Plan de clases IoT con ESP32: módulo de 8 semanas para el aula

Para armar un plan de clases IoT con ESP32 en secundaria o formación profesional, divide el módulo en cuatro capas: primero la placa percibe su entorno (GPIO y sensores), luego se conecta a una red (Wi-Fi), después comparte datos (servidor web, cliente HTTP, mensajes) y por último aprende a funcionar con batería y a estar protegida (deep sleep y seguridad). Con dos clases por semana estas cuatro capas caben con holgura en ocho semanas: dos semanas de hardware, dos de red y servidor, dos de intercambio de datos, una de energía y seguridad y la última para el proyecto final. Al terminar, el alumnado entrega un dispositivo que lee un sensor, muestra la medida en una página abierta desde el móvil o envía un mensaje al móvil cuando ocurre algo, con la duración de batería calculada y sin la contraseña a la vista dentro del código.

Este artículo continúa el plan de la primera clase con ESP32; la instalación, los drivers, el botón BOOT y el primer LED están allí y no se repiten aquí. Aquí tienes una tabla semana a semana con objetivo, proyecto real de BlueGrays, concepto y resultado, una estructura semanal de 80 minutos, por qué la red del centro casi nunca deja entrar al ESP32 y cómo solucionarlo, cinco preguntas para el departamento de informática, código compilable de un servidor web Wi-Fi, una sección de seguridad y ética, una lista de materiales para 8 grupos y los criterios del proyecto final. Los ejemplos suponen esto: tienes 24 estudiantes en 8 grupos de tres y dos clases por semana (2 × 40 minutos de trabajo). Si tu grupo es distinto, ajusta los tiempos en proporción.

La lógica del módulo: percibir, conectar, compartir, ahorrar energía

Una clase de Internet de las cosas (IoT) no enseña Internet en sí, sino cómo un dispositivo habla con los demás dispositivos de una red. Para eso primero hace falta algo que medir: una placa que se conecta al Wi-Fi pero no mide nada no tiene nada que decir en la red. Por eso las dos primeras semanas van sin Wi-Fi a propósito: el alumnado trabaja con un pulsador, una LDR y un sensor de temperatura y humedad, y fija la elección de pines y el intervalo de lectura. En la tercera semana la placa entra en la red, en la cuarta se convierte en servidor, en la quinta pasa a ser un cliente que pide datos a otro servidor y en la sexta avisa de un evento con un mensaje. La séptima semana se dedica a dos temas que la mayoría de talleres cortos de IoT se saltan: la duración de la batería y la seguridad. Cada capa se apoya en la anterior, así que no cambies el orden; si la semana del Wi-Fi sale mal, resuelve el problema de conexión antes de seguir.

Plan de clases IoT con ESP32 en 8 semanas

Todos los proyectos de la tabla están listos en BlueGrays con su esquema, lista de componentes y código. Los proyectos de las cuatro primeras semanas, incluidos los de conexión Wi-Fi y servidor web, son completamente gratuitos; los de cliente HTTP, Telegram, WebSocket y deep sleep que se usan desde la semana 5 son Premium. Así que nadie necesita Premium el primer mes; qué hacer cuando sí haga falta está al final del artículo.

Tres notas sobre la tabla. Primero, en la aplicación no hay un proyecto de MQTT listo; en la semana 6 explica MQTT como concepto en la pizarra (los dispositivos no hablan directamente entre sí, sino que publican mensajes con un tema en un servidor intermediario, el broker, y quien esté interesado se suscribe a ese tema) y haz la parte práctica con la notificación de Telegram y la página WebSocket. Los detalles de Telegram están en el artículo bot de Telegram con ESP32. Segundo, el proyecto Async Web Server de la semana 4 necesita las librerías AsyncTCP y ESPAsyncWebServer; instálalas en cada ordenador antes de la clase o la compilación se parará en la primera línea. Tercero, el ejercicio con el grupo vecino de la semana 5 no necesita Internet: el ESP32 del grupo A lee la dirección /deger del servidor que el grupo B montó en la semana 4. Si el centro no tiene salida a Internet, esa semana funciona igual.

La estructura semanal: 80 minutos

Seguir cada semana la misma estructura hace que el alumnado gaste su energía en el concepto nuevo y no en acostumbrarse a una rutina nueva. Si puedes juntar las dos clases, el flujo de abajo funciona en un solo bloque; si no, en dos mitades de 40 minutos, y en ese caso no desmontes el circuito al final de la primera clase, guárdalo montado en la caja. El cuaderno de red es una hoja que lleva cada grupo: fecha, dirección IP de la placa, dirección MAC, intensidad de señal, el error que apareció y cómo se resolvió. A partir de la semana 3, la mitad de la depuración se hace mirando ese cuaderno.

La realidad de la red del centro: por qué el ESP32 no entra en el Wi-Fi escolar

La mayoría de módulos de IoT se atascan por la red, no por el código. El ESP32 clásico solo funciona en la banda de 2,4 GHz; un punto de acceso que emite solo en 5 GHz no lo ve nunca. Las redes de los centros a menudo no usan una contraseña compartida como en casa, sino autenticación empresarial con usuario y contraseña (WPA2-Enterprise); el ESP32 puede admitirla con código adicional, pero eso obliga a escribir en el código la contraseña personal de un alumno o de un docente, algo inaceptable en clase. Las redes de invitados abren una página de aceptación en el navegador tras conectarse (portal cautivo); el ESP32 no tiene pantalla ni navegador, no puede pasar esa página y parece conectado pero nunca llega a Internet. Algunos centros solo admiten dispositivos con la dirección MAC registrada previamente. La última trampa es la menos conocida: las redes de invitados suelen aislar los dispositivos entre sí (aislamiento de clientes). En ese caso el ESP32 se conecta e incluso muestra su IP, pero el móvil en la misma red no llega a esa dirección y el servidor web de la semana 4 no se abre nunca.

La solución: el punto de acceso del móvil o un router propio

La solución más rápida es el punto de acceso personal de tu móvil. En el iPhone, al activar Maximizar compatibilidad en los ajustes de Compartir Internet la emisión pasa a 2,4 GHz; en Android eliges la banda de 2,4 GHz en los ajustes del punto de acceso. Así también hay Internet, pero los móviles solo aceptan un número limitado de dispositivos a la vez, y con 8 grupos más los móviles del alumnado el límite se llena rápido. Regla práctica: si los 8 ESP32 se conectan al móvil del docente, los 8 móviles que abrirán el navegador no deben conectarse a un segundo móvil, porque el móvil y el ESP32 tienen que estar en la misma red. Por eso, en las semanas 3 y 4 conecta 4 grupos a un punto de acceso y los otros 4 a un segundo, y que cada grupo pruebe con un solo móvil.

Si vas a repetir el módulo cada año, la solución permanente es un router de 2,4 GHz propio, solo para esta clase. El router funciona sin conectarlo a la red del centro; las semanas 3 y 4 y el ejercicio con el grupo vecino se pueden hacer sin Internet, porque el ESP32 y el móvil están en la misma red local. Internet solo hace falta en las semanas 5 y 6 (tiempo, NTP, Telegram); para esas dos semanas usa un punto de acceso o planifica con informática la conexión del router a la red del centro. Cambia el nombre y la contraseña de la red cada curso y la contraseña de administración del router el primer día. Si no hay ninguna red física, en el código de los proyectos Wi-Fi de la aplicación el nombre de red por defecto es Wokwi-GUEST; el mismo código se puede probar con esa red en el simulador Wokwi desde el navegador. Haz al departamento de informática estas cinco preguntas al menos dos semanas antes de empezar:

1. ¿Hay en el centro una red que emita en 2,4 GHz con una sola contraseña compartida (WPA2-PSK) y pueden usarla los dispositivos de clase?
2. ¿La red de invitados tiene portal cautivo y aislamiento de clientes? ¿Pueden dos dispositivos de la misma red verse entre sí?
3. ¿Hay que registrar antes los dispositivos por su dirección MAC? Si es así, ¿hasta cuándo necesitáis la lista de las 9 placas?
4. ¿Permiten las normas del centro usar en el aula taller un router propio sin conexión a la red del centro, o el punto de acceso del móvil del docente?
5. Si los ESP32 necesitan Internet en las semanas 5 y 6, ¿qué conexiones permite el cortafuegos (sitios web, servidores de hora, servicios de mensajería)?

El código: un ESP32 que se conecta al Wi-Fi y muestra el valor de un sensor en una página

El código de abajo es el núcleo de la semana 4 y solo usa las librerías WiFi.h y WebServer.h que vienen con el paquete de placas ESP32, así que no hay que instalar nada más. El circuito es el de la semana 2: VCC del módulo LDR a 3V3, GND a GND, AO a GPIO34. GPIO34 está en ADC1, así que se puede leer también con el Wi-Fi activo. Antes de subirlo, cambia los dos marcadores AG_ADI (nombre de la red) y AG_SIFRESI (contraseña) por los datos de tu red de 2,4 GHz, o pasa esas dos líneas a un archivo aparte llamado secrets.h, como harás en la semana 7; si el código encuentra ese archivo, lo usa.

1// ESP32 Wi-Fi + web sunucu: LDR değerini tarayıcıda göster / ESP32 Wi-Fi + web server: show the LDR value in a browser
2#include <WiFi.h>
3#include <WebServer.h>
4
5// Ağ bilgileri: secrets.h varsa oradan gelir / Network credentials: taken from secrets.h if it exists
6#if __has_include("secrets.h")
7#include "secrets.h"
8#else
9const char* WIFI_SSID = "AG_ADI";       // 2,4 GHz ağın adı / Name of the 2.4 GHz network
10const char* WIFI_PASS = "AG_SIFRESI";   // Ağ şifresi / Network password
11#endif
12
13const int LDR_PIN = 34;   // ADC1 pini, Wi-Fi açıkken de okunur / ADC1 pin, still readable while Wi-Fi is on
14
15WebServer server(80);     // 80 numaralı portta web sunucu / Web server on port 80
16
17// Ana sayfa: ölçümü HTML olarak gönder / Home page: send the reading as HTML
18void handleRoot() {
19  int raw = analogRead(LDR_PIN);              // 0-4095 ham değer / Raw value 0-4095
20  int percent = map(raw, 4095, 0, 0, 100);    // Modülde ışık arttıkça değer düşer / On the module the value drops as light rises
21  String html = "<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>";
22  html += "<meta name='viewport' content='width=device-width'>";
23  html += "<script>setTimeout(() => location.reload(), 5000);</script>";   // 5 saniyede bir yenile / Reload every 5 s
24  html += "<title>ESP32 Grup 1</title></head><body>";
25  html += "<h1>Isik: %" + String(percent) + "</h1>";
26  html += "<p>Ham deger: " + String(raw) + "</p>";
27  html += "<p>Sinyal: " + String(WiFi.RSSI()) + " dBm</p>";
28  html += "</body></html>";
29  server.send(200, "text/html", html);        // 200 = istek başarılı / 200 = request OK
30}
31
32// Yalnız sayıyı döndüren adres / Address that returns only the number
33void handleValue() {
34  server.send(200, "text/plain", String(analogRead(LDR_PIN)));
35}
36
37void setup() {
38  Serial.begin(115200);
39  analogReadResolution(12);                   // 12 bit: 0-4095
40  WiFi.mode(WIFI_STA);                        // İstasyon modu: var olan ağa katıl / Station mode: join an existing network
41  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
42  Serial.print("Baglaniliyor / Connecting");
43  unsigned long start = millis();
44  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && millis() - start < 20000) {   // En fazla 20 sn bekle / Wait up to 20 s
45    delay(500);
46    Serial.print(".");
47  }
48  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
49    Serial.println("\nBaglanamadi, yeniden basliyor / No connection, restarting");
50    delay(2000);
51    ESP.restart();
52  }
53  Serial.print("\nIP: ");
54  Serial.println(WiFi.localIP());             // Telefonda bu adresi aç / Open this address on the phone
55  server.on("/", handleRoot);                 // Ana sayfa: IP/ / Home page: IP/
56  server.on("/deger", handleValue);           // Yalnız sayı: IP/deger / Number only: IP/deger
57  server.begin();
58}
59
60void loop() {
61  server.handleClient();                      // Gelen istekleri karşıla / Serve incoming requests
62}

Después de subirlo, abre el monitor serie a 115200 baudios. Cuando terminan los puntos aparece la línea de IP, por ejemplo 192.168.43.57. En un móvil conectado a la misma red que el ESP32, abre el navegador y escribe esa dirección: la página muestra el porcentaje de luz, el valor bruto y la intensidad de señal, y se recarga sola cada 5 segundos. Si tapas la LDR con la mano, el porcentaje baja. Si añades /deger al final de la dirección, solo devuelve el número bruto; en la semana 5 el ESP32 del grupo vecino leerá justo esa dirección con un cliente HTTP. Si la placa no se conecta en 20 segundos, se reinicia sola, para que nadie piense que se ha colgado. Si la conexión no llega nunca, el artículo el ESP32 no se conecta al WiFi explica qué significa cada código de estado.

Seguridad y ética: la semana que no conviene saltarse

En una clase de IoT la seguridad no se enseña como una presentación aparte, sino como un cambio que el alumnado hace en su propio código. En este módulo ya manejan secretos reales en tres sitios: la contraseña del Wi-Fi, el token del bot de la semana 6 y los datos que miden. Dedica la segunda mitad de la semana 7 a estos cinco puntos y pide un cambio concreto en el proyecto de cada grupo para cada uno:

• No escribas contraseñas en el código: Pasa la contraseña del Wi-Fi y el token del bot a un archivo aparte llamado secrets.h y déjalo fuera al compartir código o hacer capturas. Una línea de código en el proyector significa que toda el aula conoce la contraseña.
• Cambia las contraseñas por defecto: El panel de administración de los routers, el modo punto de acceso (AP) del propio ESP32 y las contraseñas de los códigos de ejemplo son valores que todo el mundo conoce. Cambia el primer día la contraseña del router de clase y pide al alumnado que no deje contraseñas de ejemplo en sus proyectos.
• Tu página está abierta a toda la red: El servidor web de este artículo no tiene pantalla de acceso; cualquiera en la misma red que conozca la dirección abre la página y, en un proyecto con dirección /on, también enciende el LED. Por eso en clase solo se controlan por web salidas inofensivas como LED, zumbadores y pantallas; en este módulo no se usan relés conectados a la tensión de red (230 V).
• Datos personales: La temperatura y la luz no son datos personales, pero un sensor de movimiento que registra cuándo pasa gente por un pasillo, una cámara o un micrófono pueden convertirse en datos personales. Si una idea de proyecto final registra el movimiento, la voz o la imagen de personas, que la clase responda antes: "¿Quién lo ve, cuánto tiempo se guarda, se pidió permiso?"
• Actualizaciones y responsabilidad: Un dispositivo conectado a Internet no se configura una vez y se olvida. Muestra al alumnado que al final del módulo se apaga el router de clase, se revocan los tokens de los bots y se reinician las placas, y debatid quién es responsable de un dispositivo durante toda su vida.

Lista de materiales: por grupo y para 8 grupos

La lista es para 24 estudiantes en 8 grupos de tres; con 9 kits, uno de repuesto, basta. La mayoría de piezas se compran para las primeras semanas y se reutilizan después; la LCD, por ejemplo, aparece en cuatro proyectos de la semana 2 a la 5. No hace falta soldar; módulos como la LCD I2C y la OLED se conectan con cables jumper macho-hembra. Si usas una LDR suelta en lugar del módulo, añade una resistencia de 10 kΩ por grupo y montad juntos el divisor de tensión en la semana 2.

Evaluación: criterios del proyecto final

Mantén sencilla la regla del proyecto final: un sensor, una conexión Wi-Fi y una forma de compartir (página web o mensaje). Los grupos escriben su idea en una frase al final de la semana 6, hacen la lista de materiales en la semana 7, montan en la primera clase de la semana 8 y presentan tres minutos cada uno en la segunda. Puntúa con los seis criterios de abajo; cada uno vale de 1 a 3 puntos, 18 en total. Para la lógica general de la rúbrica, la hoja de entrega y el portafolio puedes usar tal cual la plantilla del artículo rúbrica de evaluación para clases de Arduino.

Preguntas de salida por semana y lista de comprobación previa

1. Semana 1: En un pin configurado con INPUT_PULLUP, ¿qué devuelve digitalRead() mientras el pulsador está pulsado, y por qué?
2. Semana 2: ¿Por qué no se puede leer un potenciómetro en GPIO4 con el Wi-Fi activo? ¿Qué pines conviene elegir?
3. Semana 3: Si WiFi.status() indica que no hay conexión, ¿cuáles son las dos primeras cosas que compruebas?
4. Semana 4: ¿Por qué la dirección IP que escribiste en el navegador puede ser distinta la semana que viene?
5. Semana 5: ¿Tu ESP32 fue servidor o cliente esta semana? ¿Qué indican los códigos de estado 200 y 404?
6. Semana 6: ¿Qué pasa si el token del bot sale en una captura de pantalla? ¿Qué función tiene el broker en MQTT?
7. Semana 7: Con la misma batería, un ESP32 siempre encendido dura días y en deep sleep, meses. ¿Qué marca la diferencia?
8. Semana 8: ¿Qué datos recoge tu dispositivo, quién puede verlos y cuánto tiempo se guardan?

• Dos semanas antes del módulo: Haz las cinco preguntas a informática y decide entre punto de acceso y router según las respuestas.
• Dos semanas antes del módulo: Cuenta las placas y escribe la dirección MAC de cada una en su etiqueta (si hay que registrarlas, da la lista a informática).
• Una semana antes del módulo: Instala en cada ordenador el paquete de placas ESP32 y las librerías DHT, LiquidCrystal I2C, AsyncTCP y ESPAsyncWebServer; prueba con una placa.
• Una semana antes del módulo: Pon el punto de acceso en 2,4 GHz, cambia nombre y contraseña, conecta un ESP32 y abre su página desde un móvil.
• Una semana antes del módulo: Copia una hoja de cuaderno de red por grupo, prueba los sensores y las LCD y guárdalos en las cajas.
• Antes de la semana 5: Prepara los códigos para los proyectos Premium y explica al alumnado qué datos suyos se comparten.

El papel de BlueGrays en el módulo

• Proyectos con ESP32: En Descubrir › Proyectos, usa Filtrar para elegir la plataforma ESP32; hay unos 50 proyectos con ESP32, desde la conexión Wi-Fi hasta el deep sleep. Cada uno tiene esquema, lista de componentes con cantidades y código fuente para copiar. Copiar enlace sirve para abrir el código en el ordenador.
• Entender el código: Los minutos 20–30 de cada semana pasan por esta pestaña: el resumen ¿Qué hace este código?, la explicación Paso a paso, Si te atascas y la tarea Pruébalo tú. Es gratis en los proyectos de las cuatro primeras semanas y se abre con Premium en los proyectos Premium.
• Herramienta Pinout: En la herramienta Pinout, al seleccionar cualquier pin del ESP32 se ve su tipo y sus avisos; en un pin de ADC2 indica que no puede leer analógico con el Wi-Fi activo, en uno de ADC1 que se puede leer también con Wi-Fi. Ideal para el proyector al elegir pines en la semana 2. Pinout es una herramienta Premium.
• Herramienta de duración de batería: En la herramienta Duración de batería eliges el perfil ESP32 · deep sleep; al introducir capacidad de la batería, corriente y tiempo despierto, corriente en sueño y ciclo, calcula el tiempo de funcionamiento estimado y la corriente media. La comparación "siempre encendido frente a dormido" de la semana 7 se hace en esta pantalla. La herramienta es Premium; sin Premium se ve un cálculo de ejemplo.
• Paquetes para Educadores: Desde la semana 5 hacen falta proyectos Premium, así que una cuenta por grupo debería tener Premium. Un paquete anual de 10 códigos cubre 8 grupos y al docente; es un pago único, no se renueva, el alumnado no añade ninguna tarjeta, ves quién usó cada código en Mis Códigos y puedes transferir códigos al grupo del curso siguiente. Un código mensual de 30 días repartido en la primera clase de la semana 5 cubre justo las cuatro últimas semanas; si hay vacaciones en medio, no alcanza. Más detalles en el artículo códigos Premium para toda la clase.

Tras ocho semanas, el alumnado no solo tiene un dispositivo que funciona, sino la costumbre de pensar cómo habla un dispositivo en la red, por qué no se conecta, cuánta energía gasta y de quién son los datos que recoge, y eso es justo lo que busca la formación profesional. Si quieres repasar antes de clase los proyectos, esquemas y explicaciones de Entender el código de cada semana, basta con abrir el filtro ESP32 en la aplicación BlueGrays.