dan kepresisian perubahan sudut pada objek dengan beban terberat yang telah terukur pada 15kg.
Kata Kunci: Pengembangan alat, VNA, RF, Pengukuran Rekonstruksi Citra Tomografi, Motor
Stepper.
PENDAHULUAN
Laboratorium Telekomunikasi Radio dan Gelombang Mikro merupakan tempat mahasiswa dalam melakukan kegiatan praktikum dan penelitian. Peralatan dan bahan merupakan bagian penting dalam melakukan kegiatan tersebut. Oleh karena itu, pengembangan peralatan perlu dilakukan untuk mempermudah dalam kegiatan, mempersingkat waktu pemakaian peralatan sekaligus untuk pemeliharaan peralatan itu sendiri. Salah satu kegiatan penelitian yang dilakukan adalah penelitian Rekonstruksi Citra Tomografi. Pada penelitian ini diperlukan peralatan seperti Vector Network Analyzer, rotator, kabel coaxial, antena, dan objek yang akan diukur. Faktor utama dalam penelitian ini adalah pada alat Vector Network Analyzer (VNA), sehingga pengembangan pada penelitian ini diutamakan pada waktu pemakaian alat dan kepresisian
dalam pengukuran. Alat Rotator menjadi bagian yang dikembangkan dalam proses pengukuran untuk mengambil data pada kegiatan penelitian Rekontruksi Citra Tomografi. Proses pengukuran pada kegiatan penelitian tersebut yaitu objek yang diukur disimpan dibagian rotator yang otomatis berputar dan bergerak pada setiap sudut yang ditentukan. Bagian antena terhubung dengan alat Vector Network Analyzer (VNA) untuk memancarkan dan menerima sinyal Radio Frequency (RF). Diantara kedua antena pemancar dan penerima disimpan objek yang akan diukur. Pengukuran antena diperlukan untuk mendapatkan parameter antena seperti pola radiasi, directivity, gain, polarisasi, bandwidth, return loss, VSWR, dan impedansi[1]. Pengembangan pada bagian alat rotator ini dilakukan karena pada kegiatan penelitian Rekontruksi Citra Tomografi ini
masih menggunakan rotator manual. Rotator otomatis yang terintegrasi dengan semua peralatan untuk kegiatan penelitian tersebut.
Perancangan sistem dan realisasi meliputi perangkat keras, perangkat lunak, dan konstruksi mekanik. Untuk mengurangi kerumitan sistem kontrol disederhanakan menggunakan mikrokontroler AVR sebagai MCU[2].
METODE
I. Deskripsi Sistem
Konfigurasi pengukuran kegiatan penelitian rekonstruksi citra tomografi ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Konfigurasi Pengukuran Rekontruksi Citra Tomografi [9]
Pengembangan alat untuk pengukuran Rekonstruksi Citra Tomografi ini secara keseluruhan terdiri dari mikrokontroler Arduino Nano ATMega 328 sebagai MCU, LCD Display dan knob potensiometer variabel sebagai user interface, motor stepper sebagai pengontrol sistem mekanik yang terdiri dari sistem penggerak motor dan turntable[2].
Diagram blok sistem ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Blok Diagram Sistem
Pengguna mengatur Knob Potensiometer untuk merubah besar sudut dan kecepatan mototor.
LCD Display menampilkan secara langsung
sesuai perubahan yang diatur. Sinyal pulsa dihasilkan dari MCU untuk menggerakkan Stepper Motor yang menggerakkan turntable.
Untuk mengontrol sudut objek yang akan diukur, MCU mengirimkan sinyal PWM dengan lebar pulsa tertentu untuk menentukan posisi sudut[3].
II. Desain Sistem Mekanikal dan Elektrikal
1. Desain Mechanical System
Pengembangan peralatan pada penelitian ini bagian utamanya adalah pada perancangan sistem mekanikal. Penyesuaian kebutuhan untuk kegiatan pengukuran Rekonstruksi Citra Tomografi sangat mempengaruhi pada bagian mekanikal yaitu pada pertimbangan jarak dan ketinggian antena.
Dengan memperhatikan pertimbangan dan skematik pengukuran, dihasilkan spesifikasi perancangan alat seperti pada Tabel.1.
Tabel. 1 Spesifikasi Perancangan Alat Hasil perancangan sistem mekanikal menggunakan aplikasi software sistem dapat dilihat pada Gambar.3.
Gambar 3. Desain Sistem Mekanikal Hasil desain pada Gambar 3. menampilkan objek, antena, motor, dan turntable sesuai dengan pertimbangan dan spesifikasi perancangan alat.
2. Desain Electrical System
A. Modul Main Controller Unit (MCU) Desain electrical system pada bagian Main Controller Unit menggunakan arduino nano
dengan mikrokontroller AVR ATMega 328.
Beberapa fitur yang berguna sebagai MCU, misalnya port I/O dasar untuk antarmuka dengan knob potensiometer, LCD Display, dan motor stepper [3][4]. Rangkaian Main Controller Unit (MCU) ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Model Rangkaian MCU Pin D4-D9 merupakan inputan dari tombol pengaturan, tombol mode, dan sensor proximity. Pin A0-A1 ke knob potensiometer sebagai referensi kecepatan dan step size. Pin A4-A5 ke LCD Display. Pin D2-D3 ke Microstep Driver motor stepper.
B. Modul Motor Stepper
Main Controller Unit menggerakkan motor stepper melalui Microstep Driver. Empat pin input Microstep Driver (Dir, Dir+5V, Pul, Pul+5V) terhubung ke pin (D2-D3) MCU.
Pada pin output Microstep Driver (B-, B+, A-A+) terhubung ke motor stepper. Rangkaian modul motor stepper ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Rangkaian Modul Motor Stepper
C. Modul Knob Potensiometer dan LCD Modul antarmuka pengguna menggunakan LCD 16x2 yang memiliki 16 kolom dan 2 baris spasi karakter dan dua knob
potensiometer. Rangkaian modul knob potensiometer dan LCD ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Rangkaian Modul Knob Potensiometer dan LCD
Pada modul antarmuka pengguna seperti pada Gambar 6, pin A4-A5 pada MCU terhubung dengan pin LCD Display. Pin A1 dan A0 pada MCU terhubung dengan dua knob potensiometer.
HASIL DAN PEMBAHASAN
I. Realisasi dan Karakterisasi Sistem A. Realisasi Sistem
Realisasi sistem mekanikal pada bagian rangka terbuat dari baja untuk menahan beban dari objek dengan roda caster dan stabilizer untuk memudahkan mobilisasi dan penempatan.
Pada bagian turntable terbuat dari bahan kayu sebagai tempat dudukan objek. Dudukan antena terbuat dari bahan pertinax dengan konektor SMA dipasangkan pada kedua dudukan antena tersebut. Sistem mekanikal yang direalisasikan ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Sistem Mekanikal yang direalisasikan Realisasi sistem elektrikal menggunakan casing terbuat dari bahan logam dan terhubung dengan kabel penghubung sepanjang 3 meter untuk mengontrol motor stepper nema 23.
Sistem elektrikal yang direalisasikan ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Sistem Elektrikal yang direalisasikan;
bagian dalam (kiri); bagian luar dan casing (kanan) B. Karakterisasi Sistem
Karakterisasi sistem dilakukan untuk mengetahui keakuratan alat pada sudut azimuth. Presentasi data eror dihasilkan dari data hasil pengukuran alat ukur sudut bevel protactor skala nonius 5 menit atau nilai sudut pada LCD display dengan data asli. Objek diberikan pada alat degan nilai beban 5kg, 10kg dan 15kg. Perhitungann data eror menggunakan persamaan dibawah ini.
!% = %1 − %2
%1 )100 Keterangan : Ɛ% = Persentasi Eror
D1 = Data Hasil D2 = Data Asli
Persentasi eror data hasil pengukuran alat yang direalisasikan pada perubahan sudut ditunjukkan pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Gambar 9. Persentasi Eror Data Hasil Pengukuran pada sudut per 10 derajat
Gambar 10. Persentasi Eror Data Hasil Pengukuran pada sudut per 5 derajat Hasil penelitian berdasarkan pada Gambar 9.
menunjukkan bahwa average data persentasi eror terbesar beban tertinggi yang diberikan yaitu pada beban 15 kg. Pada perubahan sudut 5 derajat dengan beban 15kg average persentasi eror sebesar 1,75%, sedangkan pada perubahan 10 derajat dengan beban 15kg sebesar 1,68%.
II. Implementasi
Pengujian implementasi dilakukan untuk mengetahui fungsi pada bagian radio frequency (RF) bekerja dengan baik. Penggunaan antena yang ditempatkan pada sistem mekanikal di bagian dudukan antenna yang sudah terpasang konektor SMA dan terhubung dengan kabel koaxial ke Vector Network Analyzer (VNA).
Implementasi ditunjukkan pada Gambar 11 dan Gambar 12.
Gambar 11. Implementasi dengan Radio Frequency
Gambar 12. Implementasi dengan (RF) di dalam Anechoic Chamber
Hasil pengujian implementasi didapatkan dengan sistem otomatis pada pengambilan data radio frequency (RF) dari alat VNA yaitu nilai S21 Log Magnitude. Perubahan sudut dalam satu putaran penuh (360 derajat) menghasilkan data yang ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13. Hasil data RF dari VNA dengan Antena pada Frekuensi 2GHz-6GHz KESIMPULAN
Pengembangan peralatan untuk pengukuran rekonstruksi citra tomografi pada kegiatan penelitian menggunakan mikrokontroller Arduino nano ATmega 328 telah berhasil didemontrasikan. Terbukti memberikan beberapa keuntungan seperti kemudahan dalam pengukuran, efisiensi waktu dalam pengukuran, dan keakuratan pada average data persentasi eror untuk beban 15kg kurang dari 2% dengan perubahan sudut 5 derajat dan 10 derajat. Implementasi dengan Radio Frequency (RF) dari alat Vector Network Analyzer sudah berfungsi dengan baik pada pengambilan data secara otomatis dengan nilai S21 Log Magnitude.
DAFTAR PUSTAKA
J. D. Kraus, R. J. Marhefka, Antennas for All Applications, 3rd edition, New York:
McGraw-Hill, 2002.
M. A. Wibisono and A. Munir, “ Low Cost Small Antenna Measurement Tool
Based on ATMega8535
Microcontroller,” International Conference on Electronic, Information and Communication (ICEIC), pp. 171-172, Jan-Feb. 2013.
D. V. Gadre, Programming and Customizing AVR Microcontrollers, New York:McGraw-Hill Companies Inc.,2001.
W. Weihong and X. Liegang, “Design and Implementation of a Control System using AVR Microcontroller,”
International Conference on Image analysis and Signal Processing, pp.
320-323, 2009.
I. A. Wibowo, M. Zarar, K. Al-Amin, and Fazliana,”Control Systems of Turntable and Antenna Positioning Device in an Open Area Test Site”, International Conference on Intelligent and Advnace Systems (ICIAS), pp. 1-4, 2010
G. C. Onwubolu, Mechatronics Principles and Application, Oxford : Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005
G. F. Masters S. F. Gregson,”Coordinate System Plotting for Antennas Measurement”, Antenna Measurement Tehcniques Assoctiation Conference, 2007.
Z. Yajun, C. Long, and F. Lingyan, A Design of Elevator Control System Model’, IEEE International Conference on Neural Networks & Signal Processing, pp. 535-538, 2008
N. A. Amri, F. Oktafiani, E. Y. Hamid, and A.
Munir,”Comparison of image recontruction on microwave tomography using filtered back projection,” in 27th International Conference on Telecommunications (ICT), Bali, Indonesia, Oct. 2020, pp.1-4.