Cómo configurar la Raspberry Pi 3 y las BeagleBoards para conexiones inalámbricas

La computadora de placa única Raspberry Pi de bajo costo ha tenido mucho éxito y les brinda a los diseñadores de sistemas una placa controladora accesible que se puede programar en Linux Debian de estándar industrial. Lo que le faltaba a Pi hasta ahora eran capacidades inalámbricas integradas. La Raspberry Pi A y B y la Pi2 necesitaban de una tarjeta de licencia de Wi-Fi o Bluetooth para crear enlaces inalámbricos. La última versión de la placa, la Raspberry Pi 3, añade un procesador Cortex^® A53 ARM^® de cuatro núcleos y 64 bits con frecuencia elevada a 1.2 GHz e implementa Wi-Fi y Bluetooth Smart 4.0 por un precio similar al de las placas anteriores. Las placas han estado en preproducción durante varios meses antes de su lanzamiento y un proveedor que las ofrece es Seeed.

Esto abre enormes oportunidades para usar la placa en la Internet de las cosas (IoT) y conectar fácilmente a un enrutador o a una puerta de enlace para enviar datos desde sensores o brindar el control desde un teléfono inteligente o un terminal conectado a Internet. Además, el procesador de cuatro núcleos brinda más potencia de procesamiento para analizar datos localmente y ejecutar un rango mayor de algoritmos de control de manera local, así como para proporcionar respuestas más rápidas.

Muchas de estas aplicaciones de la Internet de las cosas no usan una pantalla y las placas se configuran a través de un enfoque "sin cabecera". Esto usa la conexión Ethernet a un terminal o un cable de consola serial. El software para realizar esta conexión está incluido en la imagen del software estándar que viene con el sistema operativo Raspbian en la tarjeta SD que encaja en la placa.

Raspbian está basado en Debian Linux y se actualiza con frecuencia con las bibliotecas de Raspberry Pi Foundation y se instala a través de la aplicación del instalador NOOBS en la placa. Sin embargo, Foundation la ha hecho sencilla a propósito para sustituir la partición de raíz en la tarjeta SD con otra distribución de ARM Linux de tal forma que se puedan usar otros sistemas operativos. Se pueden descargar en la tarjeta desde una PC o computadora portátil para usarlas con la placa antes de realizar la conexión.

Figura 1: La placa Raspberry Pi 3 añade Wi-Fi y Bluetooth Smart a la misma placa como un procesador Cortex-A53 ARM de cuatro núcleos y 1.2 GHz.

Con Raspbian, el primer paso para configurar el enlace inalámbrico es escanear para buscar redes locales. Esto se logra con el comando sudo, con el formato

: sudo iwlist wlan0 scan

Esto retorna una lista de todas las redes Wi-Fi y las conexiones de seguridad y otros detalles.

Para conectar la placa, el nombre de la red Wi-Fi elegida figurará en la ESSID (Identificación del conjunto de servicio extendido). También incluirá el método de autenticación que se usa, que puede ser WEP, WPA o WPA2.

Esto da la información requerida para el archivo de configuración. Se accede con el comando:

: sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

Al final del archivo se encuentran las configuraciones de Wi-Fi que deben cambiarse a la red local.

En la red= bloque, el SSID="" la entrada debe cambiarse a la red local y la PSK="" debe cambiarse a la contraseña de Wi-Fi.

Luego, se guarda el archivo de configuración presionando CTRL+X, después Y en el teclado, y Enter para confirmar. El archivo de configuración se actualizará, por lo general, dentro de unos segundos e intentará conectarse a la red Wi-Fi. Si no se conecta el Wi-Fi, entonces puede ser necesario reiniciar con sudo reboot. Después de lograr la conexión, se puede verificar con el comando ifconfig:

: ifconfig wlan0

Si el campo "inet addr" retorna con una dirección IP, entonces la conexión es exitosa y esta dirección IP es útil para conectarse con la placa de manera remota.

Conexión de un periférico Bluetooth

Una de las ventajas de la Raspberry Pi 3 es la capacidad de Bluetooth integrada. Esto permite que un periférico Bluetooth se conecte de manera fácil con la placa para crear redes IoT.

El mejor método para conectar un dispositivo Bluetooth es usar el comando "bluetoothctl" desde la interfaz de la línea de comandos que se incluye en el sistema operativo Raspbian.

Para otros sistemas operativos, un módulo Bluetooth se puede instalar usando el comando:

: sudo apt-get install pi-bluetooth

La ejecución de bluetoothctl requiere que el chip Bluetooth esté encendido con:

: power on

El cual entregará una lista de dispositivos que se han conectado anteriormente con la placa. Al usar el comando

: scan on,

ingresa al modo de búsqueda para encontrar dispositivos Bluetooth cercanos.

Luego, es necesario encender un agente para manejar el emparejamiento del periférico con la placa:

: agent on

La dirección MAC del periférico es necesaria para realizar el emparejamiento y, por lo general, se imprime en el periférico y se ingresa usando el comando:

: pair MAC Address

También podría ser un aviso de una contraseña para periféricos como un teclado Bluetooth.

Si el periférico se usará de manera frecuente, se puede añadir a la lista de dispositivos seguros con el comando:

: trust MAC address

Luego, se realiza una conexión con el comando

: connect MAC address

BeagleBone Green

Otras computadoras de placa única de bajo costo populares como BeagleBone Green no cuentan con conexión inalámbrica integrada en la placa y, por lo tanto, requieren la configuración de un adaptador o una tarjeta de licencia para brindar una conexión Wi-Fi. Esto puede variar en función de la tarjeta de licencia usada. No obstante, esto se maneja a través del sistema operativo, que para BeagleBone Green es la versión 3.8 de la distribución Debian Linux.

Figura 2: La tarjeta BeagleBone Green usa un procesador Sitara de 1 GHz con un núcleo ARM Cortex-A8

Un problema con la conexión Wi-Fi en la placa es que los planos de alimentación y a tierra de los puertos Grove están junto al puerto USB donde se podría enchufar un adaptador de Wi-Fi. Esto amortigua la señal y ocasiona una conexión pobre. Para muchas aplicaciones integradas sin cabecera, estos puertos podrían no ser necesarios y pueden desenchufarse usando el árbol de dispositivos. El comando para esto se encuentra en el archivo uEnv.tx.

Otro enfoque es usar un cable de extensión corto USB, de tal forma que se pueda colocar un adaptador de Wi-Fi a una corta distancia de la placa para evitar el problema.

La placa también necesita suficiente energía para el adaptador Wi-Fi y esto necesita un suministro de 5 V con al menos 1 A de corriente.

En cualquier caso, el primer paso es conectar el puerto USB en la tarjeta a una PC usando SSH y una actualización de kernel asegura que las últimas bibliotecas están disponibles para el adaptador de Wi-Fi:

: cd /opt/scripts/tools/

: ./update_kernel.sh

La imagen de kernel debe descargarse e instalarse automáticamente, y luego reiniciarse.

Si se añade un pequeño guión para encender automáticamente el adaptador cuando la placa se reinicia, se asegurará el uso de todos los adaptadores diferentes. Esto se maneja con

: cd ~

: ntpdate -b -s -u pool.ntp.org

: apt-get update && apt-get install git

: git clone https://github.com/adafruit/wifi-reset.git

: cd wifi-reset

: chmod +x install.sh

: ./install.sh

Este guión automáticamente enciende el adaptador cuando se reinicia la placa, luego al ejecutar el comando iwconfig, aparece una lista de redes disponibles y la ESSID que es necesaria para el archivo /etc/network/interfaces para especificar la conexión apropiada.

La configuración del archivo usa el comando nano editor:

: nano /etc/network/interfaces

Esto mostrará un bloque de configuración comentada para Wi-Fi:

# WiFi Example

#auto wlan0

#iface wlan0 inet dhcp

#    wpa-ssid "essid"

#    wpa-psk  "password"

Si retira los comentarios y sustituye la ESSID y la contraseña con el nombre y la contraseña de la red correspondiente, podrá configurar el adaptador. La conexión se puede probar de forma manual usando el comando ifup wln0, el cual retornará la dirección IP de la conexión, que es útil para direccionar la placa de manera remota. Al reiniciar la placa debería aparecer el guión para encender el adaptador y configurar la conexión de la red.

Conclusión

Para los desarrolladores, la implementación de Wi-Fi y Bluetooth Smart en la placa Raspberry Pi 3 abre un nuevo rango de aplicaciones integradas y sin cabecera para desarrolladores con un proceso de configuración simple. Esto permite el fácil acceso a las placas de manera remota desde las PC, teléfonos inteligentes y servicios en la nube. No obstante, los usuarios de otras placas pueden aún usar adaptadores inalámbricos para brindar el mismo nivel de capacidad.