GeoPulse™ Tracker GPS Avançat

1. Introducció

Benvingut al GeoPulse GPS Tracker versió 3.0, un dispositiu de seguiment d'alt rendiment dissenyat per a un monitoratge de localització robust i fiable. Aquesta nova versió es centra en la simplicitat i fiabilitat, eliminant les funcionalitats de son profund per garantir una operació contínua.

Ja sigui que estigueu rastrejant actius marins, vehicles o altres equips, GeoPulse proporciona dades de posició, velocitat i estat del sistema en temps real directament al vostre tauler de control mitjançant MQTT.

Novetats de la Versió 3.0:

• Operació Contínua: El dispositiu es manté sempre actiu per garantir un seguiment constant.
• Geofencing Persistent: Definiu zones virtuals i rebeu alertes quan el dispositiu hi entra o en surt. Les zones es guarden a la memòria del dispositiu.
• Anàlisi de Satèl·lits Avançat: Obteniu un informe detallat de tots els satèl·lits a la vista per diagnosticar la qualitat del senyal GPS.
• Sistema Simplificat: Eliminació de la complexitat del sistema de son/vigília per una major fiabilitat.
• Gestió Intel·ligent de Memòria: Degradació gradual de funcionalitat per mantenir estabilitat.
• Planificador de Tasques Optimitzat: Major eficiència i control granular de tasques del sistema.

Aquest manual cobreix el maquinari, les funcions de programari i els procediments operatius del vostre dispositiu actualitzat.

2. Maquinari i Perifèrics

El tracker GeoPulse està construït amb components seleccionats amb cura per garantir precisió, longevitat i un rendiment fiable en el camp.

2.1. Controlador Central: NodeMCU (ESP8266)

El cor del tracker és una placa NodeMCU, alimentada pel SoC Wi-Fi ESP8266. Gestiona tots els perifèrics, s'ocupa de la connectivitat de xarxa, processa les dades GPS i executa la lògica del sistema.

• Processador: Tensilica L106 32-bit
• Wi-Fi: 2.4 GHz, 802.11 b/g/n
• Característiques: Actualitzacions OTA (Over-the-Air), capacitats de son profund.

2.2. Mòdul GPS: Mateksys GNSS SAM-M10Q

Aquest és un mòdul GNSS d'última generació que compta amb la plataforma u-blox M10, proporcionant una sensibilitat excepcional i temps d'adquisició ràpids.

• Constel·lacions: Recepció concurrent de 4 sistemes GNSS (GPS, GLONASS, Galileo i BeiDou) per a una màxima disponibilitat de posició, fins i tot en entorns difícils com els canyons urbans.
• Antena: Antena de ceràmica d'alt guany integrada de 15x15mm.
• Consum d'Energia: Ultra-baix, ~10mA durant el seguiment actiu.
• Taxa d'Actualització: Fins a 10Hz (La configuració per defecte en aquest firmware és d'1Hz).
• Característiques Especials:
  • Tecnologia Super-S: Millora la precisió de la posició dinàmica en escenaris sense línia de visió directa.
  • LED PPS: Un LED blau al mòdul parpelleja a 1Hz un cop s'estableix una posició 3D.

2.3. Sistema d'Alimentació: DFRobot DFR0208 i LiPo de 6000mAh

Carregador de Bateria de Liti DFRobot V1.0 (SKU: DFR0208)

Aquesta placa gestiona la càrrega de la bateria de liti, garantint seguretat i eficiència.

• Entrada: Accepta 5V estàndard mitjançant un connector USB Type-C, fent-lo compatible amb bancs d'energia i adaptadors USB estàndard.
• Corrent de Càrrega: El firmware assumeix la taxa de càrrega per defecte de 1000mA.
• Seguretat: Incorpora un circuit de càrrega dedicat amb protecció contra sobrecàrrega.
• LEDs d'Estat:
  • LED Vermell: Càrrega en progrés.
  • LED Verd: Càrrega completada.

Bateria de Polímer de Liti de 6000mAh

Una bateria d'alta capacitat proporciona una vida operativa estesa, permetent que el tracker funcioni durant llargs períodes entre càrregues, especialment quan s'utilitzen els modes de son per estalviar energia.

2.4. Sensor de Bateria: ADC ADS1115

Per proporcionar un monitoratge precís del nivell de bateria, s'utilitza un ADS1115 de Texas Instruments.

• Resolució: Convertidor Analògic-Digital (ADC) de precisió de 16 bits.
• Interfície: Es comunica amb l'ESP8266 mitjançant I2C.
• Funció: Mesura el voltatge de la bateria amb alta precisió. El firmware converteix aquesta lectura de voltatge (calibrada per a un rang de 3.2V a 4.2V) en un percentatge de nivell de bateria del 0 al 100%.

3. Primers Passos

1. Carregueu Completament el Dispositiu: Abans del primer ús, connecteu un cable USB Type-C estàndard de 5V al port de la placa carregadora DFRobot. El LED vermell s'encendrà. Deixeu-lo carregar fins que el LED verd s'il·lumini, indicant una bateria plena.
2. Enceneu-lo: El dispositiu s'encendrà automàticament quan s'actuï damunt l'interruptor.
3. Estat Inicial: En arrencar, el dispositiu intentarà connectar-se immediatament a una xarxa Wi-Fi preconfigurada.

4. Entendre els Indicadors LED

El tracker GeoPulse utilitza dos LEDs per proporcionar informació visual sobre el seu estat.

5. Modes d'Operació

5.1. Mode Estació (Operació Normal)

Aquest és el mode per defecte. El dispositiu es connecta a una xarxa Wi-Fi existent per obtenir accés a Internet.

• Obté l'hora actual mitjançant NTP.
• Es connecta al broker MQTT.
• Adquireix una posició GPS i comença a transmetre dades a un interval establert.
• Escolta comandes remotes a través de MQTT.

5.2. Mode Punt d'Accés (AP) (Configuració)

Si el dispositiu no pot connectar-se a cap de les seves xarxes Wi-Fi preconfigurades, entra automàticament en Mode AP. Aquest mode us permet configurar una nova xarxa Wi-Fi.

• El dispositiu crea la seva pròpia xarxa Wi-Fi amb les següents credencials:
  • SSID: geopulse_AP
  • Contrasenya: gps12345
• S'inicien un servidor web i un servidor DNS per crear un portal captiu.

Com Configurar una Nova Xarxa WiFi:

1. Quan el dispositiu estigui en Mode AP (indicat pels LEDs alternants lents), utilitzeu el vostre telèfon o ordinador per buscar xarxes Wi-Fi.
2. Connecteu-vos a la xarxa geopulse_AP utilitzant la contrasenya gps12345.
3. Després de connectar-vos, una pàgina d'inici de sessió de portal captiu hauria d'obrir-se automàticament al vostre navegador. Si no ho fa, obriu un navegador i navegueu a qualsevol lloc web (p. ex., http://192.168.4.1).
4. Veureu la pàgina "Configuració WiFi de GeoPulse".
5. Introduïu el SSID (Nom de la WiFi) i la Contrasenya de la xarxa que voleu que utilitzi el tracker.
6. Feu clic a "Desar i Connectar".
7. El dispositiu desarà les noves credencials a la seva memòria interna i es reiniciarà, intentant connectar-se a la xarxa que acabeu de proporcionar.

6. Protocol de Comunicació MQTT

El dispositiu utilitza el protocol MQTT per a tota la comunicació de dades i comandament i control.

• Broker: moscard.cloud.shiftr.io
• Port: 1883
• Usuari/Contrasenya: Definits al firmware.

6.1. Tòpics Publicats

6.2. Formats de Dades

JSON (tòpic barca) per homeassistant:

{
  "latitude": 41.123456,
  "longitude": 2.123456,
  "gps_accuracy": 85, // Nota: Aquest camp actualment envia el percentatge de bateria
  "battery_level": "3.50" // Nota: Aquest camp actualment envia la velocitat en nusos/kmh
}

CSV (tòpic gps/data):

"GeoPulse",lat,lng,speed,units,course,sats,batt%,field,field,field,day,mon,yr,hr,min,field

6.3. Formats de Dades Addicionals (v3.0+)

JSON de Satèl·lits (tòpic geopulse/satellites):

{
  "sats_in_view": 12,
  "timestamp_utc": 1678886400,
  "satellites": [
    {
      "prn": 10,
      "system": "G",
      "ele": 75,
      "azi": 180,
      "snr": 45
    }
  ],
  "sats_tracked_by_parser": 9
}

JSON d'Esdeveniment de Geofence (tòpic geopulse/geofence):

{
  "event": "enter",
  "fence": "Port_Olimpic",
  "lat": 41.3851,
  "lon": 2.1960
}

6.4. Llista de Comandes Remotes

Podeu enviar les següents comandes com a missatges de text pla al tòpic geopulse/commands:

7. Resolució de Problemes

7.1. Diagnòstic Avançat per la Versió 3.0

La versió 3.0 incorpora eines de diagnòstic millorades per una operació sempre activa:

• Comprovar Estat de la Memòria: La comanda get_status inclou informació detallada sobre l'ús de memòria.
• Monitorització de Tasques: Utilitzar task_status per veure si alguna tasca està sobreccarregada.
• Diagnòstic de Sistema: Els registres del sistema mostren informació detallada sobre l'estat del dispositiu.
• Verificació de Connectivitat: Utilitzar un client MQTT extern per verificar la connectivitat del broker.

7.2. Comandes d'Emergència

En cas de comportament anòmal, aquestes comandes poden ajudar:

• reboot - Reinici immediat del dispositiu
• enable_power_save - Redueix l'ús de memòria
• set_standby - Atura l'enviament de dades GPS temporalment
• resume - Reprèn l'operació normal

8. Característiques Avançades i Detalls Tècnics

8.1. Planificador de Tasques Cooperatiu

El firmware del GeoPulse utilitza un planificador de tasques cooperatiu avançat que permet l'execució eficient de múltiples funcions sense bloqueig. Aquest sistema ha estat completament optimitzat a la versió 2.0 per oferir major capacitat de resposta i eficiència energètica.

Nota: Per a informació detallada sobre el planificador de tasques, intervals i control dinàmic, consulteu la secció 8.4 - Planificador de Tasques Cooperatiu Avançat.

8.2. Gestió Automàtica de Portals Captius

El dispositiu té lògica integrada per gestionar automàticament els portals captius, especialment per a xarxes anomenades "Crew". Quan es connecta a aquesta xarxa, el firmware intentarà automàticament autenticar-se utilitzant una llista predefinida de credencials. Això permet que el dispositiu accedeixi a Internet en entorns de xarxa restringits, com els que es troben a bord de vaixells o en xarxes públiques.

8.3. Sistema Simplificat de Gestió de Memòria

Operació Sempre Activa (Versió 3.0+)

El GeoPulse ara opera en mode continu, eliminant la complexitat del sistema de son/vigília per garantir un seguiment constant i fiable.

Característiques Clau:

• Operació Contínua: El dispositiu es manté sempre actiu per un seguiment constant.
• Gestió Simplificada: Eliminació dels tòpics de son/vigília per evitar complexitat innecessària.
• Comportament Predictible: No hi ha possibilitat de bucles de son o estats ambigus.
• Resposta Immediata: Totes les comandes es processen immediatament.
• Estat Consistent: El dispositiu sempre està disponible per rebre comandes i enviar dades.

Gestió Intel·ligent de la Memòria

• Monitorització Contínua: L'ESP8266 té memòria limitada (~80KB utilitzable). El firmware supervisa contínuament la memòria lliure disponible.
• Degradació Gradual: Quan la memòria baixa:
  • > 8000 bytes: Funcionament normal, totes les comandes disponibles.
  • 5000-8000 bytes: Només comandes crítiques (reboot, standby/resume).
  • < 5000 bytes: Ignora comandes no essencials, registres de baixa prioritat.
  • < 2000 bytes: Reinici automàtic per evitar inestabilitat.
• Optimització de Publicacions MQTT: El firmware utilitza buffers fixos i evita la concatenació de strings per minimitzar la fragmentació de memòria.

Intervals de Verificació Optimitzats

El sistema s'ha optimitzat per a una major capacitat de resposta:

• Verificació de Tasques: Cada tasca s'executa segons el seu interval configurat.
• Resposta Immediata: Les comandes MQTT es processen immediatament sense esperar cicles.
• Monitorització Constant: El sistema supervisa contínuament la connectivitat i l'estat del GPS.

8.4. Planificador de Tasques Cooperatiu Avançat

El GeoPulse utilitza un sistema de planificació de tasques que permet l'execució quasi simultània de múltiples funcions sense bloqueig. Això millora significativament la capacitat de resposta del dispositiu.

Tasques del Sistema i els Seus Intervals:

Control Dinàmic de Tasques:

Podeu modificar el comportament del planificador en temps real:

• Mode Alta Freqüència: enable_high_freq - Redueix intervals per a màxima capacitat de resposta.
• Mode Estalvi d'Energia: enable_power_save - Augmenta intervals per estalviar bateria.
• Control Granular: Utilitzeu task_enable/disable/interval per ajustar tasques individuals.

8.5. Intervals d'Enviament de Dades GPS Intelligents

El dispositiu ajusta automàticament la freqüència d'enviament de dades per equilibrar precisió i estalvi d'energia:

Mode per Defecte ("Tranqui Mode")

Utilitza intervals dinàmics basats en la velocitat detectada:

• Velocitat ≥ 2.5 nusos: Enviament cada 5 segons - Per seguiment precís en moviment ràpid.
• 1 nus ≤ Velocitat < 2.5 nusos: Enviament cada 1 minut - Adequat per moviments lents.
• Velocitat < 1 nus: Enviament cada 2 minuts - Mode d'estalvi d'energia quan està gairebé estàtic.

Mode d'Alta Freqüència

Activat amb set_interval_2s: interval fix de 2 segons per a màxima precisió de seguiment.

8.6. Geofencing Intel·ligent i Persistent

Una de les característiques més potents de la versió 3.0 és la capacitat de crear zones geogràfiques virtuals (geofences) que romanen emmagatzemades al dispositiu.

• Creació Dinàmica: Podeu afegir noves zones en qualsevol moment mitjançant la comanda geofence_add. Cal especificar un nom únic, latitud, longitud i un radi en metres.
• Emmagatzematge Persistent: Les geofences es guarden al sistema de fitxers LittleFS del dispositiu. Això vol dir que no es perden si el dispositiu es reinicia o es queda sense bateria.
• Alertes Automàtiques: El sistema comprova constantment la posició del tracker. Si creua el límit d'una geofence (entrant o sortint), s'envia immediatament una alerta en format JSON al tòpic geopulse/geofence.
• Gestió Remota: Podeu llistar totes les zones amb geofence_list i eliminar-les individualment amb geofence_remove.

8.7. Anàlisi de Satèl·lits Avançat

Per a usuaris avançats i per a la resolució de problemes de recepció de senyal, el dispositiu pot proporcionar un informe detallat de l'estat del mòdul GPS.

• Informe a Petició: Utilitzant la comanda get_satellite_report, el dispositiu generarà un informe complet.
• Dades Detallades: L'informe, publicat en format JSON al tòpic geopulse/satellites, inclou el nombre total de satèl·lits a la vista i una llista detallada de cada satèl·lit que el firmware està processant, amb el seu ID (PRN), elevació, azimut i relació senyal/soroll (SNR).
• Ús per a Diagnòstic: Aquesta eina és invaluable per entendre per què un dispositiu pot tenir una posició imprecisa. Un SNR baix o un nombre reduït de satèl·lits pot indicar una obstrucció física del cel.