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Desarrollo de Matter con la Serie XIAO ESP32

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Este artículo es el tercer tutorial en la serie de Desarrollo Matter de Seeed Studio XIAO ESP32. Si no has leído los tutoriales anteriores, te recomendamos que los leas primero para verificar que tu dispositivo esté y haya sido configurado según los requisitos.

En el panorama en rápida evolución del Internet de las Cosas (IoT), ha surgido un nuevo actor para revolucionar la forma en que los dispositivos domésticos inteligentes se comunican e interactúan entre sí. Conoce Matter, el protocolo unificador que promete cerrar la brecha entre varios ecosistemas de hogares inteligentes y crear una experiencia fluida e interoperable para usuarios de todo el mundo.

Entonces, ¿qué es exactamente Matter, y por qué está generando tanta emoción en la comunidad IoT? Matter es un protocolo estandarizado de código abierto que permite que los dispositivos domésticos inteligentes de diferentes fabricantes trabajen juntos sin esfuerzo. Su objetivo es simplificar el desarrollo e implementación de dispositivos IoT proporcionando un lenguaje común y un marco para la comunicación.

  • Protocolo de comunicación para dispositivos domésticos inteligentes.
  • Versión 1.0 lanzada el 4 de octubre de 2022, después de ser pospuesta dos veces.
  • Conjunto estandarizado de comandos, para que dispositivos de diferentes fabricantes puedan comunicarse entre sí.
  • Funciona sobre redes IP, usando Thread, Wi-Fi o Ethernet.
  • Utiliza Seguridad por Diseño y Confianza Cero.
  • Funciona localmente – típicamente se conecta a la nube a través de un hub Matter.
  • Existe junto con otros estándares de hogar inteligente como Zigbee, Z-Wave y 433MHz.
  • Duración de batería y alcance dependientes de la tecnología de red inalámbrica.
  • Coordinado por un hub Matter.

La propuesta de valor de Matter es clara: ofrece un camino hacia una experiencia de hogar inteligente más conectada, fácil de usar y segura. Al adoptar Matter, los fabricantes de dispositivos pueden asegurar que sus productos sean compatibles con una amplia gama de plataformas de hogar inteligente y asistentes, como Amazon Alexa, Google Home y Apple HomeKit. Esta interoperabilidad no solo beneficia a los consumidores sino que también abre nuevas oportunidades para desarrolladores y empresas en el espacio IoT.

Como desarrollador, adoptar Matter significa aprovechar un vasto ecosistema de dispositivos y servicios, permitiéndote crear soluciones innovadoras que pueden integrarse perfectamente con configuraciones de hogar inteligente existentes. Al aprovechar el poder de Matter, puedes enfocarte en construir experiencias de usuario y funcionalidades convincentes, en lugar de preocuparte por las complejidades de la comunicación y compatibilidad de dispositivos.

Para embarcarte en tu viaje de desarrollo Matter, necesitarás las herramientas y el entorno adecuados. En este tutorial, te guiaremos a través del proceso de configurar un entorno de desarrollo Matter usando el Seeed Studio XIAO ESP32C6, una placa compacta y poderosa específicamente diseñada para aplicaciones IoT. Con su microcontrolador ESP32-C6 y extensas interfaces periféricas, el XIAO ESP32C6 es una elección ideal para desarrollar dispositivos compatibles con Matter.

En las siguientes secciones, te guiaremos a través de los pasos para configurar tu entorno de desarrollo Matter, incluyendo la instalación del software necesario, la configuración de la placa Seeed Studio XIAO ESP32C6, y la ejecución de tu primer programa de ejemplo Matter. Al final de este tutorial, tendrás una base sólida para comenzar a construir tus propios dispositivos Matter y contribuir al creciente ecosistema de soluciones de hogar inteligente interoperables.

Entonces, ¡sumerjámonos y desbloqueemos el potencial del desarrollo Matter con el Seeed Studio XIAO ESP32C6!

Preparar el Software​

A continuación listaré la versión del sistema, la versión de ESP-IDF y la versión de ESP-Matter utilizadas en este artículo como referencia. Esta es una versión estable que ha sido probada para funcionar correctamente.

Preparar el Hardware​

En esta sección, detallaremos cómo configurar el uso de ESP-IDF en el entorno de Ubuntu y ejecutar el ejemplo de iluminación proporcionado por ESP-IDF. Así que para este artículo, solo necesitas preparar cualquiera de las siguientes series XIAO ESP32.

XIAO ESP32C3XIAO ESP32S3XIAO ESP32C6
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Además del XIAO, también necesitamos la barra de luces o perla de luz modelo WS281x. Actualmente, el ejemplo de luz proporcionado por Espressif solo admite una sola perla, por lo que ya sea que uses una tira o una perla, solo se encenderá una luz. También recomendaríamos que consigas Grove Base for XIAO para facilitar el cableado.

Grove Base for XIAOGrove - RGB LED Ring (20 - WS2813 Mini)
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Para unificar la interfaz, usaremos el pin D9 como ejemplo en este caso, por favor conecta tu tira LED o perla al pin D9 del XIAO.

Tutoriales en Video​

Instalación ESP-Matter Paso a Paso​

tip

Antes de comenzar la instalación del entorno para Matter, asegúrate de haber instalado y accedido al entorno de programación ESP-IDF.

Paso 1. Instalar Dependencias​

Primero, necesitas instalar los paquetes requeridos usando apt-get. Abre tu terminal y ejecuta el siguiente comando:

sudo apt-get install git gcc g++ pkg-config libssl-dev libdbus-1-dev \
     libglib2.0-dev libavahi-client-dev ninja-build python3-venv python3-dev \
     python3-pip unzip libgirepository1.0-dev libcairo2-dev libreadline-dev

Este comando instala varios paquetes como git, compiladores (gcc, g++), y bibliotecas necesarias para construir y ejecutar el SDK de Matter.

Paso 2. Clonar el Repositorio ESP-Matter​

Clona el repositorio esp-matter desde GitHub usando el comando git clone con una profundidad de 1 para obtener solo la instantánea más reciente:

cd ~/esp
git clone --depth 1 https://github.com/espressif/esp-matter.git

Cambia al directorio esp-matter e inicializa los submódulos Git requeridos:

cd esp-matter
git submodule update --init --depth 1

Navega al directorio connectedhomeip y ejecuta un script de Python para gestionar submódulos para plataformas específicas:

cd ./connectedhomeip/connectedhomeip
./scripts/checkout_submodules.py --platform esp32 linux --shallow

Este script actualiza los submódulos tanto para las plataformas ESP32 como Linux de manera superficial (solo el último commit).

Paso 3. Instalar ESP-Matter​

Regresa al directorio raíz de esp-matter, luego ejecuta el script de instalación:

cd ../..
./install.sh

Este script instalará dependencias adicionales específicas para el SDK ESP-Matter.

Paso 4. Configurar Variables de Entorno​

Ejecuta el script export.sh para configurar las variables de entorno necesarias para el desarrollo:

source ./export.sh

Este comando configura tu shell con las rutas de entorno y variables necesarias.

Paso 5 (Opcional). Acceso rápido al entorno de desarrollo ESP-Matter​

Para añadir los alias proporcionados y configuraciones de variables de entorno a tu archivo .bashrc, sigue estos pasos. Esto configurará tu entorno de shell para cambiar fácilmente entre configuraciones de desarrollo IDF y Matter, y habilitará ccache para compilaciones más rápidas.

Abre tu terminal y usa un editor de texto para abrir el archivo .bashrc ubicado en tu directorio home. Puedes usar nano o cualquier editor que prefieras. Por ejemplo:

nano ~/.bashrc

Desplázate hasta el final del archivo .bashrc y añade las siguientes líneas:

# Alias for setting up the ESP-Matter environment
alias get_matter='. ~/esp/esp-matter/export.sh'

# Enable ccache to speed up compilation
alias set_cache='export IDF_CCACHE_ENABLE=1'

Después de agregar las líneas, guarda el archivo y sal del editor de texto. Si estás usando nano, puedes guardar presionando Ctrl+O, presiona Enter para confirmar, y luego Ctrl+X para salir.

Para que los cambios surtan efecto, necesitas recargar el archivo .bashrc. Puedes hacer esto ejecutando el archivo .bashrc o cerrando y reabriendo tu terminal. Para ejecutar el archivo .bashrc, usa el siguiente comando:

source ~/.bashrc

Ahora puedes ejecutar get_matter y set_cache para configurar o actualizar el entorno esp-matter en cualquier sesión de terminal.

get_matter
set_cache

Ejecutando el Ejemplo de Luz​

Una vez que el entorno de Matter esté configurado, podemos compilar y cargar la aplicación de muestra de luz para verificarla.

Paso 1. Configurar los parámetros del proyecto​

Navega al directorio examples/light.

cd examples/light                # Navigate to the light example directory

Realiza una operación de limpieza para eliminar archivos de compilación anteriores.

rm -rf build/                     # Clean previous build files

Establece el objetivo a ESP32-C6.

idf.py set-target esp32c6        # Set the build target to ESP32-C6

Ingresa al menú de configuración y realiza las configuraciones necesarias.

idf.py menuconfig                # Enter the configuration menu

Dentro de menuconfig, necesitas localizar y habilitar la opción Channel for console oputput. Típicamente, esta opción se puede encontrar bajo Component config -> ESP System Settings.

  1. Usa las teclas de flecha para navegar a la opción.
  2. Presiona Espacio o Enter para seleccionar la opción: USB Serial/JTAG Controller.

Para un XIAO diferente, también necesitamos actualizar su número de pin GPIO. Esta opción se puede encontrar bajo Component config -> Board Support Package (generic) -> LEDs.

  • Para XIAO ESP32C3, el GPIO de D9 es 9.
  • Para XIAO ESP32S3, el GPIO de D9 es 8.
  • Para XIAO ESP32C6, el GPIO de D9 es 20.
  1. Usa las teclas de flecha para navegar a la opción.
  2. Presiona Espacio o Enter para ingresar el número GPIO.
  3. Después de habilitar las opciones necesarias, sal de menuconfig presionando q y luego presiona y.

Paso 2. Compilar y cargar la aplicación de ejemplo​

Continúa con el proceso de compilación y flasheo:

idf.py build                      # Build the project

Si la compilación va bien, verás el siguiente resultado.

Luego puedes cargar el programa.

idf.py -p /dev/ttyACM0 flash monitor  # Flash the firmware and monitor the output

Por favor, reemplaza /dev/ttyACM0 con el archivo de dispositivo USB real que corresponde a tu XIAO ESP32 si es diferente.

Recuerda seguir todas las instrucciones cuidadosamente, y asegúrate de que cada paso se complete exitosamente antes de pasar al siguiente. Si encuentras algún error, deberá ser resuelto antes de que puedas continuar.

tip

Durante el proceso de flasheo del firmware de Matter, puedes encontrar una situación donde no tienes permisos, en este momento puedes usar el siguiente comando para dar permisos a los puertos del dispositivo y volver a subir el programa nuevamente. Como el dispositivo se conecta o se reinicia, es posible que todos los permisos necesiten ser dados nuevamente.

sudo chmod 666 /dev/ttyACM0       # Grant permissions to the USB device file

Por favor, reemplaza /dev/ttyACM0 con el archivo de dispositivo USB real que corresponde a tu XIAO ESP32 si es diferente.

Entonces felicidades, si has flasheado exitosamente el firmware, entonces en el monitor verás la salida del log de depuración en la terminal.

A continuación, vamos a aprender cómo usar el comando matter y chip-tool para configurar el dispositivo Matter con el fin de completar la depuración y verificación del dispositivo Matter.

Control del host y puesta en servicio del equipo​

Configuramos Channel para console oputput to USB Serial en menuconfig, el propósito es que podamos usar la interfaz USB para controlar el XIAO, configurar para unirse a la red o hacer otra depuración. Este paso es crucial y determina si podemos o no usar la herramienta serial para enviar comandos al dispositivo.

Estos son comandos que se conectan a través de un cable para controlar directamente un dispositivo, usualmente comenzando con matter.

Comandos comunes​

  • Comandos BLE: Iniciar y detener la publicidad BLE:
matter ble [start|stop|state]
  • Comandos Wi-Fi: Configurar y obtener el modo Wi-Fi:
matter wifi mode [disable|ap|sta]
  • Configuración del dispositivo: Volcar la configuración estática del dispositivo:
matter config
  • Restablecimiento de fábrica:
matter device factoryreset
  • Códigos de incorporación: Volcar las cargas útiles del código de emparejamiento de incorporación:
matter onboardingcodes
  • Obtener atributo: (Los IDs están en hexadecimal):
matter esp attribute get <endpoint_id> <cluster_id> <attribute_id>
  • Ejemplo: on_off::on_off:
matter esp attribute get 0x1 0x6 0x0
  • Configurar atributo: (Los IDs están en hexadecimal):
matter esp attribute set <endpoint_id> <cluster_id> <attribute_id> <attribute value>
  • Ejemplo: on_off::on_off:
matter esp attribute set 0x1 0x6 0x0 1
  • Diagnósticos:
matter esp diagnostics mem-dump
  • Wi-Fi
matter esp wifi connect <ssid> <password>

Uso​

Paso 1. Instalar Minicom​

Minicom es un programa de emulación de terminal y control de módem basado en texto para sistemas operativos tipo Unix. Al instalar Minicom, podemos enviar fácilmente comandos de control Matter al XIAO. Para instalar Minicom en Ubuntu, abre una terminal e ingresa el siguiente comando:

sudo apt update
sudo apt install minicom

Este comando actualiza tu lista de paquetes e instala Minicom.

Paso 2. Configurar Permisos de Usuario​

Para permitir que usuarios no root accedan a puertos serie como ttyACM0, necesitas agregar tu usuario al grupo dialout. Puedes hacer esto con el siguiente comando:

sudo usermod -a -G dialout $USER

Reemplaza $USER con tu nombre de usuario u omítelo para aplicarlo al usuario actualmente conectado. Después de ejecutar este comando, debes cerrar sesión y volver a iniciarla para que el cambio de grupo surta efecto.

Paso 3. Configurar Minicom​

Ahora necesitas configurar Minicom para usar el puerto ttyACM0. Ejecuta Minicom en modo de configuración con el siguiente comando:

sudo minicom -s

En el menú de configuración, sigue estos pasos:

  1. Selecciona Serial port setup.
  2. Presiona 'A' para cambiar el Serial Device a /dev/ttyACM0.
  3. Ajusta otras configuraciones según sea necesario. Las configuraciones predeterminadas suelen ser 9600 8N1 (9600 Baud, Sin Paridad, 8 Bits de Datos, 1 Bit de Parada). Solo necesitamos cambiar la velocidad de baudios a 115200.
  4. Presiona 'Enter' para salir de esta pantalla.

Paso 4. Guardar Configuración​

Después de configurar el puerto serie:

  1. Selecciona Save setup as dfl para hacer de esta la configuración predeterminada.
  2. Sal de la configuración de Minicom seleccionando Exit from Minicom.

Paso 5: Ejecutar Minicom​

Para iniciar Minicom con las configuraciones predeterminadas, simplemente escribe:

minicom

Si necesitas ejecutarlo con privilegios sudo (por ejemplo, si encuentras problemas de permisos), puedes usar:

sudo minicom

Para salir de Minicom, presiona Ctrl-A luego presiona Z para abrir el menú de ayuda, y después presiona X para salir del programa.

Paso 6. Configuración de la red de distribución XIAO​

Usa el siguiente comando para conectar XIAO a tu red. Al seleccionar una red, debes tener en cuenta que XIAO solo admite redes de 2.4G, no redes de 5G.

matter esp wifi connect <ssid> <password>

Después del emparejamiento exitoso, puedes usar los siguientes comandos para consultar información muy importante sobre el dispositivo Matter: VendorID, ProductId, Discriminator y PinCode. Esta información te ayuda a emparejar dispositivos para su uso al depurar con la herramienta Chip-tool.

matter config

Finalmente, usa el siguiente comando para volcar las cargas útiles del código de emparejamiento de incorporación.

matter onboardingcodes onnetwork

Lo último que se muestra aquí es el enlace al código QR de emparejamiento del dispositivo. Con el código QR, puedes escanear el código en tu teléfono móvil para vincular el dispositivo Matter tal como se indica en los pasos de Primeros pasos.

Depuración remota de dispositivos Matter usando Chip-tool​

Los dispositivos Matter son una parte importante del hogar inteligente, y no es práctico usar cables de datos todo el tiempo para la depuración y configuración. Entre las herramientas de depuración de Matter, la más comúnmente utilizada es Chip-tool, que nos ayuda a depurar remotamente nuestros dispositivos cuando están conectados.

Los comandos de Chip-tool generalmente requieren un script de Chip-tool, por lo que usualmente comienzan con chip-tool.

Emparejar un dispositivo por IP​

El comando a continuación descubrirá dispositivos e intentará emparejar con el primero que descubra usando el código de configuración proporcionado:

chip-tool pairing onnetwork ${NODE_ID_TO_ASSIGN} 20202021

El comando a continuación descubrirá dispositivos con discriminador largo 3840 e intentará emparejar con el primero que descubra usando el código de configuración proporcionado:

chip-tool pairing onnetwork-long ${NODE_ID_TO_ASSIGN} 20202021 3840

El comando a continuación descubrirá dispositivos basándose en el código QR dado (que los dispositivos registran cuando se inician) e intentará emparejarse con el primero que descubra.

chip-tool pairing code ${NODE_ID_TO_ASSIGN} MT:#######

En todos estos casos, al dispositivo se le asignará el id de nodo ${NODE_ID_TO_ASSIGN} (que debe ser un número decimal o un número hexadecimal con prefijo 0x).

Olvidar el dispositivo actualmente comisionado​

chip-tool pairing unpair

Usando el Cliente para Enviar Comandos Matter​

Para usar el Cliente para enviar comandos Matter, ejecuta el ejecutable compilado y pásale el nombre del clúster objetivo, el nombre del comando objetivo así como un id de endpoint.

El id de endpoint debe estar entre 1 y 240.

chip-tool onoff on 1

El cliente enviará un único paquete de comando y luego saldrá.

Uso​

Cuando estés listo para depurar con Chip-tool, puedes desconectar el XIAO de la computadora y conectarlo a una fuente de alimentación.

Como primer paso, necesitamos emparejar el dispositivo, lo cual se puede hacer usando cualquiera de los métodos en la sección Emparejar un dispositivo por IP anterior.

Por ejemplo, uso el siguiente comando.

chip-tool pairing onnetwork-long 0x12 20202021 3840

En estos casos, el dispositivo será asignado con el id de nodo 0x12 (que debe ser un número decimal o un número hexadecimal con prefijo 0x). 20202021 es el PinCode y 3840 es el Discriminator.

Finalmente, verifica que puedes controlar el encendido y apagado de las luces con el siguiente comando.

Encender la luz:

chip-tool onoff on 0x12 0x1

Apagar la luz:

chip-tool onoff off 0x12 0x1

0x12 es el ID de nodo asignado al dispositivo cuando hacemos la coincidencia.

¡Felicitaciones a todos! Con los pasos del tutorial realizados aquí, creo que tienen una comprensión preliminar de los pasos generales del marco de desarrollo de ESP-Matter y el uso de herramientas de depuración. Si aún hay algo que no entienden o no les resulta familiar, continuaremos usándolo y guiándolos en los siguientes tutoriales, ¡así que manténganse atentos!

Solución de problemas​

P1: ¿Por qué obtengo todo tipo de errores durante la instalación del entorno?​

El entorno de ESP-Matter es un poco más exigente, y si están usando un host Ubuntu que se usa frecuentemente para desarrollo, es probable que ocurran errores debido a diferentes versiones de algunas dependencias de Python. Dado que el marco Matter no es desarrollado por Seeed, probablemente no podamos hacer nada sobre esta parte del problema, por lo que recomendamos que envíen un issue al repositorio oficial de ESP-Matter para obtener ayuda si encuentran problemas con la instalación.

P2: ¿Cómo desinstalo el entorno de Matter?​

Si están ejecutando el script ./install.sh y se atascan en el paso de configurar su entorno Python, entonces pueden necesitar verificar que su versión de Matter coincida con la versión de connectedhomeip.

La forma simple de restablecerlo es ejecutar el siguiente comando.

rm -r connectedhomeip/connectedhomeip/.environment

Luego vuelve a extraer la versión apropiada de la rama connectedhomeip nuevamente.

git submodule update --init --depth 1

Si aún no funciona, elimina toda la carpeta esp-matter y ejecútalo de nuevo siguiendo el contenido del Wiki.

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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