IMPLEMENTASI UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV)
EMPAT BALING-BALING (QUADCOPTER)
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ARDUINO
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi
Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang
MARHAFAN H. HASAN 201010370311069
JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
LEMBAR PENGESAHAN
IMPLEMENTASI UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV)
EMPAT BALING-BALING (QUADCOPTER)
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ARDUINO
TUGAS AKHIR
Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun oleh :
MARHAFAN H. HASAN 201010370311069
Tugas Akhir ini telah diuji dan dinyatakan lulus melalui sidang majelis penguji pada tanggal 24 April 2015
Menyetujui, Penguji I
Wahyu Andhyka K. S.Kom, M.Kom NIDN : 0720068701
Penguji II
Ilyas Nuryasin, S.Kom, M.Kom NIDN : 0723118601
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Informatika
Yuda Munarko, S.Kom, M.Sc NIDN : 0708087701
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama Lengkap : Marhafan H. Hasan
Tempat, Tanggal Lahir : Kore, 16 Maret 1992 Nomor Induk Mahasiswa : 201010370311069
Fakultas / Jurusan : Teknik / Informatika
Dengan ini saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
1. Skripsi yang berjudul “Implemetansi Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Empat Baling-Baling (Quadcopter) Menggunakan Mikrokontroller Arduino” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
2. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk dipergunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 19 April 2015 Yang Membuat Pernyataan
Marhafan H. Hasan 201010370311069
LEMBAR PERSETUJUAN
IMPLEMENTASI UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV)
EMPAT BALING-BALING (QUADCOPTER)
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ARDUINO
TUGAS AKHIR
Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun oleh : MARHAFAN H. HASAN 201010370311069 Menyetujuui, Dosen I Ir. M. Irfan, MT NIP : 108.9203.0255 Dosen II Zamah Sari, ST, MT NIDN : 0708087701
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah Kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan karunia-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan apa yang diharapkan. Skripsi ini adalah salah satu syarat dalam menyelesaikan program sarjana (S1) Teknik Informatika pada fakultas teknik, Universitas Muhammadiyah Malang.
Kelancaran penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh sebab itu, melalui kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan baik moril mapun materil, khususnya kepada yang terhormat :
1. Kedua orang tua, yang sangat saya sayangi yang telah memberikan dukungan moril, materil dan do’a yang tiada henti-hentinya.
2. Bapak Dekan Fakultas Teknik UMM.
3. Bapak Yuda Munarko, S.Kom, M.Sc, Selaku ketua program studi Teknik Informatika.
4. Bapak Ir. M. Irfan, MT, Selaku dosen Pembimbing 1, atas bimbingan dan masukan kepada peneliti.
5. Bapak Zamah Sari, ST, MT, Selaku dosen Pembimbing 2, atas bimbingan dan masukan kepada peneliti.
6. Bapak dan Ibu dosen yang telah membekali ilmu pengetahuan selama berada di bangku kuliah.
7. Semua pihak yang tidak disebutkan namanya satu persatu.
Sungguh tidak ada hal sempurna yang dihasilkan oleh makhluk yang tidak sempurna, namun inilah bentuk usaha yang optimal dari penulis untuk menghasilkan sesuai yang bermanfaat. Perbaikan karya ilmiah di massa mendatang, penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak serta motivasi dari orang-orang terdekat. Sekian, mohon maaf atas segala kekurangan, semoga bermanfaat.
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PERSETUJUAN ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined. ABSTRACT ... Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR TABEL ... xi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 1.4. Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.5. Metodologi ... Error! Bookmark not defined. 1.5.1. Studi Pustaka ... Error! Bookmark not defined. 1.5.2. Analisa dan Perancangan ... Error! Bookmark not defined. 1.5.3. Implemetasi ... Error! Bookmark not defined. 1.5.4. Uji Coba dan Evaluasi ... Error! Bookmark not defined. 1.5.5. Penyusunan Buku Tugas Akhir .... Error! Bookmark not defined. 1.6. Sistematika Penulisan ... Error! Bookmark not defined. BAB II
LANDASAN TEORI
𝟐. 𝟏. Komponen-Komponen Quadcopter .... Error! Bookmark not defined.
𝟐. 𝟐. Sensor-sensor di dalam AHRS (Altitude Heading Reference System) Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Akselerometer ... Error! Bookmark not defined. 2.2.2. Giroskop ... Error! Bookmark not defined.
ix
2.2.3. Magnetometer ... Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Barometer ... Error! Bookmark not defined.
𝟐. 𝟑. Teori Dasar Sistem Kontrol ... Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Kontroller Proporsional ... Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Kontroller Proporsional Derivatif (PD) ... Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Kontroller Proporsional Integral (PI) ... Error! Bookmark not defined.
2.3.4. Kontroller PRoporsional Integral Derivatif (PID) ... Error! Bookmark not defined.
BAB III
ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM
3.1. Analisa Kebutuhan Sistem ... Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Mikrokontroller... Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Rangkaian IMU (Inertial Measurement Unit) . Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Akuisisi Sensor ... Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Ultrasonic Range Sensor... Error! Bookmark not defined. 3.1.5. Rangkaian ESC dan BLDC ... Error! Bookmark not defined. 3.1.6. Konfigurasi APC220 To Mikrokontroller . Error! Bookmark not defined.
3.2. Kontrol Gerak Quadcopter ... Error! Bookmark not defined. BAB IV
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
4.1. Pengujian Program Kalibrasi Sensor IMU ... Error! Bookmark not defined.
4.1.1. Akselerometer ... Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Giroskop ... Error! Bookmark not defined. 4.2. Pengujian Program Serial Command . Error! Bookmark not defined. 4.3. Hasil Pengujian ... Error! Bookmark not defined. BAB V
x
5.1. Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined. 5.2. Saran Pengembangan ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
x
DAFTAR GAMBAR
2.1. Bentuk Dasar Quadcopter 5
2.2. Ground Frame dan Body Frame 6
2.3. Gaya Dorong dan Yawing Moment 6
2.4. Resultan Gaya Akibat Sudut 8
2.5. Diagram Blok Sistem Kontrol Sederhana 12 2.6. Diagram Blok Kontroller Proporsional 12
2.7. Diagram Blok Kontroller PD 13
2.8. Diagram Blok Kontroller PI 14
3.1. Diagram Blok Kontroller PID 14
3.2. Arsitektur Sistem Quadcopter 16
3.3. Konfigurasi Pin ATmega2560 17
3.4. GY-80 18
3.5. Perbandingan Akuisisi polling dan interrupt driven 20
3.6. SRF04 21
3.7. Konfigurasi ESC dan BLDC 22
3.8. APC220 Radio Communication Module 23
3.9. Setting Konfigurasi APC220 24
3.10. Blok Diagram Kontrol Gerak Quadcopter 24 3.11. Gaya Dorong, Yawing Moment dan Sudut Quadcopter 26 3.12. Diagram alir low layer control 27 4.1. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu X 29 4.2. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu Y 29
4.3. Hasil uji giroskop sumbu X 31
4.4. Hasil uji giroskop sumbu Y 32
4.5. Hasil uji giroskop sumbu Z 32
4.6. Inisialisasi IMU+APC220 35
4.7. Hasil Take Off 35
x
DAFTAR GAMBAR
2.1. Bentuk Dasar Quadcopter 5
2.2. Ground Frame dan Body Frame 6
2.3. Gaya Dorong dan Yawing Moment 6
2.4. Resultan Gaya Akibat Sudut 8
2.5. Diagram Blok Sistem Kontrol Sederhana 12 2.6. Diagram Blok Kontroller Proporsional 12
2.7. Diagram Blok Kontroller PD 13
2.8. Diagram Blok Kontroller PI 14
3.1. Diagram Blok Kontroller PID 14
3.2. Arsitektur Sistem Quadcopter 16
3.3. Konfigurasi Pin ATmega2560 17
3.4. GY-80 18
3.5. Perbandingan Akuisisi polling dan interrupt driven 20
3.6. SRF04 21
3.7. Konfigurasi ESC dan BLDC 22
3.8. APC220 Radio Communication Module 23
3.9. Setting Konfigurasi APC220 24
3.10. Blok Diagram Kontrol Gerak Quadcopter 24 3.11. Gaya Dorong, Yawing Moment dan Sudut Quadcopter 26 3.12. Diagram alir low layer control 27 4.1. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu X 29 4.2. Hasil uji akselerometer dengan diputar pada sumbu Y 29
4.3. Hasil uji giroskop sumbu X 31
4.4. Hasil uji giroskop sumbu Y 32
4.5. Hasil uji giroskop sumbu Z 32
4.6. Inisialisasi IMU+APC220 35
4.7. Hasil Take Off 35
xi
DAFTAR TABEL
3.1. Spesifikasi ADXL345 18
3.2. Spesifikasi L3G4200D 19
3.3. Spesifikasi HMC5883L 19
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PERSETUJUAN ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined. ABSTRACT ... Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR TABEL ... xi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 1.4. Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.5. Metodologi ... Error! Bookmark not defined. 1.5.1. Studi Pustaka ... Error! Bookmark not defined. 1.5.2. Analisa dan Perancangan ... Error! Bookmark not defined. 1.5.3. Implemetasi ... Error! Bookmark not defined. 1.5.4. Uji Coba dan Evaluasi ... Error! Bookmark not defined. 1.5.5. Penyusunan Buku Tugas Akhir .... Error! Bookmark not defined. 1.6. Sistematika Penulisan ... Error! Bookmark not defined. BAB II
LANDASAN TEORI
𝟐. 𝟏. Komponen-Komponen Quadcopter .... Error! Bookmark not defined.
𝟐. 𝟐. Sensor-sensor di dalam AHRS (Altitude Heading Reference System) Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Akselerometer ... Error! Bookmark not defined. 2.2.2. Giroskop ... Error! Bookmark not defined.
ix
2.2.3. Magnetometer ... Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Barometer ... Error! Bookmark not defined.
𝟐. 𝟑. Teori Dasar Sistem Kontrol ... Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Kontroller Proporsional ... Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Kontroller Proporsional Derivatif (PD) ... Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Kontroller Proporsional Integral (PI) ... Error! Bookmark not defined.
2.3.4. Kontroller PRoporsional Integral Derivatif (PID) ... Error! Bookmark not defined.
BAB III
ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM
3.1. Analisa Kebutuhan Sistem ... Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Mikrokontroller... Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Rangkaian IMU (Inertial Measurement Unit) . Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Akuisisi Sensor ... Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Ultrasonic Range Sensor... Error! Bookmark not defined. 3.1.5. Rangkaian ESC dan BLDC ... Error! Bookmark not defined. 3.1.6. Konfigurasi APC220 To Mikrokontroller . Error! Bookmark not defined.
3.2. Kontrol Gerak Quadcopter ... Error! Bookmark not defined. BAB IV
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
4.1. Pengujian Program Kalibrasi Sensor IMU ... Error! Bookmark not defined.
4.1.1. Akselerometer ... Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Giroskop ... Error! Bookmark not defined. 4.2. Pengujian Program Serial Command . Error! Bookmark not defined. 4.3. Hasil Pengujian ... Error! Bookmark not defined. BAB V
x
5.1. Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined. 5.2. Saran Pengembangan ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
39
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ardi J.K., Nurussaadah. 2013. “Implementasi Sistim Vace Recognition Pada Robot Pemindahan Objek Sesuai Sistim Navigasi”. Jurnal Tehnik Elektro UB. Malang.
[2] Budiarto, Widodo.2014.Robotika Moderen Teori dan Implementasi (Edisi Revisi). Jakarta : Andi Publisher.
[3] Hakim E.A. 2012. Sistem Kontrol. Malang : UMM Press.
[4] Juari, Aswin, Ayu. “Deteksi OVV Menggunakan Hasil Pengenalan Suara Otomatis Untuk Bahasa Indonesia”. Jurnal Tehnik Informatika ITB. Bandung.
[5] Saftari, Firmansyah. 2015. Proyek Robotik Keren Dengan Arduino. Jakarta : Elex Media Komputindo
[6] Malik, Muchamad. 2011. “Arduino For Robotic”. R2G. Jogakarta.
[7] Robert C., Snare. 2015.”A History of Vector Magnetometry in Space”
[8] Widodo, Santoso Petrus, Khoswanto Handry. 2013. “Aplikasi Android Untuk Remote Control Quadcopter”. Jurnal Dimensi Tehnik Elektro Vol.1.No.1. Surabaya.
