HOLLANDA ARIEF KUSUMA
SKRIPSI
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi yang berjudul:
RANCANG BANGUN MINI REMOTELY OPERATED VEHICLE
(ROV) UNTUK EKSPLORASI BAWAH AIR
Adalah benar merupakan hasil karya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Semua sumber data dan informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi.
Bogor, Mei 2012
HOLLANDA ARIEF KUSUMA C54070006
RINGKASAN
HOLLANDA ARIEF KUSUMA. Rancang Bangun mini Remotely Operated Vehicle (ROV) untuk Eksplorasi Bawah Air. Dibimbing oleh INDRA JAYA
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2011 hingga bulan Maret 2012. Perancangan dan pembuatan instrumen dilakukan di Laboratorium Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksanakan dengan tujuan untuk membuat mini Remotely
Operated Vehicle (ROV) dan menguji kinerjanya di dalam air.
Penelitian ini dilaksanakan untuk mengatasi kekurangan yang ada pada ROV RJ45 yang dibuat oleh Rizki dan Prihandono (2008). Kekurangan yang terdapat pada RJ45 antara lain rangka yang terlalu berat, kekuatan motor yang tidak cukup untuk menggerakkan ROV, adanya panas berlebih pada kompartemen utama, dan kurangnya sensor pendukung di dalamnya.
Alat yang dirancang merupakan robot bawah air yang dapat melakukan manuver di dalam air. mini ROV yang dikembangkan memiliki dimensi total panjang 80 cm, lebar 62,5 cm, dan tinggi 62,5 cm. mini ROV ini terdiri dari beberapa unit fungsional yang secara keseluruhan terpadu dalam satu
mikrokontroler ATmega32A.
Mini ROV ini memiliki “mata” yang menggunakan sensor kamera (dengan keluaran berupa video) yang berfungsi untuk melihat kondisi di dalam air. Pengukuran arah mini ROV menggunakan sensor kompas digital CMPS10 yang dapat menentukan arah hingga 360° dengan ketelitian 0,1°. Penentuan sudut
pitch dan roll juga menggunakan sensor CMPS10. Sudut pitch dan roll yang
diperoleh memiliki rentang (-90°) – (+90°) dengan ketelitian 1,4°. Pada mini ROV ini juga disematkan sensor accelerometer H48C untuk melihat gaya gravitasi yang bekerja pada sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z dengan ketelitian 0,1 g. Suhu di dalam pipa utama diukur dengan menggunakan sensor suhu DS1820.
Perancangan mini ROV dipadukan dalam beberapa proses perancangan yaitu pembuatan desain, perancangan konstruksi mekanik, perancangan konstruksi elektronik, dan desain piranti lunak sehingga tahapan terakhir adalah integrasi dari keseluruhan proses perancangan tersebut. Hasil integrasi ini berupa bentuk fisik mini ROV, sistem elektronik, dan program antarmuka grafis. Mini ROV ini diberi nama “RJ45 V2” sebagai pengembangan ROV RJ45 yang telah dibuat.
© Hak cipta milik Hollanda Arief Kusuma, tahun 2012 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN MINI ROV (REMOTELY OPERATED
VEHICLE) UNTUK EKSPLORASI BAWAH AIR
HOLLANDA ARIEF KUSUMA
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan
Institut Pertanian Bogor
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012
SKRIPSI
Judul Skripsi : RANCANG BANGUN MINI ROV (REMOTELY OPERATED VEHICLE) UNTUK EKSPLORASI BAWAH AIR
Nama Mahasiswa : Hollanda Arief Kusuma Nomor Pokok : C54070006
Departemen : Ilmu dan Teknologi Kelautan
Menyetujui, Pembimbing Utama
Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M. Sc. NIP. 19610410 198601 1 002
Mengetahui,
Ketua Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
Prof. Dr. Ir. Setyo Budi Susilo, M. Sc. NIP. 19580909 198303 1 003
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke Hadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat, hidayah dan inayah yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Mini Remotely Operated Vehicle (ROV) untuk Eksplorasi Bawah Air” merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Penulisan skripsi ini dilatarbelakangi oleh belum maksimalnya penelitian mengenai ROV di Indonesia. Hal ini memotivasi penulis untuk menyempurnakan instrumen ROV yang pernah dibuat oleh mahasiswa ITK FPIK IPB.
Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua beserta keluarga besar yang selalu memberikan dukungan, doa, dan nasehat yang tiada hentinya kepada penulis 2. Prof. Dr. Indra Jaya selaku dosen pembimbing yang telah membantu
dalam penyelesaian tugas akhir.
3. Dr. Ir. H. Budhi Hascaryo Iskandar, M.Siselaku dosen penguji tamu pada sidang ujian akhir.
4. Dr. Ir. Henry M Manik, M.T selaku komisi pendidikan yang telah mengoreksi skripsi saya.
5. Muhammad Iqbal, M.Si, Williandi Setiawan, M.Si, dan Sri Ratih Deswati M.Si atas bantuan, ilmu, nasehat dan semangat yang telah diberikan.
6. Iman Abdurrahman, Anugerah Adityayuda, Irwan Rudy Pamungkas, Luthfy Nizarul Fikry, dan Retnowulandari Wahyuningtyas yang telah menemani penulis dalam menyelesaikan penelitian ini.
7. Sayid Geubri Al Farisi, Ega Putra, dan Nando Amarily Putra yang telah membantu penulis dalam pengujian alat di lapang.
8. Seluruh teman-teman ITK, MIT, dan FDC yang selalu memberikan dukungan.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat diharapkan. Penulis berharap skripsi ini dapat berguna bagi diri sendiri dan maupun orang lain.
Bogor, Mei 2012
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
1. PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Tujuan ... 2 1.3. Batasan Masalah ... 2 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 3 2.1. Definisi ROV ... 3 2.2. Klasifikasi ROV ... 4 2.3. Sejarah ROV ... 7 2.4. Konstruksi ROV ... 8 2.4.1. Rangka ... 8
2.4.2. Motor Pendorong/ Thruster ... 9
2.4.3. Daya apung ... 10 2.4.4. Kamera ... 12 2.4.5. Baling-baling ... 12 2.4.6. Catu daya ... 13 2.4.7. Tether/ kabel ... 14 2.4.8. Pencahayaan ... 14 2.4.9. Mikrokontroler ... 15
2.4.10. EMS 2A Dual H-Bridge ... 16
2.4.11. EMS 5A H-Bridge ... 18
2.4.12. Kompas digital CMPS10 ... 19
2.4.13. Dasar elektronik kompas ... 22
2.4.14. Sistem kompas elektronik ... 25
2.4.15. Kalkulasi pitch dan roll ... 26
2.4.16. Kalkulasi heading ... 29
2.4.17. Kompensasi kemiringan ... 31
2.4.18. Hitachi H48C 3-Axis Accelerometer ... 32
2.4.19. Sensor suhu D1820 ... 32
2.5. Pemrograman ... 33
3. METODOLOGI PENELITIAN ... 35
3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian ... 35
3.2. Alat dan Bahan ... 35
3.3. Rancangan Alat ... 36
3.4. Desain Kerja ... 37
3.5. Pembuatan Desain ... 38
3.6.1. Pembuatan kerangka ... 39
3.6.2. Pembuatan kompartemen elektronik ... 39
3.6.3. Pembuatan kompartemen kamera ... 40
3.7. Rancang Bangun Rangkaian Elektronik ... 40
3.8. Rancang Bangun Perangkat Lunak ... 46
3.8.1. Mikrokontroler ... 46
3.8.2. Program antarmuka pengguna grafis ... 47
3.9. Pengujian Kinerja ROV ... 48
3.9.1. Pengujian daya apung ... 48
3.9.2. Pengujian CMPS10 ... 49
3.9.3. Pengujian H48C ... 50
3.9.4. Pengujian sistem kendali ... 50
4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 52
4.1. Desain RJ45 V2 ... 52
4.2. Perangkat Keras ... 54
4.2.1. Rangka ... 54
4.2.2. Tabung kompartemen elektronik ... 55
4.2.3. Kamera CCD ... 56
4.2.4. Thruster ... 57
4.2.5. Rangkaian kendali operator ... 57
4.2.6. Rangkaian pengendali on board ... 58
4.3. Program Mikrokontroler ... 59
4.3.1. Inisialisasi dan konfigurasi mikrokontroler ATmega32A ... 59
4.3.2. Transmisi data ... 62
4.3.3. Pengambilan nilai arah, pitch, dan roll dari CMPS10 ... 62
4.3.4. Pengambilan nilai accelerometer dari H48C ... 63
4.3.5. Pengambilan data suhu dari sensor DS1820 ... 68
4.3.6. Penyusunan format data dan pengiriman ke komputer ... 69
4.3.7. Pergerakan thruster ... 72
4.4. Program Antarmuka Pengguna Grafis ... 74
4.4.1. Program penampil video ... 75
4.4.2. Program komunikasi serial antara komputer dan mikrokontroler ... 75
4.4.3. Program joystick untuk menggerakkan motor ... 76
4.4.4. Program penampil arah, pitch, dan roll ... 77
4.4.5. Program penghitung waktu operasi ... 77
4.4.6. Program penunjukan sikap (attitude) Mini ROV ... 78
4.4.7. Program penampil suhu kompartemen RJ45 V2 ... 78
4.5. Pengujian Kinerja Mini ROV ... 78
4.5.1. Pengujian daya apung ... 79
4.5.2. Pengujian CMPS10 ... 79
4.5.3. Pengujian H48C ... 84
5. KESIMPULAN DAN SARAN ... 88
5.1. Kesimpulan ... 88
5.2. Saran ... 88
DAFTAR PUSTAKA ... 90
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Register CMPS10 ... 22
Tabel 2. Akurasi dari heading, pitch dan roll ... 26
Tabel 3. Definisi tanda pengukuran baku sensor LSM303DLH ... 27
Tabel 4. Tabel kebenaran pergerakan motor 1 ... 44
Tabel 5. Tabel kebenaran pergerakan motor 2 ... 44
Tabel 6. Tabel kebenaran pergerakan motor ... 45
Tabel 7. Nilai accelerometer pada tiap posisi ... 50
Tabel 8. Pemilihan kanal pengambilan data accelerometer ... 67
Tabel 9. Format pengiriman data ... 71
Tabel 10. Aktivasi motor berdasarkan karakter yang dikirim ... 74
Tabel 11. Penekanan tombol joystick dan perintah motor yang dilaksanakan ... 76
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Komponen dasar sistem ROV ... 4
Gambar 2. Berbagai jenis ROV ... 5
Gambar 3. Konfigurasi motor DC ... 9
Gambar 4. Bilge pump ... 10
Gambar 5. Penempatan motor dan stabilitasnya ... 10
Gambar 6. Kesetimbangan hidrostatik ROV ... 11
Gambar 7. CG dan CB pada ROV ... 11
Gambar 8. Kamera CCD ... 12
Gambar 9. Ilustrasi gaya dan kecepatan vektor ... 13
Gambar 10. Konfigurasi pin pada mikrokontroler ATmega32A ... 16
Gambar 11. EMS 2A Dual H-Bridge ... 17
Gambar 12. L298N ... 17
Gambar 13. EMS 5A H-Bridge ... 18
Gambar 14. IC MC33887VW ... 19
Gambar 15. GI821 ... 19
Gambar 16. Konfigurasi pin CMPS10 ... 20
Gambar 17. Konfigurasi pin LSM303DLH ... 20
Gambar 18. I2C communication protocol ... 21
Gambar 19. 6 Degree of freedom ... 23
Gambar 20. Gerakan pitch ... 24
Gambar 21. Gerakan roll ... 25
Gambar 23. Sistem koordinat kompas elektronik ... 27
Gambar 24. Prosedur rotasi ... 28
Gambar 25. Penentuan sudut heading ... 29
Gambar 26. Kalkulasi heading ... 30
Gambar 27. Gerakan pitch dan roll ... 31
Gambar 28. Konfigurasi pin modul H48C ... 32
Gambar 29. Bentuk fisik dan konfigurasi kaki D1820 ... 33
Gambar 30. Desain sistem kerja tiap komponen pada mini ROV ... 36
Gambar 31. Diagram alir perancangan mini ROV ... 37
Gambar 32. Tampilan Google Sketch Up 7 ... 38
Gambar 33. Rangka RJ45 ... 39
Gambar 34. Koneksi konektor 8 pin ... 40
Gambar 35. Modul kompas dan penghubungannya dengan pull up resistor ... 42
Gambar 36. Penghubungan pin H48c dengan pin mikrokontroler ... 42
Gambar 37. Penghubungan D1820 dengan pin mikrokontroler ... 43
Gambar 38. Koneksi EMS 2A Dual H-Bridge ... 43
Gambar 39. Koneksi modul EMS 5A H-Bridge ... 45
Gambar 40. Tampilan Code Vision AVR C Compiler 2.05 ... 46
Gambar 41. Kabel data K-125R USB AVR Programmer ... 46
Gambar 42. Sketsa jendela GUI ... 47
Gambar 43. Peletakan busur derajat untuk pengukuran pitch ... 49
Gambar 44. Peletakan busur derajat untuk pengukuran roll ... 50
Gambar 45. Desain mekanik RJ45 V2 ... 53
Gambar 47. Desain kompartemen elektronik RJ45 V2 ... 53
Gambar 48. Rangka RJ45 V2 ... 54
Gambar 49. Pemasangan klem (tanda panah) pada rangka ... 54
Gambar 50. Bentuk fisik lengkap RJ45 V2 ... 55
Gambar 51. Konektor kabel (tanda panah) ... 56
Gambar 52. Kamera depan dan kamera bawah ... 56
Gambar 53. Pemberian lem epoxy pada kompartemen kamera ... 56
Gambar 54. Penempatan thruster ... 57
Gambar 55. Penempatan komponen elektronik ... 58
Gambar 56. Sinyal CLK pada H48C ... 65
Gambar 57. Sinyal untuk memulai start bit dan pemilihan mode input (Biru : start bit; Merah : pemilihan mode input) ... 66
Gambar 58. Tampilan GUI RJ45 V2 ... 74
Gambar 59. Direktori file video yang tersimpan ... 75
Gambar 60. Pengaturan komunikasi serial pada GUI ... 76
Gambar 61. Penampil arah, pitch, dan roll ... 77
Gambar 62. Tampilan posisi ROV secara tiga dimensi ... 77
Gambar 63. Penampil waktu operasi ... 78
Gambar 64. Tampilan nilai accelerometer ... 78
Gambar 65. Penempatan busur derajat pada percobaan sudut pitch (a) dan roll (b) ... 80
Gambar 66. Pengukuran CMPS10 tanpa magnetic shielding ... 80
Gambar 67. Pengukuran CMPS10 dengan magnetic shielding ... 80
Gambar 68. Bahan magnetic shielding yang diujicobakan ... 81 Gambar 69. Pengukuran CMPS10 setelah dimasukkan ke dalam rangka . 81
Gambar 70. Ilustrasi gangguan besi pada medan magnet ... 82 Gambar 71. Pengujian sudut pitch ... 83 Gambar 72. Pengujian sudut roll ... 84 Gambar 73. Tampilan video kamera depan dan kamera bawah
di dalam air ... 85 Gambar 74. Aliran air saat motor diaktifkan keduanya ... 87 Gambar 75. Aliran air saat hanya satu motor yang diaktifkan
(Kiri : percobaan I, Kanan : percobaan II) ... 87 Gambar 76. Bentuk baling-baling yang digunakan dalam uji coba
RJ45 V2 (Kiri : percobaan I, Kanan : percobaan II) ... 87 Gambar 77. Pergerakan mini ROV ... 87
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Fungsi alat yang digunakan untuk pembuatan RJ45 V2 ... 94
Lampiran 2. Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan RJ45 V2 95 Lampiran 3. Datasheet mikrokontroler ATmega32A ... 97
Lampiran 4. Manual DT-AVR Low Cost Micro System ... 98
Lampiran 5. Manual CMPS10 ... 99
Lampiran 6. Manual H48C ... 100
Lampiran 7. Datasheet Sensor Suhu Dallas D1820 ... 101
Lampiran 8. Manual EMS 2A Dual H-Bridge ... 102
Lampiran 9. Manual EMS 5A H-Bridge ... 104
Lampiran 10. Diagram alir pembuatan program mikrokontroler pada mini ROV ... 106
Lampiran 11. Kode program mikrokontroler pada Code Vision AVR 2.05.0 ... 108
Lampiran 12. Listing program GUI pada Delphi 7 ... 119
1 1.1 LATAR BELAKANG
Remotely Operated Vehicle (ROV) adalah robot bawah air yang
dioperasikan oleh seseorang di atas kapal melalui kabel yang membawa sinyal elektrik secara bolak balik antara operator dan wahana ini. Di dalam ROV biasanya terdapat Charge Coupled Device (CCD) dan lampu pencahayaan. Beberapa instrumen dapat ditambahkan untuk menambahkan kemampuan ROV seperti manipulator, water sampler, dan Conductivity, Temperature and Depth (CTD) (NOAA, 2010). ROV digunakan untuk membantu penyelam atau
memperluas kemampuan manusia untuk menjangkau laut dalam dimana penyelam sulit bekerja secara aman dan efektif. Biasanya ROV digunakan untuk melakukan dua pekerjaan yaitu inspeksi, manipulasi, instalasi dan pemeliharaan peralatan bawah air (subsea equipment) dan survei dasar laut seperti survei karang (Lirman
et al, 2006).
Perkembangan ROV di dunia sudah pesat. Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi ROV dikembangkan mulai dari ukuran yang besar hingga yang kecil bahkan ukurannya sudah dalam mikro. Namun sayangnya, perkembangan ini tidak diikuti secara baik di Indonesia. Di Indonesia hanya ada beberapa ROV yang dikembangkan. Salah satunya adalah RJ45 buatan
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Kondisi ini yang membuat penulis ingin mengembangkan ROV yang dapat digunakan sebagai wahana eksplorasi bawah laut.
RJ45 sebagai salah satu ROV yang telah dibuat masih memiliki beberapa kelemahan yang harus diperbaiki. Kekurangan RJ45 terdahulu adalah rangka
yang terlalu berat, kekuatan motor yang tidak cukup untuk menggerakkan ROV, adanya panas berlebih pada kompartemen utama, kurangnya sensor pendukung di dalamnya.
Oleh karena itu, penulis merasa perlu menyempurnakan ROV yang pernah dibuat sebelumnya. Harapannya pengembangan ini dapat menuju tahap yang lebih baik sehingga Indonesia bisa memproduksi ROV sendiri.
1.2 TUJUAN
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat mini ROV dan menguji kinerjanya di dalam air.
1.3 BATASAN PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan sebagai langkah awal untuk membuat mini ROV yang dapat digunakan secara luas oleh masyarakat ilmiah. Oleh karena itu, perlu adanya batasan penelitian. Penelitian ini dibatasi dalam hal pembuatan mini ROV dan kinerja secara fisik dari mini ROV ini.
Secara khusus batasan penelitiannya adalah: 1. Kabel ROV yang digunakan 10 meter
2. Uji coba hanya dilakukan di watertank dan kolam renang dengan maksimum kedalaman 3 meter.
3. Kinerja yang diukur adalah daya apung mini ROV, pergerakan mini ROV, tampilan video pada program antarmuka grafis, kinerja sensor accelerometer dan kompas digital, dan sistem kendali mini ROV.
3 2.1 DEFINISI ROV
Secara umum, wahana bawah air dibedakan menjadi dua kategori yaitu wahana berawak (Manned Underwater Vehicle) dan wahana tidak berawak (Unmanned Underwater Vehicle – UUV). Remotely Operated Vehicle (ROV) adalah robot bawah air yang dapat bermanuver secara tinggi, dioperasikan oleh seseorang di atas kapal. ROV dihubungkan dengan kabel yang membawa sinyal elektrik secara bolak balik antara operator dan wahana ini. Di dalam ROV biasanya terdapat Charge Coupled Device (CCD) dan lampu pencahayaan. Beberapa instrumen dapat ditambahkan untuk menambahkan kemampuan ROV seperti manipulator, water sampler, dan Conductivity, Temperature and Depth (CTD) (NOAA, 2010).
ROV adalah wahana bawah air yang bertenaga listrik dan dikontrol melalui pusat, dapat bermanuver sesuai perintah manusia dengan pendorong (thruster) hidrolik atau elektrik (Hoong, 2010). Definisi lain disampaikan oleh Christ dan Wernli (2007) dimana ROV adalah kamera yang dipasang dalam wadah tahan air, dengan pendorong untuk bermanuver, yang melekat pada kabel ke permukaan dimana sinyal video yang dikirim. Sebuah ROV menerima energi dan informasi perubahan dengan panel kontrol yang terletak di permukaan melalui kabel pusat. Dari panel kontrol, operator dapat merencanakan pekerjaan atau menggunakan satu joystick untuk manuver wahana secara langsung (Gambar 1).
Gambar 1. Komponen dasar sistem ROV (Sumber: Christ dan Wernli, 2007)
2.2 KLASIFIKASI ROV
Ada beberapa jenis ROV yang telah dikembangkan di dunia (Gambar 2). Beberapa ahli telah mengklasifikasikan ROV menjadi beberapa kelompok. Christ dan Wernli (2007) mengklasifikasikan sistem ROV menjadi tiga kategori dasar yaitu:
a. Observation class (Kelas observasi). ROV kelas observasi didesain secara
khusus untuk penggunaan yang ringan dengan sistem propulsi untuk membawa paket kamera dan sensor ke tempat yang dapat diambil gambar atau data yang berguna. ROV kelas observasi yang terbaru memiliki kemampuan yang lebih dari hanya sekedar melihat. Penambahan peralatan dan instrumen di dalam ROV memungkinkan wahana ini untuk melakukan kegiatan sebagai wahana bawah air yang memiliki fungsi penuh.
b. Work class (Kelas pekerja). Sistem ROV ini secara umum memiliki
bingkai yang besar (ukuran dalam meter) dengan multifungsi manipulator, propulsi hidrolik, dan peralatan berat yang digunakan untuk proyek konstruksi bawah air.
c. Special use (Fungsi Khusus). Sistem ROV ini menggambarkan wahana
yang digunakan untuk membenamkan kabel di dasar laut. ROV didesain untuk mengeruk dasar laut agar dapat membenamkan kabel telekomunikasi.
Gambar 2. Berbagai jenis ROV (Sumber: Christ dan Wernli, 2007)
Norsok Standard (2003) mengklasifikasikan ROV menjadi: a. Kelas I – Murni Observasi
Wahana murni observasi secara fisik dibatasi oleh obervasi video. Secara umum wahana berukuran kecil yang hanya dilengkapi dengan kamera video, cahaya dan pendorong (thruster). Wahana tidak dapat melakukan pekerjaan yang lain tanpa adanya modifikasi yang cukup.
b. Kelas II – Observasi dengan opsi adanya muatan (payload)
Wahana mampu untuk membawa sensor tambahan seperti kamera berwarna, sistem pengukuran untuk perlindungan katodik, kamera video tambahan, dan sistem sonar. Wahana Kelas II mampu beroperasi tanpa kehilangan fungsi utamanya sambil membawa setidaknya dua sensor tambahan.
c. Kelas III – tipe pekerja (work class)
Wahana berukuran besar yang mampu untuk membawa sensor tambahan dan/atau manipulator. Wahana Kelas III biasanya memiliki kemampuan ganda yang memungkinkan sensor tambahan dan peralatan beroperasi bersamaan tanpa
menganggu kinerja sistem pusat. Wahana ini lebih besar dan lebih kuat dibandingkan Kelas I dan Kelas II.
Kelas III A – Kekuatan Wahana Tipe Pekerja kurang dari 100 hp (horse power). Kelas III B – Kekuatan Wahana Tipe Pekerja antara 100 hp dan 150 hp.
Kelas III C – Kekuatan Wahana Tipe Pekerja lebih dari 150 hp. d. Kelas IV – Seabed-working Vehicle
Wahana bekerja di dasar laut dengan menggunakan roda atau sistem sabuk traksi yang digerakkan oleh pendorong baling-baling atau kekuatan jet air, atau
kombinasi keduanya. Secara khusus, Wahana Kelas IV lebih besar dan berat dibandingkan Wahana Kelas III dan dikonfigurasikan untuk pekerjaan dengan tujuan khusus. pekerjaan tersebut biasanya mencakup penggalian pipa dan kabel, penggalian, pengerukan dan pekerjaan konstruksi bawah laut yang dioperasikan dari jarak jauh.
e. Kelas V – Prototipe atau wahana yang dalam pengembangan
Wahana di kelas ini termasuk yang sedang dikembangkan dan yang dianggap sebagai prototipe. Wahana dengan tujuan khusus yang tidak sesuai dengan salah satu dari kelas yang di atas juga dimasukkan ke dalam kelas V.
Selain kedua pengklasifikasian di atas, ROV juga diklasifikasikan berdasarkan ukurannya yakni (EVS-380, 2007)
a. Work Class ROV. ROV berukuran sangat besar dan dioperasikan oleh
kru. Pra kru terdiri dari pilot, supervisor, dan dalam beberapa kasus co-pilot. Umumnya para anggota berpengalaman dengan pengetahuan luas dalam
elektronik, mekanik, dan hidrolik. Work Class ROV digunakan untuk operasi laut dalam, penguburan kabel, perbaikan dan pemulihan objek yang besar. ROV ini
diangkat dari dan ke dalam air menggunakan derek. ROV merupakan alat penting di dunia yang membuat pekerjaan bawah air berkurang tantangannya.
b. Kelas Observasi atau General ROV. ROV ini memiliki ukuran yang lebih kecil tapi dapat melakukan tugas-tugas di bawah air, khususnya di daerah yang tidak dapat dilalui oleh Work Class ROV. Tugas-tugas ini meliputi inspeksi pipa, operasi pencarian dan penyelamatan, inspeksi kapal, pencarian harta karun, inspeksi pelabuhan, dan lain-lain. Dalam banyak kasus, ROV ini dapat digunakan dan dikendalikan oleh hanya beberapa orang. Hal ini dapat membuat pekerjaan menjadi lebih mudah dan lebih murah.
c. Mini dan mikro ROV. ROV ini sangat kecil dalam ukuran dan berat. Saat ini, Mini ROV biasanya memiliki berat sekitar 15 kg dan mikro ROV dapat mencapai berat kurang dari 3 kg. Pada dasarnya satu orang bisa membawa sistem ROV yang lengkap pada sebuah perahu kecil, menyebarkan dan
mengoperasikannya tanpa masalah. Wahana ini sangat berguna dalam banyak aplikasi. ROV ini harganya lumayan terjangkau dan dapat menjadi alternatif yang bagus untuk penyelam.
2.3 SEJARAH ROV
ROV pertama kali dibuat pada tahun 1953 oleh Dimitri Rebikoff dengan nama POODLE. Angkatan laut AS mengambil langkah nyata pertama untuk membuat sistem operasi ROV. Angkatan Laut AS membuat ROV dengan nama
Cable-Controlled Underwater Research Vehicle (CURV). Wahana ini dibuat
untuk mengambil bom dan torpedo yang hilang di dasar laut. Kemudian
Angkatan Laut AS membuat Pontoon Implacement Vehicle (PIV) dan SNOOPY. SNOOPY merupakan wahana pertama yang dapat dibawa kemana-mana. Pada
tahun 1974, lebih dari 20 ROV diciptakan. Pada tahun itu dapat dikatakan perkembangan ROV telah mencapai tahap pendewasaan. Setelah itu,
perkembangan ROV semakin pesat. Perkembangan ini sangat dipengaruhi oleh kebutuhan industri lepas pantai. Kebutuhan akan keselamatan kerja menyebabkan perusahaan menggantikan fungsi penyelam dengan menggunakan ROV. Pada tahun 1990-an, diperkirakan ada lebih dari 100 perusahaan pembuat ROV, dan lebih dari 100 operator menggunakan 3000 macam ROV yang berbeda ukuran dan kemampuannya (Christ dan Wernli, 2007).
2.4 KONSTRUKSI ROV 2.4.1 Rangka
Rangka yang digunakan dalam ROV dapat berasal dari beberapa bahan seperti besi, aluminium, PVC, dan Polimetil Metakrilik. Ukuran rangka ROV sangat bergantung dari beberapa kriteria berikut : (Christ dan Wernli, 2007)
i. Berat total ROV di udara,
ii. Volume komponen di dalam ROV, iii. Volume sensor dan instrumen, iv. Volume daya apung,
v. Kriteria beban bantalan poros dari rangka.
Mini ROV yang akan dibuat menggunakan pipa PVC dan pipa besi. Pipa PVC digunakan karena memiliki kelebihan yakni sulit rusak, tahan lama, tidak berkarat, membusuk, dapat digunakan setiap waktu, dan awet (Kietzman, 2011). Pipa besi digunakan karena dapat menambah daya berat ROV yang digunakan untuk mengimbangi daya apung yang dihasilkan oleh pipa PVC.
2.4.2 Motor pendorong/ thruster
Jenis motor dapat dibedakan menjadi dua yakni motor AC dan motor DC. Sejauh ini, ROV menggunakan motor DC karena kekuatan, ketersediaan,
keragaman, kehandalan, dan kemudahan antarmuka (interface). Bagaimanapun juga motor DC memiliki kesulitan dalam desain dan karakteristik operasionalnya. Faktor-faktor ini membuatnya jauh dari sempurna untuk aplikasi ini meliputi: • Kecepatan optimum motor jauh lebih tinggi dari kecepatan rotasi
baling-baling in-water normal sehingga perlu diberikan gigi untuk memperoleh kecepatan efisien operasi.
• Motor DC menyerap arus yang banyak.
• Motor DC membutuhkan skema kontrol Pulse Width Modulation (PWM) motor yang rumit untuk mendapatkan operasi yang tepat. (Christ dan Wernli, 2007)
Motor DC biasa digunakan karena memiliki kecepatan dan torsi yang bagus serta mudah dikontrol arah putaran dan kecepatannya (Delta Electronic, 2007). Motor DC memiliki 2 pin input yaitu tegangan dan ground (Gambar 3). Pembalikan arah putaran motor DC dapat dilakukan dengan membalikkan masukan tegangan dan ground.
Gambar 3. Konfigurasi motor DC (Sumber: Delta Electronic, 2007)
Bilge pump merupakan salah satu jenis pompa yang menggunakan motor
atau perahu untuk menyedot air yang ada di lambung kapal. Bilge pump
(Gambar 4) dioperasikan pada tegangan 12 VDC dengan arus yang sesuai dengan tipe dari bilge pump itu sendiri. Mini ROV yang akan dibuat menggunakan motor DC pada bilge pump ini sebagai penggerak ROV karena motor ini sudah kedap air.
Gambar 4. Bilge pump
Penempatan motor dapat mempengaruhi stabilitas ROV. Pada ROV, stabilitas diperlukan agar ROV mudah dikendalikan. Penempatan motor yang baik dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Penempatan motor dan stabilitasnya (Sumber: Christ dan Wernli, 2007)
2.4.3 Daya apung
Daya apung suatu benda dirumuskan dalam hukum archimedes. Berdasarkan hukum archimedes, setiap benda yang tercelup sebagian atau
Kurang
stabil Lebih stabil
Paling stabil Kurang stabil Lebih stabil T h r u s t e r kamera
seluruhnya dalam fluida akan terangkat ke atas oleh gaya yang sama dengan berat dari fluida yang dipindahkan (Gambar 6). Persamaannya ditulis sebagai berikut:
. . ……… (1) Dimana : ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
V = volume benda yang tercelup ke dalam air (m3)
G = percepatan gravitasi (m/detik2)
Fa = gaya ke atas (N)
Resultan semua gaya berat pada fluida yang dipindahkan berada di tengah badan dan dikenal dengan istilah “Center of Gravity” (CG). CG merupakan jumlah dari semua gaya berat yang bekerja pada badan akibat gravitasi bumi. Resultan gaya apung berlawanan dengan tarikan gravitasi. Resultan ini mengarah ke atas melalui CG dan dinamakan “Center of Buoyancy” (CB) (Gambar 7) (Christ dan Wernli, 2007).
Gambar 6. Kesetimbangan hidrostatik ROV (Sumber: Christ dan Wernli, 2007)
Gambar 7. CG dan CB pada ROV (Sumber: Christ dan Wernli, 2007)
berat te kana n Fluida yang dipindahkan
2.4.4 Kamera
Kamera merupakan bagian yang penting dalam sebuah ROV. Kamera dapat dianggap sebagai “mata” ROV. Setiap ROV menggunakan kamera ataupun video kamera untuk navigasi maupun untuk memotret benda yang ada di dalam air. Saat ini, sebagian besar sistem ROV yang berukuran kecil menggunakan perangkat kamera charge-coupled device (CCD) yang harganya murah (Gambar 8). Sistem kamera ini terpasang pada papan sirkuit kecil dan menghasilkan sinyal video yang ditransmisikan melalui kabel ke piranti penangkap video (Christ dan Wernli, 2007).
Gambar 8. Kamera CCD (Sumber: Toko Komputer, 2009)
2.4.5 Baling-baling
Baling-baling berfungsi sebagai penggerak ROV. Putaran baling-baling akan membuat aliran fluida mendorong ROV. Arah putaran baling-baling juga akan mempengaruhi aliran fluida. Baling-baling didesain untuk bergerak dan mengarahkan fluida berlawanan dengan arah gerak (Christ dan Wernli, 2007).
Baling-baling biasanya didesain dengan geometri kompleks yang berubah sepanjang radius bilahnya. Geometri kompleks ini dapat diurai dalam bagian-bagian yang lebih kecil dimulai dari pangkal hingga ujung dari baling-balingnya. Setiap bagian dapat diubah untuk mengoptimalkan daya angkat yang dibutuhkan pada bagian yang ditambahkan. Diagram interaksi gaya dapat membantu
memahami dasar dari bagian baling-baling ini. Dasar gaya vektor dan sudutnya dapat dilihat pada Gambar 9 (Schultz, 2009).
Gambar 9. Ilustrasi gaya dan kecepatan vektor (Sumber: Schultz, 2009)
Pada Gambar 9, Ω merupakan frekuensi rotasi dan r adalah jarak radial dari bagian tengah pusat baling-baling, Ωr merupakan vektor kecepatan sudut, Va merupakan vektor kecepatan depan (forward velocity vector), V merupakan vektor kecepatan baling-baling (jumlah vektor Ωr dan Va). dQ merupakan perubahan torsi dan dT merupakan perubahan daya dorong (Schultz, 2009).
2.4.6 Catu daya
Sumber tenaga ROV dapat menggunakan tegangan AC maupun DC. Tegangan AC memiliki kemampuan mentransmisikan energi lebih jauh
dibandingkan DC. Tegangan DC memiliki kelebihan dalam biaya yang murah dan berat komponen kabel. Tegangan DC memiliki inductance noise yang kecil sehingga tidak perlu memberikan pelindung kabel lagi. Tidak seperti tegangan AC yang harus diberikan pelindung kabel agar rangkaian tetap aman (Christ dan Wernli, 2007).
Penggunaan sumber tegangan disesuaikan dengan keinginan pembuat. Banyak faktor yang harus dipikirkan dalam memilih jenis dan besarnya tegangan yang akan digunakan. Beberapa operator lebih menyukai untuk menggunakan
inverter agar dapat menggunakan tegangan AC. Beberapa sistem ROV yang lebih
kecil hanya menggunakan tegangan DC sebagai sumber tenaga mereka. Pada intinya, tujuan catu daya adalah mengirimkan tenaga untuk menggerakkan
thruster saat beroperasi (Christ dan Wernli, 2007).
2.4.7 Tether/ kabel
Tether adalah suatu kumpulan kabel yang dapat mengalirkan dan memuat
daya listrik, video, maupun sinyal data untuk komunikasi antara operator dan wahana bawah air. Biasanya kabel terbuat dari tembaga atau fiber optik (EVS-380, 2007).
Tether menjadi sangat penting dalam ROV dan menjadi kunci kesuksesan
pengembangan ROV. Tether digunakan karena gelombang Frekuensi Radio (RF) tidak dapat digunakan dalam air. Gelombang RF hanya dapat melakukan
penetrasi beberapa panjang gelombang saja di dalam air dikarenakan atenuasinya yang sangat tinggi. Selain itu, penggunaan tether menjadi pilihan saat ini karena penggunaan transmisi hidroakustik tidak memadai. Transmisi hidroakustik terbatas pada 100 kilobyte tiap detik. Hal ini sangat tidak cukup untuk membawa data video resolusi tinggi. Oleh karena itu, penggunaan tether menjadi mutlak pada ROV agar dapat bekerja secara penuh (Christ dan Wernli, 2007).
2.4.8 Pencahayaan
Pencahayaan sangat diperlukan oleh ROV untuk membantu pengamatan di dalam air. Seperti diketahui bahwa di dalam air cahaya semakin redup karena adanya penghamburan dan penyerapan. Kedua hal ini yang mempengaruhi kejernihan air. Selain itu, pencahayaan diperlukan untuk memperlihatkan warna
asli dari suatu objek. Di dalam air, warna merah terserap pada kedalaman beberapa cm saja.
Lampu yang digunakan merupakan jenis LED (Light Emitting Diode). LED merupakan semikonduktor yang memancarkan spektrum cahaya inkoheren dekat ketika secara elektrik dipasang pada arah maju. Efek ini merupakan bentuk dari elektroluminesen. Warna yang dipancarkan tergantung dari komposisi kimia dari material semikonduktor yang digunakan. Warnanya dapat berupa ultraviolet dekat, cahaya tampak, atau infra merah. Teknologi LED sangat berguna untuk pencahayaan bawah air karena konsumsi tenaga rendah, pembangkitan panas rendah, dapat dikontrol hidup/mati secara cepat, warna tetap selama masa hidup LED, jangka pemakaian panjang, dan biaya pembuatan murah (Christ dan Wernli, 2007).
2.4.9 Mikrokontroler
Mikrokontroler ATmega32A (Gambar 10) merupakan salah satu produk Atmel dan termasuk generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc processor).
ATmega32A memiliki bagian sebagai berikut (Atmel, 2011) :
1) Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 2) ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3) CPU yang terdiri dari 32 buah register. 4) Internal SRAM sebesar 2 Kilobyte.
5) Memori Flash sebesar 32 kb dengan kemampuan Read While Write. 6) Unit interupsi internal dan eksternal.
7) Port antarmuka SPI.
9) Antarmuka komparator analog.
10) Port USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver
and Transmitter) untuk komunikasi serial.
Gambar 10. Konfigurasi pin pada mikrokontroler ATmega32A (Sumber: Atmel, 2011)
2.4.10 EMS 2A Dual H-Bridge
Embedded Module Series (EMS) 2A Dual H-Bridge (Gambar 11)
merupakan driver H-Bridge yang didesain untuk menghasilkan drive 2 arah dengan arus kontinu hingga 2 Ampere pada tegangan 4,8 Volt hingga 46 Volt. Tiap H-Bridge dilengkapi dengan sensor arus beban yang dapat digunakan
sebagai umpan balik ke pengendali. Modul ini dapat menggerakkan beban-beban induktif seperti relay, solenoida, motor DC, motor stepper, dan berbagai macam beban lainnya. Spesifikasi modul ini adalah sebagai berikut (Innovative
Electronics, 2009a) :
• Terdiri dari 2 driver H-Bridge yang dapat diparalel. • Input kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.
• Jalur catu daya input (VCC) terpisah dari jalur catu daya untuk beban (V motor).
• Output tri-state.
• Dilengkapi dengan dioda eksternal untuk pengaman beban induktif. • Dilengkapi dengan sensor beban untuk tiap H-Bridge.
Gambar 11. EMS 2A Dual H-Bridge (Sumber: Innovative Electronics, 2011a)
Gambar 12. Bentuk fisik dan konfigurasi kaki L298N
(Sumber: STMicroelectronics, 2000)
EMS 2A Dual H-Bridge menggunakan IC (Intergrated Circuit) L298N sebagai driver motor. L298N akan secara otomatis mengubah arah gerak motor sesuai dengan perintah yang diterimanya. IC L298N memiliki 15 kaki yang memiliki fungsi seperti pada Gambar 12. Modul EMS 2A Dual H-Bridge juga dilengkapi dengan komponen ESC2B yang berfungsi sebagai dioda penyearah.
2.4.11 EMS 5A H-BRIDGE
EMS 5A H-Bridge (Gambar 13) merupakan driver H-Bridge yang didesain untuk menghasilkan drive 2 arah dengan arus kontinu hingga 5 Ampere pada tegangan 5 Volt hingga 40 Volt. Modul ini memiliki kemampuan yang mirip dengan EMS 2A Dual H-Bridge dan adanya tambahan kemampuan pada arus yang dapat dialirkan lebih besar. Perbedaan modul ini dengan EMS 2A Dual H-Bridge adalah pada kemampuan menggerakkan beban. EMS 5A H-Bridge hanya dapat menggerakkan 1 beban, sedangkan EMS 2A Dual H-Bridge dapat menggerakkan 2 beban sekaligus. Spesifikasi EMS 5A H-Bridge yang berbeda dengan EMS 2A Dual H-Bridge adalah (Innovative Electronics, 2009b) : • Frekuensi PWM sampai dengan 10 kHz,
• Active current limiting,
• Proteksi hubungan singkat, • Proteksi overtemperature, • UnderVoltage shutdown.
Gambar 13. EMS 5A H-Bridge (Sumber: Innovative Electronic,2011b)
Modul ini menggunakan IC MC33887VW (Gambar 14) sebagai
H-Bridge (saklar otomatis). Kemampuan EMS 5A H-H-Bridge didasarkan pada
switching rectifier agar modul EMS5A H-Bridge dapat melakukan switching
secara cepat.
Gambar 14.IC MC33887VW (Sumber: Freescale Semiconductor, 2005)
Gambar 15. Switching rectifier GI821 (Sumber: Vishay Intertechnology Inc, 2005)
2.4.12 Kompas Digital CMPS10
Kompas digital CMPS10 (Gambar 16) merupakan salah satu produk yang dihasilkan Devantech Ltd. CMPS10 biasa digunakan dalam aplikasi robot untuk sistem navigasi. CMPS10 menggunakan 3-axis magnetometer dan 3-axis
accelerometer untuk mengetahui derajat posisi dan derajat kemiringan. CMPS10 menghasilkan nilai digital yang merepresentasikan derajat arah mata angin dengan arah utara bernilai 0°. CMPS10 menghasilkan nilai 0-3599 untuk
merepresentasikan derajat 0-359.9 atau 0-255 untuk 0-360 derajat. Selain mendapatkan nilai arah, CMPS10 juga dapat memberikan nilai derajat dari pitch dan roll. Kelebihan yang dimiliki oleh CMPS10 adalah adanya pilihan untuk mengetahui nilai accelerometer dan magnetometer. Nilai yang keluar merupakan nilai kasar (raw) dari sensor (Robot-electronics, 2011a).
Gambar 16. Konfigurasi pin CMPS10 (Sumber: Robot-electronics, 2011a)
Gambar 17. Konfigurasi pin LSM303DLH (Sumber: STMicroelectronics, 2009)
CMPS10 menggunakan IC LSM303DLH (Gambar 17). IC ini
merupakan produk dari STMicroelectronics. IC ini adalah modul sensor 3-axis accelerometer dan 3-axis magnetometer. Sensor ini dapat mendeteksi percepatan ±2 g/ ± 4 g/ ± 8 g dan mendeteksi magnetic field dari ±1,3/ ±1,9/ ±2,5/ ±4,0/ ±4,7/ ±5,6/ ±8,1 gauss dimana pengaturannya ditentukan oleh pemakai. Komunikasi yang digunakan oleh sensor CMPS10 adalah komunikasi I2C (inter integrated
circuit) pada mode standar (100 kHz) dan mode cepat (400 kHz)
(STMicroelectronics, 2009). Data keluaran dari sensor menjadi input bagi CMPS10 untuk mendapatkan nilai derajat sebenarnya. Nilai derajat digunakan untuk mengetahui nilai arah (heading), pitch, dan roll.
Modul kompas digital hanya membutuhkan tegangan sebesar 5 Volt dengan arus 25 mA. Ada tiga cara untuk memperoleh informasi arah dari modul kompas digital yaitu pembacaan sinyal PWM (Pulse Width Modulation),
pembacaan data interface I2C, dan penggunaan komunikasi serial (Robot-electronics, 2011b).
Pembacaan data arah dengan I2C dilakukan dengan membaca bentuk data serial. Pada mode 8 bit, arah utara ditunjukkan dengan data 0 atau 255. Apabila modul kompas menggunakan mode 8 bit berarti kompas memiliki resolusi
1,40625 derajat/bit. Pada mode 16 bit, resolusi yang dimiliki oleh modul kompas semakin bagus yaitu 0,1 derajat (Robot-electronics, 2011b). Pembacaan data dilakukan dengan I2C communication protocol (Gambar 18).
Gambar 18. I2C communication protocol (Sumber:Robot-electronics, 2011c) I2C communication protocol dimulai dengan mengirimkan start bit,
penulisan alamat modul digital compass dengan read/write low (0xC0), kemudian nomor register yang akan dibaca. Selanjutnya diikuti dengan start bit lagi dan penulisan alamat modul digital compass dengan read/write high (0xC1). Pengguna dapat memilih mode register yang digunakan yaitu mode pembacaan satu register atau dua register (8 bit atau 16 bit). Pada register 16 bit, yang pertama kali dibaca adalah high byte (Robot-electronics, 2011b). CMPS10 memiliki 23 register sesuai Tabel 1.
Tabel 1. R Sumber: R Re yang diub bit dengan nilai deraj Register 6 (raw) sens register pe electronic 2.4.13 Ke memiliki k pada kutub bawah. Pa bumi, med Register CM Robot-electr egister 0 ada ah dalam n n nilai 0-359 at dari pitch 6 hingga 9 ti sor accelero erintah dan s, 2011b). Dasar Ele ekuatan med komponen y b utara mag ada ekuator dan ini men
MPS10 ronics (201 alah Softwar nilai 0-255. 99. Hal ini h. Register idak diguna ometer dan m biasanya di ektronik K dan magnet yang sejajar gnet. Pada b r, medan ma ngarah ke ata 1b) re revision Register 2 menunjukk 5 digunaka akan. Regis magnetome igunakan un Kompas bumi berki r dengan pe bagian utara agnet menga as. Sudut y number. R dan 3 akan kan arah 0-3 an untuk me ster 10-21 m eter. Registe ntuk mengk isar antara 0 ermukaan bu a bumi, med arah horizo yang terbent Register 1 ad menyimpan 359.9°. Regi engetahui ni menyediakan er 22 digun alibrasi kom 0,5 hingga 0 umi yang se dan magnet ntal. Pada b tuk antara u dalah data ar n data arah ister 4 adala ilai derajat r n data kasar nakan sebaga mpas (Robo 0,6 gauss da elalu menga mengarah k bagian selat utara magne rah 16 ah roll. r ai ot-an arah ke tan t
bumi dan utara geografis dinamakan dengan sudut inklinasi. Sudut lain antara utara magnet bumi dengan utara geografis didefinisikan sebagai sudut deklinasi dengan rentang ± 20° tergantung lokasi geografisnya.
Tilt compensated electronic compass system memerlukan sebuah sensor
magnet 3 axis dan sensor accelerometer 3 axis (STMicroelectronics, 2010). Accelerometer digunakan untuk mengukur sudut kemiringan dari pitch dan roll untuk tilt compensation. Sensor magnet digunakan untuk mengukur medan magnet bumi dan kemudian untuk menentukan sudut heading yang mengarah ke utara magnet. Jikalau heading yang mengarah pada utara geografis diperlukan, sudut deklinasi pada lokasi geografis tersebut perlu dikompensasi ke magnetic
heading.
Gambar 19 memperlihatkan 6 degree of freedom pada sebuah alat. Xb/ Yb/ Zb merupakan forward (maju)/ right (kanan)/ down (turun) berdasarkan kaidah tangan kanan. Tiga sudut sikap (attitude) direferensikan dari bidang datar lokal dimana tegak lurus dengan gravitasi bumi.
Gambar 19. 6 Degree of freedom (Sumber: Luque dan Donha, 2008)
Surge/Heading Roll Heave Yaw Sway Pitch
Heading (Ψ) didefinisikan sebagai sudut yang terbentuk antara sumbu Xb dengan utara magnet pada bidang datar yang diukur searah jarum jam ketika melihat alat dari atas (STMicroelectronics, 2010).
Pitch (ρ) didefinisikan dari sudut antara Xb axis dan bidang datar
(STMicroelectronics, 2010). Jikalau kita mengasumsikan bahwa resolusi sudut
pitch adalah 0,1°, maka sudutnya akan bergerak dari 0° – +179,9° ketika berputar
pada sumbu Yb dengan axis Xb bergerak ke atas dari permukaan datar dan tetap berputar dari posisi 90° kembali ke permukaan datar. Sudut pitch akan bergerak dari 0° – -180° ketika Xb berputar ke bawah pada sumbu Yb dari permukaan datar dan tetap bergerak dari posisi vertikal (-90°) kembali lagi ke permukaan datar. Contohnya berada pada Gambar 20.
Gambar 20. Gerakan pitch (Sumber: STMicroelectronics, 2010)
Roll (γ) merupakan sudut yang dibentuk dari sumbu Yb dengan bidang datar (STMicroelectronics, 2010). Ketika alat diputar pada sumbu Xb dengan Yb bergerak ke bawah, nilai roll akan berubah positif dan semakin bertambah
Gambar 21. Gerakan roll (Sumber: STMicroelectronics, 2010)
2.4.14 Sistem Kompas Elektronik
Gambar 22 memperlihatkan diagram blok tentang sistem kompas elektronik. Mikrokontroler digunakan untuk mengumpulkan data kasar (raw) axis accelerometer untuk kalkulasi pitch dan roll dan mengumpulkan data kasar 3-axis magnetic sensor untuk kalkulasi heading. Prosedur berikut digunakan untuk membangun sistem kompas elektronik agar bisa bekerja.
• Desain hardware untuk memastikan mikrokontroler mendapatkan data kasar yang bersih dari accelerometer dan sensor magnetik.
• Kalibrasi accelerometer untuk mendapatkan parameter yang digunakan untuk merubah data kasar accelerometer menjadi nilai yang sudah dinormalisasi untuk kalkulasi pitch dan roll.
• Kalibrasi sensor magnetik untuk mendapatkan parameter yang digunakan untuk merubah data kasar sensor magnetik menjadi nilai yang sudah dinormalisasi untuk kalkulasi heading.
• Tes kemampuan sistem kompas elektronik.
Roll = -90° Roll = -150° Roll = -180° Roll = -Roll = +150° Roll = +90° Roll = +30° Yb Roll = 0° Roll = +30° Xb
Akurasi da Tabel 2. A Sumber: S 2.4.15 Xb mengguna sumbu pen menjadi ca untuk mem badan alat Ax adalah pen tanda dari Gambar 2 itu, Ax=Ay Gamb ari heading Akurasi dari STMicroelec Kalkulasi b, Yb, Zb m akan kaidah ngindera (se atatan bahw mbuat sumb t. x, Ay, Az ada ngukuran da pengukuran 23, Xb dan y=0 dan Az=
ar 22. Diag (STM , pitch, dan i heading, p ctronics (20 i pitch dan merupakan su h tangan kan ensing axes wa tanda YM bu penginde alah penguk ata kasar se n baku sens Yb pada po =+1g. Mx d gram blok si Microelectro roll dapat d itch dan rol
010) roll umbu badan nan (Gamba ) dari accel M dan ZM da era memilik kuran data k nsor magne sor pada 6 p osisi datar, Z dan My bisa istem komp onics, 2010) dilihat pada ll n alat (devic ar 23). XA, erometer da ari pengukur ki arah yang kasar accele etik. Tabel posisi tetap. Zb mengara bernilai po as elektroni ) a tabel berik ce body axe ,M, YA,M, ZA an sensor m ran sensor p sama sesua erometer. M 3 memperli Sebagai co ah ke bawah sitif dan ata
ik kut: es) dengan A,M adalah magnetik. Pe perlu dibalik ai dengan su Mx, My, Mz ihatkan defi ontoh pada h. Oleh kare au negatif, erlu k umbu inisi ena
sedangkan Mz bernilai positif jika lokasinya berada pada belahan bumi bagian utara.
Gambar 23. Sistem koordinat kompas elektronik (Sumber: STMicroelectronics, 2010)
Tabel 3. Definisi tanda pengukuran baku sensor LSM303DLH
Sumber: STMicroelectronics (2010)
Beberapa prosedur rotasi dilakukan untuk merotasi alat tersebut dari posisi Xb, Yb, dan Zb menuju posisi X’b, Y’b, dan Z’b. Perbedaan prosedur rotasi akan menghasilkan matriks rotasi yang berbeda. Pertama, alat diputar pada sudut tertentu (Ψ) di sumbu Z searah jarum jam. Kemudian alat diputar pada sudut tertentu (ρ) di sumbu Y dengan Xb bergerak ke atas. Langkah terakhir, alat diputar pada sudut γ di sumbu X dengan Yb bergerak ke bawah. Sumbu 3D alat berubah dari Xb, Yb, dan Zb menjadi X’b, Y’b, dan Z’b (Gambar 24).
Gambar 24. Prosedur rotasi (Sumber: STMicroelectronics, 2010)
Matriks tiap rotasi di atas dapat disusun sebagai berikut
Ψ cosΨ sinΨ 0 sinΨ cosΨ 0 0 0 1 cos 0 sin 0 1 0 sin 0 cos ... (2) 1 0 0 0 cos sin 0 sin cos
Hubungan antara X’b, Y’b, Z’b dan Xb,Yb, Zb ialah
′ ′
′ Ψ
... (3)
cos cosΨ cos sinΨ sin
cosΨ sin sin cos sinΨ cos cosΨ sin sin sin Ψ cos sin cosΨ sin cos sin sinΨ sin cosΨ sin cos sin Ψ cos cos
Pada bidang datar, Xb = Yb = 0, Zb = +1g. Pada X’b/ Y’b/ Z’b, pengukuran data kasar accelerometer LSM303DLH adalah Ax, Ay, Az dimana bernilai signed integer. Ax1, Ay1, Az1 diasumsikan sebagai nilai yang
dinormalisasikan setelah memasukkan parameter kalibrasi accelerometer ke dalam Ax, Ay, dan Az. Jadi Ax1, Ay1, Az1 menjadi nilai floating kurang dari 1 pada
pengertian g (gravitasi bumi), dan akar kuadrat dari jumlah kuadrat dari nilai Ax1, Ay1, Az1 harus sama dengan 1. Persamaan (3) menjadi:
Ax1 Ay1 Az1
cos ρ cos Ψ cos ρ sin Ψ sin ρ
cos Ψ sin ρ sin γ cos γ sin Ψ cos γ cos Ψ sin ρ sin γ sin Ψ cos ρ sin γ cos Ψ sin ρ cos γ sin γ sin Ψ sin γ cos Ψ sin ρ cos γ sin Ψ cos ρ cos γ
0 0 1 (4)
Oleh karena itu, pitch dan roll dapat dikalkulasi sebagai berikut:
Pitch = ρ = arcsin(-Ax1) ... (5)
Roll = γ = arcsin(Ay1/cos ρ) ... (6)
2.4.16 Kalkulasi heading
Ketika alat diletakkan mendatar, sudut pitch dan roll akan bernilai 0°. Sudut heading dapat ditentukan sesuai dengan Gambar 25.
Gambar 25. Penentuan sudut heading (Sumber:STMicroelectronics, 2010)
Medan magnet lokal bumi (local earth magnetic field) H memiliki komponen tetap Hh pada bidang datar yang mengarah ke utara magnet bumi. Komponen ini dapat dihitung oleh sumbu pengindera sensor magnet Xm dan Ym yang dinamakan Xh dan Yh. Sudut heading dikalkulasi sebagai berikut:
tan ………(7)
Pada Gambar 25, ketika sumbu Xb sejajar dengan Hh dimana Hh
mengarah ke arah utara magnet, maka Xh=max dan Yh=0 sehingga heading = 0°. Alat diputar searah jarum jam pada bidang datar akan mengakibatkan sudut
Jikalau kita tetap memutarnya hingga Xh=min dan Yh=0 maka heading=180° dan seterusnya.
Pada kalkulasi heading, pengukuran 3-axis sensor magnetik perlu
dinormalisasi dengan menerapkan parameter kalibrasi sensor magnetik dan digambarkan pada bidang datar dengan kompensasi kemiringan (Gambar 26).
Gambar 26. Kalkulasi heading (Sumber: STMicroelectronics, 2010)
Jika alat berputar dari Xb/ Yb/ Zb ke X”b/ Y”b/ Z”b oleh rotasi sudut roll diikuti oleh rotasi sudut pitch, maka
" " "
cos 0 sin
sin sin cos sin cos
cos sin sin cos cos
" "
" ………(8) Kita mengasumsikan Mx1, My1, Mz1 sebagai pengukuran sensor magnetik yang dinormalisasikan setelah menerapkan koreksi kalibrasi parameter ke dalam pengukuran kasar data sensor magnetik Mx, My, Mz pada posisi baru X”b, Y”b, Z”b. Mx, My, Mz bertipe signed integer, sedangkan Mx1, My1, Mz1 merupakan nilai
floating dengan nilai kurang dari 1 pada pengertian kekuatan medan magnet.
Akar kuadrat dari jumlah kuadrat masing-masing nilai harus sama dengan 1 ketika tidak ada gangguan eksternal medan magnet. Pengimbangan kemiringan
cos sin ... (9) sin γ sin ρ cos γ sin cos ... (10)
cos sin sin cos cos ... (11) Oleh karena itu,
Ψ tan untuk Mx2 > 0 dan My2 >= 0
180° tan untuk Mx2 < 0
360° tan untuk Mx2 > 0 dan My2 <= 0
= 90° untuk Mx2 = 0 dan My2 < 0 = 270° untuk Mx2 = 0 dan My2 > 0
2.4.17 Kompensasi kemiringan
Andaikata alatnya miring, maka sudut pitch dan roll tidak sama dengan 0° seperti yang terlihat pada Gambar 27. Sudut pitch dan roll dapat diukur oleh 3-axis accelerometer. Oleh karena itu, pengukuran sensor magnetik Xm, Ym, dan Zm perlu dilakukan untuk memperoleh Xh, Yh, dan Zh seperti pada persamaan
berikut:
Xh=Xmcos(Pitch) + Zm Sin(Pitch) ... (12) Yh=Xmsin(Roll)sin(Pitch) + Ymcos(Roll) - Zmsin(Roll)cos(Pitch)
Kemudian mempergunakannya untuk persamaan di atas untuk kalkulasi heading.
2.4.18 Hitachi H48C 3-Axis Accelerometer
Hitachi H48C merupakan modul terintegrasi yang dapat mendeteksi gaya gravitasi pada tiga sumbu (X, Y, dan Z) sebesar kurang lebih 3 g (gravitation
force). Modul ini terdiri dari regulator pada papan integrasi yang meregulasikan
tegangan sebesar 3,3 Volt ke H48C, analog signal conditioning, dan MCP3204 (4 kanal, 12 bit) yang merupakan ADC (analog-to-digital converter) untuk membaca tegangan keluaran dari H48C. Semua komponen terintegrasi pada satu papan modul dengan ukuran 17,8 mm x 20,3 mm (Parallax, 2007). Konfigurasi pin modul H48C dapat dilihat pada Gambar 28.
Pembacaan g-force (gaya gravitasi) pada H48C dilakukan dengan
membaca tegangan keluaran dari sumbu tersebut dan mengkalkulasinya dengan formula berikut:
,
, ... (13)
Atau dapat disederhanakan menjadi
0,0022 ... (14)
Gambar 28. Konfigurasi pin modul H48C (Sumber: Parallax (2007))
2.4.19 Sensor suhu D1820
Sensor Suhu D1820 (Gambar 29) merupakan sensor suhu digital yang diproduksi oleh Dallas Semiconductor. Sensor ini menggunakan komunikasi
9 bit nilai digital. Sensor ini dapat mengukur suhu dengan rentang -55 °C hingga +125 °C dengan resolusi 0,5°C. Sensor ini memerlukan pull up resistor sebesar 4,7 kΩ agar dapat mengirim data ke mikrokontroler.
Gambar 29. Bentuk fisik dan konfigurasi kaki D1820
2.5 PEMROGRAMAN
Pemrograman untuk aplikasi Mini ROV ini terdiri dari dua buah program yaitu GUI (Graphical User Interface) dan mikrokontroler. Pemrograman GUI mini ROV dilakukan dengan menggunakan Borland Delphi 7. Piranti lunak ini dikembangkan oleh perusahaan Borland Software Corporation. Bahasa
pemrograman yang digunakan pada program ini adalah bahasa objek Pascal berbasis OOP (Object Oriented Programming). Program Delphi 7 memiliki kelebihan meliputi : mudah untuk membaca kode, kompilasinya cepat, dan penggunaan multiple unit files untuk pemrograman modular. Program ini bekerja dalam IDE (integrated development environment) sehingga pemrogram semakin mudah untuk membuat suatu program yang berbasis GUI (graphical interface
unit) (Borland, 2003).
Penulisan dan pemrograman mikrokontroler dilakukan secara In System
mikrokontroler adalah CodeVision AVR C Compiler Versi 2.05. Bahasa yang digunakan adalah bahasa C. Pemrograman mikrokontroler dilakukan dengan menggunakan piranti lunak In-System Programmer Atmel AVRProg (AVR910) yang terintegrasi di dalam program CodeVision AVR.
35
3.1 WAKTU DAN LOKASI PENELITIAN
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2011 sampai dengan Maret 2012. Kegiatan penelitian terdiri dari dua bagian, yaitu pembuatan alat dan uji coba alat. Pembuatan alat dilakukan di Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Sedangkan uji coba alat dilakukan di watertank Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor dan kolam renang Tirta Ayu Babakan Lio, Darmaga, Bogor.
3.2 ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan mini ROV mencakup perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah laptop, Codevision AVR 2.05.0, Google Sketch Up 7, Delphi 7, bor listrik, obeng, solder listrik, multimeter digital, gerinda listrik, DT-I/O USB DT-I/O MODULE, PC-Link USBer, USB TV STICK, USB2.0 TV BOX, power supply 1A, Downloader K125R, gergaji besi, gunting, penggaris, dan busur derajat. Fungsi masing-masing alat dapat dilihat pada Lampiran 1. Bahan yang digunakan adalah DT-AVR Low Cost Micro System, ATmega32A, CMPS-10, Hitachi H48C 3-Axis Accelerometer, resistor 4,7 KΩ, EMS 5A H-Bridge, EMS 2A DUAL H-Bridge, adaptor 1 ampere, adaptor 2 ampere, adaptor 5 ampere, jack power supply, 1/3” Sony CCD IR Color Digital Camera, kepala kabel co axial, motor dari bilge pump 500 GPH (12VDC 2 A), motor dari bilge pump 750 GPH (12VDC 5A), baling-baling berdiameter 7 cm, akrilik, baut, konektor, pipa
stainless steel, pipa PVC, cat besi, kuas, pengencer cat, klem gantung, klem, kabel LAN, kabel AC, tali tis, amplas, lem epoxy, selotip pipa, dan lem PVC. Informasi lengkap mengenai bahan-bahan yang digunakan dapat dilihat ada Lampiran 2.
3.3 RANCANGAN ALAT
Mini ROV yang dikembangkan memiliki dimensi total panjang 80 cm, lebar 62,5 cm, dan tinggi 45 cm. Mini ROV dirancang agar dapat menyelam hingga kedalaman 10 meter. Mini ROV ini terdiri dari beberapa unit fungsional yang secara keseluruhan terpadu dalam satu mikrokontroler yaitu mikrokontroler ATmega32A. Gambar 30 merupakan sistem kerja tiap komponen yang terdapat dalam mini ROV dan tegangan sumber yang mungkin untuk dibuat.
Gambar 30. Desain sistem kerja tiap komponen pada mini ROV
Pada mini ROV ini terdapat “mata” yang menggunakan sensor kamera (dengan keluaran berupa video) yang berfungsi untuk melihatkan kondisi di dalam air. Pengukuran arah mini ROV menggunakan sensor kompas digital CMPS10 yang dapat menentukan arah hingga 360° dengan ketelitian 0,1°. Sudut pitch dan
roll juga menggunakan sensor CMPS10. Sudut pitch dan roll yang diperoleh
akan memiliki rentang nilai -90° – +90° dengan ketelitian 1,4°. Pada mini ROV
Kompas Magnetik CMPS10 Sensor 3D-AXIS H48C KOMPUTER Kamera CCD TV TUNER Power supply 12 V 1 A Motor DC Modul driver motor Power supply 12 V 2 A USB TO SERIAL Motor DC Modul driver motor Power supply 12 V 5 A Kamera CCD TV TUNER Power supply 12 V 1 A Power Supply 12 V 1 A Mikrokontroler
PORT A PORT B PORT C PORT D
ini juga disematkan sensor accelerometer H48C untuk melihat gaya gravitasi yang bekerja pada 3 sumbu (sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z) dengan ketelitian 0,1 g. Sensor suhu digital DS1820 juga ditempatkan di dalam komparemen untuk meihat perubahan suhu di dalam kompartemen.
3.4 DESAIN KERJA
Perancangan instrumen ini dipadukan dalam tiga proses perancangan yaitu perancangan konstruksi mekanik, konstruksi elektronik, dan desain software sehingga tahapan terakhir adalah integrasi dari ketiga proses perancangan tersebut. Beberapa tahapan dalam proses perancangan instrumen ini dapat disusun dalam suatu diagram alir (Gambar 31).
Gambar 31. Diagram alir perancangan mini ROV Persiapan
Perumusan
Perancangan penelitian
Memenuhi persyaratan?
Perancangan mekanik, elektronik, dan software
MULAI Tidak Ya Pembuatan model mekanik Pembuatan model elektronik Pembuatan model software
Uji coba Tidak berhasil Berhasil
3.5 PEMBUATAN DESAIN
Desain dan rancangan ROV dibuat dengan menggunakan software desain Google Sketch Up 7 (Gambar 32). Pembuatan desain ini dimaksudkan untuk memudahkan proses pembuatan konstruksi alat hingga tata letak komponen.
Gambar 32. Tampilan Google Sketch Up 7
3.6 RANCANG BANGUN PERANGKAT KERAS
Perangkat keras yang dibuat meliputi semua bagian yang menutupi
komponen elektronika sehingga tidak terjadi kerusakan pada komponen tersebut. Pembuatan perangkat keras disesuaikan dengan rancangan yang telah dibuat. Tahapan kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut:
(1) Pembuatan kerangka,
(2) Pembuatan kompartemen elektronik, (3) Pembuatan kompartemen kamera.
3.6.1 Pembuatan kerangka
Bentuk kerangka mini ROV ini dirancang dari ROV RJ 45 (Gambar 33) yang pernah dibuat. Bentuk dasarnya tetap menggunakan bentuk mekanik RJ 45. Beberapa modifikasi dilakukan untuk menyempurnakan bentuk robot ini.
Penambahan ini dimaksudkan untuk mengatasi masalah yang terjadi pada penelitian sebelumnya sehingga tidak terulang kembali. Kerangka mini ROV terbuat dari pipa besi 1 inci yang dilas. Kerangka diberi lem epoxy pada bagian persinggunggannya agar kedap air. Kerangka dicat agar tidak berkarat. Bagian depan dari mini ROV dibuat lebih maju pada bagian bawah agar kamera
terlindung dari benturan benda keras yang ada di depannya.
Gambar 33. Rangka RJ45 (Rizki, 2008)
3.6.2 Pembuatan kompartemen elektronik
Kompartemen elektronik menggunakan pipa PVC 6 inci yang dapat memuat adaptor 5 ampere, adaptor 2 ampere, adaptor 1 ampere, rangkaian mikrokontroler, sensor kompas digital,sensor suhu digital, sensor accelerometer, dan modul driver motor. Kompartemen dibuat kedap air sehingga tidak terjadi kebocoran yang dapat menyebabkan kerusakan komponen elektronik.
Pengkedapan kompartemen menggunakan lem epoxy dan lem pvc.
Pada bagian belakang kompartemen ditempatkan konektor. Konektor terdiri dari konektor 8 pin (yang berfungsi untuk pengiriman data dari
mikrokontroler dan pengiriman data video dari kamera 1 dan kamera 2), konektor kabel VAC (voltage alternating current) untuk menghubungkan sumber tegangan ke mini ROV, konektor kabel VDC (voltage direct current) dan konektor kabel co axial yang disambungkan ke kamera bawah, konektor motor maju-mundur dan konektor motor naik-turun. Konektor ini digunakan menghubungkan kabel yang ada dalam kompartemen dengan kabel yang dihubungkan dengan permukaan. Konektor ini juga diberikan lem agar tidak terjadi kebocoran. Koneksi pada konektor ditunjukkan pada Gambar 34.
Gambar 34. Koneksi konektor 8 pin
3.6.3 Pembuatan kompartemen kamera
Kompartemen kamera terpisah dengan kompartemen elektronik.
Kompartemen kamera merupakan produk pabrikan yang sudah terpasang dengan kamera. Hal yang perlu dilakukan adalah pengedapan kompartemen ini. Kabel sumber tegangan dan kabel co axial dihubungkan ke konektor yang ada pada bagian belakang kompartemen elektronik.
3.7 RANCANG BANGUN RANGKAIAN ELEKTRONIK Bagian kerja yang dilakukan dalam proses pembuatan rangkaian elektronik ialah : Keterangan: 1. Kabel Tx 2. Kabel Rx 3. Kabel Ground 4. Kabel video 1 5. Kabel video 1 6. Kabel video 2 7. Kabel video 2 1 2 3 4 5 6 7 8
(1) Pembuatan skematik rangkaian, merupakan proses penyusunan rencana sambungan komponen dalam bentuk gambar;
(2) Penyolderan, dilakukan pada komponen pada PCB ataupun pada penyambungan antar komponen serta antar kabel.
Rangkaian elektronik yang dibuat sesuai dengan Gambar 30. Pembuatan robot bawah air ini menggunakan mikrokontroler ATmega32A. Datasheet mikrokontroler ini dapat dilihat pada Lampiran 3. Rangkaian sirkuit dasar mikrokontroler ATmega32A menggunakan modul buatan Innovative Electronics (Lampiran 4). Modul sudah memiliki jalur input/output 32 pin, jalur komunikasi serial RS232 dengan konektor RJ11, dan terdapat port untuk pemograman secara ISP. Modul ini memudahkan pengguna dalam menempatkan sambungan
komponen ke mikrokontroler.
Sensor CMPS10 yang digunakan merupakan modul (Gambar 35) yang diproduksi oleh Devantech Ltd. Modul ini memiliki 5 pin keluaran dimana pin 1 merupakan VCC dan pin 5 merupakan pin Ground. Pin yang dihubungkan ke mikrontroler ATmega32A adalah pin 2 (SCL) dan pin 3 (SDA). Pembacaan data CMPS10 dengan mikrokontroler ATmega32A menggunakan jenis komunikasi I2C. Komunikasi I2C menggunakan 2 pin pada salah satu PORT Mikrokontroler ATmega32A. Port yang digunakan adalah PortA pin 6 dan pin 7. Pin 6 berfungsi untuk jalur SDA dan pin 7 berfungsi untuk jalur SCL pada CMPS10. Pada penghubungan pin ini digunakan pull up resistor sebesar 4,7 KΩ yang berfungsi untuk membuat keadaan logika pada jalur DATA tetap pada kondisi HIGH ketika tidak ada sinyal dari ATmega32A. Informasi lebih lengkap dapat dilihat pada Lampiran 5.
Gambar 35. Modul kompas dan penghubungannya dengan pull up resistor
Sensor 3D Accelerometer yang digunakan adalah modul yang dibuat oleh Parallax Inc. Pin yang terhubung pada mikrokontroler ATmega32A adalah pin 1 (CLK), pin 2 (DIO), dan pin 5 (CS). Pin 1 terhubung pada PORT B pin 0, pin 2 pada PORT B pin 1, pin 5 terhubung pada pin 2 (Gambar 36). Lampiran 6 memberikan informasi jelas mengenai modul sensor accelerometer.
Gambar 36. Penghubungan pin H48c dengan pin mikrokontroler Sensor suhu yang digunakan adalah sensor suhu DS1820. Kaki DS1820 yang dihubungkan ke mikrokontroler adalah kaki Data (DQ). Pada jalur
mikrokontroler-DS1820 diberikan pull up resistor sebesar 4,7 kΩ (Gambar 37). Informasi lebih lengkap terdapat pada Lampiran 7.
Modul driver motor yang digunakan terdiri dari EMS 2A Dual H-Bridge
dan EMS 5A H-Brigde. Kedua modul merupakan produk Innovative Electronics. Manual kedua produk dapat dilihat pada Lampiran 8 dan Lampiran 9.
EMS 2A Dual H-Bridge digunakan sebagai saklar otomatis bagi 2 buah motor bilge pump 500 GPH (gallons per hour). Koneksi modul EMS 2A Dual H-Bridge dapat dilihat pada Gambar 38.
PORTB.0 PORTB.1
Pa adalah pin PORTC.3 dihubungk (M2IN2) k terminal y 2A), pin V pada kabe Gambar 37 Ga ada Interface n 1 (M1IN1) , pin 5 (VC kan pada mi ke PORTC. yang dihubu V MOT (terh el motor 1), 7. Penghubu ambar 38. K e Header 1 ( ) ke PORTC C), dan pin ikrokontrole 1, dan pin 4 ungkan adal hubung pad pin M1 OU ungan D182 Koneksi EM (J3), Pin ya C.6, pin 2 (M n 6 (GND). er ialah pin 4 (EN2) ke ah pin MGN da VCC ada UT2 (terhubu 20 dengan p S 2A Dual ang dihubun M1IN2) ke Pada Interf 1 (M2IN1) PORTC.2. ND (terhubu aptor 2A), p ung pada ka PO in mikrokon H-Bridge ngkan pada m PORTC.7, face Header ) ke PORTC Pada Powe ung pada G in M1 OUT abel motor ORTB.1 ntroler mikrokontr pin 4 (EN1 r 2 (J1), pin C.0, pin 2 er & Con (J2 Ground adap T1 (terhubun 1), pin M2 oler ) ke yang 2), ptor ng
OUT1 (terhubung pada kabel motor 2), dan pin M2 OUT2 (terhubung pada kabel motor 2). Motor yang dihubungkan pada modul ini bergerak sesuai dengan Tabel 4 dan Tabel 5.
Tabel 4. Tabel kebenaran pergerakan motor 1
INPUT OUTPUT
FUNGSI M1EN M1IN1 M1IN2 M1OUT1 M1OUT2
H H L V MOT MGND MOTOR CW H L H MGND V MOT MOTOR CCW H L L MGND MGND BERHENTI Keterangan: H : Logika High (5 V) L : Logika Low (0 V) CW : clockwise CCW : counter clockwise
Tabel 5. Tabel kebenaran pergerakan motor 2
INPUT OUTPUT
FUNGSI M2EN M2IN1 M2IN2 M2OUT1 M2OUT2
H H L V MOT MGND MOTOR CW H L H MGND V MOT MOTOR CCW H L L MGND MGND BERHENTI Keterangan: H : Logika High (5 V) L : Logika Low (0 V) CW : clockwise CCW : counter clockwise
EMS 5A H-Bridge merupakan modul driver motor yang digunakan untuk menggerakkan 1 buah motor bilge pump 700 GPH. Driver ini sudah berupa modul yang dibuat oleh Innovative Electronics. Koneksi modul EMS 5A H-Bridge dapat dilihat pada Gambar 39.
EMS 5A H-Bridge dihubungkan pada mikrokontroler melalui Interface Header (J2). Pada EMS 5A H-Bridge pertama, pin yang terhubung ke
mikrokontroler adalah pin 1 (M1IN1) ke PORTB.4, pin 2(M1IN2) PORTB.5, pin 7 dan 9 (VCC), serta pin 8 dan 10 (GND). EMS 5A H-Bridge yang kedua, pin
