[논문 리뷰] Design and Implementation of an Unmanned Vehicle using a GSM Network without Microcontrollers

Sourangsu Banerji|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 22.

IoT-based Smart Home Systems참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 GSM 네트워크를 통해 DTMF 신호를 활용함으로써 마이크로컨트롤러가 필요 없이 무인 차량을 제어하는 GSM 기반의 제어 시스템을 제시한다. 단지 4비트 무선 데이터 인터페이스를 사용하여 모바일 폰에서 오는 DTMF 톤을 디코딩하여 차량의 운동을 제어함으로써, 소프트웨어 프로그래밍이 필요 없이 신뢰성 있고 저복잡도의 운영을 달성하였으며, 실험 결과는 높은 정확도와 시스템의 실용성을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 마이크로컨트롤러 의존도를 피하는 저복잡도의 무인 차량 제어 시스템을 개발하는 것.
• 기존의 RF 기반 제어 시스템의 제한 사항(범위 제한, 제어 功能 제한 등)을 극복하는 것.
• 기존의 GSM 네트워크 인프라와 DTMF 신호를 활용하여 신뢰성 있고 장거리의 차량 제어를 실현하는 것.
• 단지 하드웨어 기반 논리만을 사용하여 제어 논리를 구현함으로써 시스템 복잡도를 최소화하고 소프트웨어 개발을 완전히 제거하는 것.
• 최소한의 전자 부품으로 구성된 실용적이고 사용자 우호적이며 정확한 제어 메커니즘을 무인 차량에 적용하는 것.

제안 방법

• 표준 모바일 폰을 사용하여 GSM 네트워크를 통해 DTMF 톤을 전송함으로써 제어 명령을 전달한다.
• DTMF 디코더 회로가 들어오는 톤을 조합 논리(Combinational Logic)를 사용하여 디지털 제어 신호로 변환한다.
• 디코딩된 4비트 이진 출력 신호가 직접 모터 드라이버를 제어하여 전진, 후진, 좌회전, 우회전 동작을 구현한다.
• 전체 제어 논리는 마이크로컨트롤러나 펌웨어 없이 이산 논리 게이트와 IC들만을 사용하여 실현된다.
• 시스템은 배터리로 구동되며, 차량 이동을 위한 표준 DC 모터 세트를 포함한다.
• 설계는 단순함을 중시하며, 프로그래밍이 전혀 필요 없고, DTMF를 통한 아날로그-디지털 신호 변환에만 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로컨트롤러 없이 GSM 네트워크를 효과적으로 활용하여 무인 차량을 제어할 수 있는가?
• RQ2 DTMF 신호는 어떻게 활용하여 저복잡도의 안정적인 로봇 차량 제어를 실현할 수 있는가?
• RQ3 단지 4비트 DTMF 디코딩만을 사용하는 순수 하드웨어 기반 제어 시스템이 달성할 수 있는 정확도와 신뢰성 수준은 어느 정도인가?
• RQ4 무인 차량 제어에서 소프트웨어 개발과 마이크로컨트롤러 의존도를 완전히 제거하는 것이 가능한가?
• RQ5 복잡도와 사용성 측면에서 기존 마이크로컨트롤러 기반 설계와 비교했을 때 비마이크로컨트롤러 시스템의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 시스템은 마이크로컨트롤러 없이도 GSM 네트워크를 통해 전송된 DTMF 톤만으로 차량 운동을 성공적으로 제어하였다.
• 실험적 시험에서 높은 정확도를 달성하였으며, 다수의 시험 런에서 DTMF 입력에 대해 일관된 반응을 보였다.
• 소프트웨어 개발 및 마이크로컨트롤러 부품의 부재로 인해 시스템의 복잡도와 비용이 크게 감소하였다.
• 사용자가 특별한 훈련 없이도 표준 모바일 폰 키패드를 통해 차량을 제어할 수 있을 정도로 실용적인 사용성이 입증되었다.
• 4비트 DTMF 디코딩 회로는 톤 시퀀스를 전진, 후진, 좌회전, 우회전과 같은 명확한 운동 명령으로 효과적으로 변환하였다.
• 실생활 조건에서도 안정적인 성능을 유지하였으며, 장기간 운영 동안도 안정된 성능을 보였다.