Tornar

Manual d'Usuari del Dispositiu Escopinya

Sistema de Monitorització Marítima Intel·ligent basat en Teensy 4.1

Índex de Continguts

1. Introducció
2. Components del Sistema
3. Especificacions Tècniques
4. Instal·lació i Configuració
5. Funcionament del Dispositiu
6. Sistema de Comunicació
7. Sensors i Monitorització
8. Sistema de Geofencing
9. Sistema d'Alimentació
10. Manteniment i Resolució de Problemes
11. Comandes MQTT
12. Consideracions de Seguretat

1. Introducció

L'Escopinya és un dispositiu avançat de monitorització marítima dissenyat per proporcionar seguiment en temps real de les condicions ambientals, localització GPS i estat del vaixell. El sistema està basat en el microcontrolador Teensy 4.1 i integra múltiples sensors per oferir una solució completa de telemetria marina.

Característiques Principals:

Seguiment GPS d'alta precisió amb transmissió en temps real
Monitorització ambiental (temperatura, humitat, pressió atmosfèrica)
Sensor IMU per detectar moviment i condicions de mar
Comunicació 4G LTE per transmissió de dades
Sistema de geofencing amb alertes automàtiques
Alimentació dual (xarxa elèctrica del vaixell / bateria)
Indicadors LED configurables per estat visual
Resistència a condicions marines

2. Components del Sistema

2.1 Unitat Principal de Processament

Teensy 4.1

Especificació	Valor
Processador	ARM Cortex-M7 @ 600MHz
Memòria RAM	1024 KB
Memòria Flash	8 MB
GPIO Disponibles	~42 pins
Interfícies	3×SPI, 3×I2C, 8×UART, CAN bus
Ethernet	Sí (PHY integrat)
Voltatge d'Operació	3.3V

2.2 Sensors Ambientals

BME280 - Sensor Ambiental

Temperatura: -40°C a +85°C (±1°C)
Humitat: 0-100% RH (±3%)
Pressió: 300-1100 hPa (±1 hPa)
Interfície: I2C
Consum: 3.4 μA @ 1Hz

BNO055 - IMU de 9 Eixos

Acceleròmetre: ±2g/±4g/±8g/±16g
Giroscopi: ±125°/s a ±2000°/s
Magnetòmetre: ±1300μT (X,Y), ±2500μT (Z)
Precisió: 0.01° (orientació absoluta)
Freqüència: Fins a 100Hz

2.3 Sistema de Comunicació

DFRobot Air780E - Mòdul 4G LTE

Especificació	Valor
Xarxes Compatibles	4G LTE CAT1
Bandes de Freqüència	B1/B3/B5/B8/B20/B28A
Velocitat de Dades	10 Mbps (DL) / 5 Mbps (UL)
Protocols	TCP/UDP, HTTP/HTTPS, MQTT
Voltatge d'Operació	3.4V - 4.2V
Consum	<2mA (idle), <200mA (transmissió)
Temperatura d'Operació	-40°C a +85°C

2.4 Sistema d'Alimentació

Bateria Principal

Tipus: Liti-ió 4 cel·les (3.7V nominal)
Capacitat: 10.4Ah (38.48Wh)
Voltatge: 14.8V (4×3.7V en sèrie)
Autonomia: 24-48h (segons ús)
Cicles de Càrrega: >500 cicles

Carregador DFR0208

Entrada: 5V USB (Micro-USB)
Sortida: 4.2V ±1%
Corrent de Càrrega: 50mA/200mA/500mA
Proteccions: Sobrecàrrega, inversió de polaritat
Indicadors LED: Estat de càrrega

2.5 Rellotge en Temps Real (RTC)

SD2405 RTC Module

Especificació	Valor
Precisió	±5ppm (-40°C a +85°C)
Autonomia	5-8 anys amb bateria interna
Consum	1μA típic
Interfície	I2C (400kHz)
Funcions	Alarmes, interrupcions, sortida de rellotge
Rang Temporal	Fins a 2099

3. Especificacions Tècniques del Sistema

3.1 Especificacions Elèctriques

Paràmetre	Valor	Unitat
Voltatge d'Entrada Principal	12-24	V DC
Voltatge de Bateria	14.8	V DC
Consum en Funcionament	150-300	mA
Consum en Mode Estalvi	10-50	mA
Consum en Transmissió	400-800	mA
Protecció	IP65	-

3.2 Especificacions Ambientals

Paràmetre	Mínim	Màxim	Unitat
Temperatura d'Operació	-20	+70	°C
Humitat Relativa	5	95	%
Pressió Atmosfèrica	300	1100	hPa
Resistència a Vibració	-	10G	-
Resistència a Salinitat	Sí	-	-

4. Instal·lació i Configuració

⚠️ ADVERTÈNCIA: Abans de començar la instal·lació, assegureu-vos que l'alimentació principal del vaixell estigui desconnectada. Seguiu sempre les normes de seguretat marítima.

4.1 Ubicació del Dispositiu

Seleccioneu una ubicació que compleixi els següents requisits:

Protegida de l'aigua directa però amb ventilació adequada
Accés fàcil per a manteniment
Lluny de fonts d'interferència electromagnètica
Visibilitat clara del cel per a la recepció GPS
Proximitat als punts de connexió elèctrica

4.2 Connexions Elèctriques

Esquema de Connexions:

Component	Pin Teensy	Funció	Voltatge
BME280 (SDA)	24 (SDA2)	Dades I2C	3.3V
BME280 (SCL)	25 (SCL2)	Rellotge I2C	3.3V
BNO055 (SDA)	18 (SDA1)	Dades I2C	3.3V
BNO055 (SCL)	19 (SCL1)	Rellotge I2C	3.3V
Air780E (TX)	7 (RX1)	Dades Sèrie	3.3V
Air780E (RX)	8 (TX1)	Dades Sèrie	3.3V
GPS (TX)	9 (RX2)	Dades GPS	3.3V
LED Estribord	10	Control LED	5V
LED Babord	11	Control LED	5V

4.3 Configuració Inicial

            Paràmetres de Configuració:

            • ID del Dispositiu: "Escopinya"

            • Broker MQTT: moscard.cloud.shiftr.io:1883

            • Interval de Publicació: 10 segons (configurable)

            • Interval de Senyal: 15 segons

            • Nombre de LEDs: 24 per tira

5. Funcionament del Dispositiu

5.1 Seqüència d'Arrencada

Inicialització del Sistema (0-5s)
- Comprovació de components hardware
- Inicialització dels busos I2C
- Configuració dels sensors
Connexió de Xarxa (5-30s)
- Activació del mòdul 4G
- Registre a la xarxa mòbil
- Establiment de connexió MQTT
Adquisició GPS (30-120s)
- Cerca de satèl·lits GPS
- Establiment de fix GPS
- Sincronització temporal
Mode Operacional
- Transmissió regular de dades
- Monitorització contínua
- Processament de comandes

5.2 Indicadors LED

Les dues tires LED NeoPixel instal·lades a babord i estribord no s'empren per indicar automàticament l'estat del dispositiu. El seu encès és exclusivament manual mitjançant comandes MQTT. Les ordres disponibles són:

1R – encén les dues tires en vermell fix.
1B – encén les dues tires en blau fix.
1W – encén les dues tires en blanc fix.
00 – apaga totes les tires.

Aquestes ordres es descriuen amb detall a la secció 11. Comandes MQTT.

6. Sistema de Comunicació

6.1 Protocol MQTT

L'Escopinya utilitza MQTT per a la comunicació bidireccional:

Tòpics de Publicació:

barca - Dades principals de telemetria en format CSV.
escopinya/logs - Registres del sistema, esdeveniments i respostes a comandes com get_status.
escopinya/geofence - Alertes d'entrada/sortida de les àrees de geofencing.

Tòpics de Subscripció:

escopinya/commands - Comandes remotes

6.2 Format de Dades

Les dades es transmeten en format CSV per optimitzar l'ample de banda:

            Format de Telemetria Principal:

            Escopinya,lat,lon,velocitat,kts,rumb,sats,senyal%,temp,hum,pres,dia,mes,any,hora,minut,rugositat,led_on,color_led

            Exemple:

            Escopinya,41.123456,2.654321,5.2,kts,180,8,85,22.5,65,1013.2,15,03,24,14,30,2.1,1,green

7. Sensors i Monitorització

7.1 Sistema GPS

Capacitats GPS:

Precisió: <3m (95% del temps)
Temps d'Adquisició: <30s (arranque en fred)
Freqüència d'Actualització: 1Hz
Sensibilitat: -165 dBm
Constel·lacions: GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou

Dades Proporcionades:

Latitud i Longitud (6 decimals)
Altitud sobre el nivell del mar
Velocitat i rumb
Nombre de satèl·lits visibles
HDOP (precisió horitzontal)
Data i hora UTC

7.2 Sensors Ambientals

7.2.1 BME280 - Condicions Ambientals

Mesura	Rang	Precisió	Aplicació
Temperatura	-40°C a +85°C	±1°C	Condicions de cabina/motor
Humitat	0-100% RH	±3%	Risc de condensació
Pressió	300-1100 hPa	±1 hPa	Predicció meteorològica

7.2.2 BNO055 - Unitat de Mesura Inercial

L'IMU proporciona informació detallada sobre el moviment i orientació del vaixell:

Acceleració: Detecció de moviments bruscos i impactes
Velocitat Angular: Mesura de balanceig, capcineig i guinyada
Camp Magnètic: Orientació absoluta respecte al nord magnètic
Rugositat del Mar: Càlcul automàtic basat en l'acceleració normalitzada

7.3 Monitorització del Sistema

El dispositiu monitoritza contínuament els següents paràmetres:

Qualitat del senyal 4G (percentatge i RSSI)
Estat de la bateria i voltatge
Temperatura interna del dispositiu
Temps de funcionament (uptime)
Errors de comunicació i recuperació automàtica

8. Sistema de Geofencing

Nou en aquesta versió: Sistema de geofencing integrat per monitorització d'àrees específiques.

8.1 Funcionalitats

Definició d'àrees circulars amb nom, coordenades i radi
Detecció automàtica d'entrada i sortida d'àrees
Alertes en temps real via MQTT
Emmagatzematge persistent de geofences
Gestió remota via comandes MQTT

8.2 Configuració de Geofences

Les geofences es configuren mitjançant comandes MQTT:

            Afegir una geofence:

            Tòpic: escopinya/commands

            Comanda: geofence-add <nom> <latitud> <longitud> <radi_metres>

            Exemple:

            geofence-add port_casa 41.123456 2.654321 500

            Eliminar una geofence:

            Comanda: geofence-remove <nom>

            Llistar geofences:

            Comanda: geofence-list

8.3 Alertes de Geofencing

Quan es detecta una entrada o sortida, s'envia una alerta al tòpic escopinya/geofence:

            Format d'Alerta:

            {

              "event": "enter|exit",

              "fence": "nom_geofence",

              "lat": 41.123456,

              "lon": 2.654321

            }

9. Sistema d'Alimentació

9.1 Alimentació Principal

El dispositiu es connecta a l'alimentació principal del vaixell (12V o 24V DC) mitjançant un sistema de relés que permet la commutació automàtica entre fonts d'alimentació.

9.2 Sistema de Bateria de Reserva

Especificacions de la Bateria

Tipus: Liti-ió 18650 (4 cel·les)
Configuració: 4S1P (sèrie)
Voltatge Nominal: 14.8V
Capacitat: 10.4Ah
Energia Total: 153.92Wh

Autonomia Estimada

Mode Normal: 24-30 hores
Mode Estalvi: 48-72 hores
Mode Emergència: 96+ hores
Factors: Depèn de la freqüència de transmissió i condicions del senyal

9.3 Sistema de Càrrega

La bateria es carrega automàticament quan hi ha alimentació externa disponible:

Estat LED Carregador	Significat
Vermell pampallugueig	Sense bateria connectada
Vermell fix	Carregant
Verd fix	Càrrega completa
Vermell pampallugueig lent	Error de càrrega

⚠️ Precaucions amb la Bateria:

No exposar a temperatures extremes (<-10°C o >60°C)
Evitar descàrregues completes freqüents
Carregar almenys cada 3 mesos si no s'utilitza
Utilitzar només el carregador proporcionat

9.4 Gestió Intel·ligent d'Energia

El sistema implementa diverses estratègies per optimitzar el consum:

Mode Estalvi Automàtic: Reducció de freqüència de transmissió quan la bateria baixa del 30%
Hibernació de Sensors: Desactivació temporal de sensors no crítics
Gestió de LEDs: Reducció de brillantor o desactivació automàtica
Wake-up per RTC: Despertar programat per a transmissions periòdiques

10. Manteniment i Resolució de Problemes

10.1 Manteniment Preventiu

Setmanal:

Verificar l'estat dels LEDs indicadors
Comprovar la recepció de dades al servidor
Revisar els nivells de bateria

Mensual:

Neteja externa amb drap humit (sense productes químics)
Verificar connexions elèctriques
Comprovar l'estat de l'antena GPS
Revisar registres d'errors

Trimestral:

Verificar l'estanqueïtat de l'encapsulament
Comprovar el funcionament del carregador
Actualitzar firmware si està disponible
Calibrar sensors si és necessari

10.2 Diagnòstic de Problemes

Problema	Possible Causa	Solució
No hi ha transmissió de dades	Sense cobertura 4G Error MQTT Problema GPS	Verificar antena Reiniciar dispositiu Comprovar ubicació GPS
LEDs vermells constants	Error del sistema Sensor defectuós	Revisar connexions Consultar logs Contactar suport
Bateria es descarrega ràpidament	Bateria deteriorada Consum excessiu	Verificar edat bateria Reduir freqüència transmissió
GPS no obté fix	Obstrucció antena Interferència	Verificar visibilitat cel Allunyar fonts interferència

10.3 Codis d'Error

El sistema no utilitza codis d'error numèrics. Tots els errors, advertiments i esdeveniments es registren amb missatges de text descriptius (en català) al tòpic MQTT escopinya/logs. Això permet un diagnòstic més directe sense necessitat de consultar una taula de codis.

11. Comandes MQTT

Totes les ordres es reben al tòpic escopinya/commands. A continuació es detalla la sintaxi exacta (respectant majúscules/minúscules) i la seva funció.

11.1 Ordres del sistema

Comanda	Descripció	Exemple
`get_status` `get-status`	Envia un informe complet d'estat (sensors, GPS, xarxa).	get_status
`reboot`	Reinicia immediatament el dispositiu.	reboot
`get_cell_data`	Publica informació ampliada de la xarxa cel·lular (MCC/MNC, cell-ID, RSSI, veïns).	get_cell_data
`SET_INTERVAL:<seg>`	Canvia l'interval de telemetria (entre 5 i 3600 s).	SET_INTERVAL:30
`SEND_MSG:<text>`	Reenvia text al canal Telegram configurat.	SEND_MSG:Motors apagats

11.2 Ordres de control de LEDs

Comanda	Acció	Exemple
`1R`	Encén les tires en vermell fix.	1R
`1B`	Encén les tires en blau fix.	1B
`1W`	Encén les tires en blanc fix.	1W
`00`	Apaga totes les tires.	00

11.3 Ordres de geofencing

Comanda	Descripció	Exemple
`geofence-add <nom> <lat> <lon> <radi>`	Crea una geofence circular de radi metres.	geofence-add marina 41.123456 2.654321 200
`geofence-remove <nom>`	Elimina la geofence anomenada.	geofence-remove marina
`geofence-list`	Mostra totes les geofences guardades.	geofence-list

Qualsevol comanda no reconeguda serà ignorada i es registrarà un advertiment als logs.

12. Consideracions de Seguretat

12.1 Seguretat Elèctrica

⚠️ ADVERTÈNCIES IMPORTANTS:

Desconnectar sempre l'alimentació abans de fer connexions
Utilitzar només fusibles de la capacitat adequada (5A recomanat)
Assegurar-se que totes les connexions estiguin ben aïllades
No exposar el dispositiu a l'aigua directa
Mantenir les connexions elèctriques lluny de zones d'alta humitat

12.2 Seguretat de Dades

Encriptació: La comunicació MQTT es realitza sense encriptació (port 1883). Per a una major seguretat, es recomana configurar la connexió a través d'una VPN o un túnel segur.
Autenticació: El broker MQTT requereix credencials úniques per a cada dispositiu.

12.3 Seguretat Marítima

El dispositiu no substitueix els sistemes de navegació principals
Mantenir sempre sistemes de comunicació de reserva
Verificar periòdicament la precisió de les dades GPS
No dependre exclusivament de l'Escopinya per a la seguretat

12.4 Compliment Normatiu

L'Escopinya compleix amb les següents normatives:

CE: Conformitat europea per equips electrònics
FCC: Certificació per equips de radiofreqüència
IP65: Protecció contra pols i aigua
RoHS: Restricció de substàncies perilloses

✅ Suport Tècnic:
Per a assistència tècnica, consultes o informació sobre actualitzacions, contacteu amb el suport tècnic proporcionant el número de sèrie del dispositiu i una descripció detallada del problema.