ABSTRAK
RANCANG BANGUN WAHANA UDARA TANPA AWAK VTOL-UAV SEBAGAI WAHANA IDENTIFIKASI DINI KONDISI UDARA
BERBASIS VIDEO SENDER
Oleh
M. Yusuf Tamtomi
Pencemaran udara atau yang biasa disebut polusi udara diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zat–zat asing didalam udara yang menyebabkan perubahan susunan atau komposisi udara dari keadaan normalnya. Pencemaran udara disebabkan oleh berbagai macam zat kimia, baik berdampak langsung maupun tidak langsung yang semakin lama akan semakin mengganggu kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan. Oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat polusi udara yang ada disuatu daerah tertentu maka perlu adanya teknologi yang digunakan untuk mendeteksi tingkat polusi udara tersebut. Maka dari itu perlu adanya sebuah wahana udara yang dapat difungsikan untuk memantau dan memotret kondisi udara disuatu daerah agar dapat dianalisa dan diambil proses citranya. Salah satu wahana yang digunakan yaitu wahana Vertical Take off and Landing (VTOL) Unmaned Aerial Vehicle (UAV) dengan flight controller fixhawk. Wahana VTOL-UAV secara autonomus akan mengikuti titik waypoint
dengan ketinggian yang telah ditentukan pada mission planner. Dengan batas toleransi GPS M8N yang digunakan mencapai 2 meter untuk mencapai titik
waypoint tersebut maka akan diperoleh gambar pada daerah yang akan diamati kondisi udaranya. Wahana VTOL-UAV menggunakan video sender dalam mengirimkan gambar dari titik waypoint daerah yang akan diidentifikasi. Wahana akan secara langsung mengirimkan gambar pada ground control station melalui GUI (Grafics User Interface) yang telah disiapkan. Pada GUI tersebut akan terlihat gambar yang akan diambil datanya dan hasil gambar yang diperoleh dari pengolahan citra yang dilakukan. Dari data gambar tersebut dapat dianalisa kondisi udara yang ada pada daerah tersebut berpolusi atau tidak berpolusi.
ABSTRACT
DESIGN UNMANNED AERIAL VEHICLE VTOL-UAV AS EARLY IDENTIFICATION AIR CONDITION VEHICLE BASED VIDEO SENDER
By
M. Yusuf Tamtomi
Air pollution or so-called weather pollution is defined as the presence of materials or foreign substances in the air that cause changes in the arrangement or the composition of air than normally. Air pollution caused by various chemicals both direct and indirect impacts that the longer it will even disrupt the life of humans, animals, and plants. Therefore to determine the level of air pollution that exist in a specified area, need the existence technology that is used to detect the level of air pollution. Thus it is necessary for an aerial vehicle that can be used to monitor and photograph the air condition in an area that can be analyzed and retrieved image process. One of the vehicle used is a vehicle for Vertical Take off and Landing (VTOL) unmaned Aerial Vehicle (UAV) with fixhawk flight controller. A VTOL-UAV vehicle is autonomously will follow the waypoint point with a predetermined height on the mission planner. By the tolerance limit of GPS M8N used up to 2 meters to reach the waypoint point you will get an image on the area to be observed the air-condition. A VTOL-UAV vehicle using video sender to transmit images from the waypoint point area to be identified. A vehicle will directly send the image to the ground control station via the GUI (grafics User Interface) has been prepared. The GUI will look the picture to be taken and the image data obtained from image processing is done. From the image data can be analyzed air conditions that exist in the area polluting or non-polluting.
\
RANCANG BANGUN WAHANA UDARA TANPA AWAK
VTOL-UAV SEBAGAI WAHANA IDENTIFIKASI DINI KONDISI
UDARA BERBASIS VIDEO SENDER
Oleh
M. YUSUF TAMTOMI
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Gedong Tataan pada tanggal 21
Juni 1992, sebagai anak kesembilan dari sembilan
bersaudara, dari Bapak Saleh Latif (alm) dan Ibu
Arbaiyah. Pendidikan di Sekolah Dasar di SDN 1
Gedong Tataan diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah
Menengah Pertama di SMPN 1 Gedong Tataan
diselesaikan pada tahun 2007, dan Sekolah Menengah Atas di SMAN 9
Bandarlampung dengan mengambil jurusan Ilmu Pengetahuan Alam diselesaikan
pada tahun 2010.
Pada tahun 2010, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur UML (Ujian Masuk Lokal).
Pada semester 5 penulis memilih Konsentrasi Sistem Isyarat Elektronika sebagai
fokus dalam perkuliahan dan penelitian. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif
di lembaga kemahasiswaan Himatro (Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro)
sebagai anggota Divisi Minat dan Bakat tahun 2010-2011. Kemudian di tahun
2011-2012 penulis menjabat sebagai anggota Divisi Minat dan Bakat di Himatro.
Selain itu penulis juga merupakan asisten praktikum teknik digital. Pada tahun
2015 penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT. UAV IndoNusantara untuk
penulis banyak belajar di dunia UAV (Unmaned Aerial Vehicle) terutama bidang
kendali elektronik.
Penulis tergabung juga dalam tim URO (Unila Robotika dan Otomasi) dan telah
mengikuti berbagai macam perlombaan tingkat nasional. Diantaranya Kontes
Robot Line Follower di PNJ 2010-2011, Kontes Robot Pemadam Api Indonesia
2013,2014 divisi berkaki dimana pada tahun 2014 mendapatkan best design
“ARSYAD” serta tergabung dalam tim Kontes Robot Terbang Indonesia 2014.
Selain itu penulis juga pernah menjadi guru pendamping tim robotik SMAN 2 dan
SMAN 9 Bandar Lampung pada kontes robot Line Follower dan mendapatkan
Jangan berhenti berharap karena ALLAH lebih
tahu saat yang tepat mengabulkan permintaan kita
“
Sesuatu yang dapat dibayangkan
pasti dapat kita raih, Sesuatu
yang kita mimpikan pasti dapat
terwujud
menjadi kenyataan”
Hidup adalah Proses, segala sesuatu yang pernah kita temui
akan memberikan kita pelajaran hidup yang menambah
pengalaman hidup kita
Tidak ada hal yang sulit jika kita mau berusaha dengan kerja
keras, kerja cerdas dan kerja ikhlas, yang penting ada
kemauan dan ada kesungguhan serta gunakan logika serta
ilmu pengetahuan sesuai kapasitas kita masing masing yang
telah Allah Ta'ala karuniakan
Kupersembahkan Karya Kecil dan Sederhana Ini Untuk
Ayah Dan Ibuku Tercinta ;
Saleh Latif (Alm)
&
Arbaiyah
atas ketulusan, kasih sayang, doa dan semua pemberian
yang tiada henti...
Tak lupa untuk kakak-kakakku tersayang ;
Zainuri, Suhairiyah, Saifudin, Bahruddin, Alfa Toni, Nurmila,
Ainal Uyun, dan Rosmala
SANWACANA
Puji syukur kehadirat ALLAH SWT karena berkat rahmat dan hidayah-NYA
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi dengan judul “Rancang Bangun Wahana Udara Tanpa Awak VTOL-UAV Sebagai Wahana Identifikasi Dini Kondisi Udara Berbasis Video Sender ” merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Penulis
dengan senang hati menerima kritik dan saran yang bersifat membangun bila
terdapat kekurangan dalam skripsi ini.
Selama melaksanakan penelitian, penulis banyak mendapatkan pengalaman yang
sangat berharga. Penulis juga telah mendapat bantuan baik moril, materi,
bimbingan, petunjuk serta saran dari berbagai pihak baik secara langsung maupun
tidak langsung. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc selaku Dekan Fakultas Teknik;
2. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro;
4. Bapak Muhamad Komarudin, S.T., M.T. selaku Pembimbing Utama atas
kesediaannya meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, saran dan
kritik dalam proses penyelesaian tugas akhir ini;
5. Ibu Dr. Ir. Sri Ratna Sulistiyanti, M.T. selaku Pembimbing Kedua atas
kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses
penyelesaian tugas akhir ini;
6. Bapak Dr. Eng. FX. Arinto Setyawan, M.T. selaku Penguji Utama tugas
akhir. Terima Kasih atas bimbingan, masukan dan saran-sarannya dalam tugas
akhir ini;
7. Bapak Yuliarto Raharjo, S.T., M. T.(Alm) selaku Ayah dan Pembimbing URO
atas kesediaannya membimbing penulis dan selalu memberi semangat;
8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas pengajaran
dan bimbingannya yang diberikan selama ini kepada penulis;
9. Mbak Ning dan mas Daryono beserta seluruh jajarannya atas semua
bantuannya menyelesaikan urusan administrasi di Teknik Elektro Universitas
Lampung selama ini;
10.Kedua orang tua penulis, Almarhum Ayahanda dan Ibunda tercinta yang
senantiasa memberikan dukungan, cinta dan kasih sayang sehingga penulis
mampu menyelesaikan tugas akhir ini;
11.Kakak-kakak penulis, Zainuri, Suhairiyah, Saifudin, Bahruddin, Alfa Toni,
Nurmila, Ainal Uyun dan Rosmala serta seluruh keluarga besarku yang tidak
dapat disebut satu persatu, atas segala kasih sayang, perhatian, dukungan dan
12.Saudara-saudara seperjuangan di lab TD, Choirudin, Gata, dan Ka Aris atas
segala dukungan, motivasi dan selalu menemani penulis dalam suka maupun
duka;
13.Teman, adik, kakak di URO yang selalu membagi kesenangan kesusahan dan
pengalaman yang luar biasa selama di Unila Robotika dan Otomasi (URO);
14.Seluruh punggawa Teknik Elektro 2010 “Terimakasih” atas kebersamaan dan
dukungannya, kalian adalah sahabat-sahabat ELEKTRO yang luar biasa;
15.Seluruh Keluarga Besar Laboratorium Terpadu Teknik Elektro yang telah
bersama-sama sebagai penghuni lab dengan segala keriangannya;
16.Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal kuliah
hingga terselesaikannya tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu per
satu;
17.Almamater tercinta, atas kisah hidup yang penulis dapatkan semasa kuliah.
Semoga kebaikan, kemurahan hati dan bantuan yang telah diberikan semua pihak
mendapat balasan yang setimpal dari ALLAH SWT dan semoga hari-hari kita
selalu indah dan menjadi lebih baik lagi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak terlepas dari kesalahan dan jauh dari
kesempurnaan, oleh karena itu masukan serta saran dan kritik yang membangun
sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang. Akhirnya,
semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Bandar Lampung, 17 Desember 2015
Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR GAMBAR ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Manfaat Penelitian ... 3
1.4. Rumusan Masalah ... 3
1.5. Batasan Masalah ... 4
1.6. Hipotesis ... 4
1.7. Sistematika Penulisan ... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Unmanned Aerial Vehicle (UAV) ... 7
2.2.Quadcopter ... 11
2.3.Parameter Kualitas Udara ... 13
2.4.Sistem Pengiriman Video Sender ... 14
ii
3.5.3 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 22
3.5.4 Perancangan perangkat lunak (Software) ... 27
3.5.5 Pengujian Sistem ... 29
3.5.6 Analisa dan Kesimpulan ... 31
3.5.7 Pembuatan Laporan ... 31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil ... 32
4.1.1. Vertical Take Off and Landing (VTOL) ... 32
4.1.2. Pengujian Sensor dan Telemetry ... 36
4.1.3. Pengujian Sistem Video Sender ... 42
4.1.4. Pengujian Sistem Propulsi ... 44
4.1.5. Pengujian Sistem Autopilot ... 46
4.2. Pembahasan ... 61
iii
4.2.2. Pengujian Misi Autopilot dan video sender ... 63
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan ... 66
5.2. Saran ... 67
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
3.1. Diagram Alir Penelitian ... 20
3.2. Diagram Block Keseluruhan Sistem... 21
3.3. UAV – VTOL dengan Bentuk Quadcopter ... 22
3.4. Blok Diagram Sistem Autopilot VTOL ... 23
3.5. Diagram Alir Sistem Waypoint... 24
3.6. Diagram Alir Position Hold ... 26
3.7. Blok Diagram Sistem FPV ... 27
3.8. Flight Plan Editor ... 28
3.9. Information View ... 28
3.10 Primary Flight Display ... 29
4.1. Tata Letak Perangkat Elektronik ... 32
4.2. Turnigy 9X ... 35
4.3. (a). Roll kekanan 30º. (b). Roll kekiri 30º ... 36
4.4. (a). Bow Up 30º. (b). Bow Down 30º. ... 37
4.5. (a). Compass 290º. (b). Compass 190º ... 38
4.6. Tampilan utama U-Center ... 39
4.7. Pengujian Sistem Telemetry ... 40
v
4.9. Kamera cmos pada wahana VTOL (a) dan tampilan video sender
(b)... ... 42
4.10. Grafik Hasil Pengujian Sistem Propulsi ... 45
4.11. Test Mode Loiter ... 46
4.12. Lokasi Pengamatan Udara pada Google Map ... 47
4.13. Gambar Initial ParameterArducopter ... 48
4.14. Flight Plan Misi Pertama. ... 49
4.15. Grafik Ketinggian pada Misi Pertama ... 50
4.16. Hasil Gambar Misi Pertama ... 51
4.17. Flight Plan Misi Kedua ... 52
4.18. Grafik Ketinggian pada Misi Kedua ... 53
4.19. Hasil Gambar Misi Kedua ... 54
4.20. Flight Plan Misi Ketiga ... 55
4.21. Grafik Ketinggian pada Misi Ketiga ... 56
4.22. Hasil Gambar Misi Ketiga. ... 57
4.23. Flight Plan Misi Keempat ... 58
4.24. Grafik Ketinggian pada Misi Keempat ... 59
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1. Hasil Pengujian Telemetri Diluar Ruangan ... 41
I.PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pencemaran udara atau sering disebut dengan istilah polusi udara menurut
Akhmad (2000) diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zat –zat asing
didalam udara yang menyebabkan perubahan susunan atau komposisi udara
dari keadaan normalnya. Pencemaran udara disebabkan oleh berbagai macam
zat kimia, baik berdampak langsung maupun tidak langsung yang semakin
lama akan semakin mengganggu kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan.
Kualitas udara sangat dipengaruhi oleh besar dan jenis sumber pencemar yang
ada seperti dari kegiatan industri, kegiatan transportasi, dan lain-lain.
Masing-masing sumber pencemar yang berbeda-beda baik jumlah, jenis, dan
pengaruhnya bagi kehidupan. Pencemar udara yang terjadi sangat ditentukan
oleh kualitas bahan bakar yang digunakan, teknologi, serta pengawasan yang
dilakukan.
Sumber pencemaran umumnya dari kegiatan industri pengolahan, transportasi,
dan rumah tangga. Menurut Setyowidagdo (2000) dari beberapa penelitian
yang telah dilakukan ternyata 70% dari total emisi yang dibuang ke udara
berasal dari gas buang kendaraan bermotor. Pencemaran udara yang
melampaui batas kewajaran akan menimbulkan dampak terhadap makhluk
2
bermotor maka konsumsi bahan bakar juga mengalami peningkatan dan
berujung pada bertambahnya jumlah polutan yang dilepaskan ke udara. Di
Indonesia kurang lebih 70% pencemaran udara disebabkan emisi kendaraan
bermotor. Kendaraan bermotor mengeluarkan zat – zat berbahaya yang
memiliki dampak negatif baik terhadap kesehatan manusia maupun
lingkungannya.
Oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat polusi udara yang ada disuatu daerah
tertentu maka perlu adanya teknologi yang digunakan untuk mendeteksi
tingkat polusi udara tersebut. Maka dari itu perlu adanya sebuah wahana udara
yang dapat difungsikan untuk memantau dan memotret kondisi udara disuatu
daerah agar dapat dianalisa dan diambil proses citranya. Salah satu wahana
yang digunakan yaitu wahana Vertical Take off and Landing (VTOL)
Unmaned Aerial Vehicle (UAV). Sebuah wahana udara atau yang disebut rotary-wing yakni gabungan beberapa buah motor dengan model yang
diinginkan seperti bentuk huruf “X”, “+”, “H” ataupun bentuk yang lainnya
yang memiliki kelebihannya masing-masing. Wahana tanpa awak ini take off
dan landing dapat dilakukan tanpa memerlukan landasan pacu yang luas sehingga memudahkan dalam pengoperasiannya untuk memantau daerah
perkotaan dalam mendeteksi kondisi udara. Disamping meneruskan penelitian
Wiguna Utama (2013) yang telah berhasil menciptakan sistem kendali holding position pada quadcopter berbasis mikrokontroler atmega 328p maka dirancanglah sebuah wahana quadcopter atau vertical take off and landing
3
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Merancang wahana udara tanpa awak Vertical Take off and Landing
(VTOL) sebagai wahana identifikasi dini kualitas udara .
2. Merancang sistem autopilot untuk wahana udara tanpa awak Vertical Take off and Landing (VTOL) .
3. Merancang pengiriman data kamera menggunakan video sender untuk pemantauan udara secara langsung.
1.3 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
1. Dapat digunakan sebagai wahana pemantau daerah berpolusi.
2. Dapat digunakan untuk pengambil gambar daerah berpolusi.
3. Dapat digunakan untuk pembuatan peta suatu daerah.
1.4 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah :
1. Bagaimana wahana VTOL dapat berguna sebagai wahana identifikasi dini
kondisi udara ?
2. Bagaimana sistem autopilot dapat membuat wahana VTOL terbang secara
autonomus ?
3. Bagaimana merancang pengiriman data kamera menggunakan video sender
4
1.5 Batasan Masalah
Beberapa hal yang membatasi masalah dalam pembahasan tugas akhir ini
adalah:
1. Tidak membahas airframe yang digunakan untuk wahana VTOL .
2. Flight controller yang digunakan untuk wahana Vertical Take off and Landing (VTOL)adalah Pixhawk.
3. Mempresentasikan hasil terbang dari wahana VTOL dengan flight controller Pixhawk .
4. Mempresentasikan hasil pengiriman data kamera menggunakan video sender .
1.6 Hipotesis
Wahana yang dirancang diduga dapat digunakan sebagai wahana identifikasi
dini kondisi udara serta melakukan pengiriman data kamera secara realtime. Penggunaan VTOL diduga dapat memudahkan proses pemantauan kondisi
udara khususnya didaerah perkotaan. Pengiriman hasil data kamera secara
realtime menggunakan kamera diduga dapat mempermudah dan membantu dalam proses pemantauan kondisi udara suatu wilayah untuk menentukan
5
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penulisan dan pemahaman mengenai materi tugas akhir
ini, maka tulisan ini dibagi menjadi lima bab, yaitu
BAB 1 Pendahuluan
Memuat latar belakang, tujuan, manfaat, perumusan
masalah, batasan masalah, hipotesis dan sistematika
penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Berisi teori-teori yang mendukung dalam perancangan
wahana VTOL, perancangan gambar dan video sender,
parameter kualitas udaradan sistem autopilot fixhawk.
BAB III Metode Penelitian
Berisi rancangan sistem, meliputi alat dan bahan,
langkah-langkah pengerjaan yang akan dilakukan, penentuan
spesifikasi sistem, perancangan sistem, dan masing-masing
bagian blok diagram.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Menjelaskan prosedur pengujian, hasil pengujian dan
6
BAB V Simpulan dan Saran
Memuat simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan
pengujian alat, dan saran-saran untuk pengembangan lebih
lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1UAV (Unmanned Aerial Vehicle)
Unmaned Aerial Vechile (UAV) merupakan sebuah teknologi wahana udara tanpa awak yang saat ini banyak diteliti dibelahan dunia tak terkecuali
Indonesia sendiri yang telah banyak melakukan riset dibidang UAV. Beberapa
penelitian dilakukan salah satunya oleh Darmawan dan Bambang Pramujati
(2013) mengenai rancang bangun prototype Unmaned Aerial Vehicle (UAV) dengan tiga rotor yang menghasilkan sebuah perhitungan pergerakan UAV
serta analisa mengenai struktur UAV dengan metode elemen hingga. UAV
juga sekarang ini mulai memasuki era perubahan dimana sistem mulai
dikembangkan dengan memanfaatkan perpaduan antara dua macam mode
pesawat yaitu pesawat rotary wing dan fixed wing yang sering disebut juga mode Vertical Takeoff and Landing (VTOL).Pada mode rotary wing pesawat bertujuan untuk menghindari area sulit jika tidak ada landasan pacu untuk
pesawat, sedangkan untuk mode fixed wing digunakan untuk penghematan energi terbang pesawat sebab pada mode pesawat fixed wing bisa menggunakan mode glider dan mengurangi kecepatan putaran motor pesawat sehingga flight time dari pesawat akan lebih lama. Sistem pesawat VTOL ini pernah dilakukan penelitian oleh Svetoslav Zabunov, Petar Getsov, dan Gro
8
Landing Multi-Rotor Aircraft” didalamnya memuat sebuah rancangan pesawat
dengan desain bernama XZ-4 VTOL. [5]
2.1.1 Sejarah UAV
Kegunaan UAV pertama kali yang dicatat adalah untuk peperangan pada 22
Agustus 1849 ketika Austria menyerang salah satu kota di Itali Venice
dengan balon yang tidak berawak yang dilengkapi dengan bahan peledak.
Setidaknya beberapa balon diluncurkan dari kapal Austria Volcano. Meskipun beberapa balon telah bekerja, lainnya terjebak pada perubahan
arah angin dan meledak di belakang garis Austria. Pesawat terbang tanpa
pilot pertama digunakan sebagai aerial torpedoes atau apa yang kita sebut sekarang dengan cruise missiles, yang dibuat selama hingga sesaat setelah perang dunia pertama. Pada 12 September 1916, Hewitt-Sperry Automatic Airplane, yang dikenal sebagai bom yang dapat terbang melakukan penerbangan pertamanya, menunjukkan konsep dari sebuah pesawat tak
berawak. Dengan kesuksesan pesawat tanpa pilot sebelumnya, membawa
kepada pengembangan radio kontrol (RC) pesawat tanpa pilot di Inggris dan
US pada tahun 1930. Pada tahun 1931 Inggris mengembangkan Fairey Queen radio kontrol yang berasal dari Fairey IIIF, dan pada tahun 1935 melanjutkan eksperimen dengan memproduksi lebih besar radio kontrol
lainnya, DH 82B Quenn Bee. Setelah beberapa lama nama Queen Bee
9
selama perang dunia pertama, dan setelah perang pindah ke Amerika untuk
menemukan keberuntungannya di hollywood sebagai aktor. Diantara pekerjaan aktingnya dia terus mengejar keinginannya mengenai radio
kontrol model pesawat terbang pada tahun 1930. Dia dan rekan bisnisnya
membentuk Reginald Denny Industries dan membuka toko model pesawat pada tahun 1934 di Hollywood Boulevard yang dikenal dengan nama
Reginald Denny Hobby Shops. Toko berubah menjadi Radioplane Company. Denny percaya bahwa radio kontrol murah dapat sangat berguna untuk berlatih menghindari senjata anti pesawat, dan pada tahun 1935 dia
menunjukkan prototipe drone RP-1, kepada militer amerika. Denny kemudian membeli rancangan dari Walter Righter pada tahun 1938 dan
memulai penjualaannya kepada para hobi sebagai Dennymite, dan
menunjukkannya pada militer sebagai RP-2, dan setelah modifikasi menjadi
RP-3 dan RP-4. Pada tahun 1940, Denny dan rekannya memenangkan
kontrak dengan militer untuk radio kontrol mereka RP-4, yang menjadi OQ-2 Radioplane. Mereka telah membuat hampir 15.000 drones untuk militer selama perang dunia kedua. Tahun 1940 : selama perang dunia kedua,
inovasi Nazi German V-1 menunjukkan bentuk ancaman UAV dapat
menjadi mesin perang. Amerika berusaha untuk menghancurkan V-1.
Tahun 1960 : dari kegunaan awal sebagai target drones dan kendaraan tempur yang dipiloti dari jarak jauh, Amerika juga menjadikan UAV
memiliki peran penting dalam perang Vietnam untuk pengawasan
10
Tahun 1970 : kesuksesan Firebee yang dikembangkan oleh Israel berlanjut hingga akhir perang Vietnam. Ketika negara lainnya memulai untuk
mengembangkan sistem UAV mereka, Amerika telah menetapkan
pandangannya kepada jenis UAV yang berbeda.
Tahun 1980 : selama akhir tahun 1970 hingga 1980, Israeli Air Force, pengembang UAV yang agresif, sebagai pioneer beberapa UAV baru.
Tahun 1990 hingga sekarang : UAV menjadi posisi yang tetap dan kritis
dalam teknologi tinggi gudang senjata militer sekarang, dari Amerika dan
Eropa hingga Asia dan Timur Tengah. Mereka juga menggunakan untuk
tujuan damai seperti memonitor lingkungan di bumi.
UAV ke depan : pengawasan yang dilakukan UAV kedepan dapat berubah
menjadi MAV (Micro Aerial Vehicle) mata-mata yang kecil, begitu kecilnya, MAV dapat mengudara dan mendarat pada telapak tangan
operator. Amerika, Inggris, Korea, dan Israel, sedang mengembangkan
11
2.2 Quadcopter
Quadcopter adalah pengembangan dari helikopter yang hanya menggunakan sebuah motor. Quadcopter memiliki empat buah motor penggerak utama yang ditempatkan dalam formasi persegi dengan jarak yang sama dari pusat beban
quadcopter. Quadcopter digunakan dalam pengawasan, pencarian dan penyelamatan, keperluan inspeksi dan beberapa aplikasi lainnya. Komponen dasar
dari sebuah quadcopter adalah :
1. Motor brushless
2. ESC (Electrical Speed Controller)
3. Flight controller
4. Sensor accelerometer dan gyro
5. Baterai
6. Penerima RC dan antena
Sistem kendali pada quadcopter terletak pada pengaturan kecepatan motor yang dapat menentukan sudut dari quadcopter tersebut. Setiap motor pada quadcopter
menghasilkan gaya dorong dan torsi. Pada quadcopter terdapat empat buah motor yang berputar dengan dua buah motor yang berputar searah jarum jam, dan dua
buah motor yang berlawanan arah jarum jam. Sehingga apabila keempat motor
tersebut berputar pada kecepatan yang sama maka akan menghasilkan percepatan
12
Sebuah jurnal karya dari Didik Setyo P., Nu Rhahida, dan Bachtiar Septiawan
(2010) yang berjudul “ Navigation and Control System of Quadrotor Helicopter ”
menjelaskan jika menginginkan suatu perpindahan dalam satu titik ke titik lain
(satu tempat ke tempat lain) dibutuhkan diferensial kecepatan pada motor
quadrotor. Karena prinsip kerja dari pergerakan quadrotor bertitik pada kecepatan
motor masing-masing sisi. Quadrotor helicopter dikontrol dengan memvariasikan pitch dan torsi roll yang dihasilkan secara independen dengan mengontrol
kecepatan relatif dari rotor pada sisi berlawanan. Torsi yaw dihasilkan dengan
mengendalikan kecepatan relatif motor yang berputar terbalik untuk menghasilkan
reaksi torsi total yang berbeda-beda pada shaft motor. Percepatan vertikal
dikendalikan oleh kecepatan total dari semua motor dan percepatan lateral
dikendalikan melalui lapangan dan roll quadrotor. [4]
Didalam sebuah jurnal karya dari M. Rizky Wiguna, M. Komarudin, dan Agus
Trisanto (2013) yang berjudul “ Sistem Kendali Holding Postion Pada
Quadcopter Berbasis Mikrikontroler Atmega 328p ” menjelaskan bahwa
quadcopter mampu mempertahankan posisi (holding position) ketika mode
holding position diaktifkan dari salah satu channel remote pada pilot, dan mampu mengirim data telemetri ke GCS dalam bentuk GUI melalui radio frekuensi
13
2.3Parameter Kualitas Udara
Didalam melakukan penelitian ataupun pemantau diperlukan sebuah
parameter yang digunakan untuk menentukan batasan penelitian yang akan
dilakukan. Dalam hal ini, parameter kondisi udara diperlukan untuk
melakukan pemantauan keadaan kondisi udara. Berdasarkan penelitian dari
Anak Agung Gede Suguiarta (2008) dalam sebuah jurnal yang berjudul
“Dampak Bising Dan Kualitas Udara Pada Lingkungan Kota Denpasar” ada
beberapa macam parameter dalam menentukan kondisi udara antara lain :
1. Debu
Adanya debu didalam kandungan atmosfer/udara ambien sebagian besar
terjadi karena kontribusi zat pencemar partikulat yang bersumber dari
kendaraan bermotor.
2. Timbal (Pb)
Adanya timbal dalam konsentrasi udara disebabkan oleh adanya
kontribusi zat buang kendaraan bermotor yang dalamm bahan bakarnya
terutama bensin masih mengandung timbal walupun kecil sekali
kandungannya didalam bahan bakar, karena sifat dari gas timbal adalah
bersifat akumulatif.
3. Karbon Monoksida (CO)
Adanya gas karbon monoksida diudara ambien lebih banyak disebabkan
dari kontribusi asap kendaraan bermotor yang banyak melintas disuatu
14
2.4Sistem pengiriman Video Sender
Video Sender merupakan sebuah perangkat yang digunakan untuk mengirimkan sebuah data audio dan video dari sisi pemancar (Tx) dan sisi
penerima (Rx). Didalam sebuah penelitian dengan jurnalnya yang berjudul
“Aplikasi Rangkaian Terintegrasi mc 1374 Sebagai Pemancar Audio Video
Pada Kanal Very High Frequency Televisi” Rizal A Duyo membuat sebuah hipotesis bahwa dengan dibuatnya video sender menggunakan metode rangkaian terintegrasi akan didapatkan sebuah video sender yang secara fisik dikatakan kecil akan tetapi jarak pancar akan semakin jauh. Perangkat video sender ini dimanfaatkan untuk memancarkan informasi berupa gambar dan suara yang berkerja didalam sebuah kanal televisi. Pada penelitian tersebut
didapatkan sebuah hasil yaitu video sender bekerja pda kanal 3 standar CCIR-ITU dengan pencapaian jarak pancar sejauh 26 meter pada kondisi terhalang,
sedangkan pada lintasan langsung (line off sight) dapat mencapai 60 meter dengan memberikan tingkat gambar dan suara menjadi bagus. [6]
2.5Pixhawk
Pixhawk adalah sistem autopilot advance dirancang oleh proyek PX4 terbuka hardware dan diproduksi oleh 3D Robotika. Ini fitur prosesor canggih dan
teknologi sensor dari ST Microelectronics® dan sistem operasi real-time
NuttX, memberikan kinerja yang luar biasa, fleksibilitas, dan keandalan untuk
mengendalikan setiap kendaraan autonomous. Adapun fitur utama dari
15
Memiliki prosessor 32 bit yakni 32bit STM32F427 Cortex M4
Memiliki Output 14 PWM / Servo (8 dengan failsafe dan manual
override, 6 tambahan, kompetible dengan daya tinggi)
Pilihan konektivitas berlimpah untuk peripheral tambahan (UART,
I2C, CAN)
Terintegrasi sistem cadangan untuk pemulihan dalam penerbangan
dan manual override dengan prosesor yang berdedikasi dan
memiliki power supply terpisah.
Sistem cadangan mengintegrasikan pencampuran, menyediakan
autopilot konsisten dan petunjuk pencampuran menimpa mode
(menggunakan sayap tetap) [7]
2.6 First Person Viem (FPV)
First-person View (FPV) atau dikenal juga dengan Remote-person View
(RPV) merupakan metode yang digunakan untuk mengontrol sebuah wahana
atau kendaraan radio control dari sudut pandang pilot. Sebagian besar FPV
digunakan untuk wahana udara tak berawak (UAV) atau pesawat yang memakai radio control. Dengan kamera yang diletakkan tersebut kita dapat merasakan seolah-olah kita berada di dalam wahana tersebut dan melakukan
pengendalian wahana dengan mudah. Pergerakan wahana tetap dikendalikan
oleh operator secara manual, dengan adanya FPV maka operator dapat
mengetahui arah, kondisi sekitar maupun lokasi yang akan dituju.
Terdapat dua sistem utama dalam penggunaan FPV yaitu komponen perekam
16
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian dan perancangan tugas akhir dilaksanakan mulai Agustus 2015
sampai Desember 2015 (jadwal dan aktifitas penelitian terlampir), bertempat
di Laboratorium Teknik Digital, Laboratorium Terpadu Teknik Elektro,
Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.
3.2 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dan perancangan tugas akhir ini
antara lain :
a.1 Unit VTOL Unmaned Aerial Vechile
b.1 Unit Audio Video Receiver Boscam RC805 5,8 Ghz 8 Ch c.1 Unit Audio Video Transmitter Boscam 2000 mW. d.1 Unit USB Stick TV Tuner
e.2 Baterai Lithium-Polimer 14.8v 5200mAh 20C f. 1 unit laptop Asus A43sv
g.Software Mission Planner
h.1 Unit Kamera Sony Super HAD II CCD 600TVL FPV IR
i. 1 Unit monitor FPV 7 inch
18
k.GPS Neo M8N
l. Telemetry kit 433 Mhz
m. 1 unit remote control turnigy 9x 8 channel 2.4Ghz
3.3 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
a.Menggunakan Wahana VTOL Unmaned Aerial Vechile sebagai pendeteksi dini kualitas udara.
b. Menggunakan Sistem Autopilot berbasis pixhawk sebagai pusat kontrol VTOL.
c. Video Sender yang digunakan adalah boscam RC805 dengan frekuensi pengiriman 5,8 Ghz 8 Ch yang digunakan sebagai pengirim video.
d. Menggunakan kamera Sony Super HAD II CCD 600TVL FPV IR Block
Camera 2.8mm Lens yang digunakan sebagai media penangkap gambar.
e. Telemetri kit RC Timer 433 MHz sebagai pengiriman data nirkabel. f. Pengendali sekunder menggunakan Remote Control turnigy 9x 2.4 Ghz. g. Laptop Asus A43SV dan Software Mission Planner sebagai media
19
3.4 Spesifikasi Sistem
Spesifikasi sistem yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
a. Sistem autopilot memiliki dua mode. Mode pertama mampu mengikuti waypoint atau titik tuju yang telah di program pada perangkat lunak Mission Planner dan dapat melakukan Position Hold pada waypoint. Mode kedua yakni mode stabilize yang digunakan saat take off, landing atau apabila terjadi error pada
VTOL dalam mode autonomus dan wahana tidak menuju titik tujuan yang diinginkan maka pengendalian akan dialihkan
menggunakan remote control.
b. Mampu menampilkan video yang direkam oleh kamera FPV
20
3.5 Metode Penelitian
Pada penelitian dan perancangan tugas akhir ini, langkah-langkah kerja yang
dilakukan adalah sebagai berikut :
3.5.1 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian ini dibuat untuk memperjelas
langkah-langkah kerja yang akan dilakukan dalam penelitian.
Mulai
21
3.5.2 Perancangan Model Sistem
Perancangan blok diagram perangkat keras dibuat untuk
mempermudah dalam realisasi alat yang akan dibuat.
Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem
Keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2. Terdapat
beberapa sub sistem antara lain system autopilot yang terdiri dari GPS, Kompas, dan sensor gyro yang diolah pada sistem utama yang berbasiskan pixhawk. Pentransmisian data autopilot
22
3.5.3 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
1.Perancangan Vertical Take Off and Landing (VTOL)
Vertical Take Off and Landing yang digunakan yaitu tipe multirotor dengan model quadrotor, sistem propulasi menggunakan motor brushless RC Timer tipe 2218-800kV, ESC
RC Timer 40A , dan, propeller 11x5”.
Lebar VTOL = 60 cm
Tinggi VTOL = 35 cm
Berat VTOL = 2,5 Kg
Pembuatan VTOL menggunakan bahan baku arm plastik dengan
center plate karbon ketebalan 5mm untuk rangka penyusun. Gambar 3.3 memperlihatkan sketch VTOL yang akan dibuat dimana wahana akan memiliki landing skid untuk menambah tinggi wahana agar dapat membawa payload. Adapun payload yang akan dibawa berupa kamera serta baterai lippo yang dipakai.
23
2.Perancangan Sistem Autopilot
Perancangan blok diagram sistem autopilot dibuat untuk mempermudah dalam realisasi alat yang akan dibuat.
Gambar 3.4 Blok Diagram Sistem Autopilot VTOL
Gambar 3.4 memperlihatkan blok diagram sistem autopilot yang akan digunakan pada quadcopter. Sensor gyro, kompas, dan GPS akan menjadi masukan pada mikrokontroler yang kemudian akan
diolah untuk sistem autonomus. GPS dikoneksikan melalui slot
UART untuk kemudian data dari GPS akan diolah pada MCU dan
dikirim ke Ground Control Station melalui sistem telemetri. Keluaran sistem autopilot akan mempengaruhi perputaran motor brushless yang dipakai sehingga wahana dapat bergerak secara
24
Gambar 3.5 Diagram alir sistem waypoint
Pada gambar 3.5 menjelaskan diagram alir dari sistem waypoint
yang digunakan. Setelah inisialisasi dan lock GPS, kita menentukan waypoint yang akan dituju oleh VTOL menggunakan perangkat lunak Mission Planner. Data link yang dihasilkan
25
memberikan arus ke Motor Brushless dan memberikan sinyal PWM untuk menentukan kecepatannya. Jika sudah mencapai titik
tuju (waypoint) maka VTOL akan melakukan Position Hold.
b. Position Hold
Position Hold merupakan upaya VTOL untuk dapat mempertahankan posisi nya di titik waypoint. Position Hold
mengacu pada sensor posisi GPS dan kompas digital CMPS10.
Sensor GPS akan mengunci lokasi VTOL dan akan
mempertahankan lokasi tersebut. Orientasi wahana akan diatur oleh
26
Gambar 3.6 Diagram Alir Position Hold
c. Sistem First Person View (FPV)
27
Receiver RF FPV FPV Camera Transmitter RF FPV
Gambar 3.7 Blok Diagram Sistem FPV
Pada gambar 3.7 dapat dilihat FPV kamera akan dikirim melalui
transmitter 5.8 Ghz FPV. Kemudian receiver 5.8 Ghz akan menampilkan video yang terekam oleh kamera FPV di LCD
Monitor 7 inchi atau layar monitor laptop.
3.5.4 Perancangan perangkat lunak (software)
Perancangan perangkat lunak dibutuhkan agar informasi-informasi
yang didapatkan dari VTOL dapat dengan mudah ditampilkan pada
Ground Control Station. Perangkat lunak yang digunakan yaitu
MissionPlanner.
a. Flight Plan Editor (Waypoint)
Digunakan dalam penentuan koordinat waypoint yang akan dijalankan oleh VTOL dengan mengacu pada GPS. Data-data
28
Gambar 3.8 Flight Plan Editor
b. Information View
Information View digunakan untuk mengetahui kondisi VTOL di lapangan, kondisi tersebut meliputi Ketinggian (Altitude), status GPS, serta kondisi sudut kemiringan kapal (Pitch, Roll,Yaw, dan
Heading). Data untuk information view didapat dari data NMEA 0183 GPS.
29
c. Flight Display
Memiliki informasi yang sama dengan Information View akan tetapi pada Flight Display, informasi ditampilkan dengan bentuk
Graphical User Interface (GUI). Data didapat dari perubahan nilai
accelero dan gyro pada pixhawk.
Gambar 3.10 Primary Flight Display
3.5.5 Pengujian Sistem
Uji coba sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat
keberhasilan dari alat yang telah dibuat. Adapun pengujian dilakukan
secara perbagian serta secara keseluruhan, diantaranya adalah :
1. Uji Laboratorium
Pengujian laboratorium dilakukan untuk mengetahui
kemampuan perangkat dapat berfungsi dengan baik sebelum
30
a. Pengujian pengiriman paket data melalui sistem telemetri
Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah
pengiriman data melalui perangkat telemetri ini dapat
diterima dengan baik dan juga untuk mengetahui jarak
maksimal telemetri yang digunakan.
b. Pengujian akurasi GPS
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat akurasi
dari GPS yang digunakan, dengan menggunakan GCS
untuk dapat menghitung error GPS data sehingga radius
akurasi dari GPS itu sendiri dapat kita ketahui dan juga
pengaruh lingkungan terhadap kinerja GPS.
c. Pengujian sensor-sensor
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui sensor-sensor
yang akan digunakan pada VTOL dapat bekerja dengan
baik atau tidak. Pengecekan sensor Inertial Measurement Unit (IMU) yang ada pada PX4 dengan bantuan GCS
sehingga dapat diketahui jika ada ketidaksesuaian dengan
arah gerak VTOL. Pengecekan sensor IMU seperti
accelerometer, gyroscope, dan barometer juga dilakukan untuk mengetahui apakah wahana yang digunakan sesuai
31
2. Uji Lapangan
Uji lapangan dilakukan untuk dapat mengetahui sistem secara
keseluruhan dapat bekerja atau tidak. Pengujian dilakukan dengan
menjalankan VTOL di udara maupun uji respon darat. Uji
respon darat dilakukan dengan membawa VTOL berjalan dan
melihat respon perubahan dari IMU saat VTOL digerakkan.
Parameter pengujiian meliputi respon sensor IMU, kompas, dan
GPS terhadap perubahan yang terjadi pada tampilan HUD yang
berada pada mission planner. Pengujian di udara dengan menjalankan sistem autopilot mengikuti waypoint yang ditentukan pada perangkat lunak mission planner. Pengujian dapat dikatakan berhasil apabila VTOL dapat bergerak menuju
waypoint dengan selisih simpangan kurang dari 2 meter.
3.5.6 Analisa dan Kesimpulan
Analisa dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengujian
sistem ini baik per bagian maupun secara keseluruhan dengan nilai
yang diharapkan dari literatur yang ada.
3.5.7 Pembuatan Laporan
Akhir dari tahap penelitian ini adalah pembuatan laporan dari
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. SIMPULAN
Setelah melalui semua tahapan dalam penelitian ini dapat disimpulkan hal-hal
sebagai berikut:
1. Wahana Vertical Take Off and Landing (VTOL)-UAV dapat dikendalikan
secara autonomous untuk pendeteksian dini kondisi udara yang berbasis
video sender.
2. Telah terealisasi flight mode stabilize, Alt Hold, Loiter, Auto dan Land
yang digunakan pada VTOL untuk mendukung fungsi wahana sebagai
pendeteksi dini kondisi udara.
3. Penggunaan Pixhawk 2.4.5 dengan firmware Arducopter telah terealisasi dan dapat menjalankan misi pendeteksian dini kondisi udara dengan lancar
tanpa kendala.
4. Pengiriman video untuk sistem Video sender menggunakan Video Sender (VTx dan VRx) berfrekuensi 5,8GHz 1000mw dan ditampilkan pada
67
5.1. Saran
1. Peningkatan kualitas kamera cmos pada sistem video sender agar video yang ditampilkan pada monitor atau laptop akan terlihat lebih baik.
2. Penggunaan telemetry 433Mhz yang perlu ditambahkan antena tambahan
agar jangkauannya menjadi lebih jauh lagi daripada menggunakan antena
standar.
3. Penggunaan baterai lippo yang kapasitas arusnya lebih besar lagi agar
DAFTAR PUSTAKA
[1] Wiguna Utama, M. R. (2013). Sistem Kendali Holding Position Pada
Quadcopter Berbasis Mikrokontroler Atmega 328p. Tugas Akhir. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
[2] Sugiarta, A. A. G., (2008). Dampak Bising Dan Kualitas Udara Pada Lingkungan Kota Denpasar, Volume 8 No.2 , p. 162 - 167.
[3] Hoffman, G.M. and Waslander, S.L. (2008). Quadrotor Helicopter Trajectory Tracking Control. AIAAGuidance, Navigation and Control Conference andExhibit. 18-21 2008 Augustus. Honolulu. Hawaii.AIAA 2008-7410.
[4] S Purnomo Didik, R Arini Nu, dan Septiawan Bachtiar. (2011). Navigation and Control System of QuadrotorHelicopter. Electronics Engineering Polytechnic Institute of Surabaya (EEPIS). Surabaya.
[5] Zabunov, S, dkk., (2014). XZ-4 Vertical Takeoff and Landing Multi-Rotor
http://copter.ardupilot.com/wiki/common-pixhawk-overview/
Diakses pada 1 Juli 2015
[8] Suja, M. J. J., (2015). Sistem Navigasi Pada Unmanned Surface Vehicle
Untuk Pemantauan Kondisi Daerah Perairan.Tugas Akhir. Teknik Elektro
