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🚀 BermejaSat #18: Control Bi-Direccional LoRa, Telecomandos (TC/TM) y Actuación Remota con TTGO LoRa32 y ASAIR AM2302

En las misiones aeroespaciales de la ESA o la NASA, la telemetría no es un canal unidireccional (Simplex). Un satélite o un CanSat no solo debe “hablar” transmitiendo datos a tierra; también debe “escuchar” y ejecutar órdenes enviadas desde el centro de control.

Hasta ahora, en BermejaSat habíamos probado emisores pasivos de telemetría. En esta entrada damos el salto definitivo hacia una arquitectura bi-direccional (Dúplex) basada en Telecomandos (TC) y Telemetría (TM) mediante radio LoRa a 868 MHz, utilizando dos placas TTGO LoRa32, el sensor ASAIR AM2302 (DHT22) y pantallas OLED SSD1306.

🛠️ Materiales y Arquitectura de Red

Para este experimento de mesa no necesitamos soldaduras ni cables complejos:

  • Nodo CanSat (TTGO #1):
    • Microcontrolador ESP32 + Módulo LoRa SX1276 (868 MHz).
    • Sensor de temperatura y humedad ASAIR AM2302 (DHT22) en GPIO 17.
    • Pantalla OLED 0.96″ SSD1306 (SDA=21, SCL=22, RST=16).
    • Actuador lógico/LED en GPIO 2.
  • Nodo Estación Terrena (TTGO #2):
    • Microcontrolador ESP32 + Módulo LoRa SX1276 (868 MHz).
    • Pantalla OLED 0.96″ SSD1306 dedicada.
    • Interfaz de comandos por consola Serie (PC) a 115200 baudios.

📡 Estructura del Protocolo TC/TM

Establecemos un protocolo ligero de paquetes por radio:

Plaintext

               ┌──────────────────────────────────────────────┐
               │         ESTACIÓN TERRENA (TTGO #2)           │
               └──────┬────────────────────────────────▲──────┘
                      │                                │
        Telecomando   │ "LED_ON" / "LED_OFF"           │ Telemetría / ACK
       (Tierra -> SAT)│                                │ (SAT -> Tierra)
                      ▼                                │
               ┌───────────────────────────────────────┴──────┐
               │            CANSAT (TTGO #1)                  │
               │  [ AM2302 ] ──► [ OLED ] ──► [ Actuador GPIO ]│
               └──────────────────────────────────────────────┘
  1. Telemetría periódica (TM): Trama transmitida cada 2 segundos con formato:TM,<Temperatura>,<Humedad>,<Estado_Actuador>
  2. Telecomando activo (TC): Órdenes desde la base (LED_ON / LED_OFF).
  3. Confirmación (ACK): Tras recibir un TC válido, el CanSat responde de inmediato con ACK: LED_ON_OK o ACK: LED_OFF_OK.

💻 Código 1: Firmware del CanSat (TTGO #1)

Este programa gestiona la lectura del sensor AM2302, actualiza la pantalla OLED con la telemetría y el último comando recibido, atiende las peticiones por radio y conmuta el 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 SENSOR ASAIR AM2302 (DHT22) ---
#define DHTPIN 17
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

// --- 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 globales
bool statusLED = false;
float temperatura = 0.0;
float humedad = 0.0;
unsigned long ultimoEnvio = 0;
String ultimoComando = "NINGUNO";

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

  // Configurar Actuador LED
  pinMode(ACTUATOR_LED, OUTPUT);
  digitalWrite(ACTUATOR_LED, LOW);

  // Inicializar 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 #18");
    display.println("Iniciando CanSat...");
    display.display();
  }

  // Inicializar AM2302
  dht.begin();

  // Inicializar 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 de inicio LoRa!");
    while (1);
  }

  Serial.println("🚀 CanSat listo con AM2302, OLED y LoRa!");
}

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;

    Serial.print("📩 TC Recibido: ");
    Serial.println(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 Y ENVÍO PERIÓDICO DE TELEMETRÍA
  if (millis() - ultimoEnvio > 2000) {
    ultimoEnvio = millis();

    float t = dht.readTemperature();
    float h = dht.readHumidity();

    if (!isnan(t) && !isnan(h)) {
      temperatura = t;
      humedad = h;
    }

    enviarTelemetria();
    actualizarOLED();
  }
}

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

void enviarTelemetria() {
  String payload = "TM," + String(temperatura, 1) + "," + String(humedad, 1) + "," + (statusLED ? "1" : "0");

  LoRa.beginPacket();
  LoRa.print(payload);
  LoRa.endPacket();

  Serial.print("📡 Telemetría transmitida: ");
  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, 16);
  display.print("Temp: "); display.print(temperatura, 1); display.print(" C");

  display.setCursor(0, 28);
  display.print("Hum:  "); display.print(humedad, 1); display.print(" %");

  display.setCursor(0, 42);
  display.print("Actuador: "); display.print(statusLED ? "[ON]" : "[OFF]");

  display.setCursor(0, 54);
  display.print("Cmd: "); display.print(ultimoComando);

  display.display();
}

💻 Código 2: Firmware de la Estación Terrena (TTGO #2)

Permite enviar órdenes tecleando 1 o 0 desde el Monitor Serie del ordenador, transmite el comando por LoRa y muestra la telemetría recibida junto con la intensidad de señal (RSSI en dBm).

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 ultimaTemp = "--";
String ultimaHum = "--";
String estadoLED = "DESCONOCIDO";
int ultimoRSSI = 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("Iniciando LoRa 868...");
    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 al iniciar LoRa Terrena!");
    while (1);
  }

  Serial.println("\n==============================================");
  Serial.println("📡 ESTACIÓN TERRENA BERMEJASAT LISTA");
  Serial.println("Pulse '1' + Enter -> Enviar LED_ON");
  Serial.println("Pulse '0' + Enter -> Enviar LED_OFF");
  Serial.println("==============================================\n");
}

void loop() {
  // 1. LEER COMANDOS DESDE EL MONITOR SERIE
  if (Serial.available()) {
    char input = Serial.read();
    if (input == '1') {
      enviarComando("LED_ON");
    } else if (input == '0') {
      enviarComando("LED_OFF");
    }
  }

  // 2. RECIBIR PAQUETES LORA
  int packetSize = LoRa.parsePacket();
  if (packetSize) {
    String rxData = "";
    while (LoRa.available()) {
      rxData += (char)LoRa.read();
    }
    ultimoRSSI = LoRa.packetRssi();

    if (rxData.startsWith("ACK:")) {
      Serial.print("✅ [CONFIRMACIÓN CANSAT] ");
      Serial.print(rxData);
      Serial.print(" | RSSI: "); Serial.print(ultimoRSSI); Serial.println(" dBm");
    } else if (rxData.startsWith("TM,")) {
      int p1 = rxData.indexOf(',', 3);
      int p2 = rxData.indexOf(',', p1 + 1);

      if (p1 != -1 && p2 != -1) {
        ultimaTemp = rxData.substring(3, p1);
        ultimaHum = rxData.substring(p1 + 1, p2);
        String bitLED = rxData.substring(p2 + 1);
        estadoLED = (bitLED == "1") ? "ENCENDIDO" : "APAGADO";
      }

      Serial.print("📊 [TM] Temp: "); Serial.print(ultimaTemp); Serial.print(" °C | ");
      Serial.print("Hum: "); Serial.print(ultimaHum); Serial.print(" % | ");
      Serial.print("Actuador: "); Serial.print(estadoLED); Serial.print(" | ");
      Serial.print("RSSI: "); Serial.print(ultimoRSSI); Serial.println(" dBm");
    }

    actualizarOLEDTerrena();
  }
}

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

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

  display.setCursor(0, 16);
  display.print("CanSat T: "); display.print(ultimaTemp); display.print(" C");

  display.setCursor(0, 28);
  display.print("CanSat H: "); display.print(ultimaHum); display.print(" %");

  display.setCursor(0, 40);
  display.print("Actuador: "); display.print(estadoLED);

  display.setCursor(0, 54);
  display.print("RSSI: "); display.print(ultimoRSSI); display.print(" dBm");

  display.display();
}

🧪 Resultados y Verificación en Vuelo Simulado

El ensayo concluyó con éxito total en el bucle cerrado:

  1. Recepción continua: La Estación Terrena muestra en pantalla OLED y consola los datos ambientales actualizados del AM2302 enviados por el CanSat a 868 MHz.
  2. Envío de órdenes: Al enviar un 1 por el Monitor Serie, la TTGO terrena emite el paquete LED_ON.
  3. Respuesta remota: El CanSat interpreta la instrucción, conmuta la salida digital, refresca su OLED con Cmd: LED_ON / Actuador: [ON] y devuelve la trama ACK: LED_ON_OK.
  4. Validación en tierra: La consola terrena confirma la recepción del ACK indicando un RSSI estable de -42 dBm.

💡 Importancia para el Proyecto CanSat

Reemplazar un “LED” por un relé, un optoacoplador o un transistor MOSFET nos permite implementar desde la base de control:

  • Activación remota del sistema de liberación de paracaídas mediante hilo de nicrom.
  • Encendido de balizas sonoras o lumínicas de rescate tras el impacto.
  • Cambio dinámico del modo de transmisión (frecuencia de muestreo baja durante el ascenso vs. muestreo rápido en el descenso).

Con este avance, la arquitectura de comunicaciones de BermejaSat queda validada a nivel de software y protocolo. ¡Próxima parada: soldadura de sensores I2C y pruebas de campo! 🛰️ radio-link checked!

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Avatar del usuario
José Luis Usero Vílchez

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