어떻게 GPS를 수신해서 내 핸드폰으로 전송할 수 있냐?
GPS 인공위성으로부터 자신의 손까지, 과정을 절차지향적으로 조사한다.최소 3개의 인공위성, GPS 안테나, GPS 모듈(전원 포함), 스마트폰, 유심칩이다.
약 24기 이상의 인공위성이 지구 밖을 돌고 있다.GPS 위성은 미 공군이 관리하며 노후 위성 교체와 새로운 위성 발사 등 유지와 연구, 개발에 필요한 비용이 연간 약 7억5천만달러에 이르지만 GPS는 전 세계에서 무료로 사용이 가능하다.
즉, Free, 무료로 자유롭게 사용할 수 있다.위성과 GPS 간의 프로토콜 즉 GPS Data를 NMEA0183이라는 형식으로 규격화해 퍼싱 가능한 데이터를 만든다. 이를 Serial로 불러와 데이터를 처리한다.NMEA 0183은 시간, 위치, 방위 등의 정보를 전송하기 위한 규격이다. NMEA 0183은 미국의 NMEA(The National Marine Electronics Association)에 정의되어 있다. 이들 데이터는 주로 자이로컴퍼스, GPS, 나침반, 관성항법장치(INS)에 사용된다. NMEA 0183은 ASCII 코드에서 직렬 방식의 통신을 사용한다.NMEA 0183은 3개의 층으로 구성되어 있으며, 이는 각각 물리 계층, 데이터 링크 계층, 어플리케이션 계층이다. 물리계층은 RS-232, RS-422 등의 전기적인 전송규격을 의미한다. 데이터 링크 계층은 Baudrate, Databit, Paritybit, Stopbit 등을 정해 둔다. Application Layer는 데이터를 전송하는 Sentence에 대한 규약이며 GPS 등으로 표준 프로토콜이다.[1]
GPS 인공위성 3개로부터 반송파에 실려 보내온 C/A 코드를 GPS 안테나가 수신한다. 이때 위성을 통해 도착한 시간(=곧 진동수, 주파수)에 따라 거리를 계산해 이 세 거리에 따라 오차를 좁힌다.그 때문에 이 안테나로부터 진동수를 받아 계산하는 모듈이 필요하다.여기서 안테나에서 MCU는 UART(유아트) 통신으로 데이터를 받는다.(일반적인 경우)
GPS 모듈(왼쪽), GPS 안테나(오른쪽)
이 모듈 내 MCU에 Fla sh 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.M1의 대표적인 방법이 있는데, CAT.M1을 예시로 설명한다.
CAT.M1은 SKtelecom에서 서비스를 제공하는 LTE-M이라고도 한다.요금제는 아래와 같다.
월 1100원으로 약 5MByte를 사용할 수 있다.
LoRa 요금제
즉, SK Telecom으로부터 USIM 칩을 제공받아 MCU보드에 장착하고 통신사에 요청해 자신의 휴대전화로 데이터를 보내겠다고 요청한다.에서는 SK Telecom의 서버 중계기를 사용할 수 있다. 이것을 푸시 서버를 사용한다.
안드로이드(좌) AWS 서버(우) 또는 AWS 서비스를 이용한다.
그러나 MCU가 제공하는 데이터는 위도와 경도이다. 이 좌표 데이터 값을 GUI로 좌표로 변환하는 코딩을 하면 평소에 볼 수 있는 지도가 된다.
GPS 아두이노 코딩 (상), 위도와 경도의 프롬프트 윈도 (하)
하지만 평소 주기적으로 데이터를 스마트폰에 보내면 데이터 낭비가 크다.
- 그래서 평소에는 블루투스로 애완견의 목줄을 연결하고 2. 주인만 외출할 경우 집에 남아 있는 애완견의 목줄은 와이파이로 연결한다. 3. 위의 둘 다 해제 시 일정 시간이 경과되면 스마트폰에 경고음이 울리고, 일정 간격으로 위치 데이터를 스마트폰에 전송함으로써 데이터를 절약할 수 있다.
- 실례가 하나 있는 ‘스마트 인솔’로 발달장애인 실종 예방 – 글로벌신문(globalnewspaper.co.kr)
발달장애인의 실종 예방을 위해 신발 깔창에 GPS를 장착했는데 이 경우에도 모듈이 신발 앞부분에 장착돼 있는 것을 알 수 있다. 이 경우에도 LTE-M을 사용했지만 신발 깔창에 GPS를 장착한다는 것은 수신감도가 극히 낮을 것으로 예측돼 위치가 부정확해질 것이라는 예감이 든다.
물론 강아지 추적용으로도 상품화되어 있다.
결론 1. GPS 위성과 안테나 간의 프로토콜은 존재하지만 각 안테나가 이미 맞춰져 있어 쉽게 받을 수 있다.2. GPS 위치 데이터는 MCU가 처리한다. 즉 메모리는 GPS 안테나가 아니라 모듈 MCU에 내장돼 있다.3. GPS 모듈과 스마트폰 간의 통신 프로토콜은 요금제에 가입하면 통신사가 해 준다.