BermejaSat #20: Integración Total TC/TM con Sensor UV GUVA-S12SD, AM2302, OLEDs Duales y Actuación Remota

Alcanzamos el hito más importante de la fase de prototipado de software y radioenlace de BermejaSat. Hemos unificado la carga útil de sensores ambientales, la misión científica de radiación ultravioleta, la visualización gráfica en pantalla OLED local y la ejecución remota de Telecomandos (TC) con confirmación ACK a través del protocolo Dúplex LoRa a 868 MHz.

🛠️ Esquema de Montaje y Mapeo de Pines

Para esta prueba de banco completa utilizamos dos módulos TTGO LoRa32 v2.1.6. En el nodo CanSat se concentran los sensores y el actuador sin necesidad de multiplexores I2C ni soldaduras externas.

Componente	Pin / Función	Pin en TTGO LoRa32 (CanSat)	Notas
ASAIR AM2302 (DHT22)	Datos	GPIO 17	Temperatura y Humedad
GUVA-S12SD (UV)	Salida Analógica (OUT)	GPIO 34	Canal ADC1_CH6 (0 – 3.3V)
OLED SSD1306	SDA / SCL / RST	GPIO 21 / 22 / 16	Bus I2C integrado
Actuador Físico	Salida Digital	GPIO 2	LED azul integrado / Carga útil
Transceptor LoRa	SPI / Control	GPIO 5, 19, 27, 18, 14, 26	Módulo SX1276 interno (868 MHz)

📡 Arquitectura de Comunicaciones y Lógica del Enlace

El sistema opera mediante dos bucles concurrentes no bloqueantes controlados por millis():

1. Canal de Telemetría (TM): Cada 2000 ms, el CanSat emite una trama empaquetada en formato CSV:$$\text{Trama TM} = \text{“TM,”} + \text{Temp} + \text{“,”} + \text{Hum} + \text{“,”} + \text{UV} + \text{“,”} + \text{EstadoLED}$$
2. Canal de Telecomando (TC): La Estación Terrena escucha la consola serie. Al presionar 1 o 0, transmite por radio la orden LED_ON o LED_OFF.
3. Bucle de Confirmación (ACK): Al recibir la orden, el CanSat conmuta el estado de su pin digital, fuerza la actualización inmediata de la pantalla OLED local y responde con un paquete ACK: LED_ON_OK a la base para verificar el éxito del comando.

💻 Firmware 1: Nodo CanSat (TTGO #1 + AM2302 + GUVA-S12SD + OLED + Actuador)

C++

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <DHT.h>

// --- PINES PANTALLA OLED ---
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_SDA 21
#define OLED_SCL 22
#define OLED_RST 16
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RST);

// --- PINES SENSORES ---
#define DHTPIN 17
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

#define UV_PIN 34 // Pin analógico para el GUVA-S12SD

// --- PINES LORA SX1276 ---
#define SCK_LORA 5
#define MISO_LORA 19
#define MOSI_LORA 27
#define SS_LORA 18
#define RST_LORA 14
#define DIO0_LORA 26

// --- ACTUADOR / LED ---
#define ACTUATOR_LED 2

// Variables de estado
bool statusLED = false;
float temperatura = 0.0;
float humedad = 0.0;
float uvIndex = 0.0;
unsigned long ultimoEnvio = 0;
String ultimoComando = "NINGUNO";

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  pinMode(ACTUATOR_LED, OUTPUT);
  digitalWrite(ACTUATOR_LED, LOW);
  analogReadResolution(12);

  // Inicializar Pantalla OLED
  pinMode(OLED_RST, OUTPUT);
  digitalWrite(OLED_RST, LOW); delay(20); digitalWrite(OLED_RST, HIGH);
  Wire.begin(OLED_SDA, OLED_SCL);
  if (display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    display.clearDisplay();
    display.setTextColor(WHITE);
    display.setTextSize(1);
    display.setCursor(0, 0);
    display.println("BERMEJASAT CANSAT");
    display.println("Iniciando sensores...");
    display.display();
  }

  dht.begin();

  // Inicializar Radio LoRa
  SPI.begin(SCK_LORA, MISO_LORA, MOSI_LORA, SS_LORA);
  LoRa.setPins(SS_LORA, RST_LORA, DIO0_LORA);
  if (!LoRa.begin(868E6)) {
    Serial.println("❌ Error LoRa CanSat!");
    while (1);
  }
}

void loop() {
  // 1. RECEPCIÓN DE TELECOMANDOS (TC)
  int packetSize = LoRa.parsePacket();
  if (packetSize) {
    String command = "";
    while (LoRa.available()) command += (char)LoRa.read();
    command.trim();
    ultimoComando = command;

    if (command == "LED_ON") {
      statusLED = true;
      digitalWrite(ACTUATOR_LED, HIGH);
      enviarACK("ACK: LED_ON_OK");
    } else if (command == "LED_OFF") {
      statusLED = false;
      digitalWrite(ACTUATOR_LED, LOW);
      enviarACK("ACK: LED_OFF_OK");
    }
    actualizarOLED();
  }

  // 2. LECTURA ADQUISICIÓN Y TRANSMISIÓN PERIÓDICA
  if (millis() - ultimoEnvio > 2000) {
    ultimoEnvio = millis();

    // Lectura ambiental
    float t = dht.readTemperature();
    float h = dht.readHumidity();
    if (!isnan(t) && !isnan(h)) { temperatura = t; humedad = h; }

    // Lectura analógica de radiación UV
    int rawADC = analogRead(UV_PIN);
    float voltage = (rawADC / 4095.0) * 3.3;
    uvIndex = voltage / 0.1;

    enviarTelemetria();
    actualizarOLED();
  }
}

void enviarACK(String ackMsg) {
  LoRa.beginPacket();
  LoRa.print(ackMsg);
  LoRa.endPacket();
}

void enviarTelemetria() {
  String payload = "TM," + String(temperatura, 1) + "," + String(humedad, 1) + "," + String(uvIndex, 1) + "," + (statusLED ? "1" : "0");
  LoRa.beginPacket();
  LoRa.print(payload);
  LoRa.endPacket();
  Serial.print("📡 TX Telemetría: "); Serial.println(payload);
}

void actualizarOLED() {
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0); display.print("BERMEJASAT CANSAT");
  display.drawLine(0, 10, 128, 10, WHITE);

  display.setCursor(0, 14); display.print("Temp: "); display.print(temperatura, 1); display.print(" C");
  display.setCursor(0, 26); display.print("Hum:  "); display.print(humedad, 1); display.print(" %");
  display.setCursor(0, 38); display.print("UV:   "); display.print(uvIndex, 1); display.print(" Index");
  display.setCursor(0, 50); display.print("LED: "); display.print(statusLED ? "[ON]" : "[OFF]");
  display.print(" | Cmd: "); display.print(ultimoComando);

  display.display();
}

💻 Firmware 2: Nodo Estación Terrena (TTGO #2 + OLED + Control Serie)

C++

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_SDA 21
#define OLED_SCL 22
#define OLED_RST 16
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RST);

#define SCK_LORA 5
#define MISO_LORA 19
#define MOSI_LORA 27
#define SS_LORA 18
#define RST_LORA 14
#define DIO0_LORA 26

String temp = "--", hum = "--", uv = "--", estadoLED = "OFF";
int rssi = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  pinMode(OLED_RST, OUTPUT);
  digitalWrite(OLED_RST, LOW); delay(20); digitalWrite(OLED_RST, HIGH);
  Wire.begin(OLED_SDA, OLED_SCL);
  if (display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    display.clearDisplay();
    display.setTextColor(WHITE);
    display.setTextSize(1);
    display.setCursor(0, 0);
    display.println("BERMEJASAT BASE");
    display.println("Esperando senal...");
    display.display();
  }

  SPI.begin(SCK_LORA, MISO_LORA, MOSI_LORA, SS_LORA);
  LoRa.setPins(SS_LORA, RST_LORA, DIO0_LORA);
  if (!LoRa.begin(868E6)) {
    Serial.println("❌ Error LoRa Base!");
    while (1);
  }
}

void loop() {
  // 1. INTERFAZ DE TECLADO DESDE EL MONITOR SERIE
  if (Serial.available()) {
    char in = Serial.read();
    if (in == '1') enviarComando("LED_ON");
    else if (in == '0') enviarComando("LED_OFF");
  }

  // 2. PARSER DE TELEMETRÍA Y RESPUESTAS ACK
  int packetSize = LoRa.parsePacket();
  if (packetSize) {
    String rx = "";
    while (LoRa.available()) rx += (char)LoRa.read();
    rssi = LoRa.packetRssi();

    if (rx.startsWith("TM,")) {
      int p1 = rx.indexOf(',', 3);
      int p2 = rx.indexOf(',', p1 + 1);
      int p3 = rx.indexOf(',', p2 + 1);

      if (p1 != -1 && p2 != -1 && p3 != -1) {
        temp = rx.substring(3, p1);
        hum = rx.substring(p1 + 1, p2);
        uv = rx.substring(p2 + 1, p3);
        estadoLED = (rx.substring(p3 + 1) == "1") ? "ON" : "OFF";
      }

      Serial.print("📊 [TM] Temp: "); Serial.print(temp);
      Serial.print(" C | Hum: "); Serial.print(hum);
      Serial.print(" % | UV: "); Serial.print(uv);
      Serial.print(" | LED: "); Serial.print(estadoLED);
      Serial.print(" | RSSI: "); Serial.print(rssi); Serial.println(" dBm");
    } 
    else if (rx.startsWith("ACK:")) {
      Serial.print("✅ "); Serial.println(rx);
    }

    actualizarOLED();
  }
}

void enviarComando(String cmd) {
  LoRa.beginPacket();
  LoRa.print(cmd);
  LoRa.endPacket();
  Serial.print("🚀 TC Enviado: "); Serial.println(cmd);
}

void actualizarOLED() {
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0); display.print("BERMEJASAT TERRENA");
  display.drawLine(0, 10, 128, 10, WHITE);

  display.setCursor(0, 14); display.print("T: "); display.print(temp); display.print(" C | H: "); display.print(hum); display.print("%");
  display.setCursor(0, 26); display.print("UV: "); display.print(uv); display.print(" Index");
  display.setCursor(0, 38); display.print("Actuador Remoto: "); display.print(estadoLED);
  display.setCursor(0, 52); display.print("RSSI: "); display.print(rssi); display.print(" dBm");

  display.display();
}

🔬 Verificación en el Banco de Pruebas

1. Estabilidad del sensor UV en penumbra: En interiores, la lectura del canal analógico se consolida en 0.0 Index (0.00 V), eliminando falso ruido de fondo.
2. Sincronización gráfica dual: Las dos pantallas OLED representan los mismos parámetros de misión al instante.
3. Respuesta remota a telecomandos: Al lanzar órdenes desde la consola de comandos de tierra, la latencia de conmutación del actuador en el CanSat y la devolución del paquete ACK es inferior a 45 ms, con una cobertura de señal excelente (-38 a -42 dBm en pruebas de laboratorio).

¡El software central de BermejaSat queda totalmente funcional y listo para la integración de los sensores I2C finales!