October 24, 2021

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[11호]GPS 자동차를 만들어 보자!-2

11FGPS038GPS 자동차를 만들어 보자!-2

 

글 | 유한대 김경수(neocima3255@naver.com) 外

※ 상기 내용은 2010년에 진행된 유한대학과의 산학연 졸업 작품지원 프로젝트에 일환으로 작성되어진 원고임을 밝힙니다.

 

1부 보러가기

다. 지그비 무선 통신을 통해 PC의 하이퍼 터미널로 GPS 데이터 값을 확인

GPS 데이터를 받기위해 사용한 GPS 모듈은 유아이구즈의 UIGGUB02-ROO1이라는 모델이다. 이 GPS 모듈은 안테나 일체형으로 USB로 PC와 연결이 가능해 간단하게 PC로 GPS 데이터를 확인할 수 있고 UART을 통해 간편하게 GPS 데이터를 받아 올수 있다. 아래 그림은 GPS 데이터의 연결 핀과 자동차에 GPS 모듈을 설치한 모습이다.

11FGPS059 11FGPS057

11FGPS058

GPS 모듈은 자동차의 ATMEGA128의 UART0에 연결되어 있어 전원이 켜지면 지속적으로 위성으로부터 GPS 데이터를 받아 ATMEGA128로 저장 시킨다.

1) 지그비 소프트웨어 구성
GPS 모듈을 연결 했으면 이제 UART0통신으로 GPS 데이터를 ATMEGA128에 받아와야 한다. 아래의 소스는 GPS 데이터를 이제 UART0통신으로 ATMEGA128에 저장해 GPS 데이터를 지그비로 PC에 송신해 하이퍼 터미널로 확인하는 소스이다. GPS모듈은 UART0통신을 지그비는 UART1통신을 각각 한다.
위 소스를 자동차의 ATMEGA128에 입력하면 지속적으로 GPS 데이터를 수신 받아서 지그비를 통해 PC로 GPS 데이터를 송신한다. GPS 모듈과 지그비 모듈은 모두 9600 보레이트의 통신 속도로 통신을 한다.

#include

#include

void main (void)
{

DDRE = 0×02; //통신 초기화 설정
PORTE = 0×00;
DDRD = 0×08;
PORTD = 0×00;
usart0_init();
usart1_init();

while(1)
{
put_char1(get_char0());
//GPS 데이터를 usart0통신으로 받아서 지그비로 usart1 통신으로 PC에 GPS 데이터를 송신한다.
}
}
void usart0_init(void) // usart0통신 설정
{
UBRR0H = 0;
UBRR0L = 103;

UCSR0A = 0×00;
UCSR0B = 0×18;
UCSR0C = 0×06;
}
void usart1_init(void) // usart1통신 설정
{
UBRR1H = 0;
UBRR1L = 103;
UCSR1A = 0×00;
UCSR1B = 0×18;
UCSR1C = 0×06;
}
unsigned char get_char0(void)
{
while((UCSR0A & 0×80) == 0×00);
return UDR0;
}
void put_char0(unsigned char gps)
{
while((UCSR0A & 0×20) == 0×00);
UDR0 = gps;
}
unsigned char get_char1(void)
{
while((UCSR1A & 0×80) == 0×00);
return UDR1;
}

void put_char1(unsigned char xbee)
{
while((UCSR1A & 0×20) == 0×00);
UDR1 = xbee;
}
void delay (int d){
int i;
for (i=0;i

}

 

11FGPS031 11FGPS032
35. 시작 → 모든 프로그램 → 보조프로그램 → 통신 → 하이퍼 터미널 순으로 프로그램을 실행한다. 36. 하이퍼 터미널의 이름을 입력한다.
11FGPS033 11FGPS034
37. ATMEGA128이 연결된 포트를 지정한다. 38. 포트의 등록정보를 위와 같이 설정한다.

 

라. GPS 파싱

2) 실제 GPS 데이터 확인 과정

GPS 데이터를 수신했으면 수신받은 GPS 데이터에서 내가 필요한 정보만 따로 저장을 해야 한다. GPS 데이터에서 필요한 정보만 저장하는 것을 ‘GPS 파싱’이라고 한다. 아래 그림은 통신 프로그램을 통해 GPS 데이터가 파싱되어 나타내는 것을 확인할수 있다.
11FGPS052

GPS 자동차에서 필요한 데이터는 ‘$GPRMC’라는 문장에서 나오는데 이 문장을 분석하면,
$GPRMC,155720.00.A,3729.18282,N,12649.27524,E,0.754,322.10,071010,,,A*69

155720 : 현재 시간
A : 데이터의 신용정도
3729.18282 : 위도
12649.27524 : 경도

여기에서 위도 : 3729.18282 와 경도 : 12649.27524 의 데이터를 파싱하여 따로 변수에 저장해야 하는 것이다. 또한 위 데이터는 좌표 정보가 ddmm.mmmm 형식으로 되어 있다.
여기서 dd는 경, 위도의 도(degree)단위를 말하고 크기는 0 ∼ 360도로 나타낸다. mm은 분(minute)을 말한다. 60분은 1도에 해당하며 .mmmm은 분(min)의 소수점이하 수치로서 10진법이 적용된다. 이 데이터를 GPS 항법 계산에 사용하려면 ddmm.mmmm 형식의 좌표를 dd.dddd형식의 십진법 좌표로 변환 하여야 한다. 여기서 변환법은 dd + mm.mmmm/60을 하면 dd.dddd형식의 십진법 좌표로 변환된다. 위의 좌표를 대입해 보면 위도 경도가 ddmm.mmmm 형식 3729.18282 , 12649.27524 이면 이것을 dd.dddd형식으로 변환하기 위해 위도 : 37+29.18282/60 , 경도 126+49.27524/60을 해주면 된다. 위의 식을 적용하면 위도 : 37.48638033 , 경도 : 126.821254 값이 된다. 이 값을 구글 어스에 넣어 보면 현재 위치를 지도상으로 표시할 수 있다.
다음 그림은 구글 어스를 통해 dd.dddd형식 좌표를 지도상으로 확인한 그림이다.
11FGPS002

1) GPS 파싱 소프트웨어 구성
다음 소스에서는 GPS 데이터를 파싱하여 위도, 경도를 따로 추출하고 추출된 위도 경도 값을 dd.dddd 형식으로 변환하여 그 값을 지그비를 통해 PC의 하이퍼 터미널로 확인하는 소스 중 일부이다.

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include
#include
#include

unsigned char GPSflag=0; // 데이터 파싱에서 쓰이는 변수,$로 시작할 때 1저장
unsigned char GPScnt=0; // data parsing 할 때 사용
unsigned char GPSDATA[100]; // GPS receiver부터 받은 모든 정보 저장할 변수
unsigned char time[15]; // Time 정보 저장할 변수
unsigned char lat2[10]; // 위도 정보 저장(mm.mmmm)
unsigned char lon2[10]; // 경도 정보 저장(mm.mmmm)
unsigned char lat1[5]; // 위도 정보 저장(dd)
unsigned char lon1[5]; // 경도 정보 저장(dd)
double latitude=0; // dd.dddd로 변환된 위도값 저장
double longitude=0; // dd.dddd로 변환된 경도값 저장

// 1us 딜레이
void delay_us(unsigned char time_us)
{
register unsigned char i;
for(i=0; i<time_us; i++) {
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
}
}

//1ms 딜레이
void delay_ms(unsigned int time_ms) {
register unsigned int i;
for(i=0; i<time_ms; i++) {
delay_us(250);
delay_us(250);
delay_us(250);
delay_us(250);
}
}

void usart0_init(void) //usart0 통신 설정 gps 데이터가 들어올때 인터럽트 발생
{
UBRR0H = 0;
UBRR0L = 103;

UCSR0A = 0×00;
UCSR0B = 0×98;
UCSR0C = 0×06;
}

위 소스를 자동차에 입력하고 자동차의 ATmega128에서 GPS 데이터가 지속적으로 들어오면 인터럽트가 발생해서 GPS 데이터를 파싱하고 위도, 경도 변수에 위도, 경도값을 저장한다. 저장된 위도, 경도값을 1초마다 지그비를 통하여 무선 송신하면 PC의 하이퍼 터미널을 통해 dd.dddd값으로 변환된 위도, 경도값만 확인 할 수 있다. 아래 그림은 실제 GPS 자동차에서 GPS 데이터를 파싱한 값을 하이퍼터미널로 확인한 그림이다.
11FGPS045

마. 추출된 위도, 경도값을 이용하여 수식을 통해 목표 좌표까지 거리, 방향각 값을 계산
GPS 데이터에서 추출된 위도, 경도값으로 목표 위도, 경도값까지의 이동거리, 방향각을 구하려면 우선 위도, 경도 값을 라디안 각도로 변환해야 한다. 위도나 경도는 지구 중심을 기반으로 하는 각도이기 때문에 라디안 각도로 변환할 수가 있는 것이다. 위도와 경도를 라디안 값으로 변환하는 식은 dd.dddd형식의 좌표를 57.2957795(1라디안에 해당하는 각도; 180/π)으로 나누거나 (π/180)을 곱하면 라디안 각도로 변환할 수 있다.

1) 위도와 경도의 라디안 값을 구하는 식
가) 위도 * (3.141592/180) = 라디안 위도값
나) 경도 * (3.141592/180) = 라디안 경도값

2) 목표까지의 라디안 거리 값을 구하는 공식
가) 라디안 거리값 = acos(sin(현재 라디안 위도)*sin(목표 라디안 위도)+cos(현재 라디안 위도)*cos(목표 라디안 위도)*cos(현재 라디안 경도-목표 라디안 경도));

3) 실제 M단위로 된 거리값을 구하는 계산식
가) 실제 거리값(M) = 라디안 거리값 * 3437.7387 * 1852

4) 목표 방위각을 구하는 계산식
가) 라디안 방위각 = acos((sin(목표 라디안 위도) – sin(현재 라디안 위도) x cos(라디안 거리)) / (cos(현재 라디안 위도) x sin(라디안 거리)))

5) 라디안 방위각 값을 항법에 적용할 방위각 값을 변환하는 공식
가) 실제 방위각 = 라디안 방위각 * (180 / 3.141592)

6) 만약 현재 경도가 목표 경도보다 값이 크다면 실제 방위각 값을 구하는 공식
가) 실제 방위각 = 360 – (라디안 방위각 * (180 /3.141592))

위의 공식들을 사용하여 GPS 자동차는 목표 좌표까지 이동할 거리, 방위각을 계산하여 목표 방위각만큼 방향을 틀고 이동할 거리만큼 모터를 움직이면 원하는 좌표로 GPS 자동차를 무인 조정할 수 있는 것이다. 다음은 실제 좌표를 위의 공식들에 대입해서 목표 좌표로 이동할 거리와 방위각이 정확히 나오는지 구글 어스를 통해 확인한다. 현재 좌표를 현재위도 : 37.48638033 현재경도 : 126.821254 으로 설정하고 목표 좌표를‘목표위도 : 37.48738033 목표경도 : 126.822254’으로 설정하고 구글 어스를 통해 이동할 거리와 방위각을 구하면 아래 그림과 같다.
11FGPS046

이동할 거리는 141.85미터 , 방위각은 38.43도이다. 이제 위의 공식을 통해 계산하면,

현재 라디안 위도 = 37.48638033*(3.141592/180)
= 0.6542606253
현재 라디안 경도 = 126.821254*(3.141592/180)
= 2.213447983
목표 라디안 위도 = 37.48738033*(3.141592/180)
= 0.6542780786
목표 라디안 경도 = 126.822254*(3.141592/180)
= 2.213465437
라디안 거리 = acos(sin(0.6542606253) * sin(0.6542780786)
+ cos(0.6542606253) * cos(0.6542780786) *
cos(2.213447983 – 2.213465437))
= 0.00002228070345
실제 거리 = 0.00002228070345 * 3437.7387 * 1852
= 141.854378(M)
라디안 방위각=acos((sin(0.6542780786) – sin(0.6542606253)
* cos(0.00002228070345)) / (cos(0.6542606253)
* sin(0.00002228070345))) = 0.6707747395
실제 방위각 = (0.6707747395 * (180 / 3.141592))
= 38.43256957

7) 지그비를 통해 PC의 하이퍼 터미널로 표현하는 소스 중 일부이다.

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h> //인터럽트 헤더파일 선언
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h> // 수함 함수 헤더파일 선언

unsigned char GPSflag=0; // 데이터 파싱에서 쓰이는 변수, $로 시작할 때 1저장
unsigned char GPScnt=0; // data parsing 할 때 사용
unsigned char GPSDATA[100]; // GPS receiver부터 받은 모든 정보 저장할 변수
unsigned char time[15]; // Time 정보 저장할 변수
unsigned char lat2[10];
unsigned char lon2[10];
unsigned char lat1[5];
unsigned char lon1[5];

double latitude=0; //dd.dddd로 변환된 위도
double longitude=0; //dd.dddd로 변환된 경도
double d_latitude=37.48738033; // 목표 위도
double d_longitude=126.822254; // 목표 경도
double Cur_Lat_radian=0; // 현재 라디안 위도
double Cur_Lon_radian=0; // 현재 라디안 경도
double Dest_Lat_radian=0; // 목표 라디안 위도
double Dest_Lon_radian=0; // 목표 라디안 경도
double radian_distance=0; // 라디안 거리
double radian_bearing=0; // 라디안 방위각
double true_bearing=0; // 실제 방위각
double distance=0; // 실제 거리

// 1us 딜레이
void delay_us(unsigned char time_us)
{
register unsigned char i;
for(i=0; i<time_us; i++) {
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
}
}

//1ms 딜레이
void delay_ms(unsigned int time_ms) {
register unsigned int i;
for(i=0; i<time_ms; i++) {
delay_us(250);
delay_us(250);
delay_us(250);
delay_us(250);
}
}

void usart0_init(void)
{
UBRR0H = 0;
UBRR0L = 103;

UCSR0A = 0×00;
UCSR0B = 0×18;
UCSR0C = 0×06;
}

void usart1_init(void)
{
UBRR1H = 0;
UBRR1L = 103;
UCSR1A = 0×00;

※ 전체 소스는 www.devicezine.co.kr에서 확인할 수 있다.

8) 실제 이동할 거리, 방위각을 하이퍼 터미널로 나타낸 그림

11FGPS060

 

바. 마그네틱 컴파스 센서(나침판 센서)를 사용하여 GPS 자동차의 현재 방위각을 구한다.

마그네틱 컴파스센서(나침판 센서)는 모델명이 CMPS03이며 진북 방향을 기준으로 현재 방위각 값을 지속적으로 출력한다. CMPS03의 그림과 핀번호는 다음과 같다.

11FGPS047
GPS 자동차의 ATMEGA128과 연결해야 될 핀은 1,2,3,9번 핀이다. 1,9번핀은 전원 핀이고 2,3번 핀은 TWI통신 핀(I2C 통신)으로 CMPS03은 I2C통신을 통해 ATMEGA128과 통신을 하면서 현재 방위각 값을 출력한다. GPS 자동차와 CPMS03의 설치는 아래 그림과 같다.

11FGPS035 11FGPS037

TWI통신을 할때는 통신하는 핀 SCL과 SDA핀에 각각 풀업 저항을 해줘야 한다.

11FGPS001

 

1) 지그비를 통해 방위각을 하이퍼 터미널로 확인하는 소스 중 일부이다.

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdio.h>
#include <avr/interrupt.h>

unsigned char s[21];

void i2c_transmit(char,char,char); //TWI 통신 함수 선언
char i2c_read(char,char); //TWI 통신 함수 선언

char i2c_read(char address, char reg) { //TWI 통신 함수
char read_data = 0;

TWCR = 0xA4; // send a start bit on i2c bus
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = address; // load address of i2c device
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = reg; // send register number to read from
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit

TWCR = 0xA4; // send repeated start bit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = address+1; // transmit address of i2c device with readbit set
TWCR = 0xC4; // clear transmit interupt flag
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWCR = 0×84; // transmit, nack (last byte request)
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
read_data = TWDR; // and grab the target data
TWCR = 0×94; // send a stop bit on i2c bus
return read_data;

}

void i2c_transmit(char address, char reg, char data) { //TWI 통신 함수
TWCR = 0xA4; // send a start bit on i2c bus
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = address; // load address of i2c device
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = reg;
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = data;
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWCR = 0×94; // stop bit
}

void usart0_init(void)
{
UBRR0H = 0;
UBRR0L = 103;

UCSR0A = 0×00;
UCSR0B = 0×18;
UCSR0C = 0×06;
}

void usart1_init(void)
{
UBRR1H = 0;
UBRR1L = 103;

UCSR1A = 0×00;
UCSR1B = 0×18;
UCSR1C = 0×06;
}

위 소스를 실제 GPS 자동차에 적용하여 방위각을 하이퍼 터미널로 확인하면 다음과 같다. 끝의 한자리는 소수점 자리를 나타낸다(ex : 3565 : 356.5도)

11FGPS044

사. 방위각의 비교와 모터를 구동하여 목표 좌표로 GPS 자동차를 이동
마지막 단계로 CMPS03에서 추출된 현재 방위각과 GPS 거리계산 공식으로 나온 방위각이 일치하도록 모터를 돌려주고 GPS 거리 계산 공식으로 나온 이동거리가 1보다 작을때까지 모터를 직진하면 GPS 자동차는 목표 좌표로 이동하게 된다.
GPS 자동차는 좌회전 하면 현재 방위각이 작아지고 우회전을 하면 현재 방위각 값이 커진다. 따라서 현재 방위각이 목표 방위각 보다 크면 좌회전, 현재 방위각이 목표 방위각보다 작으면 우회전을 시키고 현재 방위각과 목표 방위각이 일치하면 이동거리만큼 직진해서 목표 좌표로 이동하면 된다.

1) 목표 좌표를 입력하면 목표 좌표로 GPS 자동차가 무인제어하는 소스
다음 소스는 CMPS03의 방위각을 TWI통신을 통해 수신, GPS 데이터를 통해 이동 거리와 방위각을 구하고 현재 방위각과 목표 방위각을 비교하여 방향을 잡은 후 목표 이동 거리만큼 모터를 직진하고 목표 이동거리로 이동하면 멈추는 소스이다.

목표 좌표를 입력하면 목표 좌표로 GPS 자동차가 무인제어하는 소스

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

unsigned char GPSflag=0; // 데이터 파싱에서 쓰이는 변수, $로 시작 할 때 1저장할꺼임
unsigned char GPScnt=0; // data parsing 할 때 사용
unsigned char GPSDATA[100]; // GPS receiver부터 받은 모든 정보 저장할 변수
unsigned char time[15]; // Time 정보 저장할 변수
unsigned char lat2[10];
unsigned char lon2[10];
unsigned char lat1[5];
unsigned char lon1[5];

double latitude=0;
double longitude=0;
double d_latitude=37.488499;
double d_longitude=126.821250;
double radian_distance=0;
double radian_bearing=0;
double distance=0;
double rad_distance=0;
double dis_lat=0;
double dis_lon=0;
double dis=0;
double bea=0;
double true_bea=0;
unsigned char exam=0;

#define MOTOR_PORT PORTC
#define MOTOR_DDR DDRC
#define PWM1_IN (MOTOR_PORT&0×01)
#define PWM1_ON (MOTOR_PORT|=0×01)
#define PWM1_OFF (MOTOR_PORT&=0xFE)
#define DIR1_ON (MOTOR_PORT|=0×02)
#define DIR1_OFF (MOTOR_PORT&=0xFD)
#define ENABLE1_OFF (MOTOR_PORT|=0×04)
#define ENABLE1_ON (MOTOR_PORT&=0xFB)
#define BREAK1_ON (MOTOR_PORT|=0×08)
#define BREAK1_OFF (MOTOR_PORT&=0xF7)
#define PWM2_IN (MOTOR_PORT&0×10)
#define PWM2_ON (MOTOR_PORT|=0×10)
#define PWM2_OFF (MOTOR_PORT&=0xEF)
#define DIR2_ON (MOTOR_PORT|=0×20)
#define DIR2_OFF (MOTOR_PORT&=0xDF)
#define ENABLE2_ON (MOTOR_PORT|=0×40)
#define ENABLE2_OFF (MOTOR_PORT&=0xBF)

void i2c_transmit(char,char,char);
char i2c_read(char,char);

// 1us 딜레이
void delay_us(unsigned char time_us)
{
register unsigned char i;
for(i=0; i<time_us; i++) {
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
asm volatile(“PUSH R0”);
asm volatile(“POP R0”);
}
}

//1ms 딜레이
void delay_ms(unsigned int time_ms) {
register unsigned int i;
for(i=0; i<time_ms; i++) {
delay_us(250);
delay_us(250);
delay_us(250);
delay_us(250);
}
}
char i2c_read(char address, char reg) { //TWI 통신 함수
char read_data = 0;

TWCR = 0xA4; // send a start bit on i2c bus
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = address; // load address of i2c device
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = reg; // send register number to read from
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit

TWCR = 0xA4; // send repeated start bit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = address+1; // transmit address of i2c device with readbit set
TWCR = 0xC4; // clear transmit interupt flag
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWCR = 0×84; // transmit, nack (last byte request)
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
read_data = TWDR; // and grab the target data
TWCR = 0×94; // send a stop bit on i2c bus
return read_data;

}

void i2c_transmit(char address, char reg, char data) { //TWI 통신 함수
TWCR = 0xA4; // send a start bit on i2c bus
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = address; // load address of i2c device
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = reg;
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWDR = data;
TWCR = 0×84; // transmit
while(!(TWCR & 0×80)); // wait for confirmation of transmit
TWCR = 0×94; // stop bit
}

void parsing(void)
{
unsigned char temp=6; // time position
unsigned char temp1=0;
unsigned char temp3=20; // latitude position
unsigned char temp4=0;
unsigned char temp5=34; // longitude position
unsigned char temp6=0;
unsigned char temp7=18; // latitude position
unsigned char temp8=0;
unsigned char temp9=31; // longitude position
unsigned char temp10=0;
int i;

if(GPSflag)
{
if(GPSDATA[0]==‘G’)
{
if(GPSDATA[2]==‘R’ && GPSDATA[3]==‘M’)
{
while(GPSDATA[temp]!=‘,’)
{
time[temp1]=GPSDATA[temp];
temp++;
temp1++;
}
while(GPSDATA[temp3]!=‘,’)
{
lat2[temp4]=GPSDATA[temp3];
temp3++;
temp4++;
}
while(GPSDATA[temp5]!=‘,’)
{
lon2[temp6]=GPSDATA[temp5];
temp5++;
temp6++;
}
for(i=0; i<2; i++)
{
lat1[temp8]=GPSDATA[temp7];
temp7++;
temp8++;
}
for(i=0; i<3; i++)
{
lon1[temp10]=GPSDATA[temp9];
temp9++;
temp10++;
}
}
}
}
}

void way_point(void)
{
latitude = (atoi(lat1)+(atof(lat2)/60));
longitude = (atoi(lon1)+(atof(lon2)/60));

dis_lat=69.1*(d_latitude-latitude);
dis_lon=69.1*(d_longitude-longitude)*cos(latitude*3.141592/180);
// pi = 3.141592
rad_distance=sqrt(dis_lat*dis_lat+dis_lon*dis_lon);
distance=rad_distance*1610; //1.61->1610 =>km를 m단위로 계산

dis=distance/6366690.2;
bea = acos(((sin(d_latitude*3.141592/180)-sin(latitude*3.141592/
180) *cos(dis)) / (cos(latitude*3.141592/180)*sin(dis))));

if(sin(d_longitude-longitude)<0)
{
true_bea = 3600 – bea*(180/3.141592) * 10;
}
else
{
true_bea = bea * (180/3.141592) * 10;
}
}

// 메인함수의 시작
int main(){
unsigned int angle;

DDRE = 0×02;
PORTE = 0×00;
DDRD = 0×08;
PORTD = 0×00;
usart0_init();
usart1_init();
fdevopen(put_char1,0);
MOTOR_DDR = 0xff; // 모터포트 초기화
ENABLE1_ON;

TWBR = 72;
TWSR = 0×00;
TWCR = 0×04;
delay_ms(1000);

asm(“SEI”); // SREG 의 global interrupt enable 1로 set

while(1) { // 목표 좌표로 모터 제어 시작
while(exam!=1)
{
angle = i2c_read(0xC0,2) <<8;// read cmps03 angle, high byte angle += i2c_read(0xC0,3);
way_point();

BREAK1_ON; // STOP
PWM1_OFF;
PWM2_OFF;
if(angle > true_bea+100) //현재 방위각이 목표 방위각 보다 크면
{
BREAK1_OFF; // 좌회전
DIR1_ON;
DIR2_OFF;
PWM1_ON;
PWM2_ON;
}

else if(angle < true_bea-100) // 현재 방위각이 목표 방위각보다 작으면
{
BREAK1_OFF; // 우회전
DIR1_OFF;
DIR2_ON;
PWM1_ON;
PWM2_ON;
}
else if(true_bea-100 > angle < true_bea+100) // 현재 방위각과 목표 방위각이 같으면
{
exam = 1;
}
}
while(exam!=0)
{
angle = i2c_read(0xC0,2) <<8; // read cmps03 angle, high byte
angle += i2c_read(0xC0,3);
way_point();

if(angle > true_bea+100)
{
exam = 0;
}

else if(angle < true_bea-100)
{
exam = 0;
}

else if(distance > 1) //목표 이동거리가 1보다 크면
{
BREAK1_OFF; // 전진
DIR1_ON;
DIR2_ON;
PWM1_ON;
PWM2_ON;
}

else if(distance < 1) //목표 이동거리가 1보다 작으면
{
BREAK1_ON; // STOP
PWM1_OFF;
PWM2_OFF;
}
}
}
return 0;
}

SIGNAL(SIG_USART0_RECV)
{
asm(“CLI”);
unsigned char ch;
ch = UDR0; // 수신된 데이터를 ch 변수에 저장합니다.
if(ch==’$’) // 수신된 캐릭터가 $ 이면 한줄의 시작이므로
{
GPSflag=1;
GPScnt=0; // 데이터파싱을 위한 카운트 변수도 0으로 초기화
}else{
GPSDATA[GPScnt]=ch; // $가 아니리면 GPSDATA에 계속 저장
if(GPSDATA[GPScnt]==0x0A && GPSDATA[GPScnt-1]==0x0D)
{
parsing();
way_point();
GPSflag=0;
}
GPScnt++;
}
asm(“SEI”;
}

마지막 소스에서 보면 GPS 거리 계산 공식이 전에 설명한 소스와 약간 다를 것이다. 이유는 전의 GPS 거리 계산 소스는 현재 AVR STUDIO 컴파일러에서는 정밀한 계산이 불가능하여 현재 좌표와 목표 좌표가 가까울때 계산을 정확히 하지 못하기 때문이다. 그 이유는 AVR STUDIO는 실수형 변수 double이 4 바이트로 C 컴파일러는 비주얼 C++보다 성능이 떨어진다.(비주얼 C++ 컴파일러는 실수형 변수 double이 8 바이트로 GPS 거리계산 공식을 정확하게 계산한다.) 전의 GPS 거리 계산 공식은 정밀한 계산이 필요한데(예를 들어 0.999999994 를 AVR STUDIO는 실수형 변수를 최대 4 바이트밖에 인식하지 못해 1로 인식) AVR STUDIO 컴파일러는 그 계산을 정확히 하지 못한다.

후에 필자는 마지막 소스에서와 같이 다른 공식을 찾았고 AVR STUDIO 컴파일러에서도 정상적으로 목표이동거리와 방위각을 계산할 수 있었다. 또 목표 방위각으로 모터를 돌릴때 IF문에 true_bea(목표 방위각)에 +-100을 해준 이유는 +-100의 오차를 주지 않으면 모터가 정밀하게 움직이지 못하여 방향을 못잡아서이다. 위의 소스처럼 오차범위를 주면 자동차는 목표 방위각으로 방향을 틀때 헤매지 않고 바로 방향을 잡을 수 있을 것이다.(방위각의 오차는 조금 있을 것이다.)

3. 제작 후기

이번 GPS 자동차를 제작하면서 정말 많은 것을 배울 수 있었다. 사실 이번 졸업 프로젝트를 하기 전까지는 GPS라는게 뭔지도 몰랐지만 이번 프로젝트를 통해서 GPS의 원리, 응용, 항법에 대해서 자세히 알 수 있었고 혼자서는 감히 엄두도 못낼 가격의 자동차를 만들 수 있게 되었다.
디바이스마트에서 아낌없이 부품을 지원해준 덕분에 많은 소자와 센서, 부품들을 다뤄볼 수 있었고 많은 것을 공부할 수 있었다. 아직 GPS 자동차는 완성된 것이 아니다. 시간이 조금 더 주어 진다면 LAB VIEW로 프로그램 작성을 해서 노트북으로 실시간 GPS 자동차의 모든 상태를 지그비를 통해서 볼 수 있고 노트북에서 목표 좌표를 지정해서 실시간으로 GPS 자동차를 무인제어할 수 있도록 할 것이다. 또 초음파 센서를 장착해서 4방위의 장애물을 감지하고 GPS 자동차 무인 제어시 초음파 센서를 통해 장애물을 회피할 수 있도록 하는것이 최종 목표이다.
아낌없는 지원을 해 줘서 이런 좋은 기회를 갖게 해준 디바이스마트에 감사하고 이번 프로젝트를 하는 동안 많은 도움을 주신 유한대 김진선 교수님께 감사의 뜻을 전하고 싶습니다. 지금까지 보고서를 읽어주셔서 감사합니다. 만약 이 보고서에 틀린 점이 있다면 많은 지적 부탁드립니다.

가. 최종 완성 작품

11FGPS038

나. GPS자동차 동영상

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 다. 부품 목록

11FGPS061

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