[論文レビュー] Design and Implementation of an Unmanned Vehicle using a GSM Network without Microcontrollers

Sourangsu Banerji|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2013

IoT-based Smart Home Systems参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、GSMネットワークを介したDTMF信号を利用することで、マイコンを必要としないGSMベースの無人車両制御システムを提示している。4ビットの無線データインターフェースのみを用いて、携帯電話から送信されるDTMFトーンをデコードし、車両の運動を制御する。ソフトウェアプログラミングを一切不要とし、低複雑性で信頼性の高い動作を実現しており、実験結果により高い正確性とシステムの実用性が確認されている。

ABSTRACT

In the recent past, wireless controlled vehicles had been extensively used in a lot of areas like unmanned rescue missions, military usage for unmanned combat and many others. But the major disadvantage of these wireless unmanned robots is that they typically make use of RF circuits for maneuver and control. Essentially RF circuits suffer from a lot of drawbacks such as limited frequency range i.e. working range, and limited control. To overcome such problems associated with RF control, few papers have been written, describing methods which make use of the GSM network and the DTMF function of a cell phone to control the robotic vehicle. This paper although uses the same principle technology of the GSM network and the DTMF based mobile phone but it essentially shows the construction of a circuit using only 4 bits of wireless data communication to control the motion of the vehicle without the use of any microcontroller. This improvement results in considerable reduction of circuit complexity and of manpower for software development as the circuit built using this system does not require any form of programming. Moreover, practical results obtained showed an appreciable degree of accuracy of the system and friendliness without the use of any microcontroller.

研究の動機と目的

• マイコン依存を回避する低複雑性の無人車両制御システムの開発を目的とする。
• 従来のRFベースの制御システムの制限（範囲制限や制御機能の制限）を克服することを目的とする。
• 既存のGSMネットワークインfrastrutureとDTMF信号を活用し、信頼性の高い長距離制御を実現することを目的とする。
• 制御に純粋にハードウェア論理を用いることで、システムの複雑性を最小限に抑え、ソフトウェア開発を完全に排除することを目的とする。
• 最小限の電子部品で構成される実用的で使いやすく、正確な無人車両制御メカニズムの実証を目的とする。

提案手法

• 標準の携帯電話がGSMネットワークを介してDTMFトーンを送信し、制御命令を送信する。
• DTMFデコーダ回路が受信トーンを解釈し、組み合わせ論理を用いてデジタル制御信号に変換する。
• デコードされた4ビットの2進出力が、前進、後退、左、右の運動を直接制御するモータドライバを制御する。
• 制御論理の全容は、マイコンやファームウェareを一切使用せず、離散論理ゲートとICのみで実装されている。
• システムはバッテリーで駆動され、車両の移動性を実現するための標準的なDCモーター構成を備えている。
• 設計はシンプルさを重視しており、プログラミングは一切不要で、DTMFによるアナログ-デジタル信号変換に依存している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイコンを一切使用せずに、GSMネットワークを効果的に無人車両の制御に利用できるか？
• RQ2 DTMF信号をどのように活用すれば、ロボット車両に対して信頼性が高く、低複雑性の制御を実現できるか？
• RQ3 4ビットDTMFデコードに限定して、完全にハードウェアベースの制御システムが達成できる正確性と信頼性の水準はどの程度か？
• RQ4 無人車両制御において、ソフトウェア開発とマイコン依存を完全に排除することは可能か？
• RQ5 複雑性と使いやすさの観点から、マイコンを搭載しないシステムは、従来のマイコンベース設計と比べてどの程度の性能を示すか？

主な発見

• 本システムは、マイコンを一切使用せず、GSMネットワークを介したDTMFトーンのみで車両の運動を制御することに成功した。
• 実験的試行において高い正確性が達成され、複数回のテスト実行においてDTMF入力に対して一貫した応答が得られた。
• ソフトウェア開発およびマイコン部品の不在により、システムの複雑性とコストが顕著に低減された。
• ユーザーは特別な訓練を受けることなく、標準の携帯電話のキーパッドを使用して車両を制御できることを実証した。
• 4ビットDTMFデコード回路は、明確に区別される運動命令（前進、後退、左、右）にトーンシーケンスを効果的に変換した。
• 実環境下でも安定した性能を維持し、長時間にわたる運用においても頑健な動作を示した。