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Programación de un mapa meteorológico LED con MicroPython en un ESP32C3 |
Feb 28, 2025 |
Jorge Diaz |
Si estas en HackConRD 2025, y te gusta este proyecto (o el CTF) considera dejarme una ⭐
Haz creado algo tú con el badge de HackConRD2025 y deseas compartirlo? Tenemos un lugar para esas ideas:
En esta publicación, demostraremos cómo programar un mapa del clima con LED utilizando un microcontrolador ESP32C3 con MicroPython y datos de la API de OpenWeatherMap.
Foto de FotosMalasPeroMias
Servidor de CTF IoT de HackConRD 2025 Badge
En este proyecto, mostraremos información meteorológica en el mapa de la RD🇩🇴. Además, este proyecto servirá como el badge para HackConRD 2025, donde organizaremos un CTF enfocado en la ingeniería inversa de este dispositivo IoT temático.
El ESP32C3 es un microcontrolador potente y rentable con Wi-Fi y Bluetooth integrados, lo que lo convierte en una excelente opción para proyectos de IoT. Una aplicación clave del IoT es el monitoreo del clima en tiempo real, donde los microcontroladores recopilan datos ambientales de sensores o, en nuestro caso, de fuentes de Internet.
Placa ESP32C3
Para construir este proyecto, necesitarás:
- ✅ Un microcontrolador ESP32C3
- Una conexión Wi-Fi
- ✅ Firmware de MicroPython instalado en el ESP32C3
- Una clave API de OpenWeatherMap (Te explico como conseguir una mas abajo)
Sin más demora, comencemos a implementar el proyecto.
Primero, instala rshell puedes conocer más sobre el proyecto aquí: https://pypi.org/project/rshell/
python3 -m pip install rshell
Conecta tu badge con un cable USB-C e inicia una conexión serial:
⚠️ El puerto serial puede aparecer con diferentes nombres dependiendo del sistema operativo en Windows, es COM4 por ejemplo. ⚠️
⚠️ 🔊 Si identificas una manera de borrar la FLASH. Pués, te recomiendo que no lo hagas! 🔊⚠️
/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.11/bin/rshell -p <tu-puerto-serial> -b 115200
En tu editor de código favorito, comienza importando las librerias necesarias para ejecutar el proyecto:
import machine, neopixel
from machine import Pin
import asyncio
import struct
import time
import network
import urequests
from micropython import constLuego escribe una función que se conecte a un punto de acceso Wi-Fi:
def connect_wifi(ssid, password):
connected = False
try:
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
except Exception as e:
print(e)
return connected
wlan.active(True)
wlan.config(txpower=8) #needed due to a hardware bug see: https://roryhay.es/blog/esp32-c3-super-mini-flaw
try:
wlan.connect(ssid, password)
except Exception as e:
if 'Wifi Internal Error' == str(e):
print(e)
pass
while not wlan.isconnected():
time.sleep(3)
print("Connected to Wi-Fi:", wlan.ifconfig())
connected = True
return connectedLa parte principal del código es traducir los datos meteorológicos al color del LED en la placa, aquí está el código para eso:
def fetch_weather_for_city(city, api_key):
BASE_URL = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather"
url = f"{BASE_URL}?q={city}&appid={api_key}&units=metric"
try:
response = urequests.get(url)
if response.status_code in (200, 202):
data = response.json()
response.close()
return data
else:
print(f"Error fetching weather for {city}: {response.status_code}")
response.close()
except Exception as e:
print("Weather fetch error:", e)
return None
def parse_city_weather(data):
if not data:
return (20, 0) # Default values
temp = data["main"]["temp"]
rain_chance = min(int(data.get("rain", {}).get("1h", 0) * 20), 100)
return (temp, rain_chance)
def weather_to_color(temperature, precipitation_chance):
BRIGHTNESS = 0.05
precipitation_chance = min(precipitation_chance, 100)
if precipitation_chance > 50:
return (0, 0, int((precipitation_chance / 100) * 255 * BRIGHTNESS))
elif temperature > 30:
return (int(min((temperature / 50) * 255, 255) * BRIGHTNESS), 0, 0)
elif 25 <= temperature <= 30 and precipitation_chance <= 20:
return (int(255 * BRIGHTNESS), int(255 * BRIGHTNESS), 0)
else:
return (0, int(max((1 - (temperature / 30)) * 255, 0) * BRIGHTNESS), 0)
async def update_weather(np, led_map, api_key):
while True:
weather_data = {}
if connect_wifi("wifi (name) ssid", "password"):
for province, led_index in led_map.items():
weather_data = fetch_weather_for_city(urlencode(province), api_key)
temp, rain = parse_city_weather(weather_data)
print("[+] Province: "+str(province)+" Temperature: "+str(temp)+" Rain Chance: "+str(rain)+" %")
np[led_index - 1] = weather_to_color(temp, rain)
np.write()
print("Weather updated!")
else:
print("Skipping update due to Wi-Fi failure")
await asyncio.sleep(7200) # Update every 2 hours
#handle province's special characters
def urlencode(string):
return string.replace(" ", "%20").replace("á", "%C3%A1").replace("é", "%C3%A9").replace("í", "%C3%AD").replace("ó", "%C3%B3").replace("ú", "%C3%BA").replace("ñ", "%C3%B1").replace(",", "%2C")Y finalmente, nuestra función principal de entrada 'main.py'
async def main():
NUM_LEDS = 31
LEDS_PIN = 2
np = neopixel.NeoPixel(Pin(LEDS_PIN), NUM_LEDS)
PROVINCE_TO_LED_MAP = { "Santo Domingo,do": 1,
"San Cristobal,do": 2,
"Bani,do": 4,
"Azua,do": 5,
"San Jose de Ocoa,do": 3,
"Barahona,do": 6,
"Pedernales,do": 7,
"Jimani": 8,
"Neiba": 9,
"San Juan de la Maguana,do": 10,
"Comendador,do": 11,
"Villa Vasquez,do": 12,
"Dajabon,do": 13,
"San Fernando de Monte Cristi,do": 14,
"Mao,do": 15,
"Puerto Plata,do": 16,
"Santiago de los Caballeros": 17,
"Moca,do": 18,
"Salcedo,do": 19,
"Nagua,do": 24,
"Samana,do": 25,
"Monte Plata,do": 26,
"Hato Mayor,do": 27,
"El Seibo,do": 29,
"La Romana,do": 30,
"La Altagracia,do": 31,
"San Pedro de Macoris": 28,
"La Vega,do": 20,
"Bonao,do": 21,
"Cotui,do": 22,
"San Francisco de Macoris": 23}
API_KEY = "openweathermap-api-key"
await update_weather(np, PROVINCE_TO_LED_MAP, API_KEY)
asyncio.run(main())-
Crear una cuenta en https://home.openweathermap.org/users/sign_up llenando el siguiente formulario:
-
OpenWeatherMap nos enviará un correo para confirmar la cuenta nueva, procedemos con esto e iniciamos sesión con la cuenta creada.
-
Generar un API key nuevo
Sustituir el key y las credenciales de Wi-Fi en el código. Y con eso, ya estamos listos para proceder a cargar el código al board. Lo explicamos a continuación.
Primero nos conectamos al board:
/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.11/bin/rshell -p <tu-puerto-serial> -b 115200Para cargar y correr código en MicroPython utilizamos dos scripts boot.py y main.py
⚠️ No debes tocar el boot.py ⚠️
boot.py se ejecuta una vez MicroPython ha cargado en el board, ESTE NO DEBE SER modificado.
✅ Modificamos en main.py ✅
Cargamos nuestro código como main.py copiandolo al board.
Este correrá cada vez que energicemos el board:
cp main.py /pyboard/main.pyFinalmente, corremos nuestro código:
Ingresa al interprete REPL y corre el main.py:
repl
import mainPara representar las condiciones meteorológicas, estamos utilizando una matriz de 31 LED aRGB, con cada LED correspondiente a una de las 31 provincias. Los LED cambiarán de color según las condiciones meteorológicas:
Diseño de PCB por Emeraldo Ramos
- Rojo: Temperaturas altas
- Amarillo: Buen tiempo
- Verde: Condiciones frescas pero secas
- Azul: Lluvia intensa
Esto proporciona una manera intuitiva de visualizar rápidamente los patrones climáticos en todo el país.