Uso del IoT para construir tú mismo un hogar digital
Perfilado de sección
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Conoce el enfoque educativo de este curso. Adéntrate en las tecnologías de Hogar Digital y de Internet of Things, identificando sinergias y conociendo su utilidad en este curso.
Tiempo estimado de realización: 1 hora
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Duración del vídeo: 1 minuto
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
En este módulo se introducen tecnologías o estrategias educativas importantes para abordar con éxito los contenidos que se presentan en el resto de los módulos.
Estas aproximaciones son:- El internet de las cosas.
- El hogar digital, presentando también en detalle el modelo general de hogar digital, haciendo hincapié en la arquitectura que lo conforma.
- El paradigma educativo "hazlo tú mismo" o "Do It Yourself" (DIY)
Para finalizar los contenidos de este módulo se presenta el proyecto final que se va a llevar a cabo en este curso conforme se progrese por los módulos que lo conforman.
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Duración del vídeo: 4 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Comenzamos presentando el concepto de Internet de las Cosas (IoT), que será de utilidad en las soluciones que se aborden durante el curso.
Esta es una actividad teórica donde se explicarán todos estos conceptos. -
Duración del vídeo: 11 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
En esta actividad se muestra cómo se ha ido enfocando el concepto de hogar digital en el mundo académico, a continuación se aúnan los diferentes enfoques presentados para proporcionar nuestra propia definición.
Esta es una actividad teórica donde se presentarán estos contenidos. -
Duración del vídeo: 6 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutosEn este momento se presenta la arquitectura general del Hogar Digital, que estará formada por:
- Sistemas de interacción
- Sistemas de comunicaciones y
- La inteligencia del hogar
Esta actividad teórica es de importancia para afrontar con éxitos los siguientes módulos. -
Duración del vídeo: 5 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Se presentará el concepto de DIY y por qué es interesante -
Duración del vídeo: 6 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutosPresentación del proyecto que se irá desarrollando durante el curso.
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Adéntrate en el entorno de programación Arduino, de una forma amigable y muy práctica. Con estos conocimientos podrás realizar con éxito la parte práctica de los módulos de este curso.
Tiempo estimado de realización: 4 horas
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Duración del vídeo: 1 minuto
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Este módulo comienza presentando una introducción general al entorno de prototipado empleando Arduino, puesto que va a ser el entorno que se va a emplear para realizar la mayor parte de las soluciones que se abordan en este curso. A continuación, se presenta una justificación que nos permite saber qué características deberá tener el microcontrolador que empleemos para construir los dispositivos IoT. En la parte central del módulo se presentarán una serie de principios generales a tener en cuenta para programar empleando el IDE de Arduino. El módulo finaliza con una actividad que explicará como comunicar los dispositivos con el hogar empleando la red WiFi de la casa.
En este módulo deberás disponer de una placa de desarrollo Wemos D1 Mini o equivalente. Además necesitarás un cable USB que permitirá conectar la placa al ordenador. Consulta la página Material para el curso que informa con más detalle acerca de esta placa de desarrollo y como conseguirla.
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Duración del vídeo: 8 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
En esta actividad se indica el entorno que se va a usar para realizar la mayor parte de los dispositivos que se construirán en este curso. Es la primera toma de contacto con los diversos componentes de utilidad para trabajar con este entorno.
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Duración del vídeo: 6 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
En esta actividad se explica qué es y como usar Arduino IDE, que va a ser el entorno de programación que se va a emplear en el curso para llevar a cabo la programación de los distintos dispositivos que se proponen como actividades a realizar en el curso.
Importante: puesto que en este curso se va a usar una placa de desarrollo con microcontrolador ESP8266 ( la Wemos D1 mini o equivalente), en vez de una placa original de Arduino, no podrás usar el IDE de Arduino con esta placa si antes no realizas ciertos pasos que se cuentan en la actividad 2.3, como son instalar un driver, añadir nuevas tarjetas y seleccionar la tarjeta Wemos D1 mini. Por este motivo, una vez que acabes de ver el vídeo de esta actividad, pasa a la actividad 2.3, realiza lo que te explica para usar la placa Wemos D1 mini (además del vídeo hay un anexo que guía paso a paso que es lo que hay que hacer), y con el IDE de Arduino configurado, vuelve a ver este vídeo para practicar con los ejemplos que se cuentan en el mismo.
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Duración del vídeo: 7 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 30 minutos
Aquí se presenta de forma justificada qué consideraciones son las que se tendrán en cuenta para elegir la placa de desarrollo del microcontrolador con el que se va a trabajar en este curso.
En esta actividad también se explica la configuración que debe realizarse, en el IDE de Arduino, para poder trabajar con una placa Wemos D1 Mini o equivalente.
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Duración del vídeo: 15 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
En esta actividad se realiza un programa, usando el IDE de Arduino, para conectar el microcontrolador a la red WiFi de la casa.
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Entiende el funcionamiento de algunos de los protocolos de comunicación más usuales en IoT, y como se pueden utilizar con una placa de desarrollo con el microcontrolador ESP8266.
Tiempo estimado de realización: 14 horas
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Duración del vídeo: 1 minuto
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Este módulo comienza presentando las características que deben tener los sensores y actuadores que empleemos para construir nuestros dispositivos en el marco del hogar digital. A continuación, se introducen los principales protocolos de comunicación que se van a emplear en la construcción de soluciones IoT en entornos domésticos, que son el protocolo HTTP y el protocolo MQTT. Para cada uno de ellos vamos a realizar diversos ejemplos que permiten entender cómo funcionan con estos protocolos para enviar y recibir mensajes desde o hacia el microcontrolador con el que estamos trabajando.
Para poder realizar esta actividad necesitas disponer del siguiente material:
- La placa de desarrollo Wemos D1 Mini o equivalente.
- Una máquina virtual linux con un servidor web y un bróker MQTT. En la actividad 3.2.2.1 se da el enlace de descarga.
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Duración del vídeo: 4 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
En esta actividad se van a ver las características que deberían tener los sensores y actuadores que se utilicen para construir los dispositivos de un hogar digital.
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Duración del vídeo: 7 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Se introducen las tecnologías de comunicación entre dispositivos cableadas e inalámbricas, centrándonos en estas últimas, y los protocolos de comunicación HTTP y MQTT que son los que se emplean en la construcción de dispositivos IoT en entornos domésticos.
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Duración del vídeo: 35 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horasEn esta actividad se aprenderán los fundamentos teóricos necesarios para poder configurar el entorno de desarrollo y ejecución que se usará en este curso para poder llevar a cabo las actividades de los módulos 3 y 4.
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Duración del vídeo: 2 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Esta es una actividad introductoria para presentar lo que se va a hacer en las siguientes 3 actividades que usarán el protocolo HTTP para comunicar la placa de desarrollo con una máquina virtual linux.
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Duración del vídeo: 4 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
En esta actividad se explica como arrancar la Máquina Virtual usando el programa VMWare, como ejecutar el servidor web que tiene instalado y como probar la conexión a ese servidor web desde un navegador.
Antes de ver el video es necesario:
1) leer el Anexo I,
2) visualizar el video, y
3) por último leer el segundo anexo para asegurarse que se tiene la Máquina Virtual configurada con el adaptador de red en modo Bridge.
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Duración del vídeo: 19 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horas
En esta actividad se va a crear un programa en la placa de desarrollo Wemos D1 mini que haga de cliente HTTP para enviar peticiones al servidor web de la máquina virtual. -
Duración del vídeo: 9 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horas
En esta actividad creareis en la placa un programa con un servidor web que le permita recibir peticiones HTTP desde un navegador web -
Duración del vídeo: 22 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 30 minutos
En esta actividad se profundiza en los conceptos sobre la comunicación MQTT y se realizan pruebas de comunicación desde un cliente MQTT con el bróker instalado en la máquina virtual .
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Duración del vídeo: 20 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horasEn esta actividad se realizará un programa para la placa de desarrollo que enviará mensajes MQTT al bróker de la máquina virtual.
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Duración del vídeo: 12 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horasEn esta actividad se realizará un programa para la placa de desarrollo que recibirá mensajes MQTT del bróker de la máquina virtual.
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Aprende los fundamentos hardware y software para la creación de sensores y actuadores usando placas de desarrollo con el microcontrolador ESP8266.
Tiempo estimado de realización: 11 horas
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Duración del vídeo: 1 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Esta es una actividad introductoria del módulo 4, en el que aprenderás a construir dispositivos sensores y actuadores.
Para poder realizar las actividades del módulo necesitas disponer de al menos el siguiente material:
- Una placa de desarrollo Wemos D1 Mini o equivalente
- Una placa de montaje
- Un relé Wemos D1 Mini o equivalente
- Un sensor DHT11
Con este material mínimo podrías realizar las actividades, pero verás que en ellas se te propone que construyas otros dispositivos, por lo que para hacerlo, necesitarás también resistencias, pulsadores y más relés, teniendo cada dispositivo su propia placa de desarrollo y de montaje.
Consulta la página Material para el curso que te informa con más detalle del material que necesitas para construir cada tipo de dispositivo.
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Duración del vídeo: 24 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2,5 horasEn esta actividad se mostrarán los fundamentos necesarios para diseñar el hardware de un actuador de enchufe.
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Duración del vídeo: 24 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2,5 horasEn esta actividad se mostrarán los fundamentos necesarios para diseñar el software de un actuador de enchufe.
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Duración del vídeo: 3 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 30 minutosEn esta actividad se mostrarán los fundamentos necesarios para diseñar el hardware de un sensor de temperatura y humedad.
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Duración del vídeo: 12 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horasEn esta actividad se mostrarán los fundamentos necesarios para diseñar el software de un sensor de temperatura y humedad.
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Duración del en total: 16 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horas
Un firmware es un software que maneja físicamente al hardware. Por ello, en este apartado analizaremos cuales son las ventajas y desventajas de utilizar un firmware de una marca en específico y de firmwares DIY.
Vamos a conocer cómo utilizar Tasmota y como cambiar el firmware de un dispositivo que utiliza como placa base al dispositivo ESP8266.
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Aprende como diseñar y construir carcasas donde meter los componentes de los dispositivos que has creado para tu hogar digital mediante la utilización del modelado e impresión 3D.
Tiempo estimado de realización: 8 horas
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Duración del vídeo: 1 minuto
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
En este módulo aprenderás a diseñar e imprimir en 3D las carcasas en la que podrás meter los dispositivos que construyas para el hogar digital. Para ello se va a modelar en 3D cada componente que forma el dispositivo con el fin de poder diseñar una carcasa en la que quepan los componentes. Se usará como ejemplo de dispositivo el actuador de enchufe que hiciste en el módulo 4.
Para que el actuador de enchufe sea funcional, habrá que añadirle una fuente de alimentación de 5V, un enchufe macho y un conector hembra.
Para poder imprimir la carcasa que diseñarás en este módulo necesitas disponer de una impresora 3D. Si no dispones de ella podrás usar los ficheros .stl que aprenderás a generar y que tienen la información del objeto para que lo puedas ordenar imprimir.
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Duración del vídeo: 4 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Vamos a adentrarnos en lo que es imprimir en 3D. Conoceremos su origen, los campos en donde se aplica la impresión 3D y los hitos más importantes que ha presentado en los últimos años y las futuras aplicaciones que la impresión tendrá en el desarrollo de nuestra sociedad. -
Duración del vídeo: 3 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 30 minutosVamos a conocer los softwares que nos permite diseñar, simular y emular un mecanismo en 3D. También vamos a descargar e instalar paso a paso el software que recomiendo usar.
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Duración del vídeo: 10 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 120 minutosVamos a replicar un diseño 3D de una carcasa para un circuito electrónico con el fin de conocer los comandos más importantes de nuestro programa de diseño 3D.
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Duración del vídeo: 10 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 120 minutosUna vez conocemos los comandos más importantes para diseñar una carcasa en 3D, es importante poder digitalizar el hardware que vamos a utilizar para crear nuestro dispositivo del hogar digital. Una vez digitalicemos nuestro hardware podremos considerar la distribución de estos elementos de manera que uniforme y más conveniente, antes de diseñar la carcasa.
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Duración del vídeo: 9 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 90 minutosUna vez tenemos nuestro hardware digitalizado, podemos diseñar ahora nuestra carcasa, volviéndola eficiente en términos de que no desperdiciaremos espacio ya que nuestro diseño será lo más compacto posible.
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Duración del vídeo: 9 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 30 minutos, más el tiempo que tarde en imprimirse el objeto 3D.Vamos a conocer los tipos de impresoras que existen y cómo estas funcionan. También instalaremos el software de la impresora Ultimaker para configurar las características de nuestras piezas 3D. Pero primero vamos a conocer los tipos de extensiones que debemos usar en nuestros archivos de diseño y cómo llevarlos a la impresora 3D para imprimirlos.
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Instala y configura el centro de control del hogar, usando el programa openHAB, para poder integrar los dispositivos IoT construidos en este curso.
Tiempo estimado de realización: 23 horas
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Duración del vídeo: 5 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
En este último módulo del curso aprenderás a instalar y configurar un centro de control, usando el programa openHAB, para poder integrar los dispositivos IoT que has construido en este curso.
Para poderlo realizar con aprovechamiento necesitas disponer del siguiente material:
- Una Raspberry Pi
- Una placa de montaje donde hayas construido un multiactuador compuesto por un actuador de enchufe, uno de interruptor y uno de persiana. El programa que se ejecute en el microcontrolador debe usar el protocolo HTTP para recibir las órdenes. Este dispositivo lo usarás en la actividad 6.6
- Una placa de montaje donde hayas construido el multisensor que se te propuso usando el sensor de temperatura DHT11 y que usaba protocolo MQTT para enviar las medidas. Este dispositivo lo usarás en la actividad 6.7
- Una placa de montaje donde hayas construido un multiactuador compuesto por un actuador de enchufe y uno de interruptor. El programa que se ejecute en el microcontrolador debe usar el protocolo MQTT. Este dispositivo lo usarás en la actividad 6.7
Adicionalmente puedes adquirir sensores y actuadores comerciales para sacar más partido a tu instalación. Según vaya avanzando el módulo se ejemplificará con un hogar que tiene varias habitaciones y en el que, además de los dos multiactuadores y el multisensor que has construido, disponga de otros actuadores y sensores. No es imprescindible disponer de ellos para realizar esas actividades, pero si los tienes, harás que el hogar digital sea más real.
Puedes adquirir cualquier dispositivo IoT del mercado siempre y cuando sea uno de los que funcionan con openHAB. Busca en la página de complementos de openHAB los dispositivos que actualmente reconoce. Asegúrate que es un dispositivo que funciona con WiFi, pues hay muchos fabricantes que usan otros protocolos como Z-Wave o ZigBee y en este caso necesitarías adquirir un dispositivo adicional que conectar a la Raspberry para que pueda usar esos protocolos.
También sería interesante que tuvieras un altavoz inteligente (Google Home, Alexa, HomePod, ...) para sacarle más partido a la actividad 6.12, si bien puedes realizar esta actividad usando el asistente virtual que tienen los teléfonos Android o iOS
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Duración del vídeo: 8 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 30 minutos
En el módulo 6 se usará una Raspberry Pi donde instalar el software que servirá de centro de control del hogar. En esta actividad aprenderás a instalar y configurar el sistema operativo Raspberry Pi OS sobre una Raspberry Pi y como acceder a ella de manera remota desde un ordenador que se encuentre en la misma WiFi de la casa.
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Duración del vídeo: 16 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Esta será la primera actividad en la que se justificará la necesidad de disponer de un programa informático que permita controlar todos los dispositivos inteligentes del hogar. El programa que se va a usar en este curso es openHAB, un software open source desarrollado por multitud de programadores de todo el mundo y con una gran comunidad de usuarios. Gracias a este programa el hogar dispondrá de un centro de control en el que se pueden integrar, tanto los dispositivos sensores y actuadores que se han desarrollado en los módulos anteriores, como dispositivos comerciales de multitud de fabricantes.
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Duración del vídeo: 21 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
Partiendo de que se dispone de una Raspberry Pi con el sistema operativo Raspberry Pi OS instalado, en esta actividad se instalará openHAB y se realizarán los ajustes básicos para tener listo este programa y su entorno para las siguientes actividades.
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Duración del vídeo: 36 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Esta es una actividad puramente demostrativa del potencial que tiene openHAB y servirá como toma de contacto y acercamiento a lo que se verá en las siguientes actividades.
Para realizar esta actividad se parte de un hogar que tiene instalados un conjunto de sensores y actuadores comerciales de un solo fabricante. A partir de la instalación del complemento que le permite a openHAB comunicarse con los dispositivos de ese fabricante, se verá cómo se descubren estos para poder integrarlos en openHAB y finalmente como es la interfaz que permite al usuario interactuar con ellos.
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Duración del vídeo: 14 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 0 minutos
Para poder trabajar adecuadamente con openHAB hay que entender lo que significa binding, thing, canal e ítem, que son los componentes claves de openHAB. También es necesario conocer que es el modelo semántico.
Esta es una actividad teórica donde se explicarán todos estos conceptos.
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Duración del vídeo: 39 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 2 horas
Los actuadores que se te propuso que realizaras en este curso, que usaban el protocolo HTTP, se van a integrar en openHAB. En esta actividad se parte que has realizado los siguientes actuadores:
- Un actuador de enchufe
- Un actuador de interruptor (actuador que tiene conectado un interruptor físico con el que se le puede dar las órdenes de activar o desactivar su relé)
- Un actuador de persiana
Si estos tres actuadores están montados en la misma placa, es decir, usando el mismo microcontrolador y por tanto el mismo programa, lo que tienes es un multiactuador. Este dispositivo es el que va a usarse en la actividad.
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Duración del vídeo: 30 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 3 horas
En esta actividad integrarás en openHAB los sensores y actuadores que se te propuso que realizaras en el curso que usaban el protocolo MQTT.
En esta actividad se parte que has realizado un sensor que mide la temperatura, la humedad y la sensación térmica. Como son tres sensores en uno, se denominará multisensor MQTT.
También se integrará en openHAB un multiactuador MQTT compuesto por un actuador de enchufe y un actuador de interruptor. En el módulo 4 no realizaste actuadores MQTT, pero puesto que sabes hacer sensores MQTT y actuadores HTTP, no deberías tener dificultad para fabricar un actuador MQTT. Y es que te resultará muy útil disponer de un actuador MQTT para aprender a integrarlo en openHAB ya que muchos actuadores comerciales usan este protocolo de comunicación.
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Duración del vídeo: 47 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 3 horas
Además de poder integrar dispositivos en openHAB para que el usuario pueda interactuar con ellos desde un único lugar, lo que realmente le da potencia a un sistema de control es la posibilidad de que el usuario pueda hacer programas para realizar automatizaciones complejas y por tanto dotar así al sistema de cierto grado de inteligencia.
En esta actividad aprenderás a realizar estos programas, que en openHAB se llaman reglas. Empezarás viendo cómo hacer reglas básicas en la que no hay que escribir programas, para continuar viendo las distintas posibilidades que tiene openHAB de realizar reglas mediante programas.
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Duración del vídeo: 11 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
Para poder acceder al sistema openHAB que está instalado en la Raspberry Pi de tu casa, cuando no estas en la wifi de la casa, es necesario haber configurado previamente el servicio myopenhab. Esto es lo que aprenderás en esta actividad, y que te permitirá, por tanto, poder interactuar con los dispositivos inteligentes de tu hogar desde cualquier parte del mundo siempre que tengas internet.
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Duración del vídeo: 22 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
En esta actividad se comentará que existen dos interfaces adicionales a la interfaz web que has usado hasta ahora para trabajar con openHAB: HABPanel y Basic UI.
La actividad se centra fundamentalmente en Basic UI, que es una interfaz sencilla y ligera, adecuada por ejemplo para usarla en dispositivos como el teléfono
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Duración del vídeo: 11 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
Aunque es posible usar el navegador web del teléfono para abrir la interfaz principal de openHAB, y por tanto poder interactuar con todos los dispositivos del hogar, openHAB proporciona una aplicación específica para el teléfono, disponible tanto para Android como para iOS.
Esta aplicación facilita poder acceder a la instalación de openHAB esté o no el teléfono conectado a la wifi de la casa. Además tiene una serie de funcionalidades adicionales muy interesantes que se verán en la actividad.
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Duración del vídeo: 23 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 1 hora
Los altavoces inteligentes son el medio más cómodo hoy en día para poder interactuar con los dispositivos inteligentes del hogar. Por ello openHAB permite que, si tenemos un altavoz inteligente (Google home, Alexa, HomePod, ...) se le puedan dar las órdenes y estas lleguen hasta nuestra instalación de openHAB
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Duración del vídeo: 47 minutos
Estimación adicional de dedicación a la actividad: 3 horas
Esta última actividad del módulo se dedicará a mostrar como configurar la interfaz principal de openHAB para mejorar la presentación del hogar.
Aprenderás a cambiar el tema por defecto (poner el modo oscuro), personalizar las pestañas de la página principal, crear contenido en la pestaña "vista General", crear Widgets para mejorar la representación de los distintos elementos, crear una página que represente el plano de la casa, hacer páginas de gráficos, crear nuevas páginas, etc.
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Conoce aquí a las personas responsables de la elaboración de los materiales del curso y el departamento de la UPM al que pertenecen.
