iii
ABSTRAK
Telemetri sensor kompas dan accelerometer berperan penting untuk mengetahui nilai percepatan dan arah dari payload roket. Telemetri ini yang nantinya akan mengukur nilai percepatan dan arah gerak dari payload roket. Proses telemetri sensor kompas accelerometer ini menggunakan modul radio frekuensi dengan jangkauan sampai 800 meter. Modul radio ini menggunakan modulasi GFSK untuk memodulasi sinyal dipenerima maupun dipengirim dalam proses pengiriman datanya.
Proses telemetri sensor kompas dan accelerometer ini akan diolah diground segment untuk menghasilkan data yang dapat dianalisa. Telemetri ini berlangsung pada saat payload dalam keadaan ON sampai OFF, setelah data diterima oleh ground segment melalui modul radio frekuensi dihasilkan data yang dapat dianalisa yaitu proses telemetri sensor kompas 90% data berhasil diterima, sedangkan sensor accelerometer 90% data dikirim dengan baik dengan nilai percepatan kurang dari 1g. Pengiriman data membutuhkan 0.795 detik dalam satu kali pengiriman.
iv
ABSTRACT
Compass and accelerometer sensor telemetry is essential to know the value of acceleration and direction of the rocket payload. This telemetry which will measure the acceleration and direction of motion of the rocket payload. Compass sensor accelerometer telemetry process uses radio frequency modules with a range up to 800 meters. This radio module uses GFSK modulation to modulate the signal receiver and transmitter in the process of sending data.
The process compass and accelerometer sensor telemetry will be processed diground segment to generate data that can be analyzed. Telemetry payload takes place during the ON state to OFF after the data is received by the ground segment through a radio frequency module generated data can be analyzed is the compass sensor telemetry data has been received by 90%, whereas 90% of the accelerometer sensor data is sent properly to the value of acceleration less than 1g. Data transmission takes 0795 seconds in one shipment.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi telemetri dalam kehidupan manusia telah mengalami perkembangan, termasuk dalam bidang kedirgantaraan yaitu telemetri roket. Sistem telemetri roket ini digunakan untuk mengukur dan menganalisa data-data atau informasi dari jarak jauh yang dihasilkan payload roket pada saat proses peluncuran. Sistem telemetri ini sering digunakan pada program luar angkasa untuk mengukur, memantau keadaan luar angkasa.
Pengiriman informasi pada telemetri dapat dilakukan secara wireline maupun wireless. Teknik pengiriman informasi merupakan salah satu yang menentukan kehandalan sistem telemetri apalagi jika pengiriman informasi dilakukan secara wireless. Untuk itu pengolahan awal sinyal dan teknik modulasi yang dipilih akan sangat menentukan kehandalan sistem telemetri tersebut.
Proses telemetri sensor kompas dan accelerometer ini menggunakan modulasi GFSK. Teknik modulasi ini merupakan perkembangan dari modulasi FSK. Sinyal FSK yang melewati filter Gausian untuk menghasilkan sinyal yang memiliki error atau noise yang kecil pada saat proses pengiriman atau penerimaan data.
Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah “Sistem Telemetri Sensor
2 1.2 Maksud dan Tujuan
Ada pun maksud dari pembuatan tugas akhir ini adalah :
a. Mengukur percepatan, kemiringan, dan arah payload roket pada saat peluncuran hingga separasi.
b. Memanfaatkan komunikasi radio frekuensi dengan teknik modulasi GFSK sebagai pengirim data, yang pengukurannya dilakukan dari jarak jauh. c. Membangun software ground segment sebagai penerima data.
d. Sistem pengiriman secara half duplex pada komunikasi radio frekuensi Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah :
a. Merancang suatu sistem telemetri yang mampu mengukur nilai percepatan, kemiringan, arah payload roket pada suatu proses peluncuran secara real time.
b. Merancang ground segment yang mudah untuk menerima hasil telemetri oleh user dengan menggunakan Visual Basic 6.0.
c. Pengujian pada beberapa gangguan atau noise pada sistem telemetri. 1.3 Metode Penelitian
1.3.1 Metode literatur
a. Mempelajari tentang konsep dasar yang berhubungan dengan sensor dan aktuator, yang akan digabungkan dengan sebuah sistem pendukung pembuatan payload roket agar dapat berfungsi.
b. Mempelajari sistem telemetri untuk melakukan pengukuran jarak jauh, dalam hal ini yang diukur berupa data percepatan kemiringan, arah payload roket.
3 penerima dapat memancarkan sinyal yang akan diterima oleh ground segment.
d. Mempelajari software yang digunakan untuk menampilkan beberapa data yang dikirim dari payload, melalui komponen pengirim dan penerima yang akan diolah oleh software tersebut.
1.3.2 Metode Penelitian Laboratorium dan Lapangan
Melakukan uji coba dan analisa data pada laboratorium dan lapangan. 1.4 Batasan Masalah
Pada perancangan sistem telemetri sensor kompas dan sensor accelerometer pada payload roket, penulis membatasi permasalahan dari perancangan sistem telemetri, meliputi :
a. Pengukuran data sensor kompas dan accelerometer yang dapat diolah berupa data percepatan dan arah payload roket.
b. Mikrokontroler yang digunakan pada perancangan telemetri ini adalah Basic Stamp BS2SX.
c. Sensor-sensor yang digunakan pada perancangan telemetri ini adalah :
Sensor kompas HM55B dengan 2 derajat kebebasan
Sensor accelerometer MMA3201 dengan 2 derajat kebebasan
Sensor accelerometer MMA7260Q dengan 3 derajat kebebasan d. Sistem komunikasi radio yang dipakai adalah komunikasi half duplex
dengan menggunakan modul RF dengan modulasi GFSK, daya pancar 400–800 meter.
e. Pada software ground segment hanya dapat menampilkan data percepatan dan arah payload roket.
4 1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah dalam penyusunan laporan tugas akhir, agar lebih jelas dan sistematis, maka dilakukan pembagian dalam sistematika penulisan yang terdiri dari beberapa bab pembahasan dengan urutan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini mengemukakan latar belakang pemilihan judul, maksud, tujuan, perumusan masalah, metode penulisan, serta sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini menjelaskan tentang semua landasan teori yang berhubungan dengan tugas akhir yang dirancang, dimana landasan teori tersebut terdiri dari sistem telemetri, sensor accelerometer (percepatan) dan sensor kompas, serta sistem kendali otomatis dan manual, software serta teori-teori yang berkaitan dengan sistem telemetri yang mendukung.
BAB III PERANCANGAN SISTEM
Bab ini menjelaskan perancangan telemetri, komponen-komponen yang digunakan, perancangan hardware, perancangan software, pembuatan algoritma atau source code serta flow chart dari program yang dibuat.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini berisi hasil dan pembahasan yang ditekankan pada perumusan masalah, yaitu tentang pengujian lapangan, skala uji laboratorium, serta prinsip kerja dari ground segment.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Pengertian Sistem Telemetri
Telemetri adalah sebuah teknologi pengukuran dilakukan dari jarak jauh dan melaporkan informasi kepada perancang atau operator sistem. Kata telemetri berasal dari bahasa yunani yaitu tele artinya jarak jauh sedangkan metron artinya pengukuran. Secara istilah telemetri diartikan sebagai suatu bidang keteknikan yang memanfaatkan instrumen untuk mengukur panas, radiasi, kecepatan atau property lainnya dan mengirimkan data hasil pengukuran ke penerima yang letaknya jauh secara fisik, berada diluar dari jangkauan pengamat atau user.
Telemetri dalam keadaan bergerak berpengaruh pada saat pengukuran, pengukuran tersebut untuk mendapatkan nilai percepatan pada suatu benda bergerak. Telemetri bergerak sangat rentan terhadap noise. Noise yang sering terjadi adalah noise dari getaran, suhu, tekanan atmosfer, dan benda yang menjadi penghalang.
Bergeraknya suatu benda dapat terjadi pada beberapa kondisi. Pergerakan benda dapat diasumsikan pada sumbu x, y, dan z. Masing-masing sumbu mempunyai definisi, x adalah longitudinal axis, y adalah lateral axis, dan z adalah vertical axis. Tabel 2.1 di bawah mengukur hubungan axis dan arah pengukuran. Dalam hal ini, arah percepatan benda adalah pada sumbu x, jika membelok maka bergerak pada sumbu y, dan jika mengalami naik atau penurunan akan bergerak pada sumbu z.
6 Tabel 2.1 Arah Gaya Akselerasi dan Sumbu Koordinat
Axis Cartesian Rotation Arah Gaya Longitudinal X Roll Acceleration force
Lateral Y Pitch Concerning force
Vertikal Z Yaw Gravitational
2.2. Komunikasi Data
Komunikasi merupakan suatu kata yang dapat diartikan sebagai cara untuk menyampaikan atau menyebarluaskan data dan informasi, sedangkan informasi adalah berita, pikiran, pendapat dalam berbagai bentuk.
Komunikasi data adalah bagian dari komunikasi yang secara khusus berkenaan dengan transmisi atau pemindahan data dan informasi diantara komputer-komputer dan piranti-piranti yang lain dalam bentuk digital yang dikirim melalui media komunikasi data. Data berarti informasi yang disajikan oleh isyarat digital. Komunikasi data adalah bangunan vital dari suatu masyarakat informasi karena sistem ini menyediakan infrastrukstur yang memungkinkan komputer-komputer atau pranti-piranti dapat berkomunikasi satu sama lain. 2.2.1. Model Komunikasi Data
Tujuan utama dari komunikasi data adalah untuk menukar informasi antara dua perantara.
a. Data adalah sebuah gambaran dari kenyataan, konsep atau instruksi dalam bentuk formal yang sesuai untuk komunikasi, interpretasi atau proses oleh manusia atau oleh peralatan otomatis.
b. Informasi adalah pengertian yang diperuntukkan bagi data dengan persetujuan pemakai data tersebut.
7 menghasilkan informasi. Hal ini juga berarti bahwa data untuk satu orang akan muncul sebagai informasi untuk yang lain. Informasi ini terbentuk ketika data ditafsirkan.
Untuk menukarkan informasi diperlukan akses ke elemen data dan kemampuan untuk mentransmisikannya. Pada gambar 2.1 dijelaskan sebuah contoh komunikasi data sederhana.
Gambar 2.2 Diagram Blok Komunikasi Sederhana Pada gambar 2.2 terdapat beberapa komponen seperti :
a. Tranducer
Merupakan komponen yang bertugas mengirimkan informasi. Tugas dari komponen ini adalah membangkitkan data atau informasi dan menempatkannya pada media transmisi.
b. Proses
Berfungsi untuk mengubah informasi yang akan dikirim menjadi bentuk yang sesuai dengan media transmisi yang digunakan.
c. Media Transmisi
Merupakan jalur transmisi tunggal atau jaringan transmisi kompleks yang menghubungkan sistem sumber dengan sistem tujuan. Kadang media transmisi juga disebut sebagai pembawa data yang dikirim.
d. Proses
Berfungsi mengubah informasi yang telah diterima dari pengirim melalui media transmisi. Bagian ini sinyal dari pengirim diterima dari media transmisi. e. Tranducer
8 Media transmisi pada komunikasi data merupakan hal yang sangat penting mengingat data atau informasi yang dikirim harus mempunyai media untuk menyampaikan ke si penerima. Media transmisi data pada komunikasi data dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu:
a. Media terpadu (guided media)
Media kasat mata yang mentransmisikan sekaligus memandu gelombang untuk menuju pada tujuan.
b. Media tak terpadu (unguided media)
Berfungsi mentransmisikan data tetapi tidak bertugas sekaligus sebagai pemandu yang mengarahkan ke tujuan transmisi.
2.2.2 Gangguan Transmisi
Pada komunikasi apapun, sinyal yang diterima akan selalu berbeda dengan sinyal yang dikirim. Pada sinyal analog, hal ini beararti dihasilkan variasi pada modifikasi random yang berakibat pada penurunan kualitas sinyal, namun bagi pengiriman sinyal digital akan terdapat gangguan seperti bit error. Gangguan yang ada pada transmisi data yaitu :
a. Atenuasi dan distorsi atenuasi
Kekuatan sinyal berkurang bila jaraknya terlalu jauh melalui media transmisi. Pada sinyal analog karena atenuasi berubah-ubah sebagai fungsi frekuensi sinyal diterima menjadi penyimpangan sehingga mengurangi tingkat kejelasan.
b. Distorsi oleh penundaan
9 c. Noise/derau
Adalah sinyal-sinyal yang tidak diinginkan yang terselip atau terbangkitkan dari suatu tempat diantara transmisi dan penerima. Derau merupakan faktor utama yang membatasi kinerja sistem komunikasi.
2.3. Transmisi Analog dan Digital
Transmisi data dibagi menjadi dua, yaitu transmisi analog dan transmisi digital. Transmisi analog adalah upaya mentransmisikan sinyal analog tanpa memperhatikan muatannya. Sedangkan transmisi digital berhubungan dengan muatan sinyal. Sinyal-sinyalnya dapat mewakili data analog atau data digital.
a. Sinyal analog
Sinyal analog disebut juga dengan broadband, merupakan gelombang-gelombang elektronik yang bervariasi dan secara terus menerus ditransmisikan melalui beragam media tergantung frekuensinya, sinyal analog bisa dirubah ke sinyal digital dengan dimodulasi terlebih dahulu. Data analog merupakan data yang diimplikasikan melalui ukuran fisik serta memiliki nilai berulang secara terus menerus dalam beberapa interval. Biasanya data analog menempati spectrum frekuensi yang terbatas.
b. Sinyal digital
Sinyal digital juga disebut dengan baseband, merupakan sinyal untuk menampilkan data digital. Data digital merupakan data yang memiliki deretan nilai yang berbeda dan memiliki ciri tersendiri. Terdapat beberapa permasalahan pada data digital, bahwa data dalam bentuk karakter-karakter yang dapat dipahami manusia tidak dapat langsung ditransmisikan dengan mudah dalam sistem komunikasi. Data tersebut harus ditransmisikan dalam bentuk biner terlebih dahulu. Jadi data itu ditransmisikan dalam bentuk deretan bit.
Permasalahan umum sinyal digital dan sinyal analog adalah
10 c. Pengembalian kualitas sinyal dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan
amplifier untuk sinyal analog dan repeater untuk data digital.
d. Delay distortion terjadi ketika komponen frekuensi yang berbeda berjalan pada kecepatan yang berbeda.
e. Masalah yang mendasar adalah efek noise, akibat panas (thermal) dan interferensi.
2.4. Sistem Komunikasi Radio Untuk Transmisi Digital
Pada konsep ruang bebas dalam hambatan gelombang elektromagnetik berawal dari asumsi bahwa suatu link frekuensi radio propogasinya bebas dari segala gangguan. Sistem komunikasi radio gelombang pembawa dipropogasikan dari pemancar dengan menggunakan antena pengirim. Dibagian antena pemancar atau sebaliknya mengkonversi gelombang elektromagnetik menjadi sinyal dibagian penerima.
Sinyal analog yang mengandung informasi asli disebut dengan baseband signal. Bila sinyal baseband ini memiliki frekuensi yang lebih rendah, maka sinyal ini harus digeser ke frekuensi yang lebih tinggi untuk memperoleh transmisi efisien. Hal ini dilakukan dengan mengubah-ubah amplitudo, frekuensi atau fasa dari suatu sinyal pembawa yang berfrekuensi lebih tinggi yang disebut sinyal pembawa (carrier). Proses ini disebut modulasi, modulasi didefinisikan sebagai proses yang mana beberapa karakteristik dari pembawa diubah-ubah berdasarkan gelombang pemodulasinya. Pada sistem modulasi terdapat dua macam yaitu modulasi analog dan modulasi digital.
Teknik modulasi sinyal analog : a. Amplitudo Modulation (AM)
b. Frekuensi Modulation (FM)
c. Phase Modulation (PM)
11 2.5. Teknik Pengkodean
Teknik pengkodean merupakan hal yang sangat penting dalam komunikasi data karena pada proses inilah sinyal yang ada diubah kebentuk tertentu yang dimengerti peralatan tertentu. Sinyal yang paling banyak dikenal adalah sinyal audio yang berbentuk gelombang bunyi yang dapat didengar oleh manusia, sinyal ini biasa disebut speech. Sinyal yang dihasilkan speech memiliki komponen frekuensi antara 20 Hz sampai dengan 20 KHz.
Gambar 2.3 Proses Modulasi ke Bentuk Sinyal Digital
Untuk menjadikan sinyal digital, sumber g(t) disandikan terlebih dahulu menjadi sinyal digital x(t). data analog atau data digital akan melewati suatu alat yang disebut encoder yang digunakan untuk melakukan penyandian sehingga menghasilkan sinyal digital. Sinyal digital tersebut digunakan dalam kegiatan transmisi data. Sedangkan untuk menuju kepada penerima akan diubah kembali ke sinyal asli, baik analog maupun digital.
Gambar 2.4 Proses Modulasi ke Bentuk Sinyal Analog Macam – macam teknik pengkodean :
12 2.5.1. Data Digital dan Sinyal Digital
Data digital merupakan data yang memiliki deretan nilai yang berbeda dan memiliki ciri-ciri tersendiri. Salah satu contoh data digital adalah teks, bilangan bulat dan berbagai karakter lain. Tetapi permasalahannya adalah bahwa data dalam bentuk karakter yang dapat dipahami manusia tersebut tidak dapat langsung ditransmisikan dengan mudah dalam system komunikasi. Data terlebih dahulu harus diubah kedalam bentuk biner. Jadi suatu data digital akan ditransmisikan dalam deretan bit. Sedangkan sinyal digital merupakan sinyal untuk menampilkan data digital. Salah satu contohnya adalah rangkaian voltase pulsa yang berbeda dan tidak terjadi secara terus-menerus yang dapat memberikan sinyal digital melalui transmitter digital.
Gambar 2.5 Format Penyandian Sinyal Digital
Istilah-istilah yang berhubungan erat dengan data digital dan sinyal digital adalah sebagai berikut:
13 2. Durasi atau lebar suatu bit waktu yang diperlukan suatu transmitter untuk
memancarkan bit tersebut.
3. Modulation rate adalah dimana kecepatan level sinyal berubah, dinyatakan dalam bauds atau elemen sinyal per detik.
4. Mark dan space menyatakan digit biner “1” dan “0”.
2.5.2. Data Digital dan Sinyal Analog
Contoh umum transmisi data digital dengan menggunakan sinyal analog adalah Public Telephone Network. Perangkat yang dipakai adalah modem (modulator-demodulator) yang mengubah data digital ke sinyal analog (modulator) dan sebaliknya mengubah sinyal analog menjadi data digital (demodulator).
Tiga teknik dasar penyandian atau modulasi untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog :
1. Amplitudo Shift Keying (ASK)
Amplitude Shift Keying (ASK) merupakan modulasi yang menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan (misalnya 1 Volt) dan sinyal digital 0 sebagai suatu nilai tegangan 0 volt. ASK tidak diterapkan secara luas untuk mengkonversi data biner pada PSTN, karena mudah terpengaruh oleh redaman, derau dan distorsi. ASK umumnya digunakan untuk mentransmisikan sinyal digital pada serat optik,
2. Frequency Shift Keying (FSK)
Frequency shift keying (FSK) merupakan sistem modulasi digital yang relatif sederhana, dengan mengubah pulsa-pulsa biner menjadi gelombang harmonis sinusoidal. Pada sebuah modulator FSK center dari frekuensi carrier tergeser oleh masukan data biner, maka keluaran pada modulator FSK adalah sebuah fungsi step pada domain frekuensi. Sesuai perubahan sinyal masukan biner
dari suatu logika “0” kelogika “1” dan sebaliknya, dalam metode FSK angka tersebut kemudian dipresentasikan ke dalam bentuk frekuensi dan keluaran FSK bergeser diantara dua frekuensi tersebut, yaitu mark frequency atau logika “1” dan
space frequency atau logika “0”. Terdapat perubahan frekuensi output setiap
14 perubahan input pada modulator disebut bit rate sehingga pada modulasi FSK bit rate sama dengan baud rate.
3. Phase Shift Keying (PSK)
Phase Shift Keying (PSK) merupakan modulasi yang menyatakan pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran phasa. Biner 0 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fase yang sama terhadap sinyal yang dikirim sebelumnya dan biner 1 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fase berlawanan dengan sinyal yang dikirim sebelumnya. Bila elemen pensinyalan mewakili lebih dari satu bit maka band with yang dipakai lebih efisien.
4. GFSK (Gausian Frequency Shift keying)
Pada teknik modulasi GFSK, sebelum sinyal baseband masuk ke modulator FSK, sinyal akan melewati sebuah pulse-shape filter yang disebut Gaussian Filter untuk membuat denyut sinyal menjadi lebih halus sehingga membatasi lebar spektrumnya[19]. Pulse-shape filter digunakan untuk memenuhi persyaratan dalam sistem komunikasi nirkabel yang salah satunya adalah untuk menghasilkan bandlimited channel.
Gambar 2.6 Sinyal Frekuensi FSK dan GFSK 2.5.3. Data Analog dan Sinyal Digital
Proses transformasi data analog ke sinyal digital dikenal sebagai digitalisasi. Tiga hal yang paling umum terjadi setelah proses digitalisasi.
15 2. Data digital dapat disandaikan sebagai sinyal digital memakai kode selain
NRZ-L. dengan demikian diperlukan tahap tambahan.
3. Data digital dapat diubah menjadi sinyal analog menggunakan salah satu teknik modulasi.
Codec (coder-decoder) adalah perangkat yang digunakan untuk mengubah data analog menjadi data digital untuk transmisi dan kemudian mendapatkan kembali data analog asal dari data digital tersebut.
2.5.4. Data Analog dan Sinyal Analog
Berdasarkan teknik modulasinya data analog dibedakan sebagai berikut: a. Amplitude Modulation
Amplitude Modulation (AM) Merupakan proses modulasi yang mengubah amplitudo sinyal pembawa sesuai dengan sinyal pemodulasi atau sinyal informasinya. Sehingga dalam modulasi Amplitude Modulation (AM), frekuensi dan fasa yang dimiliki sinyal pembawa tetap, tetapi amplitudo sinyal pembawa berubah sesuai dengan informasi.
b. Frequency Modulation
Frequency Modulation (FM) merupakan suatu proses modulasi dengan cara mengubah frekuensi gelombang pembawa sinusoidal, yaitu dengan cara menyisipkan sinyal informasi pada gelombang pembawa tersebut. Sinyal informasi ditumpangkan ke sinyal carrier atau sinyal pembawa.
c. Phase Modulation
16
Amplitude Modulation
Phase Modulation
Frequency Modulation
Gambar 2.7 Modulasi Sinyal Analog 2.6. Teknik Komunikasi Data Digital
Sinkronisasi merupakan salah satu tugas utama dari komunikasi data. Transmitter mengirimkan pesan 1 bit pada satu saat melalui medium ke receiver. Receiver harus mengenal awal dan akhir dari blok-blok bit dan harus mengetahui durasi dari tiap bit sehingga dapat mensample line tersebut dengan timming yang tepat untuk membaca tiap bit.
2.6.1. Transmisi Asinkron
17
Sender Receiver
11111011 0
1
11111011 0
1 1 00010111 0
01101 0 111
Arah Aliran Data
Data
Stop bit Start bit
Gap antara unit data
ataupun beberapa karakter kemudian berhenti untuk waktu tidak tentu lalu mengirimkan sisina
Gambar 2.8 Transmisi Asinkron 2.6.2. Transmisi Sinkron
Pada transmisi data sinkron sejumlah blok data dikirimkan secara kontinyu tanpa bit awal atau bit akhir. Detak pada penerima dioperasikan secara continue dan dikunci agar sesuai dengan detak pada pengirim. Untuk mendapatkan keadaan yang sesuai, informasi pendetakan harus dikirimkan lewat jalur bersama-sama dengan data dengan memanfaatkan metode penyadian tertentu sehingga informasi pendetakan dapat diikut sertakan atau dengan menggunakan modem yang menyandikan informasi pendetakan selama proses modulasi. Data secara kontinyu akan dikirimkan terus menerus tanpa adanya pembatas (gap). Interval waktu antara bit terakhir dari suatu karakter dengan bit pertama dari karakter berikutnya adalah nol atau kelipatan bulat dari periode waktu yang diperlukan untuk mengirimkan sebuah karakter.
2.6.3. Transmisi Isokron
18 atau lebih karakter. Pada asinkron bit data dari karakter dikirimkan bebas dari timing dari karakter lainnya, sedangkan pada sinkron pengirim dan penerima disinkronisasi lalu data yang terdiri dari beberapa ribu bit dikirimkan. Isokron menggunakan bit awal dan bit akhir selain sinkronisasi dari peralatan pengirim dan penerima.
Arah transmisi dari dua piranti yang berkomunikasi dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu :
1. Simplex
Menyatakan komunikasi antara dua piranti hanya bisa dilakukan satu arah saja.
2. Half Duplex
Menyatakan komunikasi antara dua piranti hanya bisa dilakukan dua arah namun tidak secara serentak tetapi bergantian. Bila satu piranti sedang mengirim yang lain hanya menerima.
3. Full Duplex
Menyatakan komunikasi antara dua piranti hanya bisa dilakukan dua arah dan bisa serentak (bersamaan).
19 2.6.4 Format Data
Format pengiriman data yang dikirim ke ground segment sebesar 16 byte, dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Format Pengiriman Data
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 Byte 6 Byte 7 Byte 8
0DH AXIS X 20H AXIS Y
2.7 Perangkat Lunak
2.7.1. BASIC Stamp Editor v2.2
Basic Stamp Editor v2.2 adalah program basic kompiler berbasis windows untuk mikrokontroler keluarga Basic Stamp, bahasa yang digunakan adalah bahasa basic atau bahasa tingkat tinggi yang mudah dimengerti oleh programmer. Basic Stamp Editor v2.2 tidak memerlukan downloader lain untuk memasukkan program yang telah dibuat kedalam mikrokontroler, karena setelah program selesai di compile maka langsung dapat dimasukkan kedalam mikrokontroler melalui port serial. Ketika Basic Stamp Editor dijalankan maka akan muncul jendela sebagai berikut :
Byte 9 Byte 10 Byte 11 Byte
12 Byte 13 Byte 14
Byte
15 Byte 16
20 Gambar 2.10 Tampilan Jendela Program Basic Stamp Editor v2.2 Program Basic Stamp Editor v2.2 dilengkapi juga dengan sebuah terminal untuk melihat data komunikasi serial dari perangkat luar. Semua data yang dikirim dari mikrokontroler ke perangkat luar atau dari perangkat luar ke mikrokontroler dapat dilihat langsung dalam terminal ini.
Gambar 2.11 Terminal Basic Stamp Editor v2.2 2.7.2 Visual Basic
21 Dalam lingkungan Window's User-interface sangat memegang peranan penting, karena dalam pemakaian aplikasi yang dibuat, user senantiasa berinteraksi dengan User-interface tanpa menyadari bahwa dibelakangnya berjalan instruksi-instruksi program yang mendukung tampilan dan proses yang dilakukan.
Pada pemrograman Visual, pengembangan aplikasi dimulai dengan pembentukkan user interface, kemudian mengatur property dari objek-objek yang digunakan dalam user interface, dan baru dilakukan penulisan kode program untuk menangani kejadian-kejadian (event).
Program visual basic yang dibuat berfungsi sebagai ground segment, dimana ground segment ini berfungsi untuk menampung semua data yang dikirimkan dari payload, selain itu ground segment ini juga berfungsi sebagai pengendali arah gerak payload, dimana payload dapat diarahkan sesuai dengan kehendak user.
Gambar 2.12 Jendela Pengaktifan Program Visual Basic
Jendela ini akan muncul saat pertama kali membuka program visual basic,
pilih Standard EXE klik tombol “Open” maka akan muncul jendela utama seperti
22 Gambar 2.13 Tampilan Jendela Visual Basic
Pada bagian jendela ini kita dapat membuat sebuah project atau membuat sebuah aplikasi sesuai dengan kebutuhan.
2.8 Perangkat Keras
2.8.1 Mikrokontroler Basic Stamp BS2SX
Mikrokontroler merupakan sebuah IC yang berfungsi sebagai pengendali perangkat–perangkat lain yang terhubung dengan Mikrokontroler tersebut. Pada perancangan ini Mikrokontroler berfungsi sebagai pengendali arah gerak payload secara manual maupun otomatis. Pada perancangan ini digunakan sebuah modul BS2SX yang telah banyak tersedia dipasaran. Alasan pemilihan Mikrokontroler BS2X :
1. Mikrokontroler BS2SX interpreter chip (PBASIC2SX-28/SS)
2. 8 x 2Kbyte EEPROM yang mampu menampung hingga 4.000 instruksi 3. Kecepatan processor 50MHz turbo dengan kecepatan eksekusi
program hingga 10.000 instruksi per detik.
4. RAM sebesar 32 byte (6 I/O,26 variabel) dengan Scratch Pad sebesar 64 byte.
5. Jalur I/O sebanyak 16 pin dengan kemampuan supply arus sebesar 30 mA per pin dan 60 mA per 8 pin.
23 Gambar 2.14 Modul BS2SX
Berikut ini adalah alokasi pin yang terdapat pada mikrokontroler BS2SX.
Gambar 2.15 Konfigurasi Pin BS2SX 2.8.2 Modul Telemetri
Modul telemetri yang digunakan menggunakan frekuensi radio. Telemetri tersebut menggunakan dua buah modul radio yaitu HuaWei YS-1020UB. dalam rangkaian sistem modul radio ini terdapat modulator GFSK. Modulator GFSK ini merupakan pengembangan dari modulator FSK. sebagai perangkat mengubah data digital menjadi sinyal analog. Modul radio ini dapat bekerja secara half duplex.
24 Gambar 2.16 Modul RF Huawei YS-1020U
Dibawah ini merupakan tabel konfigurasi pin pada modul radio YS-1020UB. Dalam mengaplikasikan modul radio ini hanya 4 pin saja yang dipergunakan yaitu pin 1-4.
Tabel 2.3 Konfigurasi Pin Radio YS-1020UB
Tabel 2.4 setting Channel Pada Modul Radio
Pin Nama Pin Fungsi Level
1 GND Ground
2 VCC Tegangan input +3,3 - 5,5V
3 RXD/TTL Input serial data TTL
4 TXD/TTL Output serial data TTL
5 DGND Digital grounding
6 A(TXD) A of RS-485 or TXD of RS-232 7 B(RXD) B of RS-485 or RXD of RS-232
8 SLEEP Sleep control (input) TTL
9 RESET Reset (input) TTL
25 2.8.3 Sensor Accelerometer
Accelerometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur percepatan, kemiringan, mendeteksi dan mengukur getaran (vibrasi), dan mengukur percepatan akibat gravitasi (inklinasi). Sensor accelerometer mengukur percepatan akibat gerakan benda yang melekat padanya. Accelerometer dapat digunakan untuk mengukur getaran pada mobil, mesin, bangunan, dan instalasi pengamanan.
Accelerometer dapat mengukur percepatan dynamic dan static. Pengukuran percepatan dynamic adalah pengukuran percepatan pada obyek bergerak, sedangkan percepatan static adalah pengukuran percepatan terhadap gravitasi bumi.
Gambar 2.17 Metode Pengukuran Sudut Kemiringan Dari Gambar 2.15 tersebut Gn dapat ditentukan dengan persamaan:
……….. (2.1)
dimana:
Gn : Gravitasi Resultan G : Gravitasi Bumi
Sinθ : Sudut Kemiringan
Sedangkan untuk menentukan sudut kemiringan (tilt) dapat dicari menggunakan persamaan:
26 dimana:
Vout : Tegangan output accelerometer. Voff : Tegangan offset pada saat 0g.
: Sensitivity. 1g : Gravitasi bumi.
Sinθ : Sudut kemiringan.
Persamaan 2.2 dapat diturunkan lagi menjadi persamaan 2.3 untuk mencari sudut kemiringan (tilt).
………... (2.3)
Vout adalah tegangan keluaran yang terukur oleh accelerometer, Voff adalah tegangan offset pada saat 0g, adalah sensitivitas sensor. Semua parameter tersebut diketahui semuanya sehingga sudut kemiringan (tilt) dapat ditentukan. Sensor accelerometer juga dapat diaplikasikan pada pengukuran aktifitas gempa bumi dan peralatan-peralatan elektronik, seperti permainan 3 dimensi, mouse komputer, dan telepon. Untuk aplikasi yang lebih lanjut, sensor ini banyak digunakan untuk keperluan navigasi.
Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu. Bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan (acceleration). Jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya, disebut deceleration.
27 2.8.4 Filtering Moving Average
Dalam pengolahan data percepatan maupun kompas diperlukan suatu persamaan yang dapat memperkecil noise yang terjadi pada saat data dianalisa yang diterima di ground segment. Filtering yang dipakai yaitu dengan metode Moving Average. Berikut Filtering Moving Average.
∑
Keterangan :
Yt = rata-rata data
k = data Y(k-n) = data ke – n
n = jumlah data n
Data yang diterima dari proses telemetri akan diolah dengan menjumlahkan data sebanyak (Y(k-n)) tiga buah data setelah itu dibagi dengan
banyak jumlah data (n) yang dirata-ratakan. Hasil dari Filtering Moving Average ini akan menghasilkan data yang memiliki noise kecil. Filtering Moving Average ini sangat mudah digunakan.
2.8.5 Sensor MMA3201
Sebuah sensor yang digunakan untuk mengukur percepatan gerak dari payload, ketika payload mulai diluncurkan sampai payload tersebut sampai di home kembali, sensor ini memiliki ketahanan terhadap gaya gravitasi sebesar 40 g pada axis X dan Y, dengan ketahanan terhadap temperatur antara -40 sampai
125˚C.
28 Gambar 2.18 Accelerometer MMA3201
Berikut ini deksripsi pin Accelerometer MMA3201, sensor ini memiliki 20 pin. Pin yang dipergunakan yaitu pin 5 – 11 dan 20.
Table 2.5 Deskripsi Pin Accelerometer MMA3201
2.8.6 Sensor Accelerometer MMA7260Q
Pada tugas akhir ini digunakan sensor accelerometer MMA7260Q dengan tiga sumbu pengukuran, yaitu terhadap sumbu x, y, dan z. Sensor accelerometer ini digunakan untuk mengukur percepatan benda dalam satuan gravitasi (g). Sensor ini dapat mengukur percepatan dari -1,5 g sampai 6 g. Sensor accelerometer MMA7260Q dengan rangkaian pendukung yang terintegrasi dapat dilihat pada Gambar 2.17.
Pin Nama pin Fungsi
1-3 - -
4 - -
5 ST Logic input
6 Xout Output voltage, X direction. 7 Status Logic output pin indicate fault
8 Vss Power supply ground
9 Vdd Power supply input
10 AVdd Power supply input(analog)
11 Yout Output voltage. Y direction
12-16 - -
17-19 - -
29 Gambar 2.19 Modul Sensor Accelerometer MMA7260Q
Pada sensor accelerometer MMA7260Q ini memiliki fasilitas g-select yang memungkinkan sensor bekerja pada tingkat sensitivitas yang berbeda-beda. Penguatan internal pada sensor akan berubah sesuai dengan tingkat sensitivitas yang dipilih, yaitu 1,5 g, 2 g, 4 g, atau 6 g. Pemilihan tingkat sensitivitas ini dilakukan dengan memberikan input logika pada pin g-select1 dan gselect2. Diskripsi pemilihan tingkat sensitivitas pada sensor accelerometer MMA7260Q dapat diamati pada Tabel 2.4.
Tabel 2.6 Sensitivitas Sensor Accelerometer MMA7260Q g- select 1 g- select 2 g- Range Sensitivity
0 0 1,5 g 800 mV/g
0 1 2 g 600 mV/g
1 0 4 g 300 mV/g
1 1 6 g 200 mV/g
2.8.7 Sensor Kompas
Sensor kompas digunakan sebagai penunjuk arah dari gerak payload, sensor yang digunakan adalah sensor kompas digital HM55B. Sensor ini memiliki keluaran digital sebanyak 2 axis yaitu X dan Y, data yang dihasilkan dari kedua axis diolah dalam mikrokontroler kemudian digunakan sebagai acuan gerak payload.
30 Gambar 2.20 Konfigurasi Sensor Kompas HM55B
Berikut ini adalah deskripsi pin sensor kompas HM55B, memiliki 6 pin serta semua pin dipergunakan.
Table 2.7 Deskripsi Pin Sensor Kompas HM55B
Pin Nama pin Fungsi
1 Din Serial data input
2 Dout Serial data output
3 GND Ground
4 CLK Syncrounus clock input
5 /EN Active-low device enable
6 Vcc +5 V power input
2.8.8 Modul ADC
ADC (Analog to Digital Converter) digunakan untuk mengubah keluaran sensor yang masih berupa analog menjadi besaran digital. ADC yang digunakan adalah ADC 0833, ADC ini merupakan sebuah ADC serial yang datanya langsung dapat diterima mikrokontroler pada satu pin saja. ADC ini memiliki resolusi sampai dengan 8 bit dengan 4 chanel analog multiplexer, dapat bekerja dengan sumber tegangan sebesar 0-5VDC. Berikut gambar dari ADC 0833.
31 2.8.9 Catu Daya
Catu daya yang digunakan adalah baterai LiPo sebanyak 1 buah. baterai ini memiliki arus yang cukup besar dan dayanya cukup untuk menghidupkan mikrokontroler dan komponen lain yang digunakan. Baterai ini memiliki daya sebesar 11,1V dan arus sebesar 2200mA. Berikut ini gambar dari baterai yang digunakan.
Gambar 2.22 Baterai LIPO (Lithium Polimer) 2.8.10 Port Serial/RS-232
Protokol standar yang mengatur komunikasi melalui serial port disebut RS-232 yang dikembangkan oleh EIA (Elektronic Industries Association). Interfacing RS-232 menggunakan komunikasi asyncrounous dimana sinyal clock tidak dikirimkan bersamaan dengan data. Setiap word data disinkronkan menggunakan sebuah start bit dan sebuah stop bit. Jadi, sebuah frame terdiri dari sebuah start bit, diikuti bit-bit data dan diakhiri dengan stop bit. Jumlah bit data yang digunakan dalam komunikasi serial adalah 8 bit. Encoding yang digunakan dalam komunikasi serial adalah NRZ (Non-Return-to-Zero), dimana bit 1 dikirim sebagai high value dan bit 0 dikirimkan sebagai low value.
32
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan Sistem
Dalam tugas akhir ini, dibangun sistem telemetri sensor kompas dan sensor accelerometer pada payload roket. Dibawah ini merupakan diagram blok sistem yang akan dirancang.
payload
Komunikasi Radio
Mikrokontroller BS2SX
Sensor Kompas ADC 0833 Sensor
Accelerometer
ESC
Motor Kiri Motor Kanan
Ground Segment
Komunikasi Radio
RS232
PC
33 Sistem telemetri payload bekerja jika ada perintah dari ground segment untuk mengaktifkan sistem payload melalui modul komunikasi radio. Sistem pada payload menerima perintah untuk mengaktifkan sistem, mikrokontroler yang sudah diprogram untuk menerima data dari sensor kompas dan sensor accelerometer, kemudian data diolah oleh mikrokontroler dari data analog menjadi data digital. Data dari sensor accelerometer harus diubah dari analog menjadi digital dengan bantuan ADC. Setelah data diolah, data tersebut dikirim oleh mikrokontroler ke ESC (Electronic Speed Control) untuk menggerakkan motor brushless agar payload berada pada posisi stabil, kemudian data dikirimkan ke ground segment melalui modul radio dan data dapat di analisa untuk mengukur performance atau percepatan payload roket secara real time.
Tabel 3.1 Deskripsi Blok Diagram Sistem Payload
No Blok Keterangan
1 Komunikasi radio
Blok komunikasi yang menghubungkan seluruh sistem pada payload dan ground segment
2 Mikrokontroler BS2SX
Mengatur seluruh kerja blok sistem pada payload
3 Sensor Kompas Mencari sudut arah mata angin, 0º dari utara 4 Sensor
Accelerometer Mengukur besaran percepatan payload 5 ADC Mengubah besaran analog menjadi besaran
digital
6 ESC Elektronik Speed Control, mengatur kecepatan putaran motor
7 RS 232 Sebagai pengubah logika TTL antar Hardware dan PC
8 PC Sebagai interface dari Hardware 9 Motor Kanan Mendorong payload kearah kanan 10 Motor Kiri Mendorong payload kearah kiri
34 3.2 Perancangan Hardware
Pada perancangan Hardware terdiri dari pemilihan komponen mikrokontroler, sensor-sensor, perancangan desain payload , aktuator dan catu daya serta komponen komunikasi radio.
3.2.1Rangkaian Motherboard Sensor dan Modul BS2SX
Mikrokontroler yang digunakan adalah sebuah modul BS2SX. Mikrokontroler ini memiliki jumlah pin yang banyak yaitu 20 pin. Kemudahan dalam pemrograman khususnya sebagai pengendali aktuator yang digunakan, berikut gambar dari BS2SX yang digunakan.
Gambar 3.2 Modul BS2SX
Untuk mempermudah koneksi antara sensor dengan pin-pin pada modul BS2SX maka dibuatlah sebuah PCB untuk meletakkan semua sensor yang langsung dapat terkoneksi dengan modul BS2SX. Berikut gambar rangkaian sensor-sensor.
35 Tabel 3.2 Pin-pin yang digunakan Pada BS2SX
Pin Keterangan
Proses komunikasi antara mikrokontroler yang berada didalam payload dengan ground segment menggunakan modul radio YS1020UB. Dalam perancangan ini pin-pin pada basic stamp harus terhubung dengan pin pada modul radio. Pada modul radio pin yang terpakai hanya terdiri dari GND, Vcc, RXD/TTL dan TXD/TTL.
Dalam komunikasi ini harus melakukan penyesuaian baudrate pada basic stamp dengan modul radio yang digunakan, agar proses komunikasi berjalan dengan baik. Dibawah ini dapat dilihat tabel 3.3 penggunaan baudrate pada Basic Stamp.
Tabel 3.3 Baudrate pada Basic Stamp
36 Pin RX pada radio digunakan sebagai pin untuk mengirimkan data dengan perintah dari Basic Stamp yaitu Serout, Pin, Boudrate, [data yang dikirimkan], sedangkan untuk membaca data yang diterima maka pin TX (Pengirim) pada modul radio disambungkan dengan pin Basic Stamp dengan menggunakan perintah Serin, Pin, baudrate, variable penyimpanan data.
3.2.3 Rangkaian Sensor Kompas
Sensor kompas bekerja pada tegangan input sebesar 5 V, pin data input dan data output disatukan untuk jalur data keluaranya, keluarannya berupa data digital. diperlukan juga sebuah data clock untuk mengambil data dari sensor kompas karena datanya bersifat serial. Dibawah ini gambar rangkaian sensor kompas.
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Kompas HM55b 3.2.4 Rangkaian Sensor Percepatan MMA3201
37 Gambar 3.5 Rangkaian Accelerometer MMA3201
3.2.5 Rangkaian MMA7260Q
Sensor accelerometer ini beroperasi pada tegangan 2,2–3,6 volt dengan tegangan tipikal 3,3 volt (Vdd). Keluaran sensor accelerometer berupa tegangan analog yang merepresentasikan data percepatan dalam satuan gravitasi (g). Pengesetan dilakukan dengan memberikan input logika 0 pada pin 1 dan pin 2 pada pin g-select1 dan g-select2.
38 3.2.6 Rangkaian Catu Daya
Catu daya merupakan faktor yang penting dalam perancangan sistem telemetri ini, karena tanpa adanya sebuah catu daya maka sistem ini tidak akan mampu untuk bekerja. Catu daya ini berfungsi untuk mengaktifkan mikrokontroler, semua sensor yang digunakan, aktuator serta radio komunikasinya.
Catu daya pada aktuator menggunakan sumber tegangan sebesar 11,1V dc dan 5V dc sedangkan pada mikrokontoler dan sensor membutuhkan sumber sebesar 5 V dc. Pada mikrokontroler telah tersedia regulator 5 V sebagai penurun tegangan sedangkan pada aktuator tidak diperlukan sebuah rangkaian penurun tegangan.
Gambar 3.7 Rangkaian Catu Daya 5 volt 3.2.7 Desain Payload Menggunakan Anti Noise
39 Gambar 3.8 Desain Awal Payload
Tabel 3.4 Deskripsi Gambar Desain Payload
No Keterangan
1 Mikrokontroler dan ADC
2 Sensor Accelerometer dan Kompas 3 Servo
4 Motor Brushless dan propeller 5 Antena radio dan Baterai Li-Po 6 Regulator
3 1
2
4 5
40
Perancangan software merupakan hal yang penting dalam perancangan sistem kendali pada payload . Pada bagian perancangan ini yang nantinya akan dijadikan sebagai algoritma kendali dari keseluruhan sistem kerja pada payload . Algoritma tersebut dituliskan pada sebuah Basic Stamp Editor v 2.2 dengan bahasa basic kemudian disimpan pada sebuah IC BS2SX, maka secara otomatis BS2SX akan mengerjakan seluruh program.
3.3.1 Algoritma Dasar
Algoritma dasar merupakan algoritma yang mendasari algoritma pada sistem payload. Algoritma dasar ini yang nantinya akan dikembangkan menjadi algoritma yang lebih komplek dan lebih spesifik lagi. Berikut ini merupakan diagram alir sederhana dari sistem payload yang dirancang.
41 Gambar 3.10 Diagram Alir Algoritma Selfrun dan Telemetri
42
43 Table 3.5 Deskripsi Alur Kerja Sistem Payload
No Keterangan
1 Mulai Program dijalankan
2 Rutin standby, mikrokontroler tidak mengerjakan apapun
2.1 Jika data = ‘1’ maka lompat ke rutin telemetri jika tidak lanjut ke ’2.2’ 2.2 Jika data = ‘2’ maka lompat ke rutin self run jika tidak balik ke mulai ‘1’ 3 Rutin telemetri
3.1 Jika data = ‘2’ maka lompat ke rutin self run, jika tidak lanjut ke ‘3.2’ 3.2 Jika data = ‘3’ maka lompat ke rutin standby, jika tidak lanjut ke ‘3.3’ 3.3 Jika data = ‘4’ maka lompat ke rutin telemetri dan self run, jika tidak
kembali ke rutin telemetri 4 Self run
4.1 Jika data = ‘1’ maka lompat ke rutin telemetri, jika tidak lanjut ke ‘4.2’ 4.2 Jika data = ‘3’ maka lompat ke awal, jika tidak lanjut ke ‘4.3’
4.3 Jika data = ‘4’ maka lompat ke rutin telemetri dan self run (4.4), jika tidak lanjut ke ‘4.5’
4.4 Telemetri dan self run
4.5 Jika data = ‘5’ maka lompat ke prosedur maju (4.6), jika tidak lanjut ke ‘4.7’
4.6 Prosedur maju
4.7 Jika data = ’6’ maka lompat ke prosedur kanan (4.8), jika tidak lanjut ke ‘4.9’
4.8 Prosedur kanan
4.9 Jika data = ‘7’ maka lompat ke prosedur kiri (4.10), jika tidak lanjut ke 4 4.10 Prosedur kiri
5 Telemetri dan self run
5.1 Jika data = ‘1’ maka lompat ke rutin telemetri (5.2), jika tidak lanjut ke 5.3
5.2 Telemetri
5.3 Jika data = ‘3’ maka lompat ke rutin standby (5.4), jika tidak lanjut ke 5.5
5.4 Standby
5.5 Jika data = ‘2’ maka lompat ke rutin self run (5.6), jika tidak lanjut ke 5.7
5.6 Selfrun
44 inisialisasi
Mulai
Prosedur data kompas
Angel = x ATN -y Angel = angel */360
A = 0
SEROUT
RETURN
3.3.2 Prosedur Sensor Kompas HM55B
Algoritma prosedur sensor kompas digunakan dalam memprogram mikrokontroler. Prosedur ini akan di masukkan kedalam pembuatan program sehingga sensor kompas yang dipergunakan berjalan sesuai dengan keluaran yang dihasilkan. Dibawah ini Algoritma prosedur kompas yang dibuat penulis.
Gambar 3.12 Diagram Alir Prosedur Sensor Kompas
mulai
SHIFTOUT %0000
SHIFTOUT %1000
Status = 0
SHIFTOUT %1100
SHIFTIN Status
Status = %1100 false
SHIFTIN [X/11,Y/11] true
RETURN
true false
45 3.3.3 Prosedur Sensor Accelerometer MMA3201
Algoritma prosedur sensor accelerometer digunakan dalam memprogram mikrokontroler untuk mengetahui nilai percepatan payload roket. Dengan adanya prosedur ini, menghasilkan nilai percepatan yag sesuai dengan perolehan data yang nantinya akan dianalisa. Dibawah ini adalah prosedur sensor accelerometer.
Gambar 3.13 Diagram Alir Prosedur Sensor Accelerometer 3.3.4 Perancangan Pada Komputer
Perancangan pada komputer merupakan pembuatan program antarmuka (interface) dengan menggunakan bahasa pemrograman visual basic 6.0. Perancangan pada perangkat lunak ini difokuskan pada pembuatan program antar muka (interface) yang mampu menyampaikan informasi yang sesuai. Selain itu, program yang dibuat harus bias berkomunikasi dengan perangkat keras lainnya pada baudrate tertentu.
Dalam pembuatan program antarmuka (interface), sistem perancangan telemetri ini menggunakan Visual Basic 6.0 pada ground segment dengan beberapa keunggulan dari bahasa pemrograman ini adalah :
46 1. Mudah untuk digunakan
2. Fasilitas dan fitur-fitur grafis yang diperlukan untuk program antar muka (interface) tersedia.
3. Program Visual Basic berbasis windows, sehingga program akan mudah untuk dipahami dan dimengerti.
4. Pemrograman ini mempunyai database sendiri yang digunakan untuk menyimpan data.
Program ini berguna ketika informasi yang dikirimkan payload roket dapat diolah di ground segment . Data yang masuk akan disimpan secara otomatis dalam sebuah database sederhana. Program ini juga berguna untuk mengendalikan semua aktifitas payload roket pada saat di launcer sampai keadaan separasi hingga proses telemetri berlangsung. Dibawah ini adalah gambar dari ground segment sebagai penerima data telemetri, serta monitoring pergerakan payload roket.
47
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Analisa Modul Radio Komunikasi (pengirim/penerima)
Modul radio bertugas mentransmisikan data dari modul radio pengirim ke modul radio penerima sebagai pusat pelaporan data sensor pada payload. Modul radio ini bekerja dengan cara memodulasi sinyal. Dalam rangkaian sistem ini terdapat modulator GFSK sebagai perangkat yang berfungsi mengubah data digital menjadi sinyal analog. Modul radio ini dapat bekerja secara half duplex. Adapun modul radio pengirim dapat dilihat pada gambar 4.1 seperti Di bawah ini.
Gambar 4.1 Modul Radio Komunikasi
Jarak untuk melakukan komunikasi antara modul radio pengirim dan modul radio penerima sangat terbatas. Modul radio ini hanya mampu berkomunikasi dengan jarak maksimal 800 meter (tanpa adanya halangan). Namun, jika dibatasi oleh suatu penghalang (gedung atau bukit) kekuatan jarak komunikasinya berkurang atau melemah. Berikut akan dijelaskan tentang perubahan data yang dilakukan oleh modul radio pengirim yaitu:
a. Pada modul radio pengirim, pin 3 (Rx) berfungsi sebagai inputan data digital.
b. Pada modul radio penerima pin 4 (Tx) berfungsi sebagai output sinyal analog.
48 tersebut. Dalam pengujian ini digunakan frekuensi 436 Mhz di kanal yang ke 8.
4.2 Analisa Jarak Modul Radio
Pada dasarnya modul radio komunikasi ini mampu bekerja pada jarak 800 meter. Namun, pancaran modul radio ini akan berkurang ketika banyak gangguan antara kedua modul radio ini. Untuk membuktikan jarak pancar modul radio ini dilakukan pengujian komunikasi kedua modul radio ini dengan berbagai jarak pengujian. Data hasil pengujian disajikan dalam bentuk tabel.
Tabel 4.1 Pengujian Jarak Sinyal Modul radio No Jarak
(meter)
Kondisi (Penghalang) Kondisi
(Tanpa Penghalang)
1 50 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 2 100 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 3 150 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 4 200 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 5 250 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 6 300 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 7 350 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 8 400 Berhasil (Data Terkirim) Berhasil (Data Terkirim) 9 450 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 10 500 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 11 550 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 12 600 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 13 650 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 14 700 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 15 750 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim) 16 800 Tidak berhasil Berhasil (Data Terkirim)
49 Sedangkan Jika modul radio tanpa penghalang, pengiriman data dapat dilakukan pada jarak lebih dari 400 meter hingga kurang dari 800 meter.
4.3 Analisa Sensor Kompas (HM55B) Pada Saat Payload Bekerja
Sensor kompas ini berfungsi sebagai penunjuk arah dari payload, sehingga payload dapat dikendalikan sesuai dengan arah yang diinginkan. Pada saat sistem payload di ON payload mengirimkan data sensor kompas. Ketika tombol aktif motor, motor servo mempengaruhi nilai yang dihasilkan oleh sensor kompas. Dalam perancangan sistem telemetri ini, payload diarahkan 210 derajat arah magnet bumi.
Gambar 4.2 Spesifikasi Arah Sensor Kompas
Sensor kompas ini perlu dikalibrasi agar menghasilkan nilai yang akurat, serta memperkecil nilai error yang akan dihasilkan oleh sensor kompas ini dengan pengaruh dari motor servo. Untuk analisa sudut yang didapat oleh sensor kompas ini dapat dihitung dengan persamaan 4.1.
Angle (θ) = arctan ( ) ………...(4.1) Dimana :
Angle (θ) : sudut yang didapat sensor kompas (derajat) Arctan ( : rumus mencari sudut dengan variable –y dan x
50 Gambar 4.3 Papan Kalibrasi
Dalam analisa sensor kompas ini, dilakukan perbandingan nilai yang diperoleh dengan kompas manual. Hasil analisa dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Pengujian Sensor Kompas
(Kompas Manual) (Sensor Kompas) error (%)
Nilai Akurasi
(%)
0 0 0 100.00
22.5 21 6.67 93.33
45 43 4.44 95.56
67.5 63 6.67 93.33
90 84 6.67 93.33
112.5 104 7.56 92.44
135 130 3.70 96.30
157.5 150 4.76 95.24
180 180 0.00 100.00
202.5 213 5.19 94.81
225 243 8.00 92.00
247.5 271 9.49 90.51
270 289 7.04 92.96
292.5 306 4.62 95.38
315 323 2.54 97.46
337.5 340 0.74 99.26
51 Dari tabel 4.2 dapat dianalisa, sudut yang didapat oleh sensor kompas masih terdapat nilai error dalam melakukan pengukuran sudut. Nilai error yang
Sp = Sudut yang dihasilkan payload Sref = Sudut Referensi
Nilai error yang terjadi, akibat adanya gangguan dari magnet pada motor servo. Sensor kompas ini sangat sensitive terhadap magnet atau logam yang mengandung magnet. Oleh karena itu penentuan penyimpanan sensor kompas pada payload perlu adanya perhitungan yang tepat. Dari analisa diatas dapat disimpulkan bahwa 90 % data telemetri sensor kompas dapat dihasilkan dengan baik. Di bawah ini grafik dari data telemetri sensor kompas.
Gambar 4.4 Grafik Pengujian Sensor Kompas Pada grafik Di bawah ini, garis warna biru menunjukkan derajat sensor
kompas manual, digunakan sebagai sudut acuan dari payload roket. Sedangkan
0
Grafik Pengujian Sensor Kompas
Derajat (') kompas manual
Derajat ͦ Sensor
52 garis warna merah menunjukkan nilai sudut yang dihasilkan oleh payload. Grafik ini menunjukkan bahwa adanya perubahan sudut yang tidak sesuai dengan kompas manual pengaruh dari magnet yang dihasilkan motor servo, oleh karena itu bisa disimpulkan terjadi error pada sensor kompas saat proses telemetri terjadi.
Gambar 4.5 Grafik Pendekatan Nilai Sudut Referensi 210˚
4.4 Analisa data Sistem Telemetri Sensor Kompas di Laboratorium
Analisa data telemetri sensor kompas dilakukan di laboratorium dengan cara menggantungkan payload pada tiang dengan panjang tali 75 cm. Pengujian dilakukan dengan mengaktifkan seluruh sistem payload, payload mulai mengirim data sensor. Payload akan mencari sudut 210 derajat, sensor kompas dan motor brushless bekerja mencari sudut 210 derajat.
Pencarian nilai sudut referensi 210 derajat pada payload membutuhkan waktu yang lama dikarenakan menggunakan satu buah mikrokontroler . program dibaca oleh mikrokontroler secara berurutan untuk di eksekusi. Untuk mendapatkan nilai yang sempurna perlu menggunakan 2 buah mikrokontroler, satu untuk sensor-sensor dan modul radio sedangkan yang lain untuk kendali
Grafik Pendekatan Nilai Sudut Referensi 210˚
Nilai Sudut Yang Didapat
53 Tabel 4.3 Pengujian Sensor Kompas di Laboratorium
No Sudut
54 4.5 Analisa Data Sistem Telemetri Sensor Kompas di Lapangan
Analisa data telemetri sensor kompas, dilakukan dengan membandingkan nilai sudut referensi 210 derajat dengan nilai sudut yang didapat oleh payload pada saat peluncuran hingga terjadi separasi. Di bawah ini adalah tabel 4.4 data telemetri sensor kompas. Data Di bawah dapat dianalisa 88,54% data akurasi sensor kompas mendekati nilai referensi.
Tabel 4.4 Data Telemetri Sensor Kompas
55 4.6 Analisa Sensor Accelerometer MMA3201
Sensor accelerometer yang digunakan adalah sensor accelerometer MMA3201. Memiliki dua buah sudut yaitu sudut X dan sudut Y. memiliki sensitivitas terhadap gravitasi sebesar 40 g. keluaran dari sensor ini berupa data analog. Pada saat sistem payload aktif sensor accelerometer menunjukkan nilai 1 g. nilai yang terbaca pada ground segment sebesar 127 pada sudut Y, sedangkan pada sudut X menunjukkan nilai sebesar 16. Perubahan nilai pada accelerometer ini sangat kecil, hanya dua digit nilai yang berubah pada saat di uji. Hal ini dikarenakan sensitivitas dari accelerometer MMA3201 ini sangat besar yaitu 40 g dengan ADC hanya 8 bit.
Gambar 4.6. Sumbu Pada Sensor Accelerometer
56 4.7 Analisa Data Sistem Telemetri Pada Sensor Accelerometer MMA3201 di
Laboratorium
Sensor ini dalam keadaan diam akan menunjukkan nilai 1 g (1 g = 9,8 m/s2) pada posisi tegak lurus melawan gravitasi, dan akan menunjukkan nilai -1 g saat arah sebaliknya. Di bawah ini adalah tabel pengujian sensor accelerometer dengan keadaan diayun. Pada sudut y =A(y), sudut x=A(x) merupakan sudut perceptan yang dihasilkan oleh sensor accelerometer.
Tabel 4.5 Pengujian Sensor Accelerometer Diayun
57 Dari tabel 4.5 dapat dianalisa, nilai yang dihasilkan hanya mengalami perubahan nilai percepatan yang sangat kecil pada sumbu Y dan X. Perubahan nilai ini berpengaruh pada nilai sensitivitas sensor sebesar 40 g terhadap gravitasi, serta penggunaan ADC yang memiliki kapasitas hanya 8 bit. Di bawah ini adalah grafik dari pengujian dilaboratorium.
Gambar 4.7 Grafik Pengujian Accelerometer MMA3201 4.8 Analisa Sensor Accelerometer MMA7260Q
Sensor accelerometer MMA7260Q memiliki tingkat sensitivitas yang dapat dipilih yaitu 1,5 g/ 2 g/ 4 g/ 6 g. Tingkat sensitivitas dapat dipilih dengan melakukan pengesetan pada pin g-select1 dan g-select2. Di bawah ini tabel hasil pengukuran sudut kemiringan yang dihasilkan.
Tabel 4.6 Pengujian Nilai Sudut Kemiringan
Sudut Accelerometer X Accelerometer Y Accelerometer Z
X 82 74 75
Grafik Pengujian Accelerometer MMA 3201
AccelerometerX
58 Tabel 4.7 Pengujian Telemetri Sistem Payload Accelerometer MMA7260Q (1)
Acc(X) Acc(Y) Acc(Z) kompas MA (x) MA(y) MA(z)
69 79 83 57 69.67 74.67 81.33
71 74 86 64 73.33 77.33 80.33
69 71 75 42 72.67 78.33 81.00
80 87 80 16 74.33 78.67 82.00
69 77 88 350 72.33 78.00 88.33
74 72 78 334 73.33 76.33 84.00
74 85 99 323 72.67 75.33 85.67
72 72 75 295 71.67 73.33 74.00
72 69 83 277 69.67 75.00 78.33
71 79 64 281 71.33 76.00 72.00
66 77 88 250 71.67 75.33 80.33
77 72 64 220 71.67 73.67 78.67
72 77 89 205 72.33 75.33 86.67
66 72 83 199 72.00 75.33 86.67
79 77 88 182 73.67 75.00 86.67
71 77 89 167 72.00 75.00 85.00
71 71 83 154 72.33 75.00 83.00
74 77 83 143 72.67 75.00 83.00
72 77 83 129 72.00 74.00 84.00
72 71 83 108 71.67 74.00 84.00
72 74 86 91 72.33 74.33 86.00
71 77 83 64 72.33 74.33 86.67
74 72 89 42 72.33 72.67 86.67
60 Gambar 4.8 Pengujian Sensor Accelerometer MMA7260Q
Gambar 4.8 merupakan grafik hasil pengujian dari sensor accelerometer MM7260Q dengan tingkat sensitivitas yang digunakan lebih kecil yaitu 6g. Pengujian dilakukan dilaboratorium dengan mengayunkan payload ke berbagai arah dalam waktu 3 menit. Nilai percepatan yang dihasilkan kurang lebih 1 g pada sumbu X, Y, Z. Pada tabel 4.7 terdapat nilai minus, nilai tersebut bukan menunjukan nilai kurang dari 0, tetapi menunjukan kondisi payload dalam keadaan terbalik dari sumbu sebenarnya. Pengukuran telemetri sensor accelerometer ini tidak mengalami error dalam proses pengukuran.
4.9 Analisa Sistem Telemetri
Dalam analisa sistem telemetri akan dianalisa dari sisi pengiriman data. Pada saat payload mulai di ON sampai payload diluncurkan, hingga terjadi proses separasi, serta data dapat diterima oleh ground segment. Proses telemetri
0
Grafik Pengujian Sensor MMA7260Q
Sensor_kompas
AccelerometerZ
AccelerometerY
61 terjadi pada saat payload roket berada pada launcher roket, hingga separasi dan kembali ke darat.
Gambar 4.9 Simulasi Telemetri Pada Payload Roket pengiriman data dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
………..(4.3)
Keterangan : Tkirim = waktu terkirimnya data perdetik (sekon)
Jumlah data (n) = n jumlah data yang diterima
T data (n) = data (n) jumlah waktu yang diterima
n = elemen
dari persamaan (1) maka didapatkan data yang terlihat pada tabel
Dari tabel 4.9, maka waktu pengiriman data telemetri dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut :
Diketahui :
Jumlah data (sensor) = 271 data
62
Tabel 4.9 Data Telemetri Ketika Peluncuran
S. Tekanan S.Suhu S. Kelembaban S. AcceleromeS. Kompaske te ranga
1002 30 99 125 189
1002 28 106 125 189
63 Waktu pengiriman yang diperoleh adalah 0,795 detik dibulatkan kira-kira 1 detik dalam satu kali pengiriman data. Dalam waktu tersebut jumlah data yang dikirim sebanyak 9 data setiap detik waktu pengiriman. Di bawah ini tabel pengambilan waktu kirim pada setiap pengiriman data.
Pada proses analisa telemetri ini dapat dibandingkan Data pengujian dilaboratorium dengan pengujian dilapangan. Pada tabel 4.7 pengujian dilakukan di laboratorium diperoleh data percepatan kurang dari 1 g, dengan kondisi data yang diterima ground segment tidak ada data yang error. Sedangkan pada pengujian dilapangan nilai percepatan mencapai 1 g, dengan kondisi data yang diterima ground segment terdapat nilai error. Pengujian dilapangan dilakukan dengan membawa payload pada sepeda motor dengan kecepatan 20 km/jam.
64 Waktu Tunggu adalah waktu dimana payload roket berada di tempat peluncuran roket dan ketika payload dalam keadaan diam, sehingga data masih stabil (sama). Waktu peluncur adalah waktu dimana payload roket beserta roket meluncur, sehingga terjadi perubahan data yang dikirim ke ground segment. Waktu Stop adalah waktu dimana payload roket dalam keadaan mati keseluruhan sistem telemetri. Waktu stop adalah waktu dimana pengiriman data telemetri berhenti, semua sistem telemetri tidak aktif. Didalam tabel data telemetri yang didapat, sistem telemetri ini dapat mengirim data sebanyak 271 data dalam waktu 5 menit 41 detik. Di bawah ini adalah format data yang diterima oleh ground segment.
4.10 Analisa Data Sistem Telemetri Setelah Difilter Moving Average
Analisa sistem telemetri terdapat noise ini dilakukan pada saat pengujian payload roket dengan alat uji di LAPAN rumpin Bogor. Dalam pengujian ini dihasilkan data sensor kompas dan accelerometer yang digunakan. Pengujian ini dilakukan pada beberapa kondisi pengujian, terdari dari pengujian vibrasi dan Gforce. hasil pungujian dapat dilihat pada tabel 4.10.
65 Dihasilkan data grafik untuk melihat hasil dari memperkecil noise dengan metoda persamaan moving average. Di bawah ini grafik yang dihasilkan dengan menggunakan metoda tersebut.
Gambar 4.10 Grafik Sensor Accelerometer dengan Moving Average Filtering
Gambar 4.11 Grafik Sensor Kompas dengan Moving Average Filtering
0
Grafik Data Sensor Accelerometer Dengan Filter
sacc
Grafik Data Sensor Kompas Dengan Filter
66 Gambar 4.12 Grafik Data Sensor Sudah Menggunakan Filter Moving Average Gambar grafik 4.12 menunjukkan bahwa, penggunaan filter moving average sangat penting dalam pengolahan data. Data yang dihasilkan menjadi lebih baik.
Pada pengujian berikutnya didapat noise yang besar, dikarenakan data tidak terkirim dengan baik. Pengiriman data yang tidak baik dikarenakan jarak pengiriman yang terhalang oleh bangunan atau tembok. Di bawah ini gambar grafik dari pengujian telemetri dengan noise dengan tabel data pengujian.
Tabel 4.12 Pengujian Telemetri Dengan Noise Accelerometer
Data Grafik Sudah Menggunakan Filter
67
1 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143
P
Grafik Pengujian Telemetri terdapat Bit Error
Accelerometer x
Accelerometer Y
Accelerometer Z
Sensor Kompas
Gambar 4.13 Grafik Data Pengujian Telemetri Terdapat Bit Error 4.11 Analisa Ground segment
Gambar 4.14 Ground segment
68 Tabel 4.13 Keterangan Fasilitas Dalam Ground Segment
No Keterangan Fungsi
1 Output Data Telemetri menampilkan data –data sensor yang dihasilkan oleh payload
2 Output Grafik Data Telemetri Sensor
menampilkan data-data sensor dalam bentuk grafik
3 Indikator sensor kompas menampilkan data sensor kompas
4 Tombol standby/aktif menjalankan semua sistem pada payload
5
Tombol aktif motor brushless beserta motor servo
mengaktifkan motor servo beserta motor brushless
6 Tombol off motor
brushless mematikan motor brushless
7 Indikator waktu telemetri menampilkan waktu sistem saat ON/OFF 8 Database sensor-sensor berfungsi menyimpan data-data sensor yang
hasil payload 9 Tombol ON/OFF sistem
payload
