MODUL
SISTEM TELEMETRI RADIO
Erlandy Dwinanto, Muhammad Arief, Adam Mubarok, Nanda Tumangger, Ginna Permata, Heldi Alfiadi
10210083, 10210091, 10210036, 10210064, 10210082, 10210004 Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
E-mail: erlandy.dwinanto@gmail.com Asisten: Mahdi Mahendra/10209015
Edi Parlindungan /10209104 Tanggal Praktikum : 06-03-2013
Abstrak
Tujuan utama dari percobaan ini adalah untuk menentukan tegangan referensi dari ADC dan membandingkannya terhadap referensi, menentukan frekuensi sampling an throughput rate ADC. Pada percobaan sistem telemetri ini akan digunakan stasiun ukur dan stasiun kontrol, dengan perantaranya berupa saluran transmisi, yang dalam percobaan ini menggunakan gelombang radio FM.Pada percobaan akan dikirimkan 10 variasi data digital, data tegangan analog, data temperatur, dan 4 variasi data frekuensi sinyal AC. Selanjutnya data yang diperoleh diolah dengan membandingkan data yang terbaca, data digital, dan data seletah diproses. Dengan membuat perbandingan tersebut ke dalam bentuk grafik maka dapat dicari beberapa nilai yang ingin diperoleh. Analisis akan membahas mengenai pentingnya sistem telemetri pada bidang industry dan penelitian, serta kelebihan sistem telemetri dengan medium udara. Terakhir akan disimpulkan nilai dari besaran-besaran yang diperoleh dari percobaan.
Kata Kunci: Analog to Digital Converter (ADC), Least Significant Bit (LSB), Mikrokontroler, Modem. I. Pendahuluan
Percobaan sistem telemetri radio ini memiliki tiga tujuan yaitu yang pertama untuk menentukan tegangan referensi dari ADC (Analog to Digital Converter) yang digunakan, kedua menentukan frekuensi sampling (sampling frequency) ADC, dan yang terakhir adalah menentukan throughput rate ADC.
Telemetri adalah sebuah teknologi yang memungkinkan pengukuran data dilakukan pada jarak jauh[1]. Kata telemetri
sendiri berasal dari bahasa Yunani yang terdiri dari kata “tele” yang berarti jauh dan “metron” yang berarti pengukuran. Sistem telemetri secara garis besar dapat dibagi ke dalam tiga blok utama, yaitu blok sumber data, blok transmisi, dan blok penerima/pengolah data. Sementara berdasarkan fungsinya dapat dibagi menjadi dua yaitu stasiun ukur dan stasiun pengolah data. Berikut ini adalah diagram blok dari stasiun ukur dan stasiun pengolahan data:
Gambar 1. Blok diagram Stasiun ukur.
Gambar 2. Blok diagram stasiun kontrol
Analog to digital converter atau biasa
dikenal dengan ADC adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengkonversi suatu nilai analog yang kontinu (biasanya berupa tegangan), menjadi bilangan digital diskrit sebelum dikirimkan ke mikrokontroler atau komputer. Beberapa karakteristik ADC yang biasa digunakan adalah resolusi, sampling
Multiplekser ADC
Sensor
Mikrokontroler Modem
Pemancar
Penerima Modem Mikrokontroler
rate/frequency, dan least significant bit (LSB).
Resolusi adalah banyaknya nilai diskrit yang dapat dihasilkan pada skala tegangan tertentu.
Sampling rate/frequency dari ADC menunjukan banyaknya sampel sinyal analog yang diambil per satuan waktu, persamaannya adalah :
= 12 10 (1)
Sementara least significant bit (LSB) adalah resolusi terkecil yang dinyatakan secara elektrik dalam satuan volt, dimana persamaannya dapat dituliskan sebagai :
∆ = − (2) Sehingga ∆ ( ) = ∆ (2 − 1) (3) dengan = (2 − 1) (4) dan = (5) Keterangan : a = gradien grafik − n = jumlah bit ADC
Sedangkan untuk temperatur, pengkonversian nilai temperatur telemetri dari nilai nilai tegangan digital dan tegangan referensi ADC adalah :
= (2 −1)(10 ) (6)
Modem adalah alat yang berfungsi memodulasi sinyal digital dari ADC ke dalam suatu sinyal karier analog dengan frekuensi/amplitudo/fasa tertentu yang merepresentasikan data digital. Dalam praktikum ini digunakan modem dengan jenis
frequency shift keying (FSK). Sinyal karier yang
digunakan dalam percobaan ini adalah gelombang radio, oleh karena itu digunakan sistem pemancar FM dan radio penerima FM
superheterodyne.
Gambar 3. Diagram blok radio penerima superheterodyne[2].
Mikrokontroler yang digunakan pada percobaan ini adalah mikrokontroler C8051F006, yang memiliki beberapa kelebihan antara lain sudah terdapat ADC 12 bit, DAC 12 bit, multiplexer, dan PGA (power gain
amplifier) dalam satu chip.
II. Metode Percobaan
Berikut ini akan dijelaskan langkah-langkah yang perlu dilakukan dalam melakukan percobaan ini. Pertama-tama siapkan stasiun ukur dan stasiun kontrol serta komputer. Atur agar channel pada stasiun ukur dan stasiun kontrol sama (0 atau 1), setelah itu pilih setting pada stasiun ukur, dan pastikan bahwa sudah memilih pilihan untuk menyimpan data (save). Jika sudah, pilih input lalu tekan enter pada pilihan data digital. Atur posisi mikrokontroler sedemikian rupa dan jika sudah tekan send. Pastikan data sudah terkirim. Lakukan pengiriman untuk 10 variasi data digital. Untuk data terakhir ke-10 tekan send sebanyak 2 kali. Selanjutnya lakukan untuk tegangan analog dengan mengatur potensiometer (10 variasi) untuk 2 input, masing-masing 10 variasi. Setelah itu data temperatur (10 variasi), dan terakhir sinyal AC pada frekuensi 1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, dan 6 KHz. Untuk frekuensi pilih pilihan output.
Seluruh proses pengiriman data pengukuran di atas dari stasiun ukur ke stasiun kontrol (mikrokontroler), dilakukan pada mode 0 yaitu mode MC - RF. Selanjutnya proses untuk proses pengambilan data dari mikrokontroler ke komputer ganti menjadi mode 2 yaitu mode PC - MC. Jika sudah ganti
mode 2 dan program elkahfi 200 sudah dijalankan tekan tombol file explorer untuk mengecek data yang ada, lalu download file untuk mengambil data ke komputer. Jika sudah simpanlah data tersebut.
Hipotesis pada percobaan ini adalah terdapat selisih nilai antara data yang terbaca langsung (tegangan, temperatur, frekuensi) dengan data desimal dari mikrokontroler yang dikirimkan melalui sistem telemetri, sehingga terdapat kesalahan data atau error. Selain itu diperkirakan pula bahwa besarnya selisih nilai berbanding lurus dengan besar nilai data yang dikirimkan, atau dengan kata lain gradien pada grafik kesalahan linearisasi pengukuran adalah postif.
III. Data dan Pengolahan 1. Digital Data In
Tabel 1. Tabel Digital Data In. No Data dikirim
(digital) diterima Data (digital) Kesalahan 1 0 0 0 2 198 198 0 3 190 190 0 4 1 1 0 5 2 2 0 6 3 3 0 7 4 4 0 8 5 5 0 9 12 12 0 10 15 15 0
Jumlah Data Salah 0
% Kesalahan 0 %
2. Analog In-0
Gambar 4. Grafik hubungan VRTU- Vdesimal.
apabila menggunakan model persamaan : f(x) = p1*x + p2
diperoleh koefisien:
p1 = 0.0005861 (0.0005859, 0.0005863) p2 = -0.000636 (-0.001081, -0.0001905) dengan menggunakan persamaan (4) maka diperoleh nilai Vref adalah 2.4000795 V.
Sementara itu, dengan menggunakan persamaan (2) dan persamaan (3) maka dapat diperoleh grafik ∆V - VRTU dan grafik ∆U - VRTU
sebagai berikut:
Gambar 5. Grafik kesalahan linearisasi pengukuran tegangan.
Gambar 6. Grafik kesalahan linearisasi pengukuran tegangan (LSB).
3. Temperatur In
Dengan menggunakan persamaan (6) maka dapat diperoleh data TTele yang jika
dibuat ke dalam tabel menjadi : Tabel 2. Tabel Data temperatur In T RTU(°C) T Digital T Tele (°C) ∆T (°C)
30 512 30.00832 0.00832 30.12 514 30.12554 0.00554 31.76 542 31.76662 0.00662 32 546 32.00106 0.00106 32.11 548 32.11828 0.00828 33.11 565 33.11465 0.00465 33.17 566 33.17326 0.00326 34.81 594 34.81434 0.00434 33.87 578 33.87658 0.00658 47.23 806 47.23966 0.00966 Jika dibuat dibuat grafik T RTU - T Tele , maka
akan dihasilkan kurva sebagai berikut :
Gambar 7. Grafik hubungan TRTU- TTele. Apabila digunakan persamaan (2) hanya saja untuk temperatur, maka dapat dibuat grafik ∆T - TRTUsebagai berikut :
Gambar 8. Grafik kesalahan linearisasi temperatur.
4. Frekuensi
Dengan menggunakan persamaan (1) maka dapat diperoleh fsamplinguntuk masing-masing
frekuensi (1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, dan 6 KHz) : Tabel 3. Tabel Data frekuensi. frekuensi
(KHz) Sampling time (s) fsamplin g(Hz) 1 0.006008 19634.62051 2 0.005917 19936.57949
4 0.005962 19786.11
6 0.006156 19162.57
Berikut ini adalah grafik dari hasil penerapan Fast Fourier Transform (FFT) terhadap data digital yang diperoleh dari percobaan :
Gambar 9. Grafik frekuensi - Imabs(FFT) 1KHz
Gambar 11. Grafik frekuensi - Imabs(FFT) 4KHz
Gambar 12. Grafik frekuensi - Imabs(FFT) 6KHz Dari Gambar (9)-Gambar (12) yang merupakan grafik frekuensi terhadap Imabs (FFT) dapat diperoleh nilai frekuensi hasil pengukuran telemetri yaitu nilai frekuensi disebelah kiri dari dua buah puncak kembar dengan amplitudo tertinggi. Hal itu berarti jika dilihat dari Gambar (9)-Gambar (12), berturut-turut frekuensi hasil pengukuran telemetri adalah 0.1 x 104Hz, 0.2 x 104Hz, 0.4 x 104Hz, dan 0.6
x 104 Hz yang sesuai dengan frekuensi
pengukuran langsung. Terakhir nilai
throughput rate ADC apabila dirangkum dalam
bentuk tabel :
Tabel 4. Tabel Throughput Rate ADC frekuensi (KHz) samplingtime (s) Throughput Rate (Ksps)
1 0.006008 21.305
2 0.005917 21.633
4 0.005962 21.469
6 0.006156 20.793
IV. Pembahasan
Pada percobaan pengiriman data digital, tidak ditemukan kesalahan transfer data melalui telemetri, semua data dikirim dan data diterima nilainya sama, sehingga tingkat kesalahannya adalah 0%.
Dari percobaan pengiriman data analog berupa tegangan dapat diperoleh nilai tegangan referensi dari grafik hubungan VRTU
-Vdesimal [Gambar 4]. Tegangan referensi dari
ADC berbanding lurus dengan gradien dari kurva grafik tersebut, dalam percobaan ini diperoleh nilai Vref adalah 2.4000795 volt,
sementara nilai Vref yang diperoleh dari
datasheet C8051F006 adalah 2.4 volt. Hal ini berarti nilai tegangan referensi yang diperoleh pada percobaan sangat dekat dengan nilai referensi, hanya selisih 7.95 x 10-5 volt atau
0.003%. Kesalahan linearisasi ADC dari datasheet C8051F006 adalah maksimal sebesar ± 1 LSB, sementara nilai least
significant bit (LSB) dari percobaan pengiriman
data analog tegangan adalah 0.000417582 volt, oleh karena itu selisih antara nilai tegangan terbaca langsung dengan nilai tegangan dari telemetri yang berkisar antara 0.00015851 - 0.00088080 volt masih dapat dianggap normal.
Perbedaan antara data temperatur yang dibaca langsung dengan data temperatur melalui telemetri berdasarkan data linearisasi ADC dari datasheet C8051F006 adalah juga sebesar ± 1 LSB. Karena dalam percobaan ini sensor temperatur yang digunakan adalah LM35, berarti perbedaan temperatur sebesar 1 °C menghasilkan perbedaan tegangan sebesar 10 mV, sehingga besar nilai 1 LSB untuk data temperatur adalah 0.00420757 °C. Kesalahan atau selisih nilai temperatur lebih besar dari 1 LSB atau 0.000420757 °C dapat disebabkan oleh adanya gangguan atau noise pada saat transmisi data, terutama gangguan dalam bentuk gelombang elektromagnetik karena medium transimisi yang digunakan dalam percobaan ini adalah udara dengan menggunakan karier berupa gelombang radio FM. Selain itu pada percobaan ini selisih antara nilai tegangan atau temperatur yang
dibaca langsung dengan yang data yang diterima telemetri hanya berbeda sedikit diakibatkan pada percobaan ini jarak antara stasiun ukur dan stasiun kontrol tidak terlalu jauh, apabila jarak keduanya diperbesar, maka selisihnya dapat menjadi lebih besar.
Dengan melihat grafik frekuensi -Imabs(FFT) untuk masing-masing besar frekuensi [Gambar (9) - Gambar (12)], dapat diperoleh frekuensi hasil pengukuran telemetri, yaitu nilai frekuensi disebelah kiri dari dua buah puncak kembar dengan amplitudo tertinggi, adalah 1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, dan 6 KHz. Nilai tersebut adalah nilai kasar dari grafik pada saat berada di puncak sebelah kiri, karena jarak antara nilai frekuensi yang masih terlalu lebar jaraknya, sehingga untuk menentukan secara pasti masih ditemukan kesulitan. Secara umum, nilai frekuensi dari hasil pengukuran telemetri akan sama dengan hasil pengukuran langsung untuk frekuensi-frekuensi yang hampir sama antara frekuensi gelombang radio FM dan frekuensi AC dan perbedaan kedua nilai tersebut akan semakin besar untuk beda frekuensi tinggi. Hal ini disebabkan syarat terjadinya modulasi gelombang informasi oleh karier, yang dalam hal ini adalah gelombang radio FM, adalah kedua gelombang harus memiliki frekuensi yang hampir sama, jika tidak maka dapat terjadi distorsi informasi.
Aplikasi dari sistem telemetri pada bidang industry dan penelitian sangat banyak, salah satu contohnya pada bidang industry yaitu untuk memonitor jumlah bahan bakar dalam suatu tangki. Dalam penggunaannya digunakan sensor hidrostatik yang dapat menunjukkan level ketinggian dan bahan bakar yang proporsional dengan jumlah bahan bakar pada tangki. Medium transmisi yang digunakan dapat menggunakan jaringan telepon GSM, sehingga tidak memerlukan instalasi kabel telepon. Sedangkan pada bidang penelitian sistem telemetri dapat digunakan untuk memonitor kondisi cuaca pada suatu daerah yang terpencil dan medan yang sulit ditempuh, tentunya dengan menggunakan sensor-sensor yang
berhubungan, contohnya sensor tekanan, temperatur, ataupun kelembaban untuk menangkap besaran-besaran fisis, sebelum dikirim melalui medium transmisi menuju stasiun kontrol.
V. Simpulan
1. Tegangan referensi, Vref , yang diperoleh
dari hasil percobaan adalah 2.4000795 volt, berbeda 7.95 x 10-5 dibandingkan nilai V
ref
pada datasheet C8051F006.
2. Frekuensi sampling dari ADC yang digunakan dalam percobaan berkisar antara 19162.57 Hz sampai 19936.57949 Hz.
3. Throughput rate dari ADC yang digunakan dalam percobaan berkisar antara 20.793 sampai 21.633 Ksps dengan nilai maksimum
throughput rate dari datasheet adalah 100
Ksps.
VI. Daftar Pustaka
[1] “Telemetry: Summary of concept and
rationale”. NASA. NASA Technical Reports
Server.
[2]
http://1.bp.blogspot.com/-3xMIyrKoCaU/Tbv3viqVPeI/AAAAAAAACLY/An VAjBHBh1w/s1600/Gambar%2B2-742209-785732.jpg (Diakses pada 8 Maret 2013 22.55)
![Gambar 3. Diagram blok radio penerima superheterodyne [2] .](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4171097.2840297/2.918.483.805.109.289/gambar-diagram-blok-radio-penerima-superheterodyne.webp)
