Η ανάπτυξη μιας συσκευής παρακολούθησης GPS (GPS tracking device) δεν σημαίνει απλώς ότι συνδυάζουμε μια μονάδα GPS, μια μονάδα 4G, μια μπαταρία και ένα πλαστικό περίβλημα.

Ένα πραγματικά επαγγελματικό προϊόν GPS είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα IoT που περιλαμβάνει:

Εντοπισμό GNSS + επικοινωνία 4G/LoRa + σχεδιασμό κεραίας + διαχείριση ενέργειας + αισθητήρες + firmware + APP + πλατφόρμα + server + μηχανικό σχεδιασμό + στεγανοποίηση + πιστοποιήσεις + δοκιμές + μαζική παραγωγή.

Πολλοί πελάτες που αναπτύσσουν για πρώτη φορά ένα προϊόν GPS επικεντρώνονται κυρίως σε μία ερώτηση:

«Πόσο κοστίζει η μονάδα GPS;»

Στην πραγματικότητα, η μονάδα GPS συνήθως δεν είναι το πιο δύσκολο μέρος του έργου.

Τα πραγματικά προβλήματα εμφανίζονται συχνότερα στα εξής:

• 
  ασταθής εντοπισμός θέσης,
  
• 
  υψηλή κατανάλωση ενέργειας,
  
• 
  αποσυνδέσεις από το δίκτυο,
  
• 
  χαμηλή απόδοση κεραίας,
  
• 
  προβλήματα στεγανοποίησης,
  
• 
  ασυμβατότητα με παρόχους κινητής τηλεφωνίας,
  
• 
  υπερφόρτωση server,
  
• 
  αστάθεια στην ποιότητα κατά τη μαζική παραγωγή.
  

1. Μην ξεκινάτε με το PCB πριν καθορίσετε το προϊόν

Ένα από τα πιο συνηθισμένα λάθη σε ένα έργο GPS είναι να ξεκινά ο σχεδιασμός του hardware πριν καθοριστούν με σαφήνεια οι πραγματικές απαιτήσεις.

Για παράδειγμα, ένας πελάτης μπορεί απλώς να πει:

«Θέλω να αναπτύξω έναν GPS tracker.»

Αυτό όμως δεν είναι αρκετό.

Πρέπει πρώτα να προσδιοριστεί πού θα χρησιμοποιηθεί το προϊόν.

Παραδείγματα:

• 
  GPS tracker για οχήματα
  
• 
  GPS κολάρο για βοοειδή
  
• 
  GPS κολάρο για πρόβατα
  
• 
  GPS tracker για κατοικίδια
  
• 
  GPS badge για προσωπικό
  
• 
  GPS tracker περιουσιακών στοιχείων
  
• 
  GPS tracker για container
  
• 
  GPS tracker για ρυμουλκούμενα
  
• 
  GPS υψηλής ακρίβειας RTK
  
• 
  LoRa GPS tracker
  
• 
  4G GPS tracker
  

Κάθε εφαρμογή απαιτεί διαφορετική αρχιτεκτονική.

Ένας GPS tracker οχήματος μπορεί να τροφοδοτείται από το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου, επομένως η κατανάλωση ενέργειας δεν είναι τόσο κρίσιμη.

Αντίθετα, ένα GPS κολάρο για βοοειδή μπορεί να πρέπει να λειτουργεί με μπαταρία για:

6 μήνες ή ακόμη και 12 μήνες.

Σε αυτή την περίπτωση, ολόκληρη η αρχιτεκτονική του προϊόντος πρέπει να σχεδιαστεί γύρω από τη χαμηλή κατανάλωση.

Επομένως, το πρώτο βήμα δεν είναι η επιλογή chip.

Είναι το:

Product Definition — Ορισμός Προϊόντος.

2. Ακρίβεια GPS και διάρκεια μπαταρίας

Η λειτουργία GNSS καταναλώνει σημαντική ενέργεια.

Αν μια συσκευή προσδιορίζει θέση κάθε 5 ή 10 δευτερόλεπτα και ανεβάζει συνεχώς δεδομένα μέσω 4G, η μπαταρία μπορεί να εξαντληθεί πολύ γρήγορα.

Συχνά οι πελάτες ζητούν ταυτόχρονα:

• 
  παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο,
  
• 
  ενημέρωση θέσης κάθε 5 δευτερόλεπτα,
  
• 
  διάρκεια μπαταρίας 6 μηνών,
  
• 
  πολύ μικρό μέγεθος συσκευής.
  

Αυτές οι απαιτήσεις μπορεί να έρχονται σε σύγκρουση μεταξύ τους.

Η σωστή λύση είναι να σχεδιαστούν διαφορετικοί τρόποι λειτουργίας.

Real-Time Mode

Η συσκευή παραμένει ενεργή και αποστέλλει συχνά δεδομένα θέσης.

Κατάλληλο για:

• 
  οχήματα,
  
• 
  περιουσιακά στοιχεία υψηλής αξίας,
  
• 
  παρακολούθηση προσωπικού σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.
  

Πλεονέκτημα:

πιο συνεχής και άμεση παρακολούθηση.

Μειονέκτημα:

υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας.

Power Saving Mode

Η συσκευή μπορεί να ενεργοποιείται κάθε:

• 
  10 λεπτά,
  
• 
  30 λεπτά,
  
• 
  60 λεπτά.
  

Η διαδικασία μπορεί να είναι:

Αφύπνιση → GNSS定位 → Αποστολή δεδομένων → Sleep

Αυτό το μοντέλο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για:

• 
  GPS για βοοειδή,
  
• 
  GPS για πρόβατα,
  
• 
  asset trackers,
  
• 
  container trackers,
  
• 
  εξοπλισμό εξωτερικού χώρου.
  

Η σωστή στρατηγική sleep μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη διάρκεια της μπαταρίας.

3. Το πρόβλημα της κεραίας GPS

Πολλά GPS προϊόντα λειτουργούν σωστά όταν δοκιμάζονται ως γυμνή πλακέτα PCB.

Όμως, αφού τοποθετηθούν μέσα στο τελικό περίβλημα, η απόδοση GNSS μπορεί ξαφνικά να μειωθεί.

Το πρόβλημα πολλές φορές δεν βρίσκεται στο GNSS chip.

Βρίσκεται στην κεραία.

Η απόδοση της κεραίας επηρεάζεται από:

• 
  το μέγεθος PCB,
  
• 
  τη θέση της μπαταρίας,
  
• 
  την κεραία 4G,
  
• 
  την κεραία LoRa,
  
• 
  το πλαστικό περίβλημα,
  
• 
  μεταλλικά εξαρτήματα,
  
• 
  το ανθρώπινο σώμα,
  
• 
  το σώμα ενός ζώου,
  
• 
  τον προσανατολισμό της συσκευής.
  

Για παράδειγμα, ένα GPS κολάρο βοοειδών βρίσκεται πολύ κοντά στον λαιμό του ζώου.

Το σώμα του ζώου μπορεί να επηρεάσει την απόδοση RF και GNSS.

Επομένως, μια συσκευή που λειτουργεί άψογα πάνω στο γραφείο ενός μηχανικού δεν σημαίνει ότι θα έχει την ίδια απόδοση όταν τοποθετηθεί πάνω σε ένα ζώο.

Για αυτό απαιτείται:

ρύθμιση και δοκιμή της κεραίας στο πλήρως συναρμολογημένο προϊόν.

4. Η συσκευή συνδέεται σε 4G αλλά τα δεδομένα δεν φτάνουν στον server

Ένα ακόμη συνηθισμένο λάθος είναι η υποτίμηση της επικοινωνίας.

Το γεγονός ότι μια συσκευή έχει εγγραφεί επιτυχώς σε δίκτυο 4G δεν σημαίνει ότι η επικοινωνία είναι πλήρως αξιόπιστη.

Στην πραγματική χρήση μπορεί να υπάρξουν:

• 
  αλλαγές κυψελών βάσης,
  
• 
  αδύναμο σήμα,
  
• 
  επανασυνδέσεις,
  
• 
  προβλήματα SIM,
  
• 
  λανθασμένο APN,
  
• 
  διακοπές TCP,
  
• 
  MQTT timeout,
  
• 
  προβλήματα DNS,
  
• 
  ασυμβατότητα με τοπικούς παρόχους.
  

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για GPS προϊόντα που εξάγονται σε διαφορετικές χώρες.

Διαφορετικές αγορές μπορεί να χρησιμοποιούν διαφορετικά:

• 
  LTE bands,
  
• 
  δίκτυα κινητής,
  
• 
  APN,
  
• 
  SIM cards,
  
• 
  τεχνικές προδιαγραφές.
  

Αν οι σωστές συχνότητες LTE δεν επιλεγούν από την αρχή, ένα προϊόν μπορεί να λειτουργεί τέλεια στην Κίνα αλλά να μην μπορεί να συνδεθεί σε δίκτυο στην Ευρώπη, τη Μέση Ανατολή ή τη Νότια Αμερική.

5. Η πραγματική διάρκεια μπαταρίας διαφέρει από τη θεωρητική

Αυτό είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα προβλήματα στην ανάπτυξη GPS προϊόντων.

Για παράδειγμα, αν έχουμε:

μπαταρία 2500mAh

και μέση κατανάλωση:

10mA

θεωρητικά:

2500 ÷ 10 = 250 ώρες

δηλαδή περίπου 10 ημέρες.

Στην πραγματικότητα, όμως, ο υπολογισμός δεν είναι τόσο απλός.

Η κατανάλωση περιλαμβάνει:

• 
  αναζήτηση δορυφόρων GNSS,
  
• 
  εγγραφή στο δίκτυο 4G,
  
• 
  μετάδοση δεδομένων,
  
• 
  λειτουργία MCU,
  
• 
  LEDs,
  
• 
  αισθητήρες,
  
• 
  απώλειες μετατροπής ενέργειας,
  
• 
  αυτοεκφόρτιση μπαταρίας.
  

Σε περιοχές με αδύναμο σήμα, το modem 4G μπορεί να αυξήσει την ισχύ εκπομπής ή να προσπαθεί συνεχώς να επανασυνδεθεί.

Αυτό μπορεί να αυξήσει σημαντικά την κατανάλωση.

Για αυτό δεν πρέπει να εξετάζεται μόνο το:

Standby Current

αλλά η πραγματική μέση κατανάλωση ολόκληρου του κύκλου λειτουργίας.

6. Η συσκευή λειτουργεί στο γραφείο αλλά αποτυγχάνει στο πεδίο

Οι εργαστηριακές συνθήκες είναι συνήθως ιδανικές.

Μπορεί να υπάρχουν:

• 
  καλό GPS σήμα,
  
• 
  ισχυρό 4G,
  
• 
  σταθερή θερμοκρασία,
  
• 
  σταθερή τροφοδοσία,
  
• 
  σταθερό περιβάλλον.
  

Όμως το πραγματικό περιβάλλον είναι διαφορετικό.

Ένα GPS κολάρο για ζώα μπορεί να αντιμετωπίσει:

• 
  δυνατή ηλιοφάνεια,
  
• 
  βροχή,
  
• 
  λάσπη,
  
• 
  χτυπήματα,
  
• 
  χαμηλές θερμοκρασίες,
  
• 
  υψηλές θερμοκρασίες,
  
• 
  δαγκώματα,
  
• 
  συνεχή κίνηση.
  

Ένα GPS οχήματος μπορεί να αντιμετωπίσει:

• 
  διακυμάνσεις τάσης,
  
• 
  ηλεκτρικές παρεμβολές κατά την εκκίνηση,
  
• 
  υψηλή θερμοκρασία,
  
• 
  υπόγεια parking χωρίς GPS,
  
• 
  περιοχές με αδύναμο 4G.
  

Για αυτό απαιτούνται πραγματικές:

Field Tests — Δοκιμές Πεδίου.

7. Το IP67/IP68 δεν είναι μόνο θέμα πλαστικού περιβλήματος

Πολλές outdoor συσκευές GPS απαιτούν:

IP67 ή IP68.

Ωστόσο, το νερό μπορεί να εισέλθει από:

• 
  USB θύρες,
  
• 
  SIM slot,
  
• 
  κουμπιά,
  
• 
  ανοίγματα LED,
  
• 
  θύρες φόρτισης,
  
• 
  βίδες,
  
• 
  ενώσεις του περιβλήματος.
  

Οι αλλαγές θερμοκρασίας προκαλούν επίσης μεταβολές πίεσης μέσα στη συσκευή.

Για αυτό η στεγανοποίηση πρέπει να σχεδιάζεται από την αρχή του μηχανικού σχεδιασμού και όχι να λύνεται αργότερα απλώς με κόλλα.

8. Μην αναπτύσσετε μόνο το hardware και ξεχνάτε τον server

Πολλοί πελάτες δίνουν το μεγαλύτερο μέρος της προσοχής τους στο hardware.

Όμως όταν χιλιάδες ή δεκάδες χιλιάδες συσκευές συνδεθούν στο σύστημα, ο cloud server γίνεται εξίσου σημαντικός.

Ας υποθέσουμε ότι υπάρχουν:

100.000 GPS trackers

και κάθε συσκευή ανεβάζει μία θέση ανά λεπτό.

Τότε ο ημερήσιος όγκος μπορεί να φτάσει περίπου:

100.000 × 60 × 24 = 144 εκατομμύρια εγγραφές θέσης την ημέρα.

Το σύστημα πρέπει να υποστηρίζει:

• 
  TCP/MQTT,
  
• 
  βάση δεδομένων,
  
• 
  ιστορικές διαδρομές,
  
• 
  χάρτες,
  
• 
  high concurrency,
  
• 
  Redis,
  
• 
  message queues,
  
• 
  server scaling,
  
• 
  ασφάλεια δεδομένων,
  
• 
  OTA firmware updates.
  

Επομένως, μια πραγματική λύση GPS πρέπει να σχεδιάζεται ως:

Device + Cloud + APP

και όχι απλώς ως ένα hardware προϊόν.

9. Παράδειγμα ανάπτυξης GPS Tracking Device

Ας εξετάσουμε ένα πραγματικό σενάριο:

ανάπτυξη 4G GPS badge για προσωπικό.

Οι βασικές απαιτήσεις είναι:

• 
  GPS positioning,
  
• 
  4G,
  
• 
  SOS,
  
• 
  καταγραφή έναρξης εργασίας,
  
• 
  καταγραφή λήξης εργασίας,
  
• 
  ειδοποίηση χαμηλής μπαταρίας,
  
• 
  geofence,
  
• 
  APP/WEB platform,
  
• 
  USB charging,
  
• 
  μπαταρία 2500mAh.
  

Αρχικά, ο πελάτης ζητά:

ενημέρωση θέσης κάθε 10 δευτερόλεπτα και διάρκεια μπαταρίας 30 ημερών.

Μετά από ανάλυση κατανάλωσης διαπιστώνεται ότι οι δύο απαιτήσεις είναι δύσκολο να επιτευχθούν ταυτόχρονα.

Έτσι δημιουργούνται τρεις τρόποι λειτουργίας.

Mode 1: Emergency Mode

Όταν ενεργοποιηθεί SOS:

η συσκευή ανεβάζει θέση κάθε:

10–30 δευτερόλεπτα.

Mode 2: Working Mode

Σε κανονική λειτουργία:

η θέση μπορεί να ενημερώνεται κάθε:

1–5 λεπτά.

Mode 3: Power Saving Mode

Όταν η συσκευή παραμένει ακίνητη:

μπαίνει σε sleep mode.

Ο αισθητήρας επιτάχυνσης παραμένει ενεργός.

Μόλις ανιχνευτεί κίνηση, ενεργοποιούνται ξανά:

GNSS + 4G.

Με αυτόν τον τρόπο αυξάνεται σημαντικά η διάρκεια της μπαταρίας.

Αυτό είναι ένα κλασικό παράδειγμα ανάπτυξης GPS προϊόντος:

ο πελάτης δίνει τις λειτουργικές απαιτήσεις και η ομάδα ανάπτυξης τις μετατρέπει σε μια τεχνικά εφαρμόσιμη αρχιτεκτονική.

10. Γιατί πολλές συσκευές GPS αναπτύσσονται και κατασκευάζονται στην Κίνα;

Η Κίνα έχει δημιουργήσει μια πολύ ώριμη αλυσίδα εφοδιασμού ηλεκτρονικών και IoT.

Ιδιαίτερα περιοχές όπως:

Shenzhen και Dongguan

διαθέτουν εύκολη πρόσβαση σε:

• 
  GNSS chips,
  
• 
  4G modules,
  
• 
  LoRa modules,
  
• 
  PCB factories,
  
• 
  SMT factories,
  
• 
  battery suppliers,
  
• 
  antenna suppliers,
  
• 
  mold factories,
  
• 
  plastic enclosure manufacturers,
  
• 
  IoT SIM solutions,
  
• 
  cloud platform developers.
  

Το βασικό πλεονέκτημα δεν είναι μόνο η χαμηλότερη τιμή.

Ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα είναι:

η ταχύτητα ανάπτυξης και τροποποίησης του προϊόντος.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για έργα:

OEM / ODM GPS tracker development.

11. Οι κινεζικές λύσεις GNSS και IoT έχουν γίνει ώριμες

Σήμερα οι κινεζικές λύσεις για:

• 
  GNSS,
  
• 
  4G,
  
• 
  MCU,
  
• 
  power management,
  
• 
  IoT platforms
  

έχουν εξελιχθεί σημαντικά.

Μια σύγχρονη συσκευή μπορεί να υποστηρίζει:

GNSS

• 
  GPS
  
• 
  BeiDou / BDS
  
• 
  GLONASS
  
• 
  Galileo
  

Επικοινωνία

• 
  4G LTE
  
• 
  LTE Cat.1
  
• 
  LTE-M
  
• 
  NB-IoT
  
• 
  LoRa
  
• 
  LoRaWAN
  

Για μεγάλες φάρμες, εργοστάσια ή ορυχεία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί αρχιτεκτονική:

GPS + LoRa

Το GNSS χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό της θέσης και το LoRa για τη μετάδοση δεδομένων προς ένα:

LoRaWAN Gateway.

Με αυτό τον τρόπο μπορεί να μειωθεί σημαντικά το κόστος SIM και κινητών δεδομένων.

12. Τι πρέπει να ελέγξετε σε έναν OEM/ODM GPS κατασκευαστή;

Όταν αναζητάτε έναν GPS tracker manufacturer στην Κίνα, μην ρωτάτε μόνο:

«Πόσο κοστίζει μία συσκευή;»

Πρέπει να ελέγξετε αν ο κατασκευαστής διαθέτει πραγματικές δυνατότητες ανάπτυξης.

Hardware Development

Μπορεί να τροποποιήσει:

• 
  PCB,
  
• 
  power management,
  
• 
  GNSS,
  
• 
  4G,
  
• 
  LoRa,
  
• 
  sensors;
  

Firmware Development

Μπορεί να τροποποιήσει:

• 
  tracking interval,
  
• 
  upload interval,
  
• 
  communication protocol,
  
• 
  SOS logic,
  
• 
  sleep strategy,
  
• 
  OTA upgrade;
  

Server / Platform

Υποστηρίζει:

• 
  real-time tracking,
  
• 
  historical routes,
  
• 
  geofence,
  
• 
  alarms,
  
• 
  device management,
  
• 
  API integration;
  

Mechanical Design

Μπορεί να υλοποιήσει:

• 
  industrial design,
  
• 
  mechanical structure,
  
• 
  molds,
  
• 
  IP67/IP68.
  

Ένα πραγματικό GPS ODM project πρέπει να καλύπτει ολόκληρη τη διαδικασία:

Requirement → PCB → Firmware → Platform → APP → Mechanical Design → Testing → Mass Production

και όχι απλώς αλλαγή λογότυπου ή χρώματος περιβλήματος.

13. Βασικά στάδια ανάπτυξης ενός GPS προϊόντος

Ένα ολοκληρωμένο έργο συνήθως περιλαμβάνει:

1. Requirement Analysis — Ανάλυση απαιτήσεων
   
2. Product Definition — Ορισμός προϊόντος
   
3. Hardware Design — Σχεδιασμός hardware
   
4. PCB Layout — Σχεδιασμός PCB
   
5. Antenna Design — Σχεδιασμός GNSS / 4G / LoRa κεραίας
   
6. Firmware Development — Ανάπτυξη firmware
   
7. Prototype — Πρωτότυπο
   
8. EVT — Engineering Validation Test
   
9. DVT — Design Validation Test
   
10. Field Test — Δοκιμή πεδίου
    
11. Certification — Πιστοποίηση
    
12. Pilot Production — Δοκιμαστική παραγωγή
    
13. Mass Production — Μαζική παραγωγή
    

Η παράλειψη οποιουδήποτε από αυτά τα στάδια μπορεί να οδηγήσει σε πολύ υψηλότερο κόστος μετά την έναρξη παραγωγής.

14. Το μεγαλύτερο κόστος στην ανάπτυξη GPS είναι ο επανασχεδιασμός

Μια φθηνή αρχική λύση δεν είναι πάντα πραγματικά οικονομική.

Για παράδειγμα:

Η πρώτη έκδοση PCB έχει υπερβολική κατανάλωση.

Χρειάζεται νέο PCB.

Η δεύτερη έκδοση έχει κακή απόδοση GNSS.

Χρειάζεται αλλαγή κεραίας.

Η τρίτη έκδοση έχει παρεμβολές μεταξύ 4G και GPS.

Χρειάζεται νέα διάταξη PCB.

Η τέταρτη έκδοση αποτυγχάνει στις δοκιμές IP67.

Χρειάζεται αλλαγή περιβλήματος ή καλουπιού.

Έτσι, ένα «φθηνό» GPS project μπορεί τελικά να γίνει πολύ ακριβό.

Για αυτό το σημαντικότερο είναι να λυθούν όσο το δυνατόν περισσότεροι κίνδυνοι στο στάδιο:

Product Definition.

15. Ανάπτυξη OEM/ODM GPS από Κινέζο κατασκευαστή

Η Shenzhen Jinshengchang Technology επικεντρώνεται σε λύσεις GPS, LoRa και IoT positioning και μπορεί να υποστηρίξει έργα OEM/ODM για διαφορετικές εφαρμογές.

Οι κατηγορίες προϊόντων μπορούν να περιλαμβάνουν:

• 
  4G GPS Tracker
  
• 
  LoRa GPS Tracker
  
• 
  LoRaWAN GPS Tracker
  
• 
  GPS badge για προσωπικό
  
• 
  GPS κολάρο για βοοειδή
  
• 
  GPS ear tag
  
• 
  GPS για οχήματα
  
• 
  Asset GPS Tracker
  
• 
  Container GPS Tracker
  
• 
  Solar GPS Tracker
  
• 
  RTK high-precision GPS
  

Η ανάπτυξη μπορεί να καλύπτει:

Hardware + PCB + Firmware + Communication Protocol + GNSS + 4G/LoRa + APP + WEB Platform + API + Mechanical Design + OEM/ODM Manufacturing.

Ανάλογα με το έργο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές αρχιτεκτονικές όπως:

GPS + 4G

ή:

GPS + LoRaWAN Gateway + Cloud Platform

ώστε να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ:

κατανάλωσης ενέργειας, κόστους επικοινωνίας, συχνότητας ενημέρωσης και αριθμού συσκευών.