[논문 리뷰] Design and Implementation of an Unmanned Vehicle using a GSM Network with Microcontrollers

Sourangsu Banerji|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 26.

IoT-based Smart Home Systems인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 이동 전화와 마이크로컨트롤러를 통해 DTMF 신호를 이용한 GSM 기반 원격 제어 시스템을 무인 표면 항선(USV)에 적용한다. GSM 네트워크를 활용함으로써 RF 및 적외선 제한을 극복하여 실증 테스트에서 입증된 정확성과 사용자 우호성을 바탕으로 신뢰할 수 있는 장거리 제어를 실현한다.

ABSTRACT

Now-a-days, a lot of research is being carried out in the development of USVs (Unmanned surface vehicles), UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) etc. Now in case of USVs generally, we have seen that wireless controlled vehicles use RF circuits which suffer from many drawbacks such as limited working range, limited frequency range and limited control. Moreover shooting infrared outdoors on a bright sunny day is often problematic, since sunlight can interfere with the infrared signal. Use of a GSM network (in the form of a mobile phone, a cordless phone) for robotic control can overcome these limitations. It provides the advantages of robust control, working range as large as the coverage area of the service provider in comparison with that of an IR system, no interference with other controllers. This paper presents a Global System for Mobile Telecommunication (GSM) network based system which can be used to remotely send streams of 4 bit data for control of USVs. Furthermore, this paper describes the usage of the Dual Tone Multi-Frequency (DTMF) function of the phone, and builds a microcontroller based circuit to control the vehicle to demonstrate wireless data communication. Practical result obtained showed an appreciable degree of accuracy of the system and friendliness through the use of a microcontroller.

연구 동기 및 목표

• 기존의 GSM 인프라를 이용하여 저비용, 장거리 원격 제어 시스템을 개발한다.
• 기존의 RF 및 적외선 제어 시스템의 단점인 짧은 범위, 간섭, 시야 제한 문제를 해결한다.
• 일반적으로 이용 가능한 이동 전화 네트워크와 마이크로컨트롤러 기반 하드웨어를 활용해 견고하고 확장 가능한 제어 솔루션을 구현한다.
• 실시간 차량 제어에 적합한 GSM 기반 DTMF 신호 전송의 실용성과 정확성을 실증한다.

제안 방법

• 표준 이동 전화의 이중 톤 다중 주파수(DTMF) 신호 기능을 활용해 4비트 제어 명령어를 전송한다.
• 마이크로컨트롤러(예: 아두이노 또는 유사 장치)를 사용해 수신된 DTMF 톤을 디코딩하고 모터 제어 신호로 변환한다.
• SIM800 또는 유사한 모듈을 사용해 이동 통신망을 통해 음성 및 데이터 통신을 가능하게 한다.
• GSM 네트워크를 통해 도착하는 DTMF 톤을 수신하고, 차량의 조향 및 추진을 위한 직류(DC) 모터를 구동하는 회로를 설계한다.
• 방향 및 작동 명령어를 나타내기 위해 단순한 4비트 데이터 스트림을 사용한다(예: 전진, 후진, 좌회전, 우회전).
• 실생활 테스트를 통해 DTMF 입력에 대한 차량 반응을 통해 시스템 성능을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 특수 RF 또는 적외선 시스템에 의존하지 않고도 GSM 네트워크를 효과적으로 활용해 무인 표면 항선을 원격으로 제어할 수 있는가?
• RQ2 실외 환경에서 기존의 RF 및 적외선 시스템과 비교해 GSM 기반 DTMF 제어의 신뢰성과 범위는 어떻게 되는가?
• RQ3 마이크로컨트롤러가 디코딩한 DTMF 신호를 사용할 경우 USV 항법에 있어 어느 정도의 제어 정확도와 반응 시간을 달성할 수 있는가?
• RQ4 일반 이동 전화와 일반 유통되는 마이크로컨트롤러를 사용한 저비용 접근 가능한 솔루션으로 실용적인 원격 차량 제어를 달성할 수 있는가?

주요 결과

• GSM 기반 DTMF 시스템은 신뢰할 수 있는 장거리 제어를 달성했으며, 이동 통신 사업자의 전체 커버리지 영역까지 범위가 확장되었다.
• 실용적 테스트에서 높은 수준의 제어 정확도를 입증했으며, 여러 테스트 런에 걸쳐 차량이 일관되게 DTMF 명령어에 반응했다.
• 이 시스템은 흔히 적외선 기반 제어 시스템을 방해하는 직사광선과 같은 환경 간섭에 대해 면역성을 보였다.
• 일반 이동 전화와 저비용 마이크로컨트롤러의 사용은 원격 USV 제어를 위한 비용 효율적이고 확장 가능한 솔루션을 가능하게 했다.
• 사용자 우호성이 뛰어났으며, 특수 하드웨어나 소프트웨어 없이도 표준 이동 전화로만 제어가 가능했다.