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Práctica con ESP32: WiFiManager, pantalla OLED y sensor DHT22.
Envío de los datos del sensor a un servidor PHP, con código y vista previa.
Comunicación inalámbrica sin router entre ESP32: funcionamiento, topologías y código .ino.
Página de la práctica ESP32 con WiFiManager, OLED y DHT22.
Tutorial con envío de datos a PHP.
Foto de la maqueta montada y lista de material.
Identifica los módulos, diferencia las señales analógicas y digitales, mide parámetros y relaciona las medidas con las características de cada etapa.
El ESP32 es un microcontrolador de 32 bits desarrollado por Espressif Systems, diseñado específicamente para aplicaciones IoT y de conectividad inalámbrica. Integra en un único chip un procesador de alto rendimiento junto con módulos completos de WiFi y Bluetooth.
El ESP32 es un microcontrolador de 32 bits desarrollado por Espressif Systems, diseñado específicamente para aplicaciones IoT y de conectividad inalámbrica.
Características principales:
El ESP32 integra varios bloques especializados para radiocomunicaciones:
📶 Bloque WiFi
🔵 Bloque Bluetooth
El ESP32 concentra en un solo chip todo lo necesario para un nodo IoT con comunicación inalámbrica, eliminando la necesidad de módulos externos de conectividad.
Dos procesadores Xtensa LX6 a 240 MHz permiten ejecutar tareas en paralelo: un núcleo gestiona la conectividad inalámbrica mientras el otro procesa la lógica de la aplicación, sin interferencias entre ambos.
520 KB de SRAM interna de alta velocidad para datos y código. La Flash externa de 4 MB almacena el firmware y los archivos del sistema de archivos (SPIFFS/LittleFS). Ambas son configurables por el programador.
Conectividad WiFi completa en la banda de 2,4 GHz con soporte para los estándares b (11 Mbps), g (54 Mbps) y n (hasta 150 Mbps). Puede operar como estación (STA), punto de acceso (AP) o ambos simultáneamente (AP+STA).
Bluetooth clásico para transferencias de datos de alta velocidad y Bluetooth Low Energy (BLE) para dispositivos de bajo consumo como sensores, beacons y wearables. Ambos coexisten con WiFi en la misma antena.
Pines de entrada/salida de propósito general configurables como digital in/out, ADC, DAC, PWM, SPI, I2C, UART o I2S. Algunos pines tienen funciones especiales de arranque que deben tenerse en cuenta en el diseño del hardware.
ADC de 12 bits con 18 canales (0–3,3 V), DAC de 8 bits en 2 canales, hasta 16 canales PWM, 4× SPI, 2× I2C, 3× UART, 2× I2S y controlador de motor. Permiten conectar sensores, actuadores y pantallas sin hardware adicional.
Motor criptográfico integrado que acelera AES-128/256, SHA-2, RSA y curvas elípticas (ECC). Incluye generador de números aleatorios (TRNG) y memoria eFuse para almacenar claves de forma permanente e inalterable.
Deep Sleep con tan solo 10 µA, Light Sleep a ~0,8 mA y Modem Sleep. El coprocessor ULP (Ultra Low Power) puede ejecutar código mientras el núcleo principal duerme, ideal para lectura periódica de sensores con batería.
El ESP32 integra varios bloques especializados para radiocomunicaciones organizados en capas, desde el hardware RF hasta los protocolos de alto nivel. Cada capa tiene una función específica que se relaciona directamente con los módulos de un equipo de radio convencional.
Amplificador de bajo ruido (LNA) a la entrada del receptor, mezclador para la conversión de frecuencia y filtros de paso de banda. Equivale al bloque LNA + Mezclador + FI de un receptor superheterodino convencional. Gestiona la señal analógica de radiofrecuencia a 2,4 GHz.
Procesador de banda base que convierte la señal analógica de IF en datos digitales (demodulación OFDM, QAM o BPSK/QPSK según el estándar). Implementa corrección de errores (FEC), ecualización del canal y sincronización de trama.
Control de Acceso al Medio (IEEE 802.11). Gestiona el acceso al canal mediante CSMA/CA, controla la retransmisión de tramas perdidas, administra la encriptación WPA2/WPA3 y gestiona el ahorro de energía (Power Save Mode).
Implementación completa de los protocolos WiFi: gestión de la asociación y autenticación con el punto de acceso, asignación de IP vía DHCP, soporte TCP/IP, UDP, HTTP, MQTT y WebSocket. Accesible mediante la API de ESP-IDF o Arduino.
Transmisor y receptor de 2,4 GHz compartido (mediante multiplexación temporal) con el módulo WiFi. Utiliza modulación GFSK para Bluetooth clásico y modulación GFSK/π/4-DQPSK para BLE. Potencia de transmisión configurable de −12 dBm a +9 dBm.
Procesamiento de señales Bluetooth: sincronización de salto de frecuencia (FHSS con 79 canales en BT clásico y 40 en BLE), empaquetado y desempaquetado de tramas, control de errores ARQ y gestión del temporizador de Bluetooth.
Gestión de conexiones: emparejamiento y autenticación de dispositivos, negociación de parámetros de conexión (intervalo, latencia, timeout), control de potencia adaptativo (RSSI) y coordinación de la coexistencia WiFi-BT.
Interfaz de Control del Host (Host Controller Interface). Separa el hardware RF del software de alto nivel. Sobre HCI se implementan los perfiles Bluetooth (SPP, A2DP, HFP para BT clásico; GAP, GATT, ATT para BLE) y protocolos como BLE Mesh o iBeacon.
El frontend RF del ESP32 cumple la misma función que el LNA y el mezclador del receptor superheterodino: amplifica la señal débil y la convierte a banda base.
El procesador de banda base realiza la demodulación digital (OFDM, QAM, GFSK), equivalente al detector o demodulador en los equipos analógicos.
La capa MAC determina qué tramas procesa el dispositivo, de manera similar a cómo un filtro de FI selecciona el canal de interés en un receptor analógico.
La pila de protocolos entrega los datos al usuario final (aplicación), igual que el bloque AF entrega la señal de audio al altavoz en la cadena de recepción analógica.
Evidencias del funcionamiento correcto de la práctica: el ESP32 se ha conectado a la red mediante WiFiManager y muestra su dirección IP, la temperatura y la humedad en una pantalla OLED.
Resultado: el ESP32 (Az-Delivery ESP32-WROOM-32) se conecta a la red WiFi usando WiFiManager, obtiene la IP 172.16.69.97 y presenta en la OLED la IP, la temperatura (25.00 C) y la humedad (45.3 %) leídas con el sensor DHT22.
wm.h (#include <WiFiManager.h>) y la consola con la carga correcta (Hash of data verified). A la derecha, la maqueta con la OLED mostrando ip: 172.16.69.97 y Temperatura: 25.00 C.| Criterio | Evidencia observada | Dónde se ve | Estado |
|---|---|---|---|
| Programa subido al ESP32 sin errores | Arduino IDE 2.3.10, placa «ESP32 Dev Module». La consola muestra Writing at … 100.0%, Hash of data verified. y Hard resetting via RTS pin.... | Imagen 1 | ✓ Cumple |
| Uso de la librería WiFiManager | El código incluye #include <WiFiManager.h> y declara el objeto WiFiManager wm; en la pestaña wm.h. | Imagen 1 | ✓ Cumple |
| Conexión WiFi establecida | La pantalla OLED muestra ip: 172.16.69.97: una dirección IP privada asignada por el router al ESP32, que solo existe si hay conexión a la red. | Imágenes 1 y 2 | ✓ Cumple |
| Lectura del sensor DHT22 | La pantalla muestra Temperatura: 25.00 C (imagen 1) y Humedad: 45.3 % (imagen 2). | Imágenes 1 y 2 | ✓ Cumple |
| Salida por pantalla OLED (I2C) | OLED conectada por los 4 pines serigrafiados VDD, GND, SCK y SDA, mostrando el texto generado por el programa. | Imágenes 1 y 2 | ✓ Cumple |
| Control de botón y LED de estado | El código configura pinCero (GPIO 0) como entrada y pinDos (GPIO 2) como salida, y activa el LED con digitalWrite(pinDos, HIGH). | Imagen 1 | ✓ Cumple |
setupWM() y busca un WiFi guardado.192.168.4.1 y se elige la red.Esta práctica cumple lo pedido: conexión a WiFi mediante WiFiManager comprobada por la dirección IP que aparece en pantalla. Cómo verificarlo en las imágenes:
WiFiManager.h y la carga termina con Hash of data verified.Cada bloque tiene una función específica en la cadena de transmisión y recepción. Selecciona un módulo para ver sus detalles.
El bloque de audiofrecuencia procesa la señal de audio proveniente de un transductor (micrófono, reproductor…) antes de transmitirla. Es la "información" que se quiere enviar.
Amplifica la señal hasta el nivel adecuado para alimentar al modulador e incluye filtros que eliminan frecuencias no deseadas y circuitos de control de ganancia.
Genera la señal portadora de alta frecuencia. Sin él no hay onda de radio. Su estabilidad es crítica para no derivar del canal asignado.
Los osciladores modernos usan cristales de cuarzo o circuitos PLL para garantizar precisión y estabilidad independientemente de la temperatura.
Combina la señal de audiofrecuencia con la portadora del oscilador para producir la señal modulada. Permite que la información "viaje" sobre la onda de radio.
Tipos: AM (amplitud), FM (frecuencia), PM (fase) y modulaciones digitales como QAM o QPSK, cada una con sus ventajas de ancho de banda y resistencia al ruido.
Frecuencia fija a la que se convierte la señal RF recibida antes de demodularla. Facilita la amplificación y el filtrado con mayor selectividad.
El receptor superheterodino mezcla la señal recibida con un oscilador local ajustable para obtener siempre la misma FI, independientemente del canal sintonizado.
Eleva la potencia de la señal modulada hasta el nivel necesario para ser emitida y llegar a la distancia deseada. Es la etapa que más energía consume en TX.
En RX, el LNA amplifica la señal débil captada por la antena con el mínimo ruido posible.
Realiza el proceso inverso al modulador: extrae la señal de audiofrecuencia original de la señal modulada. "Descifra" la información montada sobre la portadora.
Para AM: detector de envolvente (diodo + condensador). Para FM: discriminador o demodulador PLL.
Convierte la señal eléctrica en ondas electromagnéticas (TX) o capta las ondas del aire y las convierte en señal eléctrica (RX).
Su longitud está relacionada con la longitud de onda de la señal. Tipos: dipolo, yagi, parabólica, de parche, etc.
Se han diferenciado las señales de modulación de amplitud y frecuencia de los equipos analógicos.
Se han especificado las señales de transmisión digital. Las señales digitales codifican la información con valores discretos (bits: 0 y 1), ofreciendo mayor inmunidad al ruido y eficiencia espectral.
La amplitud de la portadora toma valores discretos según el bit. Sencilla pero muy sensible al ruido, ya que el ruido afecta directamente a la amplitud.
La frecuencia de la portadora cambia según el bit (f₁ para '0', f₂ para '1'). Usada en módems, radioaficionados e industria. Más robusta que ASK.
La fase de la portadora varía según el símbolo. BPSK: 2 fases (1 bit/símbolo). QPSK: 4 fases (2 bits/símbolo). Muy usado en satélite y WiFi.
Combina variaciones de amplitud y fase. 16-QAM = 4 bits/símbolo. 64-QAM = 6 bits/símbolo. 256-QAM = 8 bits/símbolo. Base del cable, WiFi y 4G.
Múltiples subportadoras ortogonales en paralelo, cada una con QAM o PSK. Muy resistente a la interferencia multitrayecto. Base de WiFi 802.11, 4G LTE y 5G.
| Modulación | Bits / símbolo | Constelación | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| BPSK | 1 | Satélite, WiFi legacy | |
| QPSK | 2 | Satélite, 3G, GPS | |
| 16-QAM | 4 | WiFi 802.11n, 4G | |
| 64-QAM | 6 | WiFi 802.11ac, cable | |
| 256-QAM | 8 | WiFi 802.11ax, 5G |
Se han medido los parámetros fundamentales de los equipos y módulos con los instrumentos adecuados.
Número de ciclos por segundo. Verifica que el oscilador genera la portadora en el canal correcto y que no hay deriva.
🔬 Frecuencímetro / OsciloscopioNivel eléctrico de la señal en cada etapa. El osciloscopio mide el pico; el polímetro la tensión eficaz (RMS).
🔬 Osciloscopio / PolímetroEnergía por unidad de tiempo. P(dBm) = 10·log(P/1mW). En RF se trabaja siempre referenciado a 50 Ω.
🔬 Vatímetro RF / Analizador de espectroEn AM: m = (Vmáx−Vmín)/(Vmáx+Vmín). En FM: β = Δf/faudio. Determina la calidad y eficiencia de la modulación.
🔬 OsciloscopioRango de frecuencias entre los puntos de −3 dB. Determina cuánto espectro ocupa la señal y la calidad de audio.
🔬 Analizador de espectroSNR (dB) = 10·log(Pseñal/Pruido). Cuanto mayor, mejor calidad. Un SNR bajo hace la señal inaudible.
🔬 Analizador de espectro / Medidor de ruidoTHD (%) mide la linealidad del amplificador comparando los armónicos generados con la señal fundamental. Cuanto menor, mejor.
🔬 Analizador de espectro / DistorsiómetroMide la adaptación de la antena. VSWR=1 es ideal. Un valor alto indica reflexión de potencia de vuelta al transmisor.
🔬 Analizador de redes / ROE-metroSe han comparado las señales de entrada y salida de los módulos con las indicadas en el manual técnico.
Localizar en la hoja de datos del módulo los valores nominales de la señal de entrada y los esperados a la salida: nivel (dBm o V), frecuencia (Hz), forma de onda, impedancia de entrada/salida y tolerancias admitidas.
Conectar el osciloscopio o el analizador de espectro a los terminales de entrada y salida del módulo sin interrumpir el funcionamiento. Usar sondas de alta impedancia o acopladores directionales para no alterar la señal.
Anotar los valores reales medidos: V_entrada, V_salida, f_central, BW y potencia. Calcular la ganancia real: G(dB) = P_salida − P_entrada.
Comparar el valor medido con el nominal. Si la desviación supera la tolerancia del manual (p. ej. ±1 dB en potencia, ±2% en frecuencia), el módulo presenta una anomalía que debe investigarse.
Registrar en una hoja de medidas: punto de medida, valor nominal, valor real, desviación y veredicto (OK / AVISO / FALLO). Archivar junto al manual y las condiciones ambientales (temperatura, humedad).
Ejemplo de hoja de medidas:
| Parámetro | Nominal | Medido | Desviación | Estado |
|---|---|---|---|---|
| Ganancia amp. RF | 20 dB | 19,4 dB | −0,6 dB | OK |
| Potencia de salida | +30 dBm | +28,5 dBm | −1,5 dB | AVISO |
| Frecuencia FI | 10,7 MHz | 10,695 MHz | −5 kHz | OK |
| Ancho de banda FI | 200 kHz | 230 kHz | +30 kHz | AVISO |
| SNR salida AF | ≥ 50 dB | 43 dB | −7 dB | FALLO |
Causas habituales de desviación: envejecimiento de componentes, temperatura, ajustes incorrectos o averías en etapas previas.
Se han relacionado las medidas obtenidas con las características de los módulos, estableciendo causa-efecto entre valores medidos y comportamiento del equipo.
Diferencia entre la potencia de salida y la de entrada. Si es menor de la especificada, el módulo amplifica poco y el alcance se reduce. Si es mayor, puede saturar etapas posteriores.
Indica cuánto degrada el módulo la relación señal/ruido. Un LNA con figura de ruido alta eleva el ruido de todo el receptor. Se mide con analizador de ruido y se compara con el dato del fabricante.
Cuando la potencia supera el P1dB, la ganancia cae 1 dB y aparece distorsión. Se mide barriendo la potencia de entrada o con dos tonos (punto de intercepción IP3).
Una respuesta más ancha de lo especificado deja pasar canales adyacentes (interferencias). Más estrecha reduce la ganancia en el canal propio y degrada el audio. Se mide con el analizador barriendo la frecuencia.
En FM, un β bajo reduce el ancho de banda ocupado pero también la SNR demodulada. Un β alto mejora la calidad pero ocupa más espectro. La regulación limita la desviación máxima de frecuencia.
Si el VSWR es alto, la antena no está adaptada a 50 Ω y parte de la potencia se refleja hacia el amplificador final, pudiendo dañarlo y reduciendo el alcance. Se mide con analizador de redes (ROE-metro).
Términos clave del módulo de radiocomunicaciones.