[論文レビュー] Design and Implementation of an Unmanned Vehicle using a GSM Network with Microcontrollers

Sourangsu Banerji|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2013

IoT-based Smart Home Systems被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、モバイルフォンとマイコンを介したDTMF信号を用いて、GSMネットワークを介した無人水上船舶（USV）のリモート制御システムを提示する。GSMネットワークを活用することにより、RFおよび赤外線の制限を克服し、実用的テストで確認された正確さと使いやすさを備えた、信頼性の高い長距離制御を実現した。

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.

研究の動機と目的

• 既存のGSMインfraストラクチャを活用して、低コストで長距離の無人水上船舶（USV）用リモート制御システムを開発すること。
• 通信距離が短い、干渉を受けやすい、視線制約があるといった従来のRFおよび赤外線制御システムの限界を解消すること。
• 広く利用可能なモバイルフォンネットワークとマイコンベースのハードウェアを用いて、堅牢でスケーラブルな制御ソリューションを実装すること。
• GSMベースのDTMF信号を用いたリアルタイムの車両制御における実用的妥当性と正確性を実証すること。

提案手法

• 標準のモバイルフォンのDTMF（デュアルトーンマルチフリーケンシー）信号機能を活用し、4ビットの制御コマンドを送信する。
• マイコン（例：Arduinoまたは類似品）を用いて受信したDTMFトーンをデコードし、モーター制御信号に変換する。
• GSMモジュール（例：SIM800または類似品）を統合し、モバイルネットワークを介した音声およびデータ通信を可能にする。
• GSMネットワーク経由でDTMFトーンを受信し、車両の操舵および推進用のDCモーターを駆動する回路を設計する。
• 方向および操作コマンド（例：前進、後退、左、右）を表す単純な4ビットデータストリームを採用する。
• 実際の屋外環境でのテストを通じて、システムの性能を検証し、DTMF入力に対する車両の応答を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特許取得済みのRFまたは赤外線システムに依存せずに、GSMネットワークを効果的に活用して無人水上船舶をリモート制御できるか？
• RQ2 屋外環境において、GSMベースのDTMF制御の信頼性および通信距離は、従来のRFおよび赤外線システムと比較してどの程度か？
• RQ3 マイコンでデコードされたDTMF信号を用いた場合、USVのナビゲーションにおいてどの程度の制御正確性と応答時間が達成できるか？
• RQ4 標準のモバイルフォンと市販のマイコンを用いた低コストでアクセス可能なソリューションが、実用的なリモート車両制御を達成できるか？

主な発見

• GSMベースのDTMFシステムは、通信事業者のカバレッジ範囲に応じた信頼性の高い長距離制御を達成した。
• 実用的テストでは、複数回のテスト走行においても、車両がDTMFコマンドに対して一貫して応答することが確認された。
• 本システムは、赤外線制御システムに一般的に影響を及ぼす直射日光などの環境干渉に対して、免疫を示した。
• 標準のモバイルフォンと低コストのマイコンの使用により、リモートUSV制御のためのコスト効率が高く、スケーラブルなソリューションが実現した。
• 本システムは使いやすさを備えており、特別なハードウェアやソフトウェアを必要とせず、任意の標準モバイルフォンで制御が可能であった。