Conecte Seguramente o Arduino MKR GSM 1400 ao Google Cloud IoT Core: Guia Passo a Passo

Componentes e Materiais

Aplicativos e Serviços Online

• Arduino IDE
• Google Cloud IoT Core

Sobre o Projeto

Nota: Este tutorial pode estar desatualizado. Acesse aqui para uma versão mais atual.

Introdução

Dispositivos conectam ao GCP IoT Core via HTTP ou MQTT. Este tutorial mostra como conectar um Arduino MKR GSM 1400 seguramente ao GCP IoT Core usando um cliente MQTT. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo de conectividade M2M (máquina-a-máquina) que fornece transporte de publicação/assinatura de mensagens.

Dispositivos devem usar JSON Web Tokens (JWTs) para autenticação (RFC 7519). O GCP IoT Core suporta algoritmos RSA e Curva Elíptica para verificar JSON Web Signatures (JWS, RFC 7515).

Todas as placas Arduino MKR com conectividade onboard, incluindo o MKR GSM 1400, possuem um elemento criptográfico Microchip ATECC508A ou ATECC608A. Ele gera e armazena uma chave ECC (Curva Elíptica) de 256 bits. Usaremos a chave privada armazenada no elemento criptográfico para assinar o JWT.

Configuração de Software e Hardware

1. Instale a Arduino IDE se ainda não tiver.
2. Certifique-se de ter o pacote "Arduino SAMD Boards" mais recente (Ferramentas → Placa → Gerenciador de Placas → "Arduino SAMD"). Na época, a versão 1.6.20 era a mais recente.



3. Instale as bibliotecas necessárias via Sketch → Incluir Biblioteca → Gerenciar Bibliotecas:
   • MKRGSM
   • Arduino_JSON
   • ArduinoECCX08 (versão 1.3.0 ou superior)
   • ArduinoMqttClient (versão 0.1.3 ou superior)
   • Arduino Cloud Provider Examples (versão 1.2.0 ou superior)
4. Insira o cartão micro SIM no slot inferior do MKR GSM 1400, conecte a antena e a bateria LiPo 3.7V no conector JST. Conecte o cabo micro USB ao computador, selecione a porta serial e a placa Arduino MKR GSM 1400 na IDE.

Configurando e Adicionando a Placa ao GCP IoT Core

O GCP IoT Core exige JWT para autenticação MQTT. Geraremos um par de chaves na placa e adicionaremos a chave pública (PEM) no console GCP.

1. Na IDE: Arquivo → Exemplos → ArduinoECCX08 → Tools → ECCX08JWSPublicKey. Carregue e abra o Monitor Serial (configuração de fim de linha: "Both NL & CR").
2. O sketch solicitará configurar permanentemente o ATECC508A/ATECC608A se não estiver configurado/travado. NOTA: Este travamento é permanente e irreversível, mas necessário para usar o elemento criptográfico. A configuração permite 5 slots de chave privada (0–4) para qualquer provedor de nuvem; chaves podem ser regeneradas a qualquer momento. De fábrica, o elemento vem desconfigurado e destravado.
3. Será solicitado o slot a usar. Usaremos o slot 0. Nota: A chave privada é gerada dentro do elemento criptográfico, nunca sai do dispositivo e não pode ser lida.



4. Copie a chave pública gerada (formato PEM), ex.:

   -----BEGIN PUBLIC KEY-----
   MFkwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcDQgAEFl4+DXufU84AhDGib7aMwmYwUVAp9coRdC9jOdzR
   e2kqGWFEb+QP4V4YUK9Zy7PsmRABi1sWgxiAoEhg1FEQgg==
   -----END PUBLIC KEY-----

5. No console GCP (cloud.google.com), faça login e crie um projeto (ex.: "MKR GCP Tutorial").









6. Ative a API IoT Core e crie um registro de dispositivos (Registry ID: "MKR_GCP_Tutorial", Região: "us-central1").











7. Adicione um dispositivo: clique em "Devices" → "+ CREATE A DEVICE". Nome: "MyMKRGSM1400". Formato da chave pública: ES256. Cole a chave PEM gerada. Clique em "Create".

Conectando a Placa ao GCP IoT Core

1. Na IDE: Arquivo → Exemplos → Arduino Cloud Provider Examples → GoogleCloudPlatformIoTCore → GCP_IoT_Core_GSM.
2. Na aba arduino_secrets.h, preencha PIN do SIM (se necessário), APN GPRS, usuário e senha da operadora:

   // Configurações GSM
   #define SECRET_PINNUMBER ""
   #define SECRET_GPRS_APN "GPRS_APN"     // substitua pelo seu APN
   #define SECRET_GPRS_LOGIN "login"      // substitua pelo seu login
   #define SECRET_GPRS_PASSWORD "password" // substitua pela sua senha

3. Atualize as credenciais do GCP:

   // Info do GCP IoT Core
   #define SECRET_PROJECT_ID "mkr-gcp-tutorial"
   #define SECRET_CLOUD_REGION "us-central1"
   #define SECRET_REGISTRY_ID "MKR_GCP_Tutorial"
   #define SECRET_DEVICE_ID "MyMKRGSM1400"

   O Project ID encontra-se clicando no menu superior do console GCP.
4. Carregue o sketch e abra o Monitor Serial. A placa tentará conectar à rede celular e, se bem-sucedida, ao GCP IoT Core via MQTT.

Interagindo com a Placa no GCP IoT Core

O sketch envia mensagem ao tópico /devices/{deviceId}/state a cada 5 s e escuta em /devices/{deviceId}/config e /devices/{deviceId}/commands/#.

1. Na página do dispositivo no console GCP, clique em "SEND COMMAND".



2. Digite a mensagem (ex.: "Hello There!") e envie.



3. A placa receberá e imprimirá no Monitor Serial.



4. Para ver mensagens enviadas pela placa, aba "Configuration & state history". As mensagens aparecem em Base64; clique na entrada e selecione "Text" para ver o valor.





No exemplo, a placa enviava "hello 464488" (464488 = millis()).

Conclusão

Cobrimos como usar seguramente um Arduino MKR GSM 1400 com GCP IoT Core. Um JWT assinado autentica via MQTT, com a chave privada no ATECC508A/ATECC608A. Mensagens MQTT foram trocadas bidirecionalmente. Isso é só o começo; o GCP IoT Core integra com muitos outros serviços do GCP!

Código

GitHub

https://github.com/arduino/ArduinoCloudProviderExamples