Proyecto IoT con ESP32 y Servidor TCP

Este proyecto implementa un sistema IoT utilizando dos módulos ESP32 comunicados de forma inalámbrica mediante sockets TCP y un servidor central en Python.

Descripción

El sistema está compuesto por:

Un ESP32 con sensor ultrasónico que mide distancia y envía los datos al servidor.
Un ESP32 con LEDs que actúa como sistema de respuesta (actuador).
Un servidor TCP en Python que recibe los datos del sensor, los procesa y envía comandos al actuador.

1. Requerimientos Funcionales y No Funcionales

Funcionales

El sistema debe permitir que múltiples clientes (2 clientes: un sensor y un actuador) se conecten al servidor mediante comunicación TCP.
El sistema debe permitir que los clientes se identifiquen como: "SENSOR" y "ACTUADOR".
El sistema debe recibir datos enviados por el ESP32 sensor en el formato: DIST:<valor>.
El servidor debe procesar los datos de distancia recibidos y determinar una acción según la lógica definida.

El sistema debe enviar comandos al ESP32 actuador según la lógica:

  DANGER → distancia < 10
  RED → 10 ≤ distancia < 20
  YELLOW → 20 ≤ distancia < 50
  GREEN → 50 ≤ distancia < 80

El ESP32 actuador debe recibir los comandos y activar la combinación de LEDs correspondiente.

No Funcionales

El sistema debe procesar y responder a los datos del sensor en tiempo cercano a tiempo real (≈2 segundos debido al intervalo de envío del sensor)
El sistema debe ser fácil de probar mediante herramientas como scripts en Python.

2. Diseño del Sistema

Diagrama de bloques

Diagrama de circuito

Diagrama de arquitectura del sistema

Especificación del protocolo de aplicación

ESP32 → se conecta al servidor (TCP)
ESP32 → envía identificación "SENSOR" o "ACTUADOR"
Sensor → envía datos "DIST:30"
Servidor:
- recibe datos
- procesa lógica
Servidor → envía comando "YELLOW"
Actuador → enciende LED correspondiente

Tipo de Mensaje	Emisor	Formato	Ejemplo	Descripción
Identificación	ESP32	`"SENSOR"`	SENSOR	Registro como sensor
Identificación	ESP32	`"ACTUADOR"`	ACTUADOR	Registro como actuador
Datos	Sensor	`DIST:<valor>`	DIST:30	Envío de distancia
Respuesta	Servidor	`"DANGER"`	DANGER	Estado crítico
Respuesta	Servidor	`"RED"`	RED	Distancia corta
Respuesta	Servidor	`"YELLOW"`	YELLOW	Distancia media
Respuesta	Servidor	`"GREEN"`	GREEN	Distancia segura

Distancia (cm)	Estado	Acción (LEDs)
< 10	Estado crítico	Parpadeo (todos ON/OFF)
10 – 19	Distancia corta	Activación combinada
20 – 49	Distancia media	Activación combinada
50 – 79	Distancia segura	Activación combinada

Diagramas estructurales y de comportamiento

Diagramas Estructurales

Diagrama de Componentes

Diagrama de Clases (Servidor Python)

Diagramas de Comportamiento

Diagrama de Secuencia

Diagrama de Flujo del Sistema

Diagrama de Estados (Actuador)

Diagrama de Estados (Sensor)

3. Implementación

Funcionamiento

El ESP32 sensor captura la distancia.
Envía la información al servidor (TCP) mediante WiFi.
El servidor procesa los datos y determina una acción.
El ESP32 actuador recibe el comando y enciende el LED correspondiente.

Tecnologías utilizadas

ESP32 (Framework Arduino - PlatformIO)
Python (Sockets TCP)
Comunicación WiFi

Estructura del proyecto

esp32_sensor/ → Código del ESP32 con sensor ultrasónico
esp32_actuador/ → Código del ESP32 con LEDs
server_python/ → Servidor TCP en Python

4. Pruebas y Validaciones

El plan de pruebas cubre:

Conexión de clientes (ESP32 y simuladores) al servidor
Envío de datos desde el sensor
Procesamiento lógico en el servidor
Recepción y ejecución de comandos en el actuador
Manejo de errores y desconexiones

Componentes del sistema

Componente	Descripción
ESP32 Sensor	Envía datos de distancia
ESP32 Actuador	Recibe comandos y activa LEDs
Servidor Python	Procesa datos y coordina acciones
Scripts de prueba	Simulan sensor o actuador

Casos de prueba

✅ CP1 – Conexión de cliente sensor

Entrada: "SENSOR"
Resultado esperado: El servidor registra el sensor correctamente

✅ CP2 – Conexión de cliente actuador

Entrada: "ACTUADOR"
Resultado esperado: El servidor registra el actuador correctamente

✅ CP3 – Envío de datos válidos

Entrada	Resultado esperado
DIST:10	RED
DIST:30	YELLOW
DIST:60	GREEN

✅ CP4 – Comunicación completa

Sensor envía datos
Servidor procesa
Actuador recibe comando

Resultado esperado: Flujo completo sin errores

⚠️ CP5 – Mensajes concatenados (TCP)

Entrada: "SENSOR\nDIST:10"
Resultado esperado: Ambos mensajes procesados correctamente

⚠️ CP6 – Desconexión del cliente

Cliente se desconecta
Resultado esperado: El servidor detecta la desconexión y cierra la conexión

⚠️ CP7 – Datos inválidos

Entrada: "DIST:abc"
Resultado esperado: El sistema genera una excepción (no controlada)

Metodología de pruebas

Se utilizaron tres tipos de pruebas:

🔹 Pruebas simuladas

Uso de scripts Python:

test_sensor.py
test_actuador.py

🔹 Pruebas híbridas

ESP32 real + script Python

🔹 Pruebas reales

ESP32 sensor + ESP32 actuador

Resultados obtenidos

Comunicación TCP estable
Procesamiento correcto de datos válidos
Respuesta adecuada del actuador
Procesamiento correcto de mensajes concatenados

5. Resultados

Comunicación TCP funcional.
Manejo concurrente de clientes mediante hilos.
Procesamiento correcto de datos válidos.
Respuestas correctas según distancia.
Sistema funcional en pruebas reales.

6. Conclusiones

TCP garantiza comunicación confiable.
Arquitectura cliente-servidor simplifica el sistema.
Separación de responsabilidades mejora mantenimiento.
Uso de hilos permite concurrencia básica.
Sistema cumple requisitos funcionales y no funcionales.

7. Recomendaciones

Usar JSON o MQTT.
Implementar logs.
Migrar a asyncio.
Añadir autenticación.
Integrar base de datos.
Crear dashboard web.

8. Anexos

Flujo de comunicación

ESP32 Sensor → Servidor TCP → ESP32 Actuador | | | |---- "SENSOR" --------->| | | | | |---- "DIST:30" -------->| | | |---- "YELLOW" --------->| | | |

Ejemplo de mensajes

Registro de cliente:

SENSOR ACTUADOR

Envío de datos:

DIST:10 DIST:30 DIST:60

Respuestas del servidor:

RED YELLOW GREEN

Consideraciones TCP

Protocolo orientado a conexión
Puede concatenar mensajes
Requiere procesamiento manual del buffer

Mejora con JSON

{
  "type": "sensor",
  "distance": 30
}

Respuesta:

{
  "action": "YELLOW"
}

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Esp32-actuador		Esp32-actuador
Esp32-sensor		Esp32-sensor
server_python		server_python
static		static
README.md		README.md

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