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Si quieres hacer experimentos con IOT o simplemente quieres automatizar tu hogar o laboratorio esta es tu guía! En esta guía te explicaré como instalar de cero un sistema headless en tu Raspberry Pi, Mosquitto un broker MQTT y Node Red un auténtico pegamento de tecnologías. Empezamos!

Necesitarás una Raspberry Pi, da igual el modelo con tal de que tengas una manera de conectarlo a tu red.

Para que nuestro sistema sea lo más estable posible, lo vamos a conectar mediante cable ethernet, si quieres conectarlo por wifi hay infinidad de tutoriales en internet.

Aunque orientaremos la guía a Raspberry puedes utilizar otro sistema embebido con pequeños cambios.

Vamos a utilizar una versión lite (o reducida) de raspbian para este proyecto, ya que vamos a utilizar la raspi en modo headless, es decir sin utilizar monitor, ratón o demás periféricos.

Esta elección es debida a que la utilizaremos como un servidor, la conectaremos a nuestra red y siempre que trabajemos con ella lo haremos de manera remota desde otro ordenador conectado a la misma red.

1. Descarga última imagen Lite de Raspbian: https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ Yo he utilizado para esta guía Raspbian Stretch Lite versión November 2018
2. Carga de imagen en SD:Podemos utilizar Etcher, es muy sencillo de utilizar, solo hay que seleccionar cual es nuestra tarjeta sd y la imagen que queremos cargar.
3. Activar ssh: Una vez cargada la imagen, desconectamos la SD del ordenador y la volvemos a conectar. En los siguientes pasos necesitamos conectarnos a la raspi mediante ssh y las últimas versiones lite no lo tienen activado de serie. Para activarlo debemos crear un archivo en la partición boot de la SD, debe estar vacío y tener nombre “ssh” (sin extensión).

<note tip>Esto solo activa ssh para el primer arranque! Si apagas la raspi en el proceso tendrás que volver a poner el archivo para poder volver a conectarte</note>

1. Iniciar por primera vez la raspi: Expulsamos la SD del ordenador y la introducimos en la raspi (apagada). La conectamos con cable de red a nuestro router y posteriormente la alimentamos. Una vez hecho esto no deberiamos necesitar volver a tocar fisicamente la raspi

A partir de ahora siempre nos comunicaremos con la raspi mediante ssh o posteriormente la interfaz de programación de NodeRed. Pero para poder conectarnos a ella primero debemos encontrarla en nuestra red!

Hay multiples opciones para encontrar que IP le ha asignado nuestro router. Podemos conectarnos a nuestro router y buscar que dispositivos están conectados o hacer un escaneo de IPs en nuestra red. pero os voy a recomendar una fantástica herramienta open source de Adafruit. El Pi Finder te permite detectar raspis en tu red y hasta conectarte por ssh. Super recomendable si no quieres complicarte.

Para conectarnos por ssh tenemos varias opciones.

La más sencilla es utilizar el Pi Finder del anterior apartado, utilizaremos el usuario “pi” y la contraseña por defecto “raspberry” y presionamos el botonaco “Terminal”

Si tu sistema operativo es windows puedes utilizar Putty

Si en cambio usas linux o macOS entra en la terminal y utiliza (sustituyendo las X por la IP de tu raspi):

ssh pi@XXX.XXX.XXX.XXX

Una vez ya conseguimos estar dentro de la raspi, vamos a configurarla. Haremos los cambios necesarios para que todo funcione correctamente.

Debido a que vamos a instalar un broker de MQTT y que posteriormente conectaremos nuestros dispositivos IOT a dicho broker vamos configurar una ip fija a nuestra raspi. Mira en que rango de IPs tiene tu red, puede ser de la forma 192.168.0.XX. Elige una IP que esté libre en tu red y que te sea fácil de recordar (el rango suele ir desde el 0 a 255), Yo utilizaré por ejemplo la 192.168.0.210.

1. Una vez conectados por ssh vamos a editar el archivo de configuración de dhcp:

   sudo nano /etc/dhcpcd.conf

2. Vete al final del archivo y añade lo siguiente sustituyendo las XX por la IP que quieras que tenga la raspi si tu router no está en la ip 192.168.0.1 cámbialo también ;

   interface eth0
   static ip_address=XXX.XXX.XXX.XXX/24
   static routers=192.168.0.1
   static domain_name_servers=192.168.0.1 

3. Presiona “Control + X” para salir y luego “Y” para guardar las modificaciones.
4. Reinicia la raspi con

   sudo reboot

5. La conexión ssh se cortará, espera un minuto a que se reinicie la raspi y prueba a hacer ssh a tu pi con la nueva ip

   ssh pi@192.168.0.XXX

Ahora utilizaremos este comando para configurar varios aspectos de la raspi.

1. Ejecutamos el comando

   sudo raspi-config

2. Cambiar nombre de red: Nos movemos con los cursores del teclado y seleccionando con enter. No cambies por ahora el password, lo haremos en otro paso. Seleccionamos la opción “Network options” y luego “Hostname” esto es para cambiar el nombre de la raspi visible en la red, es recomendable por seguridad que no se vea claramente que es una raspi.
3. Cambiar huso horario: seleccionamos “Localisation Options” y luego “Change Timezone” y selecciona tu area geográfica y una ciudad correspondiente a tu uso horario (para España Madrid)
4. Activar definitivamente SSH: Con esto ya no necesitas meter más el archivo vacio “ssh”. Vamos a “Interfacing Options” y luego “SSH”
5. Expandir partición: Con esto expandimos la partición para que utilice toda la SD. Vamos a “Advanced Options” y luego “Expand Filesystem”
6. Salimos dando a “Finish” y reiniciamos.Se cerrará la conexión ssh, espera un minuto y vuelve a conectarte

Aunque descargamos la última versión de la web, habrá actualizaciones intermedias del sistema, vamos a asegurarnos que tenemos todo con la última versión.

1. Actualizamos repositorios

   sudo apt-get update

2. Actualizamos sistema

   sudo apt-get upgrade

Por seguridad evitaremos utilizar el usuario pi por lo que crearemos un nuevo usuario con un nuevo password.

1. Crear nuevas claves ssh y añadir usuario: utilizamos los siguientes comandos uno a uno (cambiando “USERNAME” por el nombre de usuario que quieras) nos pedirá una nueva contraseña de usuario de la raspi

   sudo rm /etc/ssh/ssh_host* 
   sudo ssh-keygen -A
   sudo adduser USERNAME
   sudo adduser USERNAME sudo
   sudo reboot

2. Al reiniciar se nos cierra la conexión ssh, ahora nos volvemos a conectar por ssh, pero en vez de utilizar el usuario “pi” a partir de ahora utilizaremos siempre el nuevo usuario que hemos creado

   ssh USERNAME@192.168.0.XXX

<note tip>Como hemos cambiado las claves de ssh en el anterior paso, el ordenador lo detectará e igual tienes que eliminar la clave antigua en un fichero de tu sistema. En mac se soluciona poniendo en la terminal “nano /Users/TUUSUARIO/.ssh/known_hosts” y eliminando la linea de la ip de tu raspi</note>

1. Eliminar usuario pi: una vez reconectados por ssh eliminaremos el usuario pi con el siguiente comando:

   sudo deluser --remove-home pi

Las raspis hacen un uso intensivo de las memorias sd por lo que suele pasar que al poco tiempo se suelen estropear. Por ello utilizaremos el sistema TMPFS que utiliza la memoria ram para evitar este problema.

1. Modificamos el archivo fstab:

   sudo nano /etc/fstab

2. Añadimos al final del archivo:

   tmpfs    /tmp               tmpfs   defaults,noatime,nosuid,size=30m                    0 0
   tmpfs    /var/tmp           tmpfs   defaults,noatime,nosuid,size=30m                    0 0
   tmpfs    /var/log           tmpfs   defaults,noatime,nosuid,mode=0755,size=30m          0 0
   tmpfs    /var/spool/mqueue  tmpfs   defaults,noatime,nosuid,mode=0700,gid=1001,size=30m 0 0

MQTT es un protocolo de comunicación de mensajes entre máquinas muy adecuado para IOT. Funciona con un sistema de publicación/suscripción. De manera muy simplificada los dispositivos publican en la red su información y a los que les interese escuchar esa información se pueden suscribir para poder recibirla. Tiene características muy interesantes como el QoS o calidad de servicio o la posibilidad de que los dispositivos dejen un “testamento” que se activa cuando desaparecen de la red. No me lío más y vamos a instalar Mosquitto, un broker de MQTT que se encargará de este tipo de mensajes en nuestra red.

sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients

Vamos a crear un usuario y password para Mosquitto.

1. Nos vamos al directorio de Mosquitto

   cd /etc/mosquitto/

2. Añadimos un usuario, nos pedirá primero el password del usuario de la raspi y luego que introduzcamos el password para el usuario de Mosquitto (sustituye USERNAME por el nombre de usuario que quieras)

   sudo mosquitto_passwd -c passwordfile USERNAME

3. Si en un futuro quieres añadir otro usuario puedes usar:

   sudo mosquitto_passwd -b passwordfile USERNAME

4. Si quisieras eliminar un usuario puedes usar:

   sudo mosquitto_passwd -D passwordfile USERNAME