[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种基于GSM的无人车辆控制系统，通过在GSM网络上利用DTMF信号，消除了对微控制器的需求。系统仅使用4位无线数据接口，通过解码手机发出的DTMF音调来控制车辆运动，实现了无需软件编程的可靠、低复杂度运行，实验结果证实了其高精度和系统可用性。

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.

研究动机与目标

• 开发一种低复杂度的无人车辆控制系统，避免对微控制器的依赖。
• 克服传统基于RF的控制系统的局限性，如作用范围受限和控制功能有限。
• 利用现有的GSM网络基础设施和DTMF信号，实现可靠、长距离的车辆控制。
• 通过仅使用基于硬件的逻辑控制，最大限度降低系统复杂度并消除软件开发。
• 展示一种实用、用户友好且精确的无人车辆控制机制，仅使用最少的电子元器件。

提出的方法

• 系统使用标准移动电话通过GSM网络发送DTMF音调，以传输控制指令。
• DTMF解码电路通过组合逻辑将接收到的音调解释并转换为数字控制信号。
• 解码后的4位二进制输出直接控制电机驱动器，实现前进、后退、左转和右转运动。
• 整个控制逻辑通过分立逻辑门和集成电路实现，完全避免使用微控制器或固件。
• 系统由电池供电，并采用标准直流电机配置以实现车辆移动。
• 设计强调简洁性，无需编程，仅依赖通过DTMF实现的模拟到数字信号转换。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否有效利用GSM网络在无微控制器的情况下控制无人车辆？
• RQ2 如何利用DTMF信号实现对机器人车辆的可靠、低复杂度控制？
• RQ3 仅使用4位DTMF解码的纯硬件控制系统的精度和可靠性能达到何种水平？
• RQ4 在无人车辆控制中，是否可行完全消除软件开发和微控制器依赖？
• RQ5 与传统的基于微控制器的设计相比，非微控制器系统在复杂度和可用性方面的表现如何？

主要发现

• 系统成功通过GSM网络传输的DTMF音调实现对车辆运动的控制，且完全无需微控制器。
• 实验测试中，控制机制表现出高精度，对DTMF输入的响应在多次测试中保持一致。
• 由于无需软件开发和微控制器组件，系统复杂度和成本显著降低。
• 系统展现出实际可用性，用户可通过标准手机键盘轻松控制车辆，无需特殊培训。
• 4位DTMF解码电路能有效将音调序列转换为不同的运动指令（前进、后退、左转、右转）。
• 该设计在真实环境中表现出强健性，在长时间运行期间保持稳定性能。