어떻게 GPS를 수신해서 내 휴대전화로 전달할까?
GPS 인공위성부터 자신의 손까지의 과정을 절차 지향적으로 알아본다.최소 3개의 인공위성, GPS 안테나, GPS 모듈(전원 포함), 스마트폰, USIM 칩이다.
약 24개 이상의 인공위성이 지구 밖을 돌고 있다.GPS 위성은 미국 공군에서 관리하며 노후 위성 교체와 새로운 위성 발사 등 유지와 연구, 개발에 필요한 비용은 연간 약 7억5천만달러에 달하지만 GPS는 전 세계에서 무료로 사용할 수 있다.
즉 Free, 무료로 자유롭게 사용할 수 있다.위성과 GPS간의 프로토콜 즉 GPS Data를 NMEA0183이라는 포맷으로 규격화하여 퍼싱 가능한 데이터를 만든다. 이를 Serial로 불러들여 데이터를 처리한다.NMEA0183은 시간, 위치, 방위 등의 정보를 전송하기 위한 규격이다. NMEA0183은 미국의 NMEA(The National Marine Electronics Association)에서 정의하고 있다. 이들 데이터는 주로 자이로컴패스, GPS, 나침반, 관성항법장치(INS)에 사용된다. NMEA0183은 ASCII 코드에서 직렬 방식의 통신을 사용한다.NMEA0183은 3개의 레이어로 구성되어 있으며, 이는 각각 물리계층, 데이터링크계층, 애플리케이션계층이다. 물리계층은 RS-232, RS-422 등의 전기적인 전송규격을 의미한다. 데이터 링크 계층은 Baudrate, Databit, Paritybit, Stopbit 등을 정해놓으며 Application Layer는 데이터를 전송하는 Sentence에 대한 규약으로 GPS 등으로 표준 프로토콜이다.[1]
GPS 인공위성 3개에서 반송파로 운반된 C/A코드를 GPS 안테나가 수신한다. 이때 위성에 의해 도착한 시간(=곧 진동수, 주파수)을 통해 거리를 계산하고 이 세 거리를 통해 오차를 줄인다.그러므로 이 안테나로부터 진동수를 받아 계산하는 모듈이 필요하다.여기서 안테나에서 MCU는 UART(유아트) 통신으로 데이터를 받는다.(일반적인 경우)
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GPS 모듈(왼쪽), GPS 안테나(오른쪽)
이 모듈 안의 MCU에 Flash Memory와 SRAM을 사용할 수 있다.즉 GPS 자체(안테나)는 메모리 기능이 없어 모듈의 도움을 받아야 한다.
그러면 모듈에서는 데이터를 어떻게 스마트폰으로 보낼까?LoRa 혹은 CAT.M1 두 가지 대표적인 방법이 있는데 CAT.M1을 예로 설명하고자 한다.
CAT.M1은 SK텔레콤에서 서비스를 제공하고 있는 LTE-M이라고도 불린다.요금제는 다음과 같다.
월 1100원으로 5MBye 정도 사용할 수 있다.
LoRa 요금제
즉, SK텔레콤으로부터 유심칩을 제공받아 MCU보드에 장착하고 통신사에 요청하여 내 휴대폰으로 데이터를 보내겠다고 요청한다.그러면 SK텔레콤의 서버 중계기를 사용할 수 있다. 이것을 푸시 서버를 사용한다고 한다.
안드로이드(왼쪽) AWS 서버(오른쪽) 혹은 AWS 서비스를 이용한다.
그러나 MCU가 제공하는 데이터는 위도와 경도다. 이 좌표 데이터 값을 GUI로 좌표로 변환하는 코딩을 하면 우리가 평소에 볼 수 있는 지도가 된다.
GPS 아두이노 코딩(위), 위도와 경도 프롬프트 창(아래)
하지만 평소 주기적으로 데이터를 스마트폰으로 보내면 데이터 낭비가 크다.
- 따라서 평소에는 블루투스로 반려동물 목걸이를 연결시키고 2. 주인만 외출할 때 집에 남아 있는 반려동물 목걸이는 와이파이로 연결시킨다.3. 상기 두 가지 모두 해제시 일정 시간이 지나면 스마트폰에 경고음이 울리고 일정 간격으로 위치 데이터를 스마트폰에 보내 데이터를 절약할 수 있다.
- 실례 중 하나인 ‘스마트 인솔’로 발달장애인 실종예방-글로벌신문(globalnewspaper.co.kr)
발달장애인 실종 예방을 위해 신발 깔창에 GPS를 장착했는데, 이 경우에도 모듈이 신발 앞부분에 장착됐음을 알 수 있다. 이 경우에도 LTE-M을 사용했는데 신발 깔창에 GPS를 장착한다는 것은 수신감도가 매우 낮을 것으로 예측해 위치가 부정확하다는 예감이 든다.
물론 애완동물 추적용으로도 상품화되어 있습니다.
결론 1. GPS 위성과 안테나 간의 프로토콜은 존재하지만, 그것은 각 안테나가 이미 맞춰져 있어 쉽게 받아 쓸 수 있다.2. GPS 위치 데이터는 MCU가 처리한다. 즉 메모리는 GPS 안테나가 아닌 모듈 MCU에 내장돼 있다.3 GPS 모듈과 스마트폰 간 통신 프로토콜은 요금제에 가입하면 통신사가 해준다.