2.1. WiFi – Esquema de instrucciones por Bloques

Proceso de conexión a un Router WiFi

Se desarrolla el primer paso del proceso, que tiene como objetivo conectar el dispositivo a la red de datos WiFi.


Las placas de desarrollo ESP8266/ESP32 tienen un LED incorporado que puede ser usado para el propósito de disponer de un medio de observación de estado de «conectado» o «NO conectado»en el ejercicio.

1.1 Estado – Conectado / NO conectado

El estado de Conectado a Wifi  se puede mostrar con un parpadeo LENTO del LED, encendido por un segundo  y apagado en el siguiente segundo, es decir un periodo total de 2 segundos.

Para el proceso de Inicio de conexión  a Wifi, el parpadeo del LED puede ser más RAPIDO y actua como indicador de estado del dispositivo.

En un microcontrolador el tiempo se marca en milisegundos, por lo que los valores a usar en cada estado del proceso se indican en ms en la siguiente tabla.

Estado Conectado No conectado
LED encendido 1000 ms 300 ms
LEd Apagado 1000 ms 200 ms
LENTO RAPIDO

El LED incorporado en la placa de desarrollo se direcciona o activa por medio de un PIN de la placa. El Pin predeterminado de la placa de desarrollo ESP8266 y ESP32 es el PIN 2, que como no requiere conexión adicional solamente se indica al inicio de las instrucciones.

int LED_pin = 2;

1.2 Parámetros de la red WiFi

Como en toda conexión a WiFi realizada con el computador o el móvil, se require dos parámetros:

parámetro variable valor ejemplo
identificador de router ssid "miRouter"
contraseña password "miRouterClave"

Los valores mostrados son de ejemplo, en su caso particular debe sustituir con los valores de la red que requiera conectarse.

2. Esquema de Instrucciones para el dispositivo

Las intrucciones para un microcontrolador usan tres bloques principales: inicio, configuración setup(), bucle o lazo de operación loop().

El bloque de inicio contiene las librerias de los procesos y funciones que se usaran en la operación del dispositivo, establecen  los parámetros de uso de los PINes de entrada y salida, parámetros de la red que se describieron en el numeral anterior. Adicionalmente contiene comentarios referentes al uso de las instrucciones, autor, etc.

El bloque de configuración, tambien conocido como setup(), usa los parámetros del bloque de inicio para configurar el dispositivo al arrancar, cuando se energiza o reinicia. Establece el tipo de uso de cada PIN, como entrada o salida, inicia los procesos de operación que requieren ser llamados una sola vez.

El bucle o lazo de operación, también conocido como loop(), es un lazo infinito que se encarga del comportamiento del dispositivo de acuerdo a las instrucciones dadas. Lo de lazo infinito se usa en el contexto que mientras el dispositivo tenga energía, esté conectado o no se reinicie.

/* Bloque de inicio 
 *  donde van las librerias, parámetros
 *  variables globales
 */
void setup() {
  // instrucciones de configuración inicial
  // funcionan una sola vez al encender el dispositivo

}

void loop() {
  // instrucciones de operación del dispositivo

}

void inicia_wifi(){
  // procedimientos o funciones que se repiten
  // en los bloques anteriores ej: conectar/reconectar
  // a WiFi, lectura de sensores, manejo de mensajes MQTT
  
}

Dado que durante el proceso de operación pueden ocurrir desconexiones a la red WiFI, podría ser necesario reiniciar el proceso de conexión. Los procesos que se repiten o se dedican a un propósito particular se realizan aparte.

Ante una situación de desconexión, al inicio del bucle de operación se realiza la revisión del estado de conexión para de no tener estado de «conectado» se realice el proceso nuevamente con varios intentos antes de proceder a atender las actividades normales de operación como la lectura de sensores.

La instrucción yield() cede tiempo de procesamiento del microcontrolador para procesar detalles de la parte inalambrica. Esta operación se usa con ESP8266 pues se tiene un solo núcleo y las operaciones trabajan en tiempo compartido.

En el caso de ESP32 que tiene dos núcleos, un núcleo se dedica a la parte del manejo inalámbrico, por lo que no es necesaria la instrucción yield().

3. Instrucciones con uso de pestañas en Arduino IDE

Cuando las instrucciones son numerosas, muchas líneas, existen varios bloques de procedimientos y funciones, se usan bloques que los agrupan en  pestañas. Esto simplifica la lectura de las instrucciones y permite enfocarse en sus partes en lugar de tener todas en una misma hoja.

La parte principal del algoritmo se escribe en la primera pestaña, que tiene el mismo nombre que el archivo. Para añadir pestañas se dispone de un botón a la derecha de la barra, marcado en la figura con rojo.

1.4 IDE Arduino con ESP32

Referencia: https://github.com/espressif/arduino-esp32/blob/master/docs/arduino-ide/boards_manager.md

La versión más actualizada de los módulos de Expressif es la ESP32. Semejante a la versión anterior, se puede usar el IDE Arduino incorporando la placa al Entorno de Desarrollo Integrado. La placa de desarrollo ESP32 se muestra en la figura:

La mayor ventaja de ésta placa de desarrollo es la variedad de pines de diferentes tipo, por ejemplo la cantidad de ADC (convertidores analógicos digitales) que se incrementaron respecto a las versiones anteriores. También tiene un microcontrolador de doble núcleo y uno de ellos se dedica solamente a la parte del manejo inalámbrico.

Existen otros modulos y placas de desarrollo que funcionan de forma semejante, variando algunas posiciones de pines. Se recomienda revisar su configuración antes de usar los pines en en protoboard.

Observación: En algunos módulos, se incorpora un botón pulsador para el pin GPIO0 que debe ser presionado durante el proceso de carga de programa.

Para la carga de instrucciones, el ESP 32 requiere tener presionado el boton «BOOT», que en la imagen es el boton en la parte inferior derecha.

1. ESP32 –  Incluir entre las tarjetas del IDE

Para incorporar la tarjeta el entorno de trabajo se procede de forma semejante a lo realizado para la versión ESP8266:

1.1 En el menú Archivo/Preferencias, se añade en la sección “Gestor de URL’s Adicionales de Tarjetas” la dirección:

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

en caso de existir otra dirección previa, se añade con una coma ‘,’

1.2 En el menú de Herramientas/Placas/Gestor de tarjetas, se añade “ESP32 by Espressif Systems”

1.3 Con lo que se habilita la opción se seleccionar como placa un ESP32, por ejemplo: “ESP32 Dev Module”

Con lo que es posible usar los scripts presentados como ejemplo con la placa ESP32, usando las librerias respectivas.

2. Librerias

Para los módulos ESP32 se usa la libreria <WiFi.h> que contiene entre las instrucciones el manejo de datos como MAC, IP, RSSI, valores de estado de conexión, etc.

Las librerias se instalan en el menú «Programa/Incluir Libreria/ Administrar Bibliotecas».

Puede buscar la librería usando las palabras «Wifi ESP». Asegúrese de tener instalada la libreria WiFiManager mostrada en la imagen.

con esta acción es posible usar la libreria mediante la instrucción:

#include <WiFi.h>

pudiendo luego crear un cliente en la red y usar lo necesario para la operación del dispositivo de forma inalámbrica.

WiFiClient wifiClient;

1.3 IDE Arduino con ESP8266

Referencia: https://github.com/esp8266/Arduino,
https://www.espressif.com/en/products/socs/esp8266

Las instrucciones para la operación del dispositivo que se transfieren a la placa de desarrollo o circuito implementado con microcontrolador usan: un cable USB y un IDE  (entorno de desarrollo integrado).

Asegúrese de disponer de estos elementos para continuar a la siguiente sección.


1. ESP8266 –  Incluir entre las tarjetas del IDE Arduino

Para acceder a las placas de desarrollo de Expressif desde el IDE Arduino, se requiere añadir las librerías y especificaciones del módulo ESP8266 en el programa.

1.1 En el menú Archivo/Preferencias, en la parte de «Gestor de URL’s Adicionales de Tarjetas» se añade la dirección:

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

1.2 En menú de Herramientas/Placas/Gestor de tarjetas, se añade «ESP8266 Community». Para encontrarlo en la lista, se puede buscar y filtrar con las palabras esp8266.

En el «Gestor de tarjetas» se selecciona la versión «ESP8266 Community» más actualizada, y se instala:

1.3 La acción anterior habilita la opción para seleccionar como placa de trabajo: «Generic ESP8266 Module»

Con lo que es posible usar los ejemplos que se presentan a continuación como ejemplo con el ESP8266 en cualquiera de sus versiones: ESP-01, ESP-07, etc.

2. Librerias

Para los módulos ESP8266 se usa la libreria <ESP8266WiFi.h> que contiene entre las instrucciones el manejo de datos como MAC, IP, RSSI, valores de estado de conexión, etc.

Las librerias se instalan en el menú «Programa/Incluir Libreria/ Administrar Bibliotecas».

Puede buscar la librería usando las palabras «Wifi ESP». Asegúrese de tener instalada la libreria WiFiManager mostrada en la imagen.

con esta acción es posible usar la libreria mediante la instrucción:

#include <ESP8266WiFi.h>

pudiendo luego crear un cliente en la red y usar lo necesario para la operación del dispositivo.

WiFiClient wifiClient;

3. Controlador USB CH340

Normalmente Windows reconoce la placa de desarrollo conectada en el puerto USB como un dispositivo USB CH340. Sin embargo, en caso de requerir instalarse, puede usar el «driver» del siguient enlace de sparkfun:

Referencia: https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-install-ch340-drivers/all

1.2 Dispositivo – Hardware/Software

A partir del planteamiento del esquema abierto, se propone iniciar con los componentes más básicos para revisar los conceptos y su aplicación de forma simultanea.

Un dispositivo conectado a una red inalámbrica de datos WiFi se implementa usando un hardware, de preferencia abierto (open hardware).

Para darle las instrucciones de operación se usa también un software.

Ambos componentes se describen a continuación.


1. Hardware

El hardware del dispositivo  se compone principalmente de un microcontrolador con otros componentes que añaden conectividad a un computador y/o una red de datos.

Un elemento de desarrollo muy conocido es el Arduino, en la imagen se muestra la versión UNO.

Para el caso de hardware con conexión a WiFi se encuentra muy difundido el uso de las placas de desarrollo basados en ESP8266 y ESP32 de Expressif.

1.1 Hardware – Placa de desarrollo

Las placas de desarrollo simplifican el aprendizaje al incorporar los componentes necesarios para conectarse por USB a un computador, para facilitar la programación de los dispositivos y la transmisión de los datos. Estas placas son un buen punto de partida para el desarrollo de prototipos.

1.2 Hardware – Módulo

Un módulo es la parte dedicada a un solo propósito como la conexión inalámbrica. En la figura se muestra el módulo ESP8266 versión ESP-07.

Un módulo puede conectarse como complemento a varios tipos de microcontroladores, por ejemplo: la placa Arduino que usa el microcontrolador ATmega328P

En el caso de ESP8266 y ESP32, el microcontrolador que maneja la parte inalámbrica puede también ser usado para las intrucciones de control de sensores, y funciones que realiza un dispositivo basico.


2. Software / instrucciones

El software corresponde a las instrucciones de operación del dispositivo que se pueden escribir en un editor del Entorno Integrado de Desarrollo o IDE (Integrated Development Environment).

Las instrucciones se transfieren desde el computador a la placa de desarrollo mediante una conexión USB. Recuerde usar un cable USB apropiado para transferencia de datos, es cable es el que permite conectar su dispositivo móvil al computador y transferir archivos. El cable usado solo para cargar el móvil no es de utilidad en éstos casos.

2.1 Arduino IDE

Un software IDE (Integrated Development Environment) muy conocido es Arduino IDE que es abierto y principalmente gratuito.

https://www.arduino.cc/en/software

El Arduino IDE permite integrar otras placas de desarrollo de otros fabricantes como Espressif del tipo ESP8266 y ESP32.

El IDE Arduino tiene una interface simple y fácil de usar, con elementos suficientes para escribir, depurar la instrucciones, seleccionar las placas a usar y observar los resultados en el computador.

El proceso de instalación es simple, solo requiere ejecutar el archivo descargado de instalación.

2.2 Micropython

Otra forma de escribir instrucciones de operación en los dispositivos es Micropython, que es una implementación simplificada de Python 3 para trabajar con microcontroladores con entornos limitados.

https://micropython.org/

Al año 2021, las placas ESP8266 y ESP 32 también permiten configurarse para responder a instrucciones en Micropython, por lo que se vuelven una opción si ya es usuario de Python desde los cursos básicos.

El IDE usado en Micropython es Thonny IDE, que viene instalado de forma predeterminada en Rasberry Pi OS, y puede ser incorporado al IDE básico de Python 3, o WinPython.

https://thonny.org

La función principal de Thonny IDE es que trae incorporado en el menú la selección de la placa de desarrollo conectada al puerto USB de la computadora. Soporta las placas Raspberry Pi Pico, ESP32 y ESP8266 entre otros.

Instale la versión de software que usará como IDE para realizar los ejercicios que sea de mayór interés.


Los conceptos se aprenden facilmente al implementar algunos ejemplos de dispositivos IoT básicos, donde se vuelve a describir en mayor detalle cada componente del Esquema Abierto IoT.

En las siguientes secciones se dan algunos ejemplos que integran teoría y práctica que se pueden seguir paso a paso.

1.1 IoT Esquema abierto por capas

Como una introducción para desarrollo IoT, Internet of Things,  se usa un esquema que agrupa los componentes en secciones y capas. Cada una de las secciones se encarga de una parte de todo el proceso, simplificando los pasos para tener componentes funcionales que interactúen como un todo.

El esquema básico presentado empieza con lo más tangible, las «cosas» («Things» en inglés) presentado en el bloque inferior en colorgris.

El «usuario» observa, controla y se beneficia del estado de las cosas representando una sección importante en el esquema en los bloques en azul.


1. La cosas (Things)

Las «cosas» representan el artefacto que se desea conocer o controlar su estado.

Para conocer el estado  por ejemplo abierto/cerrado, 0/1, se usan sensores.

Para controlar el estado de las cosas, por ejemplo un foco, se usan actuadores.


2. Usuario

El «usuario» observa, controla, se beneficia del estado de las cosas y accede a ellas en forma «presencial» o «virtual».

Para que usuario llegue hasta las cosas, se crea un camino con algunos componentes tecnológicos intermedios que son los que se tratan en cada página del blog.

 


3. Componentes o Capas

Cada componente añade una función específica a la infraestructura IoT.

Algunos componentes son de uso cotidiano y los dispone en el hogar, la oficina, el aula.

Por ejemplo, un teléfono móvil, tablets, PC, un «router Wifi», son componentes que se actualmente se encuentran muy difundidos.

La extensa adopción de estos componentes facilita el despliegue del Internet de las cosas (IoT).


4. Esquemas Abiertos de Hardware y Software

La infraestructura IoT se conforma de  Hardware y Software, ambos se pueden desarrollar e implementar con herramientas de esquema abierto conocidos como,

  • Open Hardware
  • Open Software

Para lo presentado en Girni IoT, se tiene preferencia en los esquemas abiertos.


5. Explorando un poco de IoT

Para explorar el esquema abierto IOT se revisa un ejemplo base, simplificado para incorporar un dispositivo sensor/actuador. El primer ejemplo a desarrollar es un  sensor de estado de Puerta-Ventana.

El estado de la «cosa«, puerta o ventana es cerrado o abierto. El estado se representa por un 1 o 0, ON/OFF, es también conocido como un estado binario.

Se usa un sensor tipo «interruptor magnético» con estados: abierto o cerrado, que permite determinar el estado de la puerta.

Un dispositivo registra el estado o lectura del sensor magnético, y genera un mensaje  de estado de «ON/OFF» para enviarlo a un punto central de gestión de la información (servidor o broker).

El dispositivo realiza las operaciones de revisión de sensor y envío de mensajes usando un «microcontrolador», como arduino, ESP8266, ESP32, etc.

El dispositivo usa una red de datos alámbrica o inalámbrica para enviar el mensaje al broker, por ejemplo WiFi.

El broker registra, gestiona y muestra el estado de la «puerta» al usuario. El broker realiza las funciones de servidor de mensajes y de página web, semejante a Twitter, facebook, etc.

El broker puede ser un servidor en la nube, o puede ser implemementado  de foma local con una PC o Raspberry Pi, lo que se tenga disponible.

Para que el mensaje del estado de la puerta se gestione en el broker, es necesario enviarlo por medio de una red de datos disponible.

La red de datos en la actualidad es muy común en su forma inalámbrica WiFi o cableada Ethernet, el uso de estas redes genera un escenario donde se facilita la implementación del internet de las cosas IoT.

El usuario puede revisar el estado de la «puerta» desde una página web, como un texto o símbolo, mostrado en la figura anterior.


Esquema por componentes y proceso por Bloques

La implementación e integración de éstos componentes se desarrolla paso a paso, empezando por los componentes más elementales y luego incorporando otros elementos que hacen de IoT un tema fascinante.

Un dispositivo IoT con Wifi  puede ser implementado con una placa de desarrollo con ESP8266/ESP32, inicialmente el proceso varía en detalles con la placa de desarrollo que tenga disponible. Las placas en la actualidad ya no presentan una diferencia muy grande en costos, por lo que el modelo depende más de la placa que tenga disponible para un primer ejercicio.

El proceso general para conectar un dispositivo IoT tiene varias fases o bloques:

  1. Conexión al router de una red WiFi.
  2. Envío de un mensaje de estado/acción de un sensor o actuador a un Gestor de mensajes (Broker) MQTT, por ejemplo Mosquitto.
  3. Registro el estado/acción de un sensor o actuador con un Gestor de dispositivos, entre ellos Home Assistant.

Las siguientes secciones desarrollan estos pasos

1.1 IoT WiFi Sensor Puerta-Ventana

Presentación

El dispositivo inalámbrico se usa para registrar el estado abierto o cerrado de una puerta o ventana.

Se conoce como sensor binario por determinar estados ON/OFF.

El dispositivo es de tipo inalámbrico-WIFI, usa protocolo MQTT para la comunicación con el broker y se implementa con ESP8266, en modalidad DIY (Do It Yourself).
En éste caso el diseño usa la versión ESP-01.

implementación versión 1

La versión 1 mostrada en la imagen se ha instalado en una puerta en una caja sobrepuesta plástica.


El sensor es un interruptor magnético y la alimentación se realiza con una fuente 110VAC a 5VDC obtenida de un cargador de celular (económico). Se ha usado una placa perforada para ensamblar el prototipo, sin embargo al final se presenta el diseño de la placa de circuito.

Una segunda versión en placa perforada, probando los espacios para el diseño de la PCB.

Premisas para desarrrollo en la versión 1

  • Diseño de dispositivos con conexión inalámbrica WIFI
  • Conoce los datos para conexión a la red a WIFI y broker MQTT
  • Dispone de acceso a un broker MQTT local
  • Dispone de Arduino IDE para cargar las instrucciones en el ESP8266
  • Emplea diseños abiertos tipo: Open Hardware y Open Software
  • Dispone de los componentes en el mercado local
  • Considera componentes alternos a los no disponibles en el mercado local
  • Identifica las etapas de desarrollo e inconvenientes en la implementación.

Temas para desarrollo posterior

  • Otros dispositivos tipo actuadores
  • Ampliar la forma de carga de scripts en el tablero, de forma alámbrica o inalámbrica.
  • Analizar consumos de corriente para uso con baterías.
  • Revisar el uso de los canales WIFI para evitar desconexiones por saturación de canal.

ESP8266 versión ESP01

Distribución de Pines

Referencias: https://www.espressif.com/sites/default/files/esp8266-technical_reference_en_0.pdf

Para usa el módulo, se requeire además de alimentacion en VCC a 3.3V y GND  conectar los pines de configuración de modo de operación.

Estados de pines de configuración

Los estados de los pines de configuración son ALTO (HIGH) o BAJO(LOW).

El estado ALTO se establece conectar el pin a VCC de 3.3VDC mediante una resistencia de 10KΩ (pullup) para una corriente de activación de 0.033 mA.

El estado Bajo se realiza conectando el pin a GND con 0VDC.

Modo de Operación

Cargar o Ejecutar un programa se establece con estados de voltaje en los pines GPIO0 y GPI02.

Modos de operación
GPIO0 GPIO2 CH_PD RESET
 Cargar programa LOW HIGH HIGH HIGH
Ejecutar Programa HIGH HIGH HIGH HIGH

Observe que, el módulo ESP-01S, tiene incorporadas las resistencias a estado ALTO (HIGH,pull up), por lo que no es necesario añadirlas en éste caso.

Conexión a 3.3V

La alimentación de energía para el dispositivo es de 3.3V, preferible con una fuente o módulo de 3.3v .

Considere que puede resultar insuficiente si alimenta desde la salida de 3.3V de un módulo  USB-Serial con salida de 3.3V o desde el pin Arduino 3.3V.

La falta de energía en el dispositivo se presenta como error en la conexión al intentar subir instrucciones desde el IDE Arduino: «sincronizar la memoria del dispositivo.»

Si no dispone de la fuente externa, puede  al usar dos dispositivos USB-TTL para:

1. Alimentación (Vcc y GND)
2. Carga de datos (Tx y Rx)

Recuerde unir las referencias de cada dispositivo USB-Serial GND.

1.4 IoT WiFi Sensor Puerta-Ventana: MQTT-HA

Esta es la última sección a realizar, pues se supone que tiene listo el dispositivo, construido y operativas las partes: Dispositivo y Broker.

El objetivo es incorporar dispositivo sensor puerta-ventana en el broker MQTT y observar los resultados.

Se plantea observar los estados del dispositivo en dos formas:

  • Desde un navegador en la página local de Home-Assistant
  • Desde una consola conectando al servidor MQTT

1. Incorporar el dispositivo en Home Assistant

Se requiere modificar el archivo configuration.yaml en el raspberry.

Se puede realizar en forma local desde el raspberry que tiene monitor, teclado y mouse conectado, y editar el archivo que se encuentra en el directorio:

 /home/homeassistant/.homeassistant/configuration.yaml

La otra forma es conectarse via remota por medio de una sesión ssh. Requiere dirección, usuario y password. Los detalles se dan en la sección Raspberry.

En el archivo se añade los datos del dispositivo sensor, que en el caso del sensor de puerta ventana se clasifica como un sensor de dos estados (binary sensor).

El sensor trabaja con MQTT, se le asigna un nombre más sencillo de reconocer como «puerta oficina»y se complementa con la instrucción de identificación en el formato: lugar/cosa/acción.

binary_sensor:
  - platform: mqtt
    name: 'oficina_puerta1'
    state_topic: "oficina/puerta1/estado"

Se graba el archivo, y se pasa al procedimiento de prueba desde la página de Home-Assistant, seccion de configuración, para luego reiniciar Home-Assistant dese la misma página. (configuration, restart)

El resultado se observa desde una página en un navegador como se muestra en las figuras: para las posiciones de puerta cerrada y abierta

   

Observe el estado de la puerta y la gráfica mostrada en la pantalla del equipo.

  

Referencia: https://www.home-assistant.io/components/binary_sensor.mqtt/

1.2  Monitoreo desde MQTT

Para monitorear señal desde consola Raspberry usando MQTT, usar la instrucción:

mosquitto_sub -h 192.168.10.100 -t oficina/puerta1/estado

Se observarán los valores de cambio de estado cada vez que se realice un cambio en el sensor.

5. Home Assistant – actualizar Python

Las actualizaciones de Home Assistant en algunos casos usa una versión superior a la instalada en Raspbian OS, por lo que será necesario actualizar Python a versión sugerida.

Por ejemplo, la actualización Home Assistant 2020.12.1 indica que es necesario disponder de Python 3.8.6 o superior. Por lo que de no disponer de la vesión actualizada es necesario incorporar algunas instrucciones para cumplir con el requisito.

Las instrucciones para la actualización se pueden encontrar en:

How to upgrade Python venv to 3.8.6

Las instrucciones han sido probadas el 2020/12/29, un nuevo cambio podría ser necesario luego de un año, por lo que esta sección es relevante solo cuando aparece la alerta.


Procedimiento probado

Algunos programas requieren una versión más actualizada de Python, por ejemplo HomeAssistant. La lista de actualización de programas con sudo apt-get upgrade, puede estar un poco desactualizada respecto a las últimas actualizaciones de Python, debido a la realización de pruebas de compatibilidad.

Sin embargo se puede realizar una actualización intermedia para cumplir con requerimientos de otros programas siguiendo algunas instrucciones.

1. Python versiones disponibles

Verifique la versión a instalar disponible del sitio oficial de Python:

https://www.python.org/downloads/

seleccione la versión que requiere y siga las instrucciones de la guía de la referencia. Para el ejemplo usamos a la fecha la versión 3.9. 0en lugar de la 3.7.3 que estaba disponible en el raspberry pi en la actualización oficial.

(la versión 3.9.2 mostró incompatibilidades con home-assistant al 2021-03-26, seguro en la próxima actualización será mejor)

requests 2.25.1 requires idna<3,>=2.5, but you'll have idna 3.1 which is incompatible.

2. Actualizar Rasberry Pi

Antes de iniciar el proceso, asegurarse de tener actualizado Rasberry Pi OS, puede seguir las instrucciones de: Raspberry Pi OS – Actualizar

3. Actualizar Python

Seguir las instrucciones del enlace de la referencia a partir del punto 2, con la versión que desea instalar.

https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=291158

https://installvirtual.com/how-to-install-python-3-8-on-raspberry-pi-raspbian/

4. Home Assistant – Configurar MQTT/TLS

Para conectar Home-Assistant al MQTT Mosquitto, se requiere configurar los parámetros  de dirección, puerto, identificador de cliente, usuario y contraseña.

Los parámetros se ingresan en el archivo configuration.yaml con la instrucción:

sudo nano /home/homeassistant/.homeassistant/configuration.yaml

añadiendo los parámetros con los datos propuestos como referencia en el ejemplo de MQTT-TLS con Parpadeo LED.

mqtt:
  broker: 192.168.10.40
  port: 8883 #1883
  client_id: 'mqtt-srv'
  username: 'usuarioprueba'
  password: 'usuarioclave'
  tls_insecure: true
  certificate:  '/etc/mosquitto/certs/mqtt-srv.crt'

Al reiniciar Home-assistant, debería operar con la configuración propuesta. Revisar la sección de Configuración/Registros, para observar si presenta algún problema de conexión.