tanto con el umqtt.simple de MicroPython 1.22 como con el de 1.23 en adelante. Además, el firmware se probó en MicroPython 1.22.0 y 1.24.1 reales contra un Mosquitto con TLS: conecta y obedece con la CA correcta, y rechaza una CA ajena, un nombre fuera del certificado y una clave equivocada.

Documentación

El firmware solo habla MQTT con el broker; todo lo demás lo decide la plataforma. Su documentación propia está en docs/ (también en DOCX y PDF), con sus diagramas en docs/diagrams: el general del firmware y su circuito, el ciclo principal con y sin conexión y la atención de una orden. También explica qué se rescató de la versión anterior que corría en Wokwi. La documentación técnica detalla el contrato MQTT, la conexión con TLS y el circuito. Los diagramas generales muestran la plataforma completa en una sola imagen ampliable:

• Operación completa: la conexión del dispositivo, cada lectura, los comandos con su ACK y la desconexión
• Máquinas de estado: los estados del dispositivo y su cuenta MQTT, y los de un comando
• Arquitectura completa: dónde encaja el dispositivo dentro de la plataforma

Licencia

Este proyecto está bajo la licencia MIT.