Bessons digitals lliures
per a maquinari lliure
Conceptes clau
PT — Physical Twin
Bessó físic. La placa real: circuits, sensors, actuadors. El que l'alumne té a les mans.
DT — Digital Twin
Bessó digital. Una rèplica virtual que es comporta com la placa física: rep i envia els mateixos missatges MQTT.
Boundary Object
Objecte de frontera. La interfície MQTT compartida que fa que PT i DT siguin intercanviables sense modificar el programa de control.
Un bessó digital lliure permet que qualsevol centre educatiu el pugui desplegar, modificar i millorar.
Tres bessons físics
Arduino Nano · ATmega328P
ESP32-S3 · SSD1306 · BME280 · LDR
ESP32-S3 · CAN/I²C · costelles
Primers bessons digitals de la IoT-02 — via MQTT
Qt/QML → WebAssembly · Qt6 · 2025–2026
Primer bessó digital. Interfície gràfica amb Qt6/QML compilada a WebAssembly. Connecta via MQTT WSS al broker.
Reescriptura JavaScript
Mateixa interfície portada a JavaScript pur. Base gràfica que ha evolucionat fins a l'iot02sim actual.
S4A Simulator — arquitectura
El servidor només compila. Tota la simulació s'executa al navegador.
S4A Simulator — demo
Simulador IoT-02 — arquitectura
OpenEth → slirp → xarxa
Board package i shim Ethernet
Board package iot02-qemu
Afegit a l'IDE d'Arduino via URL. Defineix la plataforma ESP32-QEMU i els flags de compilació adequats per generar un binari executable per QEMU en comptes de flash real.
iotv.binefa.cat — documentació instal·lació
Stub vs. shim
Un stub substitueix una interfície amb una implementació buida (per a proves). Un shim reimplementa la mateixa interfície amb un comportament diferent però real.
El nostre shim intercepta WiFiClient i redirigeix totes les crides a la pila TCP/IP d'OpenEth emulada per QEMU.
[SHIM] _shim_init_openeth ENTER
[SHIM] netif+event OK, creant OpenEth MAC...
[SHIM] driver installed, starting eth...
[SHIM] Esperant Ethernet link up...
[SHIM] Xarxa OpenEth LLESTA IP 192.168.4.2
Connecting to WiFi network: iotcat...
WiFi connected
IP address: 192.168.4.15
MQTT connecting ...connected
Publishing topic: /223344556670/btI34
Serial Monitor d'iot02sim.binefa.cat — el firmware «creu» que usa WiFi; en realitat usa OpenEth emulat per QEMU.
Simulador IoT-02 — demo
Execució automàtica via URL
#run:mac=…&sid=…&bin=https://…merged.bin
Codi font
QEMU (calib fork) Node.js MQTT
IoT-Vertebrae — bessó digital Python
Característiques
Editor Python integrat. Gestor de finestres. Bessó digital del sistema modular. Connexió MQTT directa al broker.
Sistema de finestres sAh
Interfície web tipus SCADA: panells configurables, visualització en temps real de les costelles.
IoT-Vertebrae — bessó digital amb binari executable
Firmware real sobre QEMU
El mateix binari compilat per a ESP32-S3 s'executa dins QEMU. Comportament idèntic al maquinari físic.
Fins a 30 sessions
Múltiples instàncies QEMU simultànies per instància de servidor. Usable a l'aula.
Boundary Object en acció (I)
prjs/i40/
El mateix programa Python o Snap! controla indistintament la placa física o el simulador. La interfície MQTT és l'objecte de frontera.
Virtual Commissioning
Validar el programa de control sobre el bessó digital abans de connectar-lo al maquinari real.
Boundary Object en acció (II)
El mateix programa Python o Snap! controla indistintament la placa física o el simulador. La interfície MQTT és l'objecte de frontera.
BIM
Building information modeling (BIM) is the holistic process of creating and managing information for a built asset. BIM integrates structured, multi-disciplinary data to produce a digital representation of an asset.
Resum
| Simulador | Maquinari | Tecnologia clau | URL |
|---|---|---|---|
| S4A Simulator | Arduino Nano ATmega328P | avr8js · arduino-cli | s4a.binefa.cat |
| IoT-02 Simulator | ESP32 | QEMU · Node.js · MQTT · shim Eth. | iot02sim.binefa.cat |
| IoT-Vertebrae (Python) | Raspberry Pi + ESP32-S3 modular | MQTT · Python · sAh | binefa.com/iotv/sAh |
| IoT-Vertebrae (binari) | ESP32-S3 modular | QEMU · arduino-cli · shim Eth. | iotvsim.binefa.cat |
| BIM + IoT-02 | IoT-02 | Three.js · IFC · MQTT | xavierpi.com/bim |