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Comenzando con el Módulo Wi-Fi HaLow para XIAO

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Introducción​

Este tutorial te guiará a través de la configuración y uso del Módulo Wi-Fi HaLow Wio-WM6180 con un XIAO ESP32S3 para construir un cliente Wi-Fi HaLow. Wi-Fi HaLow (IEEE 802.11ah) está diseñado para aplicaciones IoT de largo alcance y bajo consumo de energía, operando en la banda de frecuencia sub-1 GHz. Te guiaremos a través de la configuración del hardware, configuración del software, y demostraremos cómo establecer conectividad Wi-Fi HaLow para tus proyectos IoT.

Características Clave​

  • Conectividad Wi-Fi de largo alcance hasta 1km en línea de vista
  • Bajo consumo de energía ideal para dispositivos IoT
  • Operación sub-1 GHz para mejor penetración a través de paredes y obstáculos
  • Compatible con la placa de desarrollo XIAO ESP32S3
  • Proceso de configuración y configuración fácil de seguir

Descripción General del Hardware​

La siguiente tabla describe las especificaciones clave del Módulo Wi-Fi HaLow Wio-WM6180:

CaracterísticaValorUnidad
Voltaje de Operación3.3V
Corriente de OperaciónTBDmA
Protocolo Wi-FiIEEE 802.11ah-
Banda de FrecuenciaSub-1 GHz-
AlcanceHasta 1km
InterfazSPI-
DimensionesTBDmm

¿Qué es Wi-Fi HaLow?​

Wi-Fi HaLow es un protocolo de red inalámbrica basado en el estándar IEEE 802.11ah, específicamente diseñado para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Operando en la banda de frecuencia sub-1 GHz (típicamente 900 MHz), Wi-Fi HaLow ofrece varias ventajas significativas sobre el Wi-Fi tradicional:

  1. Alcance Extendido: Wi-Fi HaLow puede alcanzar distancias de hasta 1 kilómetro en condiciones de línea de vista, superando por mucho el alcance del Wi-Fi convencional.

  2. Penetración Mejorada: Las señales de menor frecuencia pueden penetrar mejor a través de paredes y otros obstáculos, haciéndolo ideal para entornos desafiantes.

  3. Bajo Consumo de Energía: Diseñado pensando en dispositivos IoT, Wi-Fi HaLow permite años de vida útil de la batería para dispositivos conectados.

  4. Escalabilidad: Soporta miles de dispositivos conectados a un solo punto de acceso, perfecto para despliegues IoT a gran escala.

  5. Seguridad: Hereda las características de seguridad robustas de la familia Wi-Fi, incluyendo encriptación WPA3.

Por Qué Importa Wi-Fi HaLow​

Wi-Fi HaLow aborda las necesidades crecientes de aplicaciones IoT que requieren conectividad de largo alcance, bajo consumo de energía, y la capacidad de manejar numerosos dispositivos simultáneamente. Cierra la brecha entre el Wi-Fi tradicional y las tecnologías LPWAN, ofreciendo:

  • IoT Industrial: Permite conectividad confiable en fábricas, almacenes, y entornos industriales.
  • Agricultura Inteligente: Proporciona cobertura a través de grandes áreas agrícolas para redes de sensores.
  • Ciudades Inteligentes: Soporta extensas redes de dispositivos conectados en entornos urbanos.
  • Seguimiento de Activos: Permite el seguimiento de largo alcance de activos y equipos valiosos.

Al combinar la familiaridad del Wi-Fi con los beneficios de conectividad de bajo consumo y largo alcance, Wi-Fi HaLow está preparado para desempeñar un papel crucial en la expansión de aplicaciones IoT a través de varias industrias.

Arquitectura del Sistema Wi-Fi HaLow​

Una red Wi-Fi HaLow típica consiste en varios componentes clave que trabajan juntos para habilitar conectividad IoT de largo alcance y bajo consumo:

  1. Punto de Acceso (AP): El hub central de la red Wi-Fi HaLow, responsable de gestionar conexiones y enrutar datos entre dispositivos e internet.

  2. Estaciones (STA): Los dispositivos cliente que se conectan al Punto de Acceso. Estos pueden ser sensores, actuadores, u otros dispositivos IoT.

  3. Gateway: Actúa como un puente entre la red Wi-Fi HaLow y otras redes (ej., Ethernet o celular).

En este tutorial, configuraremos el XIAO ESP32S3 como un cliente Estación (STA) que se conecta a un Punto de Acceso Wi-Fi HaLow. El XIAO usará el módulo WM6180 para establecer y mantener la conexión HaLow.

Marco de Trabajo MM-IoT-SDK​

El módulo WM6180 utiliza MM-IoT-SDK de MorseMicro, que proporciona:

  • Soporte Multi-protocolo: Permite integración perfecta con varios protocolos IoT
  • Gestión de Bajo Consumo: Consumo de energía optimizado para dispositivos alimentados por batería
  • Características de Seguridad: Mecanismos de cifrado y autenticación integrados
  • Configuración Fácil: API simplificada para configuración y gestión de red

La arquitectura MM-IoT-SDK consta de varias capas:

  1. Capa de Abstracción de Hardware (HAL): Proporciona una interfaz unificada para diferentes plataformas de hardware
  2. Pila de Red: Implementa la pila de protocolo Wi-Fi HaLow
  3. Capa de Aplicación: Ofrece APIs para desarrollo de aplicaciones y gestión de dispositivos

Este marco de trabajo permite a los desarrolladores implementar rápidamente la funcionalidad Wi-Fi HaLow mientras mantiene flexibilidad para aplicaciones personalizadas.

Materiales Requeridos​

Aquí están los materiales necesarios para ejecutar este tutorial.

XIAO ESP32S3 SenseXIAO ESP32C3XIAO ESP32C6Módulo Wio-WM6180 Wi-Fi HaLow para XIAO
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note

Este tutorial es aplicable a toda la serie XIAO ESP32. Usaremos XIAO ESP32S3 Sense como ejemplo en este tutorial.

Además de lo anterior, es posible que necesites preparar antenas adicionales adecuadas para el uso de WiFi-Halow. Aquí están los modelos de antena verificados y recomendados.

Kit de Antena Interior de Largo AlcanceAntena de Largo Alcance 2.6dBi
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Para conectar la antena al módulo WiFi-Halow, también puede que necesites comprar el Cable de Antena SMA a I-PEX.

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Si lo estás usando por primera vez, puedes consultar el siguiente video para la instalación de la antena.

Instalar ESP-IDF v5.1.1​

Antes de comenzar a programar, necesitamos instalar ESP-IDF v5.1.1 en tu computadora. ESP-IDF es el framework de desarrollo oficial para los chips de la serie ESP32.

Paso 1. Descargar el Instalador de Herramientas ESP-IDF para Windows

Descarga el Instalador de Herramientas ESP-IDF para Windows. Este instalador incluye todas las herramientas necesarias para el desarrollo con ESP-IDF.

Paso 2. Ejecutar el instalador

  1. Ejecuta el instalador descargado como administrador
  2. Sigue las indicaciones para instalar Python, Git y otras herramientas requeridas
  3. Cuando se te solicite, selecciona las siguientes opciones:
    • Instalar ESP-IDF v5.1.1
    • Instalar Python
    • Instalar Git
    • Agregar Herramientas ESP-IDF al Path

Paso 3. Verificar la instalación

Abre un nuevo Símbolo del sistema y ejecuta:

esp-idf --version

Si la instalación fue exitosa, deberías ver el número de versión 5.1.1.

tip

Después de la instalación, es posible que necesites reiniciar tu computadora para asegurar que todas las variables de entorno estén configuradas correctamente.

note

Para instrucciones más detalladas sobre la instalación de ESP-IDF v5.1.1, puedes consultar la documentación oficial de Espressif:

Clonar y Configurar el Repositorio mm-iot-esp32​

Sigue estos pasos para clonar el repositorio mm-iot-esp32 y configurar las variables de entorno:

Paso 1. Clonar el repositorio

cd %USERPROFILE%
git clone https://github.com/Seeed-Studio/mm-iot-esp32.git

Paso 2. Exportar variables IDF

cd %USERPROFILE%\mm-iot-esp32
export.bat

Paso 3. Establecer la variable de entorno MMIOT_ROOT

Puedes establecer esto permanentemente a través de las Propiedades del Sistema de Windows:

  1. Abrir Propiedades del Sistema (Win + R, escribir sysdm.cpl)
  2. Hacer clic en "Variables de entorno"
  3. Bajo "Variables de usuario", hacer clic en "Nuevo"
  4. Nombre de variable: MMIOT_ROOT
  5. Valor de variable: C:\Users\TuNombreDeUsuario\mm-iot-esp32 (reemplazar con tu ruta actual)
  6. Hacer clic en "Aceptar" para guardar

Alternativamente, puedes establecerlo temporalmente en el Símbolo del sistema:

set MMIOT_ROOT=C:\Users\YourUsername\mm-iot-esp32
tip

Asegúrate de usar rutas absolutas al configurar la variable de entorno MMIOT_ROOT. Las rutas relativas pueden causar problemas al compilar proyectos.

note

Después de configurar las variables de entorno, es posible que necesites cerrar y reabrir tu terminal para que los cambios surtan efecto.

Compilando Firmware de Ejemplo​

El repositorio mm-iot-esp32 incluye varias aplicaciones de ejemplo que demuestran diferentes funcionalidades. Aquí te mostramos cómo compilar y configurar estos ejemplos:

Ubicación de las Aplicaciones de Ejemplo​

Todas las aplicaciones de ejemplo se pueden encontrar en el directorio examples del repositorio. Los ejemplos disponibles incluyen:

  • scan: Ejemplo de escaneo Wi-Fi
  • iperf: Ejemplo de servidor iperf
  • sta_reboot: Ejemplo de reinicio de estación Wi-Fi
  • sta_connect: Ejemplo de conexión de estación Wi-Fi
  • web_camera_server: Ejemplo de servidor de cámara web
  • Y más...

Configurar Credenciales de Red​

Antes de compilar el firmware, necesitas configurar los ajustes de red en el archivo de configuración del ejemplo:

  1. Navega al directorio del ejemplo elegido:
cd $MMIOT_ROOT/examples/example_name
  1. Edita el archivo de configuración:
# Open the configuration file
nano src/mm_app_loadconfig.c
  1. En este archivo, puedes modificar:
  • Código de país (debe establecerse en US ya que el producto actualmente solo está disponible para América del Norte)
  • Credenciales de red Wi-Fi HaLow
  • Otros parámetros relacionados con la red
caution

Nota Importante Sobre el Código de País:

  • El código de país debe establecerse en "US" ya que este producto actualmente solo está disponible para el mercado de América del Norte
  • El producto aún no está disponible para otras regiones debido a requisitos regulatorios
  • Usar el producto en regiones distintas a América del Norte puede violar las regulaciones locales

Proceso de Construcción​

Después de configurar los ajustes de red, puedes construir el firmware usando estos comandos:

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
note
  • El comando idf.py set-target solo necesita ejecutarse una vez para cada ejemplo
  • idf.py fullclean asegura una compilación limpia eliminando todos los artefactos de compilación previos
  • Después de una compilación exitosa, el binario del firmware se ubicará en el directorio build

Salida de Compilación​

Después de una compilación exitosa, deberías ver una salida similar a esta:

# Project build complete. To flash, run this command:
idf.py -p (PORT) flash

A continuación, demostraremos algunos ejemplos.

Ejemplo 1. escaneo​

Este ejemplo demuestra cómo escanear las redes Wi-Fi HaLow disponibles en tu área. Sigue estos pasos para compilar y ejecutar el ejemplo de escaneo:

Paso 1: Navegar al Ejemplo de Escaneo​

cd ~/mm-iot-esp32/example/scan

Paso 2: Configurar el Código de País​

  1. Abrir el archivo de configuración:
nano main/src/mm_app_loadconfig.c
  1. Localiza y modifica la línea del código de país:
#define COUNTRY_CODE "US"  // Must use "US" as the product is only available for North America

Paso 3: Configuración del Hardware​

  1. Conecta el Módulo Wi-Fi HaLow Wio-WM6180 a tu XIAO ESP32S3

  2. Conecta el XIAO ESP32S3 a tu computadora vía USB

Paso 4: Compilar y Flashear​

Ejecuta los siguientes comandos en secuencia:

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
idf.py flash monitor

Paso 5: Monitorear Resultados​

Si todo está funcionando correctamente:

  • El monitor serie se iniciará automáticamente después del flasheo
  • El programa comenzará a escanear redes Wi-Fi HaLow
  • Si hay gateways Wi-Fi HaLow en el rango, su información se mostrará en el monitor serie

Ejemplo de salida en el monitor serie:

tip
  • Asegúrate de que haya gateways Wi-Fi HaLow en tu proximidad para detectar redes
  • El proceso de escaneo se ejecuta continuamente, por lo que verás actualizaciones periódicas de las redes disponibles
  • Presiona Ctrl+C para detener el monitor y salir del programa
note

Si no ves ninguna red:

  • Verifica que tu gateway Wi-Fi HaLow esté encendido y funcionando
  • Comprueba que estés dentro del rango del gateway
  • Asegúrate de que el módulo esté conectado correctamente a tu XIAO ESP32S3

Ejemplo 2. iperf​

Este ejemplo demuestra cómo probar el rendimiento de red de tu conexión Wi-Fi HaLow usando iPerf. Sigue estos pasos para construir y ejecutar el ejemplo de iPerf:

Paso 1: Navegar al Ejemplo de iPerf​

cd ~/mm-iot-esp32/example/iperf

Paso 2: Configurar los Ajustes de Red​

  1. Abrir el archivo de configuración:
nano main/src/mm_app_loadconfig.c
  1. Modifica los siguientes parámetros:
// Set country code (must be "US" for North America)
#define COUNTRY_CODE "US"

// Set your Wi-Fi HaLow network credentials
#define SSID             Your_HaLow_SSID           // Replace with your network name
#define SAE_PASSPHRASE   Your_Password             // Replace with your network password

Paso 3: Configuración del Hardware​

  1. Conecta el Módulo Wi-Fi HaLow Wio-WM6180 a tu XIAO ESP32S3
  2. Conecta el XIAO ESP32S3 a tu computadora vía USB

Paso 4: Compilar y Flashear​

Ejecuta los siguientes comandos en secuencia:

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
idf.py flash monitor

Paso 5: Ejecutar Prueba de Rendimiento​

Una vez que el programa se ejecute exitosamente, verás que el servicio iPerf se inicia. Ahora puedes ejecutar pruebas de rendimiento desde tu gateway Wi-Fi HaLow.

Para pruebas IPv4, ejecuta este comando en tu gateway:

iperf -c <device_ip> -p <port> -i 1 -u -b 20M

Para pruebas IPv6, ejecuta este comando en tu gateway:

iperf -c <device_ip>%wlan0 -p <port> -i 1 -V -u -b 20M

Los parámetros explicados:

  • -c: Ejecutar en modo cliente
  • -p: Número de puerto
  • -i: Intervalo de reporte (1 segundo)
  • -u: Usar protocolo UDP
  • -b: Ancho de banda objetivo (20 Mbps)
  • -V: Modo IPv6 (solo para pruebas IPv6)
tip
  • Asegúrate de que tu dispositivo se haya conectado exitosamente a la red Wi-Fi HaLow antes de ejecutar la prueba de rendimiento
  • La dirección IP del dispositivo se mostrará en el monitor serie después de la conexión
  • Puedes ajustar el ancho de banda (parámetro -b) según tus necesidades de prueba
note

Problemas comunes y soluciones:

  • Si la conexión falla, verifica las credenciales de tu red
  • Si el servicio iPerf no inicia, revisa las conexiones de tu hardware
  • Si el rendimiento es pobre, asegúrate de estar dentro de un buen rango del gateway

Ejemplo 3. web_camera_server​

Este ejemplo demuestra cómo transmitir la alimentación de cámara desde XIAO ESP32S3 Sense a través de la red Wi-Fi HaLow. Sigue estos pasos para construir y ejecutar el servidor de cámara web:

Paso 1: Navegar al Ejemplo de Cámara Web​

cd ~/mm-iot-esp32/example/web_camera_serve

Paso 2: Configurar los Ajustes de Red​

  1. Abrir el archivo de configuración:
nano main/src/mm_app_loadconfig.c
  1. Modifica las credenciales de Wi-Fi HaLow:
// Set your Wi-Fi HaLow network credentials
#define SSID              Your_HaLow_SSID           // Replace with your network name
#define SAE_PASSPHRASE    Your_Password             // Replace with your network password

Paso 3: Configuración del Hardware​

  1. Conecta el Módulo Wi-Fi HaLow Wio-WM6180 a tu XIAO ESP32S3 Sense
  2. Asegúrate de que el módulo de cámara en tu XIAO ESP32S3 Sense esté conectado correctamente
  3. Conecta el XIAO ESP32S3 Sense a tu computadora vía USB

Paso 4: Compilar y Flashear​

Ejecuta los siguientes comandos en secuencia:

idf.py set-target esp32s3
idf.py fullclean
idf.py build
idf.py flash monitor

Paso 5: Acceder al Feed de la Cámara​

Una vez que el programa se esté ejecutando exitosamente:

  1. Anota la dirección IP mostrada en el monitor serie
  2. Abre un navegador web en cualquier dispositivo conectado a la misma red que tu gateway Wi-Fi HaLow
  3. Ingresa la dirección IP en la barra de direcciones de tu navegador
  4. Ahora deberías ver el feed de cámara en vivo desde tu XIAO ESP32S3 Sense

URL de ejemplo:

http://192.168.4.1
tip

Para la mejor experiencia de transmisión:

  • Asegúrate de tener buenas condiciones de iluminación para una mejor calidad de imagen
  • Mantén el XIAO ESP32S3 Sense dentro de un buen rango del gateway Wi-Fi HaLow
  • Usa un navegador web moderno para una compatibilidad óptima
note

Solución de problemas:

  • Si no puedes acceder a la transmisión de la cámara, verifica que tu dispositivo esté en la misma red que el gateway Wi-Fi HaLow
  • Si la imagen no se muestra, verifica que el módulo de la cámara esté conectado correctamente
  • Si la transmisión está lenta, intenta acercarte más al gateway Wi-Fi HaLow

Recursos​

Soporte Técnico y Discusión de Productos​

¡Gracias por elegir nuestros productos! Estamos aquí para brindarte diferentes tipos de soporte para asegurar que tu experiencia con nuestros productos sea lo más fluida posible. Ofrecemos varios canales de comunicación para satisfacer diferentes preferencias y necesidades.

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