UNTUK MENENTUKAN TRAJECTORY ROKET
KOMURINDO MENGGUNAKAN INERTIAL NAVIGATION
SYSTEM (INS) BERBASIS MIKROKONTROLER
TUGAS AKHIR
Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh pendidikan program sarjana di Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh:
Aulia Rahman 1.31.08.005
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER
UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
ABSTRACT
ABSTRAK
The rocket is the outer space used for various purposes, one of which if RUM rocket. RUM rocket used to carry a payload that will carry out its mission in the
air. Reffering to KOMURINDO 2012 a payload of the rocket should be able to perform measurements of the attitude of the rocket, then sends the results data of
these measurements to the ground station application. From the results data of the measurement also must be used for the calculation of the trajectory rocket. In this research , payload designed to determine trajectory from the acceleration data
measured by the sensors using inertial navigation system . The payload using a microcontroller basic stamp BA2p40 as data processor, MMA7260 as a measure
linear acceleration, gyroscope SD740 as a measure of the engle oriantation , YS-1020UB RF modules as a wireless communication tool. To settle the minor errors in the measurement of acceleration data and angular velocity of the payload,
then used mechanical filtering window and moving average filter. The Both of these filters are shown to be able to settle minor errors that appear. The endurance
rate of payload funcionality was tested using 3 test phases, that is Shock, G-force, and vibration. Received data in the ground station aplication of the
functionality test was not broken. On the test of the payload trajectory shifted by 90 cm and the trajectory formed on the aplication is 85 cm.
Keywords : Payload, inertial navigation system (INS), mechanical filtering
ABSTRAK
Roket merupakan wahana antariksa yang dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan, salah satunya adalah roket RUM. Roket RUM digunakan untuk membawa muatan yang akan melaksanakan misinya di udara. Mengacu pada
KOMURINDO 2012 sebuah muatan roket (payload) harus dapat melakukan pengukuran perilaku roket, kemudian mengirimkan data hasil pengukuran tersebut
ke aplikasi ground station. Dari data hasil pengukuran juga harus dapat dimanfaatkan untuk perhitungan trajektori roket. Pada penelitian ini, payload dirancang agar dapat melakukan pembentukan trajectory dari data percepatan
yang terukur oleh sensor menggunakan inertial navigation system. Payload ini menggunakan mikrokontroler basic stamp BS2p40 sebagai pemroses, MMA7260
sebagai pengukur percepatan linier, gyroscope SD740 sebagai pengukur orientasi sudut, modul RF YS-1020UB sebagai alat komunikasi secara wireless. Untuk mengatasi eror kecil pada pengukuran data percepatan dan kecepatan sudut
payload maka digunakan filter Mechanical Filtering Window dan moving average filter. Kedua filter ini terbukti mampu mengatasi error kecil yang muncul. Tingkat
ketahanan fungsionalitas payload diuji menggunakan 3 tahapan uji yaitu G-Shock, G-Force, dan Vibrasi. Data yang diterima di aplikasi ground station pada uji fungsionalitas tidak mengalami cacat. Pada pengujian trajectory payload digeser
sejauh 90 cm dan trajektori yang terbentuk pada aplikasi adalah 85 cm.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena dengan ridho
dan kuasa-Nya laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya dan untuk segala kemudahan yang diberikan-Nya selama menjalankan tugas akhir ini.
Laporan akhir ini merupakan syarat untuk menempuh pendidikan sarjana
Teknik Elektro di Universitas Komputer Indonesia. Judul dari tugas akhir yang telah dilakukan adalah “Implementasi Sensor Percepatan dan Gyroscope Untuk Menentukan Trajectory Roket KOMURINDO Menggunakan Inertial Navigation System (INS) Berbasis.”
Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan penyelaseain tugas akhir maupun laporan tugas akhir ini.
1. Kedua orang tua yang selalu memberi semangat dan suport yang luar biasa yang sangat berarti dalam menjalani kerja prektek ini.
2. Kakak dan adik-adik yang selalu memberikan do’a demi kelancaran tugas akhir ini.
3. Dosen pembimbing satu Muhammad Aria, MT. atas motivasi yang diberikan
dan juga segala bantuan baik moril maupun masukan-masukan dalam penyelesaian masalah. Sehingga penulis dapat tetap bertahan dalam menjalani
tugas akhir ini.
5. Kepada panitia tugas akhir Tri Rahajoeningroem, MT. atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk tetap bisa mengikuti sidang.
6. Seluruh dosen dan staf pengajar program studi teknik elektro Universitas Komputer Indonesia telah memberikan bekal ilmu.
7. Syukri Gazali Suatkab atas segala bantuan dan juga bimbingannya yang luar biasa dalam menjalani tugas akhir ini.
8. Dede Choerudin teman seperjuangan yang mensuport dalam pelaksanaan
tugas akhir ini.
9. Leonardus Sitohang menjadi pengantar keberangkatan menuju medan sidang
dan membawa peralatan perang.
10.Lagha Yudha Pradana atas semangat dan keceriaan yang diberikan dalam menempuh pendidikan di teknik elektro UNIKOM.
11.Teman-teman anggota divisi roket and unmanned sistem atas bantuannya. Terutama seluruh anggota Neo Arjuna atas kebersamaan dan usaha pantang
mundurnya hingga menjadi ciri khas untuk tim ini.
12.Teman-teman seperjuangan elektro-08 atas segala kerjasama dan bantuannya
baik dari sisi akademik maupun non-akademik yang luar biasa. Kita bisa selama kita mau berusaha.
13.Juga untuk Puput Andriyanti atas segala support, pengertian dan perhatiannya
Besar harapan semoga laporan tugas akhir ini dapat menjadi acuan dan sumber informasi tentang teknologi inertial navigation system (INS) oleh
pembaca.
Bandung, 6 Agustus 2012
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Roket merupakan wahana antariksa yang banyak digunakan untuk misi
pertahanan suatu negara maupun untuk misi perdamaian. Selain itu roket juga difungsikan sebagai pembawa muatan satelit untuk diorbitkan demi kepentingan
komunikasi. Ada juga yang disubut dengan roket uji muatan (RUM) yang digunakan untuk melakukan pengujian muatan layaknya roket yang digunakan dalam KOMURINDO. Muatan roket (payload) merupakan substansi yang dibawa
didalam roket, bisa berupa parasut, telemetri (alat ukur tertentu dari jarak jauh), atau sensor meteorology (sonda).
Oleh karena itu mengingat pentingnya fungsi dari roket tersebut, tentu pergerakannya perlu untuk dapat di amanti dari ground station atau tempat pengamatan oleh operator. Untuk itu diperlukan sebuah piranti yang dapat
melakukan attitude monitoring dan mengirimkan data tersebut secara wireless
dengan sistem half duplex. Sekaligus dapat diimplementasikan ke dalam muatan
roket itu sendiri. Sehingga berdasarkan data attitude yang diterima oleh operator, dapat dibentuk trajectory dari lintasan yang ditempuh oleh roket tersebut.
Untuk dapat melakukan hal-hal yang disebutkan diatas, terdapat beberapa
sensor percepatan untuk melakukan pengukuran percepatan linier dari suatu benda.
Untuk mendapat trajectory yang tepat, kordinat roket perlu dikonverikan terlebih dahulu terhadap kordinat peluncuran. Sistem yang digunakan adalah
metoda inertian navigation sistem (INS) posisi dan arah pergerakan dari suatu benda akan dapat diketahui dengan mengalkulasikan dapat percepatan linier dan kecepatan sudut yang diterima dari waktu ke waktu.
1.2 Identifikasi Masalah
Dalam penelitian ini memiliki beberapa permasalahan yang perlu diselesaikan, agar mendapatkan hasil yang maksimal.
1. Ketidaksamaan antara koordinat roket dengan koordinat HOME yang mengakibatkan data percepatan yang didapatkan menjadi tidak valid.
2. Pengiriman data percepatan secara wireless dengan komunikasi half duplex pada sebuah roket dalam kondisi meluncur dengan kecepatan dan
goncangan yang tinggi hingga mencapai ketinggian 600 meter sangat
berpotensi terjadi data pengukuran yang cacat.
3. Aplikasi ground station yang hanya dapat menerima data attitude monitoring roket yang dikirim secara real time tanpa dapat menyajikannya
1.3 Rumusan Masalah
Untuk dapat mengatasi masalah-masalah yang timbul dalam penelitian ini,
maka ada beberapa rumusan masalah yang diperlukan agar membantu dalam penyelesaian masalah.
1. Bagaimana membaca percepatan roket menggunakan sensor percepatan? 2. Bagaimana membaca kemiringan roket menggunakan gyroscope?
3. Bagaimana melakukan pengujian muatan roket (payload) G-Shock,
G-Force, vibrasi dan uji tansmisi data sejauh 600 meter dengan
menggunakan modul YS1020UB?
4. Bagaimana mengkonversikan koordinat roket ke koordinat peluncuran dengan sensor percepatan dan gyroscope menggunakan metode inertial navigation sistem (INS)?
5. Bagaimana menggambarkan trajectory roket dari data sensor percepatan dan
gyroscope?
6. Bagaimana menggambarkan dinamika roket berdasarkan data yang didapat dari gyroscope?
7. Bagaimana mengatasi error yang timbul pada saat roket dalam keadaan
diam?
8. Bagaimana membuat aplikasi ground station yang dapat menerima attitude monitoring secara real time serta dapat menyajikannya langsung dalam
1.4 Tujuan
Tujuan yang diharapkan dalam “Implementasi Sensor Percepatan dan
Gyroscope Untuk Menentukan Trajectory Roket KOMURINDO menggunakan
INS Berbasis Mikrokontroler ” terdapat beberapa point.
1. Dapat mengetahui percepatan roket. 2. Dapat mengetahui kemiringan roket.
3. Payload mampu melakukan pengiriman data attitude monitoring dari jarak
jauh 600 meter dan tahan terhadap G-Shock, G –Force, dan vibrasi yang
diterima.
4. Dengan mengkalkulasikan nilai dari pengukuran percepatan dan kemiringan roket menggunakan metode Inertial Navigation System yang ditanamkan padamikrokontroler dapat diketahui posisi roket.
5. Dengan mengkalkulasi data posisi hasil dari perhitungan metoda inertial navigation system dapat dibentuk trajectory dari lintasan yang di tempuh
oleh roket.
6. Dengan menggunakan data sudut alpha, beta, gama dapat digambarkan dinamika dari payload tersebut.
7. Dapat menekan error data dengan menggunakan mechanical filtering window dan moving average.
8. Dapat menampilkan data percepatan kedalam bentuk grafik, trajectory
1.5 Batasan Masalah
Terdapat batasan masalah yang digunakan dalam “implementasi sensor
percepatan dan gyroscope untuk menentukan trajectory roket KOMURINDO
menggunakan inertial navigation system (INS) berbasis mikrokontroler” yang
penting agar dapat tetap fokes pada bahasan yang dibahas.
1. Jarak transmisi data terbatas pada ketinggian meter lineof sight. 2. Komunikasi yang terjadi dilakukan secra half duplex menggunakan
YS1020UB.
3. Aplikasi software ground station berbasis labVIEW.
4. Sensor yang digunakan yaitu: MMA7260 sebagai sensor percepatan, SD740 sebagai sensor kecepatan sudut.
1.6 Metode Penelitian
Dalam pelaksanaan penilitian ini, digunakan beberapa metode penelitian
yang dapat membantu dalam pelaksanaannya.
1. Studi Literatur
Melakukan studi literatur terhadap beberapa referensi yang berkaitan
dengan tugas akhir yang dilakukan. Topik-topik yang akan dibahas meliputi: inertial navigation system (INS), basic stamp, mechanical filtering windows, integral trapezoidal, moving average, gyroscope. komunikasi
2. Pemilihan dan Pengadaan Komponen
Melakukan pengamatan dan pemeriksaan mengenai ketersediaan
dari berbagai komponen yang dibutuhkan serta biaya dari setiap komponen di pasaran.
3. Perancangan dan Pembuatan Hardware
Pembuatan rangkaian sensor, switch serta ground segment yang kemudian akan dilanjutkan ke pembuatan PCB alat
4. Pengujian dan Analisa Sistem
Pengujian ground segment, pengujian sensor percepatan, pengujian
gyroscope, pengujian RF YS-1020UB. Setelah itu dilakukan pengujian
secara keseluruhan sistem untuk memperoleh data yang dapat dianalisa serta mendapatkan data yang diinginkan. Sehingga dapat membuktikan bahwa modul yang dibuat dapat melakukan komunikasi jarak jauh tanpa ada data
cacat dan juga kualitas data yang didapat merupakan data yang valid yang pada akhirnya dapat digunakan dalam pembentukan trajectory dan dinamika
roket.
1.7 Sistematika penulisan
Pada penyusunan laporan tugas akhir ini terbagi menjadi beberapa bagian
sub bab.
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini diuraikan mengenai latar belakang, identifikasi masalahan, rumusan
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini memaparkan dan menjelaskan teori yang digunakan untuk penelitian
tugas akhir, yaitu seperti : basic stamp, komunikasi serial, inertial navigation system (INS), sensor percepatan, mechanical filtering windows, integral
trapezoidal, moving average, gyroscope, LabVIEW, radio frekuensi (RF), komunikasi half duplex.
BAB III PEMILIHAN KOMPONEN
Pada bab ini diuraikan alasan pemilihan komponen serta perbandingan dengan komponen-komponen sejenis untuk mengetahui keoptimalan antara alat yang
dibuat dengan komponen yang digunakan. Selain itu juga terdapat perhitungan biaya pembuatan alat.
BAB IV PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini diuraikan mengenai perancangan alat yang meliputi perancangan perangkat keras maupun perangkat lunak untuk membentuk sistem yang
2.1 Filter
Filter merupakan suatu proses pengambilan sebagian sinyal dari frekuensi
tertentu yang diinginkan, serta membuang beberapa sinyal dari frekuensi tertentu yang tidak dibutuhkan. Hal ini dilakukan untuk menghasilkan data-data yang
valid. Pada dasarnya filter sendiri dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu filter analog dan filter digital.
2.1.1 Filter Analog
Filter ini merupakan filter yang berupa rangkaian elektronika yang
biasanya terdiri dari komponen seperti resistor, kapasitor dan op-amp untuk menghasilkan filtering yang diinginkan. Pada filter ini sinyal yang disaring
merupakan tegangan listrik ataupun arus seperti suara.
2.1.2 Filter Digital
Filter ini merupakan filter yang menggunakan prosedur-prosedur
matematika atau lebih dikenal algoritma untuk mengolah sinyal masukan digital sehingga didapatkan keluaran digital yang memiliki kriteria seperti yang diinginkan dari proses filtering tersebut. Pada akhirnya akan menghasilkan
data-data yang valid. Filter digital sendiri juga banyak memiliki kelebihan dibandingkan filter analog, baik dalam segi performa yang lebih tinggi maupun
fleksibilitas dalam menentukan range kerjanya. Berikut beberapa contoh filter digital, seperti mechanical filtering window, moving average.
A. Mechanical Filtering Window
Mechanical filtering window merupakan suatu filter yang
digunakan untuk menghilangkan error yang timbul pada saat sensor dalam keadaan diam. Dengan menggunakan filter ini maka data akan terjaga dari error kecil yang timbul pada saat sensor dalam keadaan diam. Berikut
persamaan yang digunakan pada mechanical filtering window berdasarkan
referensi dari “Implementing Positioning Algorithms Using
Accelerometers by Kurt Seifert and Camacho” yang terdapat pada aplikasi
contoh program.
Out = .…...……….(1)
Keterangan:
BB = Batas error bawah percepatan BA = Batas error atas percepatan
= Data percepatan
Out = Keluaran dari hasil mechanical filtering window
if
BA or
BB
Berikut ilustrai perhitungan mechanical feltering window:
Gambar 2.1: Ilustrasi Mechanical Filtering Window
B. Moving Average
Moving average merupakan sebuah filter yang digunakan untuk memperhalus data yang diterima dengan cara merata-ratakan sejumlah
sample. Nilai yang akan diperoses nantinya merupakan nilai hasil dari rata-rata dari sejumlah sample. Filtering ini harus terus dilakukan untuk menghindari noise yang timbul karena mekanik.
Hal ini dikarenakan data tidak akan bebas dari noise oleh karena itu butuh untuk dilewatkan kedalam suatu filter digital. Bahkan dengan
penyaringan sebelumnya, data dapat error akibat noise mekanik. Sehingga perlu di implementasikan beberapa filter. Tergantung pada
jumlah sample yang difilter, untuk akselerasi sebenarnya bisa menggunakan 2 langkah untuk merata-ratakan. Karena untuk melakukan kalibrasi dalam keadaan diam dibutuhkan data seakurat mungkin. Berikut
fungsi dari moving average yang digunakan berdasarkan referensi dari
“Implementing Positioning Algorithms Using Accelerometers by Kurt
Out = ..….………...………...(2)
Keterangan:
n = Nomor sample
m = Range data untuk setiap proses moving average
Out = Keluaran dari hasil moving average
Berikut tampilan ilustrasi perhitungan moving average:
Gambar 2.2: Ilustrasi Perhitungan Moving Average
2.2 Metode Trapezoidal
Metode ini merupakan metode yang digunakan dalam proses integrasi data
percepatan hingga menjadi posisi. Dengan menggunakan metode trapezoidal
dapat mengurangi error yang dihasilkan apabila menggunakan method integrasi
biasa dengan melalui sebuah fungsi f(x). Seperti nampak pada Gambar 2.3 dan
Gambar 2.3: Sample dari Sinyal Data Akselerometer
Gambar 2.4: Error yang Terjadi Selama Integrasi
Tanpa Trapezoidal Method
Gambar 2.5: Ilustrasi Integrasi dengan Menggunakan
Metode Trapezoidal
Berdasarkan gambar di atas dapat dilihat, dimana area pertama merupakan nilai dari sample sebelumnya (berbentuk kotak). Area kedua merupakan area segitiga yang terbentuk dari sample sebelumnya yang di sebut (sample n-1) dan
sample sekarang (sample n). Berdasarkan pendekatan di atas dapat ditliskan sebuah fungsi seperti di bawah ini:
| | ……….……….…(3)
2.3 Inertial Navigation System
Inertial navigation system (INS) merupakan teknik navigasi mandiri
dengan menyediakan pengukuran menggunakan accelerometer dan gyroscope
untuk melacak posisi dan orientasi dari sebuah objek relative untuk mengetahui
orientasi dan kecepatan. Inertial measurement units (IMUs) biasanya berisi tiga tingkatan ortogonal (tegak lurus dengan bidang lainnya) gyroscope dan tiga tingkatan ortogonal (tegak lurus dengan bidang lainnya) accelerometer, untuk
mengukur kecepatan sudut dan percepatan linear masing-masing. Metode ini sering digunakan pada kendaraan seperti kapal, pesawat, kapal selam, rudal dan
pesawat ruang angkasa. Berikut persamaan yang digunakan dalam perhitungan
INS untuk tiga axis berdasarkan referensi dari “ Designand Characterization of a
Strapdown Inertial Navigation System based on Low-Cost Solid-State Sensors by
Peter Leuthi and Thomas Moser”,seperti terlihat pada persamaan 4.
( ) disentuh, dipegang, dan memiliki fungsi tertentu sesuai dengan peruntukannya. Ada beberapa perangkat keras yang digunakan dalam pembuatan alat untuk
menentikan trajectory roket ini, seperti mikrokontroler, konektor DB-9 port Serial, catu daya, ADC, radio frekuensi, sensor percepatan, gyroscope.
cos ∗ cos −sin ∗ cos −cos ∗ sin ∗ sin
−sin ∗ sin ∗ sin sin ∗ cos
sin ∗ sin ∗ cos cos ∗ cos cos ∗ sin ∗ cos − cos ∗ sin sin ∗ sin
2.4.1 Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan suatu alat elektronika digital layaknya
komputer yang dapat diprogram sesuai kebutuhan. Sehingga dapat mempermudah dalam pembuatan aplikasi alat elektronik karena tidak
memerlukan rangkaian tambahan yang cukup besar dibandingkan aplikasi alat serupa tanpa menggunakan rangkaian digital. Rata-rata setiap mikrokontroler memiliki instruksi manipulasi bit, akses ke I/O secara langsung dan mudah,
dan proses interrupt yang cepat dan efisien.
2.4.2 Konektor DB-9 Port Serial
DB-9 merupakan konektor yang biasa digunakan untuk melakukan
komunikasi serial yang terdapat pada PC. Pada komputer IBM PC yang kompetibel biasanya terdapat satu atau dua konektor DB-9 dan biasanya
dinamai COM 1 dan COM 2 yang merupakan standar dari sinyal yang dikeluarkan port serial berupa standar RS232. Berikut gambar tampilan konektor DB-9, seperti pada Gambar 2.6 :
Pada dasarnya setiap port tentu memiliki konfigurasi-konfigurasi pin masing-masing. Begitu pula dengan port serial DB-9 yang memiliki
konfogurasi pin dan nama sinyal seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin dan Nama Sinyal konektor DB-9
Nomor Pin
Nama
Sinyal Fungsi Keterangan
1 DCD Input Data Carier Detect/Received Line Signal 2 RxD Input Received Data
Untuk RS232 sendiri biasanya tidak semua pin digunakan. Hanya beberapa saja seperti: RxD, TxD, GND.
Gambar 2.7 Konfigurasi RS232 Cross Kabel
Untuk level tegangan yang dimiliki oleh RS232 sendiri yaitu memiliki
logika “0” pada saat nilai tegangan berada pada range +3V sampai +25V
sedangkan pada saat memiliki logika “1” maka nilai tegangannya berada pada
range -3V sampai -25V. Sedangkan untuk level tegangan yang dimiliki oleh
TTL yaitu berlogika “0” pada saat nilai tegangan berada pada 0V (pendekatan)
Gambar 2.8 Level Tegangan Pada RS232
2.4.3 Catu Daya
Catu daya merupakan hal terpenting dalam perancangan sebuah barang
elektronik. Penentuan catu daya sendiri dapat dilihat dari beberapa faktor, diantaranya: tegangan, arus, teknoligi baterai.
A. Tegangan
Setiap komponen elektronik yang digunakan tentu memiliki tegangan yang berbeda satu dengan yang lainnya. Tegangan tertinggi yang
dibutuhkan dari suatu komponen pendukung barang elektronik yang akan dibuat sangat menentukan nilai dari tegangan catu daya itu sendiri.
B. Arus
Arus sendiri memiliki peran yang terpenting dalam pemilihan suatu catu daya. Hal ini dikarenakan dengan melihat kapasitas dari arus yang
sendiri. Dimana semakin besar arus yang dimiliki maka akan semakin lama dayatahan dari catu daya tersebut.
C. Teknologi Baterai
Teknologi yang ada pada sebuah baterai saat ini sudah makin hebat.
Dari mulai yang hanya satu kali pemakaian saja sampai yang bisa diisi ulang. Untuk baterai isi ulang sendiri ada beberapa jenis dari mulai baterai yang harus diisi ulang apabila sudah kosong dan ada pula baterai yang harus
diisi apabila tegangan baterai ada di level tertentu. Untuk jenisnya sendiri ada beberapa macam seperti: litium polimer (LiPo), NI-CD, alkaline, lead
acid yang masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan.
2.4.4 Analog to Digital Converter (ADC)
Analog to digital converter (ADC) merupakan suatu piranti yang
berfungsi untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal-sinyal digital sehingga data-data yang dihasilkan dapat dibaca oleh piranti digital seperti mikrokontroler.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan dan penggunaan ADC itu sendiri, seperti: tegangan maksimum yang dapat
dikonversi, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan dan waktu konversinya.
2.4.5 Radio Frekuensi
Dimana pada masing-masing radio frekuensi terdapat pengirim Tx dan penerima Rx. Sinyal yang dikeluarkan oleh pengirim melalui antena berbentuk
gelombang elektromagnetik. Sinyal tersebut akan diterima oleh penerima melalui antena. Sehingga memungkinkan terjadinya komunikasi yang lebih
mudah karena tanpa menggunakan kabel.
Dalam sebuah radio frekuensi, informasi merupakan hal pokok dalam komunikasi. Oleh karena itu, aliran informasi dari suatu komunikasi akan
menentukan macam-macam komunikasi yang sedang terjadi. Aliran informasi sendiri dapat terbagi menjadi beberapa, seperti: simplex, half duplex, full
duplex.
A. Simplex
Simplex merupakan salah satu bentuk komunikasi yang merujuk
pada komunikasi satu arah. Komunikasi ini biasanya diadopsi pada TV dan radio. Berikut gambaran komunikasi simplex seperti pada Gambar 2.9:
Gambar 2.9 Ilustrasi Aliran Informasi Simplex
B. Half Duplex
Half duplex merupakan salah satu bentuk komunikasi yang merujuk
diadopsi pada handy talky. Ilustrasi dari aliran informasi dari half duplex
sendiri dapat dilihat di bawah ini:
Gambar 2.10 Ilustrasi Aliran Informasi Half Duplex
C. Full Duplex
Full duplex merupakan salah satu bentuk komunikasi yang merujuk pada komunikasi dua arah secara bersamaan. Komunikasi ini biasanya diadopsi pada hand phone. Berikut gambaran Komunikasi full duplex
seperti pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Ilustrasi Aliran Informasi Full Duplex
2.4.6 Sensor Percepatan
berkurangnya kecepatan terhadap waktu pada keadaan tertentu disebut perlambatan. Sedangkan Sensor percepatan sendiri merupakan suatu piranti
elektronik yang digunakan untuk mengukur percepatan yang terjadi pada keadaan tertentu. Sonsor percepatan sendiri dapat digunakan untuk
mendapatkan posisi dari suatu benda dengan melakukan integral percepatan itu sendiri sebanyak dua kali terhadap waktu.
2.4.7 Gyroscope
Gyroscope merupakan suatu alat elektronik yang berfungsi untuk
mengukur kecepatan sudut dengan satuan (o/s) yang dialami oleh suatu benda pada pitch, roll, yaw. Sehingga dengan memanfaatkan data kecepatan sudut
tersebuat dapat diketahui sudut kemiringan suatu benda.
Gambar 2.12 Ilustrasi Gerakan Pitch, Roll, Yaw
2.5 Perangkat Lunak (Software)
Merupakan sesuatu yang berlawanan dari perangkat keras, dimana perangkat lunak tidak dapat disentuh, diraba ataupun bisa disebut tidak berwujud. Hal ini dikarenakan perangkat lunak sendiri merupakan bagian dari suatu sistem
2.5.1 LabVIEW
LabVIEW merupakan sebuah software pemrograman berbasis grafis
produksi National Instrument. Pada dasarnya software ini sama dengan
software-software pemrograman lainnya seperti: matlab maupun visual basic.
Hanya saja LabVIEW beroprasi dengan menggunakan bahasa pemrograman yang berbasis grafis dan blok diagram sedangkan yang lainnya berbasis text. Selain itu LabVIEW sendiri juga tampilannya dapat meniru layaknya
instrument. Oleh karena itu LabVIEW dapat digunakan untuk membuat suatu aplikasi. Berikut tampilan awal dari LabVIEW:
Gambar 2.13 Tampilan Awal LabVIEW 2011
2.5.2 Basic Stamp Editor v2.5.2
Basic stamp editor merupakan software editor yang digunakan oleh mikrokontroler basic stamp untuk mengunduh program yang ingin ditanamkan
yaitu menggunakan bahasa basic. Berikut tampilan dari basic stamp editor v2.5.2 seperti pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Tampilan Basic Stamp Editor 2.5.2
2.5.3 HUAWEIYSPRG
HUAWEIYSPRG merupakan software bawaan dari YS1020UB yang
berfungsi menyeting channel yang ingin digunakan pada YS1020UB.
a. Blok Sensor
Untuk dapat mengukur parameter-parameter yang dibutuhkan seperti
percepatan linier serta percepatan sudut dari suatu benda yang bergerak tentu dibutuhkan beberapa alat elektronik seperti sensor. Ada dua buah sensor dan satu
jenis ADC yang digunakan.
3.1.1 Modul Sensor Percepatan MMA7260
Modul MMA7260 merupakan sensor interface yang terbuat dari chip MMA7260QT. Sensor ini memiliki 3 axis yang digunakan dalam pengukuran
percepatan linier X, Y, Z.
Berikut tampilan dari modul MMA7260:
Gambar 3.1 Device Modul MMA7260
Berikut perbandingaan spesifikasi yang dimiliki oleh modul MMA7260
Tabel 3.1 Perbadingan Sensor Percepatan MMA7260 dengan Lainnya
Spesifikasi MMA7260 MMA7361 ADLX335
Tegangan masukan 3.3 V-8 V 3.3 V-8 V 3.3 V-5 V Sensitivitas dapat dipilih 1.5 g, 2 g, 6 g 1.5 g, 6g 3g
Mode pengukuran 500 500 350
Mode standby 3 3 -
Sensitivitas tinggi 800 mV/g @ 1.5 g
800 mV/g @ 1.5 g
270 mV/g @ 3 g
low pass filter Yes Yes No
Komunikasi Interface Analog Analog Analog
Berikut tampilan dari modul MMA7361 dan ADLX335:
Gambar 3.2 Device Modul MMA7361
Gambar 3.3 Device Modul ADLX335
3.1.2 Modul Gyroscope SD740
Modul gyroscope SD740 merupakan sensor interface yang terbuat dari
chip SD740. Sensor ini memiliki 3 axis yang digunakan dalam pengukuran kecepatan sudut X, Y, Z.
Berikut tampilan dari modul gyroscope SD740:
Gambar 3.4 Device modul gyroscope SD740
Berikut perbandingan spesifikasi yang dimiliki oleh modul gyroscope SD740
dengan sensor percepatan sejenis lainnya.
Tabel 3.2 Perbandingan Sensor Gyroscope SD740 dengan Tipe Lainnya
Spesifikasi SD740 L3G4200 ITG-3200
Tegangan masukan 2.6V-3.3V 2.7V-6.5V 2.7V-6.5V
Berikut tampilan dari modul L3G4200D dan ITG-3200:
Gambar 3.5 Device Modul Gyroscope L3G4200D
Gambar 3.6 Device Modul Gyroscope ITG-3200
Berdasarkan data perbadingan pada Tabel 3.2 di atas, modul gyroscope
SD740 dipilih karena memiliki 3 macam pilihan komunikasi interface yang dapat dugunakan, yaitu analog, SPI dan I2C.
3.1.3 ADC 0833
ADC merupakan komponen yang wajib dimiliki apabila menggunakan suatu sensor yang keluarannya masih berupa analog untuk dikoneksikan kesuatu alat digital. Hal ini dilakukan tentunya agar data keluaran dari sensor
Berikut tampilan dari ADC0833:
Gambar 3.7 Device IC ADC0833
Berikut koneksi pin ADC0833:
Gambar 3.8 Koneksi Pin ADC0833
Berikut perbandingaan spesifikasi yang dimiliki oleh ADC 0833 dengan ADC
Tabel 3.3 Perbadingan ADC0833 dengan ADC Lainnya
Spesifikasi ADC0833 ADC0832 ADC0808
Tegangan masukan 5V 4.5V-6.3V 5V
Jumlah chanel 4 2 8
Resolusi 8 Bit 8 Bit 8 Bit
Waktu Konversi 32 32 100
Low power 23 mW 15 mW 14 Mw
Berikut tampilan dari ADC0832 dan ADC0808:
Gambar 3.9 Device IC ADC0832
Gambar 3.10 Device IC ADC0808
b. Mikrokontroler Basic Stamp Bs2p40
Mikrokontroler merupakan bagian terpenting dari suatu sistem elektronik
digital. Hal ini dikarenakan eksekusi serta pengolahan data di mikrokontroler akan menentukan hasil yang didapatkan. Basic stamp Bs2p40 memiliki kecepatan
eksekusi yang cukup tinggi. Selain itu basic stamp Bs2p40 juga memiliki 32 pin I/O.
Berikut tampilan dari basic stamp BS2p40 seperti pada Gambar 3.11:
Gambar 3.11 Device Modul Basic Stamp BS2p40
Berikut ini alokasi pin yang disediakan oleh modul basic stamp BS2p40:
Berikut perbandingaan spesifikasi yang dimiliki oleh mikrokontroler basic stamp BS2p40 dengan mikrokontroler lainnya seperti terlihat di bawah ini.
Tabel 3.4 Perbadingan Mikrokontroler BasicStamp BS2p40 Dengan Lainnya
Spesifikasi Basic Stamp BS2p40
Basic Atom
nano 18 Atemega8
Tegangan masukan 9V-12V 4.9V-5.2V 4.5V-5.5V
Jumlahpin I/O 32 15 23
Berikut tampilan dari basic atom nano 18 dan atemega8:
Gambar 3.14 Device Modul Atemega8
Berdasarkan data perbadingan pada Tabel 3.4 di atas, mikrokontroler basic
stamp BS2p40 dipilih karena memiliki kecepatan prosesor yang tinggi yaitu sebesar 20MHz.
c. Sistem Catu Daya
Sistem catu daya merupakan hal yang cukup perlu diperhatikan, karena akan mempengaruhi kinerja kerja dari suatu alat elektronik.
3.3.1 Baterai Lithium Polymer
Baterai litium polimer sering juga disebut baterai LiPo. Baterai ini termasuk baterai rechargeable yang di dalamnya terdapat beberapa sel identik
Berikut tampilan dari baterai LiPo:
Gambar 3.15 Device Baterai Lipo
Berikut perbandingaan spesifikasi yang dimiliki oleh baterai LiPo dengan baterai lainnya.
Tabel 3.5 Perbadingan Baterai LiPo Dengan Baterai Lainnya
Spesifikasi LiPo NiCad LiIon
Daya Besar Besar Kecil
Penurunan Energi /Bulan 5% 10% 5%
Bobot Ringan Berat Ringan
Dapat di charging Yes Yes Yes
Memori efek No Yes No
Berikut tampilan dari nickel cadmium dan lithium ion:
Gambar 3.17 Device Baterai Lion
Berdasarkan data perbadingan pada Tabel 3.5 di atas, baterai litium polimer dipilih karena memiliki daya yang besar, penurunan energy yang relative sedikit yaitu 5%/bulan, ringan, dapat diisi ulang, selain itu baterai
litium polimer tidak memiliki memori efek yang mengakibatkan baterai ini tidak perlu menunggu hingga baterai kosong untuk dapat diisi kembali.
3.3.2 Regulator LM2940T
Regulator merukan sebuah komponen elktronika yang berfungsi sebagai filter tegangan yang biasa digunakan untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan. Regulator LM2940T merupakan sebuah regulator dengan
droupout voltage yang kecil. Sehingga sangat baik digunakan dalam suatu rangkaian regulator elektronik. Karena dapat mengoptimalkan kinerja dari
suatu rangkaian elektronik.
Gambar 3.18 Device LM2940T
Berikut perbandingaan spesifikasi yang dimiliki oleh regulator LM2940T
dengan regulator lainnya.
Tabel 3.6 Perbadingan Regulator LM2940T dengan Regulator Lainnya
Spesifikasi LM2940T LM7805
Tegangan masukan 6.25V-26 V 7.5V-20V
Arus keluaran 1A 1A
Range temperature -40oC-80oC 0oC-70oC
Dropout Voltage 0.5V-1V 1A
Berikut tampilan dari regulator LM7805:
Berdasarkan data perbadingan pada Tabel 3.6 di atas, regulator LM2940T dipilih karena memiliki dropout voltage yang kecil yaitu minimal
0.5V
d. Modul Ground Segment
Modul ground segment merupakan modul transceiver yang digunakan
sebagai penerima data dari percepatan serta kemiringan roket yang disampaikan ke komputer sehingga dapat ditampilkan dalam aplikasi software ground station.
Selain itu juga sebagai pengirim command dari komputer ke roket.
3.4.1 Modul RF YS1020UB
Modul RF YS1020UB merupakan piranti radio komunikasi yang
digunakan untuk melakukan komunikasi jarak jauh tanpa kabel. Sehingga komunikasi akan tetap berlangsung dengan baik serta dapat memonitoring data yang diterima.
Berikut tampilan dari modul RF YS1020UB yang daoat dilihat dibawah ini:
Gambar 3.20 Device Modul RF YS1020UB
Berikut perbandingaan spesifikasi yang dimiliki oleh RF YS1020UB dengaan
Tabel 3.7 Perbadingan Modul RF YS1020UB dengan Modul RF Lainnya
Spesifikasi RF YS1020B Xbee-PRO 802.15.4
Vin 5V or 3.3V 2.8V-3.4V
Rx sensitivity -115dBm -100dBm
Untuk keterangan skema dari kofigurasi pin yang dimiliki oleh
YS1020UB dapat dilihat pada Tabel 3.8.
Tabel 3.8 Konfigurasi Pin Radio Komunikasi YS1020UB dengan Lainnya
Berikut tampilan dari modul Xbee-PRO 802.15.4 di bawah ini:
Gambar 3.21 Device Modul Xbee-PRO 802.15.4
Berdasarkan data perbadingan pada Tabel 3.8 di atas, RF YS1020B
dipilih karena memiliki jarak jangkau sejauh 800 meter. Mendekati dari jarak
yang dibutuhkan yaitu sejauh .
3.4.2 MAX232
MAX232 merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk
merubah level tegangan TTL menjadi level tegangan RS232. Hal ini biasa dilakukan pada saat melakukan komunikasi anatara mikrokontroler dengan
interface pada komputer. IC ini bekerja dengan tegangan masukan sebesar 5V. Berikut gambar diagram logika dan tampilan dari IC MAX232 seperti pada
Gambar 3.22 Logic Diagram MAX232
e. Rincian Biaya Pembuatan Alat
Berikut rincian biaya dari pembuatan alat untuk membentuk trajectory roket :
Tabel 3.9 Biaya Pembuatan Satu Alat Untuk Pembentuk Trajectory Roket
Nama Komponen Jumlah Harga (Rp)
Modul percepatan MMA7260 1 256000
Modul gyroscope SD740 1 665000
Basic Stamp Bs2p40 1 375000
RF YS1020B 1 pasang 900000
Baterai LiPo 7.4V 1800mAH 2 302000
ADC0833 2 150000
Regulator 2940T 2 14000
MAX232 1 4750
PCB 1 paket 51000
KESIMPULAN DAN SARAN
6. 1 Kesimpulan
Setelah melakukan penelitian dan pemgujian pada sistem/alat yang dibuat
untuk tugas akhir ini, maka dapat diambil beberapa kesimpuln dari hasil pengujian yang dilakukan.
1. Berdasarkan data hasil percobaan Uji Coba Daya Pancar Modul YS-1020UB radio frekuensi yang dilakukan. Komunikasi dengan menggunakan modul RF YS-1020UB dalam kondisi tanpa halangan dapat
dilakukan dengan baik, tanpa ada data tersendat hingga mencapai 650 meter. Sedangkan untuk kondisi ada penghalang mampu dilakukan tanpa
ada data tersendat hingga mencapai 400 meter. Dengan demikian modul radio frekuensi YS-1020UB terbukti cocok digunakan untuk komunikasi
line of sight.
2. Berdasarkan data hasil percobaan pengujian data percepatan, sensor percepatan berhasil terkalibrasi dengan memanfaatkan gravitasi bumi.
Terbukti pada saat dalam keadaan diam nilai yang terukur pada masing-masing sumbu sebesar 0 G.
3. Berdasarkan data Pengujian Gyroscope data sudut yang terukur pada
gerakan yaw positif pada sudut 45o dan 90o dengan sampling sebesar 0,180Hz masih memiliki error data sebesar 3,4o pada sudut 45o dan 3o
4. Berdasarkan pada data pengujian terima data, software interface yang dibuat telah berhasil untuk menerima data telemetri hasi pengukuran
sensor.
5. Berdasarkan berhasil mengirimkan command yaitu “R0500” sebagai
perintah kirim data dan “R0600” sebagai peritah berhenti kirim data
dengan frekuensi sampling 0,099 Hz.
6. Berdasarkan data Pengujian “Tanpa Mechanical Filtering Window” dan
dengan Mechanichal filtering window. Penggunaan filter digital
mechanical filtering window mampu mengatasi noise yang timbul karena
mekanik pada saat dalam kondisi diam.
7. Berdasarkan data uji coba Perbandingan nilai data percepatan sebelum filter moving dan sesudahnya. Filter digital moving average terbukti dapat
memperhalus data yang diterima.
8. Berdasarkan data hasil uji trajectory dan hasil olahan data trajectory,
aplikasi software interface yang dibuat telah berhasil mengolah data percepatan menjadi posisi dan menampilkannya menjadi sebuah trajectory.
9. Berdasarkan data hasil uji statik terbukti bahwa sistem yang dibuah mampu bekerja dengan normal tanpa ada masalah saat mengalami G-force, Gshock dan vibrasi .
10. Akibat data sudut hasil konversi dari kecepatan sudut gyroscope yang masih belum akurat menyebabkan eror yang terus terintegrasi dalam
6. 2 Saran
Dalam pembuatan sistem ini tentu masi terdapat kekurangan. Oleh karena
itu, ada beberapa saran yang dapat dijadikan bahan pertimbangan apabila ada yang berminat untuk mengembangkan tugas akhir ini.
1. Menggunakan mikrokontroler dengan eksekusi yang tinggi dengan bahasa tingkat tinggi agar mendapatkan data pengukuran dan perhitungan yang lebih akurat. Apabila ingin melakukan perhitungan INS di mikrokontroler.
2. Perhitungan inertial navigation system (INS) sebaiknya ditanamkan di aplikasi software interface. Sehingga dapat mempercepat pengolahan data
dengan waktu sampling yang tinggi.
3. Penggunaan gyroscope dan sensor percepatan yang memiliki sensitivitas tinggi.
4. Penggunaan filter digital mechanical filtering window dan moving average
untuk mengatasi noise mekanik diperlukan untuk mencegah adanya data
DAFTAR PUSTAKA
1. Seifert, Kurt., Camacho Oscar. (2007), Implementing Positioning Algorithms Using Accelerometers, freescale Semiconductor, Rev 0.
2. Wahyono, Teguh. (2003), Prinsip Dasar dan Teknologi KOMUNIKASI
DATA, Graha ilmu, Edisi pertama.
3. Woodman, Oliver J. (2007), An introduction to inertial navigation, University
Of Cambridge Computer Laboratory.
4. Basic Stamp Syntax and Reference Manual, Parallax, Version 2.2 5. (2000), LabVIEWTM Basics I Course Manual, National Instruments
Corporation,Version 6.0.
6. (2003),Introduction to LabVIEW Three-Haor Course, National Instruments
Corporation, Edition part number 323668b-01
7. Leuthi, Peter., Moser, Thomas., (2000), Low-Cost Inertial Navigation System
Designand Characterization of a Strapdown Inertial Navigation System base
on Low-Cost Solid-States Sensor.
8. Yantini B, Indra., (2010), Flowchart, Algoritma dan Pemograman
Desa Sirnabaya, Karawang
Kode Pos : 41361
Nomor Telepon : 085720333621
NIM : 13108005
Email : [email protected]
Jenis Kelamin : Laki-laki 3. “Linux Desktop, Virtualization & VoIP”
4. Workshop PLC
Penghargaan
1. Juara III GEMASTIK III Bidang Piranti Cerdas 2010 2. Juara VI KOMURINDO 2012
Penelitian yang pernah dilakukan
1. Rancang Bangun “Homing Meteo Payload”, pada KORINDO 2010
2. Rancang Bangun “Model Robot Terbang Sebagai Alternatif Sarana Pendistribusian Bantuan Bencana Alam ke Daerah Terisolir”, pada GEMASTIK III, 2010
