작품 계획서

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작품명 GMEC

작성일 2019.3.6(수) 팀명 뭐라도 좀 해봐

팀원 최윤석, 김경우, 김민수, 이정현, 정찬호 버전 Virsion 1.1.2

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해양컴퓨터공학과 2019년 1학기

목 차

1. 개요 및 배경 ... 3

1.1. 작품명………..3

1.2. 배경………3

2. 기존 사례 ... 5

3. 주요 연구과제 ... 6

4. 핵심 구현 기술 ... 7

5. 사용 데이터 ... 7

6. 시스템 구성도 ... 8

7. 개발 일정 ... 10

8. 업무 분장 ... 11

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해양컴퓨터공학과 2019년 1학기

1. 개요 및 배경

1.1. 작품명

- GMEC(GPS and MS Electronic Compass)

- GPS와 MS(Magnetic Sensor)의 하이브리드형 전자 콤파스

1.2. 배경

항해를 하기 위해서는 방위와 위치가 필요하다. 과거 방위를 알기 위해 사람들은 자연을 이용 하였다. 해가 뜨고 지는 것을 보고 동쪽과 서쪽을 알아내고, 북극성을 이용해 북쪽을, 북극성이 보이지 않는 지역에서는 남십자성을 이용해 남쪽을 알아내었다. 시간이 지나, 나침반의 발명으로 북쪽을 쉽게 알 수 있게 되었고, 후에 자이로 콤파스(Gyro Compass)를 이용하여 방위를 알아내었 다.

자이로 콤파스란, 자이로스코프(gyroscope)의 원리를 응용한 것으로, 빠른 속도로 회전하는 로더 의 축이 지구의 자전하는 힘에 의하여 항상 남북을 가리키도록 한 장치이다. 로더를 고속회전을 시키면, 그 상태를 계속 유지하려는 성질이 발생하게 되며, 세차운동을 이용해 남쪽과 북쪽을 계 속 유지하여 방위를 알 수 있게 해주는 장치이다.

[그림 1] 위치와 방위를 이용한 항해 모습

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위치를 알기 위해서는 보통 GPS(Global Positioning System)가 이용이 된다. GPS에서 취득할 수 있는 데이터는 속도, 위치, 시각, 방위 정보들이 있다. 하지만 GPS에서 취득한 정보들은 이동 시 에만 취득할 수 있는 정보들이기 때문에 정지 시에 데이터를 취득할 수 없다. 그렇기 때문에 정 지시에 방위정보를 취득할 수 있는 지자기센서(Magnetic Sensor)를 이용하여 목표지점의 방위를 알 수 있게 된다. 앞의 <그림 1>과 같이 위치와 방위를 알고 있다면, 목표지점으로 가기 위해 선 수를 135로 돌려야 한다는 것을 알 수 있다.

<그림 1>의 예시처럼 위치와 방위를 통해 항해하기 때문에 자동 조타기(Auto pilot)로 개발될 수 있다. 자동 조타기(Auto pilot)란, 항해사에 의하여 설정되는 항해경로를 데이터와 GPS와 지자 기센서에서 검출된 선박의 실질적인 항해경로 데이터를 비교하여 두개의 신호에서 발생한 에러 값을 보상하며 방향타를 항해 경로 데이터로 수정하면서 선박에 설정된 항로로 자동항해가 가능 하도록 지원하는 항해용 기기를 말한다.

보통 선박들은 전자 콤파스를 이용해 방위와 위치를 통합된 결과를 얻어 항해를 한다. 하지만 전자 콤파스들이 고가이다 보니 소형선박(요트, 어선 등)들은 이용하기 어렵다. 소형선박도 이용 할 수 있는 비교적 저렴한 전자 콤파스를 제작하면 소형선박들이 항해하는데 도움이 된다.

또한 현재 우리나라의 전자 콤파스 국산화 수준은 아주 미비하고 수입 의존도가 높은 상황에서 소형 선박의 안전한 항해를 위한 필수도구로 수요가 증가하는 추세이다. 뿐만 아니라 최근 4차혁 명으로 인해 쉽게 들을 수 있는 자율주행도 방위와 위치정보가 필요하며 많은 분야에서 활용되기 때문에 GMEC의 양산화는 필수적이다.

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2. 기존 사례

기존 사례로는 [그림 2]GPS Compass, [그림 3]Magnetic Compass, [그림 4]Gyro Compass가 있다.

GPS Compass란 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 계산하는 위성 항법 시스템이다. 동작 원리는 위성 안에 내장되어 있는 시계에서 정확한 시각과 각 위성의 위치 정보 를 지상으로 송신하면 GPS 수신기가 최소 3개의 위성으로부터 전달된 이 정보들을 수신, 이 정 보들이 수신기에 도달하기까지의 시간을 계산해내고 그 결과를 삼각 측량법에 따라 수신기를 갖 고 있는 대상의 현재 위치를 식별해내는 원리이다. GPS Compass의 단점으로는 이동시에만 속도, 방위, 위치, 시각 정보를 취득할 수 있기 때문에 정지시에는 데이터를 취득할 수 없다. 데이터 취 득할 때, GPS Compass의 이동속도가 빠를수록 더 정확한 데이터를 취득할 수 있다.

Magnetic Compass는 지자기의 크기와 방위를 측정하기 위한 장치로 동작원리는 고감도의 자 기 센서를 이용하여 지구 남북 방향의 지자기를 검출하는 원리이다. 저가라는 장점이 있으나 주 변에 자력성 물체가 있을 때에는 데이터의 신뢰성이 감소한다는 단점이 있다.

Gyro Compass의 정의와 동작원리는 위의 배경에서 설명했던 것과 같다. 다만 가격면에서 고가 라는 단점이 있다.

이처럼 콤파스마다 동작원리가 다르고, 그에 따른 장단점이 있다. GMEC은 기존 사례에서 설명 된 GPS 방위와 지자기센서의 장점을 이용한다. 선박이 정지 중 일 때는 지자기 센서를 이용하여 방위를 취득하고, 이동 중 일 때는 GPS를 이용하여 방위와 위치를 취하는 병행식 알고리즘을 설 계하여 기존 사례들의 단점을 해결할 수 있다. 가격 면에서 저렴할 뿐만 아니라 자체적인 보정계 수 알고리즘을 추가하여 Magnetic Compass보다 정확한 방위 정보를 취득할 수 있다. 사용자의

[그림 2] GPS Compass [그림 3] Magnetic Compass [그림 4] Gyro Compass

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편리성을 고려하여 취득한 데이터를 LCD에 출력하고 휴대폰을 통해 LCD의 정보를 그래픽화 하 여 모니터링 할 수 있는 전자 콤파스를 개발할 것이다.

3. 주요 연구과제

- GPS Sensor를 통해 속도를 알아내어 정지상태인지 항해 중인지 구별 - 사용자의 방위와 위치 추정

- 방위와 위치 정보 오차에 대한 보정계수 알고리즘 - 결정된 방위와 위치를 LCD에 출력

- 안드로이드 앱을 이용해 결정된 방위와 위치를 그래픽화 하여 모니터링

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4. 핵심 구현 기술

Android AVR

사용언어 Java C

개발환경 Samsung Galaxy S7 Microsoft Windows 10

Microsoft Windows 10

사용 시스템 Android studio 3.1.4 AVR studio 6.0

사용 하드웨어 ATmega 2560 ATmega 2560

5. 사용 데이터

- GPS : 시간, 위치, 방위, 속도 - 지자기 센서 : 방위

- ATMEGA 2560 : sensing된 출력 데이터

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6. 시스템 구성도

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7. 개발 일정

항목 진행내용[월/주]

1월 2월 3월 4월 5월 6월

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2

계획

주제 선정 자료 조사 요구사항 분석 개발 환경 구축

설계

시스템 구조 하드웨어

구현

소프트웨어 코딩 하드웨어 최종 통합 및

디버깅

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8. 업무 분장

구분 업무내용 책임 담당자 담당자(부)

제어부 데이터 취득 알고리즘 설계 및 구현 김민수 최윤석,이정현

센서부 GPS와 지자기 센서 인터페이스 설계 및 구현 최윤석 정찬호,김민수

표시부 LCD 회로 설계 및 구현 정찬호 이정현,김경우

안드로이드 출력 데이터 그래픽화 모니터링 소프트웨어 개발 김경우 최윤석,이정현