GPS와 지오펜싱을 이용한 IoT 반려동물 추적 시스템 만드는 방법

"우리 반려동물 어디 갔지?" 반려동물을 키우는 사람이라면 누구나 한 번쯤은 이런 질문을 해봤을 겁니다. 방금 전까지만 해도 눈앞에서 신나게 뛰어놀던 반려동물이 어느새 사라져 버린 거죠! 나비를 봤을지도 모르고, 새를 쫓고 있었을지도 모르고, 아니면 그냥 몰래 모험을 떠난 걸지도 모릅니다. GPS 반려동물 추적기는 이런 문제를 큰일로 번지기 전에 해결해 줍니다. 반려동물이 안전지대를 벗어난 순간을 정확히 알 수 있다고 상상해 보세요. 여기저기 찾아다니며 걱정하는 대신, IoT 기반 반려동물 추적 시스템을 이용하면 반려동물이 어디 있는지 즉시 알림을 받고, 언제 주의를 기울여야 할지 알 수 있습니다.

 

 

이미지 자료 링크 https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/iot-pet-tracking-system-using-circuitdigest-cloud

 

이 DIY IoT 반려동물 위치 추적 프로젝트에서는 반려동물의 움직임을 모니터링하는 간단한 스마트 반려동물 위치 추적 장치를 만드는 방법과 하드웨어 및 소프트웨어의 작동 원리를 단계별로 살펴보겠습니다. 저희는 IoT 프로젝트 분야에서 다양한 흥미로운 프로젝트를 진행해 왔습니다. 시간을 내어 다른 프로젝트들도 살펴보시면 더 많은 아이디어를 얻으실 수 있을 것입니다. Circuit Digest를 처음 접하시는 분이라면 Geolinker에 대한 자세한 정보를 얻으려면 Geolinker 위키 페이지를 참조하시기 바랍니다 .

 

목차

사물인터넷(IoT)을 이용한 실시간 반려동물 추적은 어떻게 작동할까요?

└ 경고 생성 및 안전 기능

└ 클라우드 모니터링 및 지속적 운영

실시간 시연

필수 구성 요소

회로도

하드웨어 연결

3D 디자인 파일

코드 설명

출력 예시

문제 해결

깃허브

 

사물인터넷(IoT)을 이용한 실시간 반려동물 추적은 어떻게 작동할까요?

 

IoT 기반 반려동물 추적 시스템은 반려동물의 위치를 ​​지속적으로 모니터링하고 위치에 따라 다양한 조치를 취합니다. 시스템의 전체 작동 과정은 다음과 같은 세 단계로 나눌 수 있습니다.

 

시스템 초기화 및 위치 추적:

기기 전원이 켜지면 GeoLinker 보드가 GPS, GSM, GPRS, 전자잉크 디스플레이 및 클라우드 서비스를 초기화합니다. 또한 재부팅 후 오경보 발생을 방지하기 위해 이전에 저장된 지오펜스 상태를 메모리에서 복원합니다. 초기화가 완료되면 GPS 모듈이 위도, 경도, 속도 및 기타 GPS 정보를 획득하여 반려동물의 위치를 ​​파악하기 시작합니다. 현재 좌표는 집, 정원, 공원, 출입 금지 구역 등 미리 정의된 모든 지오펜스 영역과 지속적으로 비교되어 반려동물이 특정 영역에 진입했는지 또는 이탈했는지 확인합니다.

 

경고 생성 및 안전 기능

반려동물이 일반 지오펜스에 들어가거나 나올 때마다 시스템은 등록된 소유자에게 현재 위치, 속도, 배터리 잔량, 구글 지도 링크가 포함된 SMS를 즉시 전송합니다. 반려동물이 출입 금지 구역에 들어가면 시스템은 SMS 알림뿐만 아니라 음성 통화도 통해 즉시 알릴 수 있도록 합니다. 또한, GPS 신호가 여러 번 연속으로 잡히지 않으면 GPS 신호 끊김 알림이 자동으로 전송됩니다.

소유자는 "LOCATION"이라는 SMS 명령을 보내 언제든지 반려동물의 최신 위치를 요청할 수 있으며, 시스템은 최신 좌표와 구글 지도 링크를 자동으로 회신합니다. 한편, 전자종이 디스플레이에는 평소에는 반려동물의 이름이 표시되다가 반려동물이 출입 금지 구역에 들어가면 "반려동물을 잃어버렸습니다"라는 문구와 소유자의 전화번호가 표시됩니다. 디스플레이는 전원이 없어도 내용이 유지되므로 배터리가 완전히 방전되어도 연락처 정보를 볼 수 있습니다. 또한, 전자종이는 작동에 필요한 전력이 적어 이 프로젝트의 장점 중 하나입니다.

 

클라우드 모니터링 및 지속적 운영

알림 처리가 완료되면 시스템은 반려동물을 지속적으로 모니터링하고 클라우드에 자동으로 업데이트합니다. 여기에는 다음과 같은

주요 작업이 포함됩니다.

 

• 반려동물의 GPS 위치, 배터리 잔량, 신호 강도를 주기적으로 CircuitDigest 클라우드 에 업로드합니다 .
• 소유자는 클라우드 대시보드와 실시간 지도를 통해 반려동물의 위치를 ​​원격으로 모니터링할 수 있습니다.
• GPS 업데이트, 지오펜스 이벤트, 수신 SMS 명령 및 디스플레이 상태를 지속적으로 확인합니다.
• 상태가 변경될 때만 전자잉크 디스플레이를 새로 고쳐 성능을 향상시키고 디스플레이 수명을 연장합니다.
• 실시간 모니터링 및 안정적인 시스템 성능을 위해 이러한 모든 작업을 메인 프로그램 루프 내에서 지속적으로 반복합니다.

 

또 다른 실제 구현 사례를 보고 싶으시다면, 저희 IoT 택배 추적 시스템 튜토리얼을 살펴보세요 .

 

실시간 시연: GPS 반려동물 추적기의 작동 모습을 확인하세요.

 

지오펜스 진입 알림부터 전자잉크 디스플레이가 실시간으로 "잃어버린 반려동물" 모드로 전환되는 모습까지, 완벽한 IoT 반려동물 추적 시스템이 작동하는 모습을 직접 확인해 보세요. 아래 영상을 통해 토비가 제한 구역을 넘어가는 순간 GPS 반려동물 추적기가 어떻게 반응하는지 자세히 살펴보세요.

 

사물인터넷 기반 반려동물 추적 시스템에 필요한 구성 요소

다음은 이 IoT 반려동물 추적 시스템을 구축하는 데 사용되는 필수 구성 요소입니다.

 

IoT 기반 반려동물 추적 시스템에 필요한 구성 요소에는 GeoLinker 보드, SIM 카드, 배터리 및 전자 종이 디스플레이가 포함됩니다.

 

 

 

일련번호	구성 요소	목적	대안
1.	지오링커 보드	GeoLinker GL868_ESP32는 ESP32-S3와 SIM868 GSM 모뎀을 결합한, 추적 용도로 사용되는 양산 준비가 완료된 오픈 소스 개발 보드입니다.	-
2.	IoT/일반 나노 SIM 카드	Airtel M2M IoT SIM 카드 사용을 권장합니다 (보드 구매 시 3개월 무료 데이터 제공). 2G 호환 SIM 카드라면 어떤 것이든 사용 가능합니다.	일반 2G SIM
3.	3.7V 리튬 이온 배터리	보드에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.	LiPo 파우치 배터리
4.	USB-C 케이블	프로그래밍, 테스트 및 충전	-
5.	전자종이 디스플레이	전원이 차단되어도 다른 메시지를 표시하고 유지하려면	-

 

 

애완동물 추적기의 회로도

화면의 다이어그램은 GeoLinker 보드와 전자잉크 디스플레이 간의 모든 연결을 보여줍니다. GL868 GeoLinker를 사용하는 가장 큰 장점 중 하나는 ESP32 마이크로컨트롤러, GPS, GSM 및 GPRS 모듈이 단일 보드에 통합되어 있다는 것입니다. 이를 통해 여러 개의 개별 모듈을 연결할 필요가 없어 하드웨어를 훨씬 더 소형화할 수 있습니다. 전체 시스템에 전원을 공급하기 위해 3.7V 리튬 이온 배터리가 GeoLinker 보드에 직접 연결되어 스마트 반려동물 목걸이를 휴대하며 사용할 수 있습니다.

 

IoT 반려동물 추적 시스템 회로도

 

실시간 반려동물 추적 시스템용 하드웨어 연결

 

 

아래 이미지는 전자잉크 디스플레이와 배터리가 GeoLinker 보드에 연결되어 케이스 내부에 어떻게 배치되는지를 보여줍니다. 이러한 콤팩트한 레이아웃 덕분에 모든 구성 요소가 3D 프린팅된 칼라형 케이스 내부에 편안하게 들어갈 수 있습니다.

 

반려동물 목걸이 케이스 내부의 GeoLinker 보드, 배터리 및 전자잉크 디스플레이 간의 하드웨어 배선 연결

 

3D 디자인 파일

 

이 케이스는 반려동물 추적 시스템을 위한 작고 내구성이 뛰어난 하우징을 만들기 위해 Autodesk Fusion 360으로 설계되었습니다.

 

오토데스크 퓨전 360으로 제작한 반려동물 추적기 목걸이 케이스의 3D CAD 디자인

 

 

 

 

이 디자인은 크게 두 부분으로 구성됩니다. 하나는 GeoLinker 보드, 3.7V 리튬 배터리 및 내부 배선을 수용하는 베이스이고, 다른 하나는 전자잉크 디스플레이를 위한 정확한 크기의 컷아웃이 있는 덮개입니다. 이 덮개는 전자 장치를 보호하면서 화면이 잘 보이도록 설계되었습니다. 케이스 양쪽 측면에는 목걸이 슬롯이 통합되어 있어 표준 애완동물 목걸이에 안전하게 장착할 수 있습니다. 3D 프린팅용 케이스의 전체 STL 파일은 Thingiverse에서 다운로드할 수 있으며, 이 파일을 사용하여 본 프로젝트의 케이스를 출력할 수 있습니다.

 

DIY IoT 반려동물 추적 목걸이용 3D 프린팅 케이스 뚜껑 및 바닥 부품

 

Fusion 360에서 CAD 모델 제작을 완료한 후, 3D 프린팅을 통해 가볍고 모든 부품을 안전하게 고정하면서도 조립이 용이한 케이스를 제작했습니다.

 

지오링커(GeoLinker) 기반 반려동물 GPS 추적기용으로 완전히 조립된 3D 프린팅 케이스

 

 

코드 설명

이 프로그램은 GPS 데이터를 지속적으로 수집하고, 여러 지오펜스 구역을 모니터링하며, GSM 및 GPRS 서비스를 통해 통신을 관리합니다. 위치 업데이트를 처리하고, 구역 진입 및 이탈을 감지하고, 알림을 생성하고, 수신된 SMS 명령을 처리하고, 현재 상태에 따라 전자잉크 디스플레이를 업데이트하고, 주기적으로 데이터를 클라우드에 업로드합니다.

 

#define DEVICE_ID      "vedha"
#define API_KEY        "xxxxxxxx"
#define ALERT_NUMBER   "+91XXXXXXXXXX"
#define PET_NAME       “Toby"
void setup() {
   Serial.begin(115200);
   loadZoneStates();
   GeoLinker.begin(DEVICE_ID, API_KEY);
   GeoLinker.gpsOn();
   epdInit();
}

 

 

이 섹션에서는 반려동물 추적 시스템 전체를 초기화합니다. 기기 자격 증명, 소유자 번호 및 반려동물 이름을 설정한 후 GeoLinker 모듈, GPS 및 전자잉크 디스플레이를 시작합니다. 또한 이전에 저장된 지오펜스 상태를 플래시 메모리에서 복원하여 시스템이 처음부터 다시 시작하지 않고 마지막으로 알려진 상태에서 계속 작동하도록 합니다.

 

bool hasLoc = getValidLocation(&gps);
if (hasLoc) {
  checkGeofences(&gps, hasLoc);
}
double dist = haversineDistance(
  gps->latitude,
  gps->longitude,
  zones[i].latitude,
  zones[i].longitude
);

 

이 프로그램은 반려동물의 GPS 좌표를 지속적으로 수집하고 해당 위치가 유효한지 확인합니다. 그런 다음 현재 위치와 미리 정의된 각 지오펜스 사이의 거리를 계산합니다. 이 거리를 기반으로 시스템은 반려동물이 구역에 진입했는지 또는 벗어났는지 판단하고 그에 따라 지오펜스 상태를 업데이트합니다.

 

static void sendGeofenceAlert(const char *zoneName, bool entered,
                            bool restricted, GPSData *gps, bool hasLoc) {
  char msg[256];
  buildAlertMessage(msg, sizeof(msg), entered ? "ENTERED" : "LEFT",
                    zoneName, gps, hasLoc);
  sendReliableSMS(ALERT_NUMBER, msg);
  if (restricted && !callInProgress && !pendingCall) {
      pendingCall = true;
      pendingCallTimer = millis();
  }
}

 

이 기능은 반려동물이 지오펜스에 진입하거나 벗어날 때마다 주인에게 알림을 보내는 역할을 합니다. 먼저 반려동물의 위치, 속도, 배터리 잔량, 구글 지도 링크가 포함된 알림 메시지를 생성하여 SMS로 전송합니다. 해당 구역이 출입 제한 구역으로 설정된 경우, 시스템은 짧은 시간 간격을 두고 음성 통화도 예약하여 중요한 알림을 놓치지 않도록 합니다.

 

static void epdUpdateIfNeeded() {
  if (petIsLost == displayShowsLost)
      return;
  if (petIsLost)
      epdShowLost();
  else
      epdShowHealthy();
  displayShowsLost = petIsLost;
}

 

이 기능은 반려동물의 상태가 변경될 때만 전자잉크 디스플레이를 업데이트하여 불필요한 화면 새로 고침을 방지합니다. 평소에는 반려동물의 이름과 건강 상태 메시지가 표시됩니다. 반려동물이 출입 금지 구역에 들어가면 디스플레이는 즉시 "반려동물을 잃어버렸습니다" 화면으로 전환되고, 보호자의 전화번호가 표시되어 반려동물을 발견한 사람이 보호자에게 쉽게 연락할 수 있습니다.

 

void loop() {
  GeoLinker.update();
  checkIncomingSMS();
  bool hasLoc = getValidLocation(&gps);
  checkGeofences(&gps, hasLoc);
  if (!pendingCall && !callInProgress &&
      millis() - lastCloudPush >= CLOUD_SEND_INTERVAL * 1000UL) {
      lastCloudPush = millis();
      cloudPush(&gps, hasLoc);
  }
}

 

loop() 함수는 반려동물을 실시간으로 모니터링하기 위해 지속적으로 실행됩니다. 이 함수는 GeoLinker 모듈을 업데이트하고, 수신되는 "LOCATION" SMS 요청을 처리하며, 최신 GPS 좌표를 획득하고, 모든 지오펜스 영역의 진입 또는 이탈 이벤트를 확인합니다. 마지막으로, 정기적으로 반려동물의 GPS 위치, 배터리 잔량, 신호 강도를 CircuitDigest 클라우드에 업로드하여 클라우드 대시보드를 통해 실시간 추적 및 원격 모니터링을 가능하게 합니다.

 

반려동물 추적 시스템의 출력 결과 시연

아래 이미지는 반려동물 추적 시스템의 실시간 추적 인터페이스를 보여줍니다. 이 시스템은 지도상에서 반려동물의 실시간 위치를 지속적으로 모니터링하고, 반려동물이 미리 설정된 지오펜스 영역에 진입하거나 이탈할 때 이를 감지하여 보호자에게 즉시 알림을 보냅니다.

 

CircuitDigest 클라우드에서 반려동물의 실시간 GPS 위치를 보여주는 라이브 맵 대시보드

 

아래 이미지는 프로젝트 시연에 사용된 개 토비를 보여줍니다. 또한 다양한 상황에서 전자종이 화면에 표시되는 정보도 보여줍니다. 정상 작동 시에는 소유자의 연락처 정보가 표시되고, 미리 정의된 지오펜싱 영역을 벗어나면 반려동물이 제한 구역에 진입했다는 경고 메시지가 화면에 나타나 반려동물을 발견한 사람이 상황을 파악하고 필요한 경우 소유자에게 연락할 수 있도록 도와줍니다.

 

 

주인 연락처와 반려동물 분실 알림을 표시하는 전자잉크 디스플레이가 있는 지오링커 반려동물 추적 목걸이를 착용한 강아지.

 

아래 이미지는 반려동물 추적 시스템에서 생성되는 SMS 및 전화 알림을 보여줍니다. 토비가 미리 설정된 안전 구역을 벗어나면 소유자에게 SMS 알림이 전송되어 이벤트 세부 정보와 현재 위치가 제공됩니다. 토비가 출입 금지 구역에 들어가면 시스템은 SMS뿐만 아니라 소유자의 휴대전화 번호로 자동 전화를 겁니다. 전화 알림은 중요한 이벤트에만 적용되어 SMS를 놓치거나 휴대전화를 적극적으로 확인하지 않는 경우에도 중요한 알림을 놓치지 않도록 합니다.

 

 

반려동물 추적 시스템이 반려동물이 안전 구역을 벗어나면 문자 메시지와 전화 알림이 전송됩니다.

 

문제 해결

 

문제점	원인	솔루션
GSM 모듈이 네트워크에 연결되지 않습니다.	SIM 카드가 제대로 삽입되지 않았거나, 네트워크 연결이 약하거나, SIM 서비스가 비활성화되어 있습니다.	유심 카드 삽입 위치를 확인하고, 네트워크 연결 상태를 점검하며, 유심 카드에 유효한 요금제가 있고 잔액이 충분한지 확인하십시오.
음성 통화 알림이 작동하지 않습니다	네트워크 문제, SIM 카드 잔액 부족 또는 잘못된 통화 설정일 수 있습니다.	GSM 연결 상태를 확인하고, 통화 서비스가 활성화되어 있는지 확인하며, 비상 연락처 설정을 확인하십시오.
전자종이 디스플레이는 빈 화면으로 남아 있습니다.	디스플레이 초기화 오류, 배선 불량 또는 전원 공급 문제일 수 있습니다.	모든 SPI 연결을 확인하고, 디스플레이 전력 요구 사항을 점검하고, 디스플레이 초기화 코드가 올바르게 실행되는지 확인하십시오.
배터리가 예상보다 빨리 소모됩니다	지속적인 GPS 추적, 잦은 GSM 통신 또는 절전 기능 부족.	업데이트 간격을 늘리고, 코드 효율성을 최적화하며, 가능한 경우 저전력 모드를 활성화하십시오.
시스템이 작동 중에 멈춥니다	메모리 오버플로, 소프트웨어 버그 또는 모듈 간 통신 충돌.	코드를 디버깅하고, 메모리 사용량을 모니터링하고, 각 모듈을 독립적으로 테스트하여 문제를 파악하십시오.
화이트리스트에 등록된 번호로 알림이 수신되지 않습니다.	전화번호가 올바르게 추가되지 않았거나, 잘못된 형식으로 저장되었거나, 시스템에서 화이트리스트 구성이 업데이트되지 않았습니다.	국가 코드를 포함하여 번호가 올바르게 입력되었는지 확인하고, 펌웨어의 화이트리스트 설정을 확인한 후, 구성을 업데이트하고 장치를 다시 시작하십시오.

 

 

결론

 

사물 인터넷(IoT) 기반 반려동물 추적 시스템은 손쉽게 구할 수 있는 IoT 기술들을 결합하여 실용적인 스마트 반려동물 안전 솔루션을 개발할 수 있음을 보여줍니다. 프로토타입은 지오펜싱, GPS 추적, GSM 기반 알림, 전자잉크 디스플레이 등의 기능을 제공하지만, 몇 가지 한계점도 있습니다. 이 시스템은 GPS 및 GSM 네트워크 가용성에 의존하므로 신호 수신이 불량하거나 위성 가시성이 낮은 지역에서는 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 또한 배터리 수명은 추적 간격과 통신 빈도에 따라 달라지므로 지속적인 작동을 위해서는 주기적인 충전이 필요합니다.

 

향후 개선을 통해 시스템을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 위치 정확도 향상을 위한 저전력 GNSS 모듈, 실내 추적을 위한 Wi-Fi 또는 블루투스, 활동 및 목걸이 탈락 감지를 위한 IMU, 체온이나 심박수 센서와 같은 건강 모니터링 센서 등을 통합할 수 있습니다. 음성 통신 및 GSM 기능을 IoT 애플리케이션에 통합하고 이 프로젝트에 확장하는 방법을 더 자세히 알아보려면 GeoLinker를 사용한 ESP32 기반 대화형 음성 응답 시스템 이나 GeoLinker를 사용한 ESP32 기반 GSM 통화 장치 와 같은 다른 GeoLinker 기반 프로젝트를 참고할 수 있습니다.

 

DIY IoT 반려동물 추적 GitHub

 

이 DIY IoT 반려동물 추적 시스템의 전체 소스 코드와 프로젝트 자료는 GitHub에서 확인할 수 있습니다. 저장소를 클론하고 코드를 수정하여 제공된 단계별 지침에 따라 GPS 기능이 탑재된 반려동물 추적기를 직접 제작할 수 있습니다.

 

DIY IoT 반려동물 추적 GitHub 저장소DIY IoT 반려동물 추적 파일 다운로드 (ZIP 파일)

 

자주 묻는 질문

⇥ 여러 개의 안전 구역을 설정할 수 있습니까?

예. 시스템은 적용 요구 사항에 따라 여러 개의 지오펜싱 영역을 모니터링하도록 프로그래밍할 수 있습니다.

 

⇥ 향후 개선 사항은 무엇인가요?

향후 개선 사항에는 모바일 앱 통합, 클라우드 연결, AI 기반 분석, 건강 모니터링 센서, 배터리 수명 연장 및 실시간 대시보드 시각화가 포함될 수 있습니다.

 

⇥ 기기가 안전 구역을 벗어나면 어떻게 되나요?

시스템이 경계 침범을 감지하면 등록된 연락처로 경고 메시지와 위치 정보를 자동으로 전송합니다.

 

⇥ 일반 디스플레이 대신 전자잉크 디스플레이를 사용하는 이유는 무엇일까요?

전자잉크 디스플레이는 전력 소모가 매우 적고 밝은 햇빛 아래에서도 잘 보이므로 휴대용 및 배터리 구동 애플리케이션에 이상적입니다.

 

⇥ 지오펜싱이란 무엇인가요?

지오펜싱은 특정 위치 주변에 생성되는 가상의 경계입니다. 추적 대상 객체가 이 영역에 들어가거나 나가면 시스템에서 자동으로 경고 및 알림을 생성합니다.

 

⇥ 사용자에게 알림은 어떻게 전송되나요?

알림은 GSM 모듈을 통해 SMS 메시지와 음성 통화를 사용하여 전송되므로 인터넷 연결 없이도 알림을 받을 수 있습니다.

 

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위 튜토리얼의 원문 링크는 다음 링크를 참고하시기 바랍니다.