ABSTRACT
NAVIGATION SYSTEM ON UNMANNED SURFACE VEHICLE TO MONITOR WATER AREA CONDITION
By
MUHAMMAD JERRY JELIANDRA SUJA
Water area, especially river, has an important role for human life. To prevent the damage to that area, it is better if we do the monitoring and measurement periodically to some of parameters that can give a sign or early warning against abnormality that occurs in this area, so we can accurately and quickly anticipate. From this idea, we created an Unmanned Surface Vehicle that is intended to facilitate monitoring process in water area. USV that we are use is electric USV equipped with APM 2.5 firmware ardurover as an autopilot system. Autopilot system on USV covered with Auto mode, Manual mode, Guided mode and Hold mode. Before USV take the mission, every sensors in this USV are being tested. Then USV can take the water area mission by making 6 mission with different waypoints location, so that USV can go towards desired waypoints.
Average error radius obtained from missions is 2.2 meter every waypoints. This USV also equipped with FPV system so that monitoring process can easily done by looking at the camera mounted on the USV.
ABSTRAK
SISTEM NAVIGASI PADA UNMANNED SURFACE VEHICLE UNTUK PEMANTAUAN KONDISI DAERAH PERAIRAN
Oleh
MUHAMMAD JERRY JELIANDRA SUJA
Daerah perairan, khususnya sungai, memiliki peranan penting untuk kehidupan manusia. Untuk mencegah kerusakan pada daerah tersebut, maka ada baiknya jika dilakukan pemantauan dan pengukuran secara berkala untuk beberapa parameter yang dapat memberi tanda atau peringatan dini terhadap ketidaknormalan yang terjadi daerah ini sehingga dapat dilakukan antisipasi secara tepat dan cepat. Atas ide inilah diciptakan sebuah Unmanned Surface Vehicle yang ditujukan untuk mempermudah proses pemantauan daerah perairan. USV yang digunakan yaitu USV elektrik yang dilengkapi APM 2.5 dengan firmware ardurover untuk sistem autopilot. Sistem autopilot pada USV meliputi mode Auto, manual, guided dan hold. Sebelum USV menjalankan misi, dilakukan pengujian-pengujian terhadap sensor-sensor yang dipakai. Kemudian pengujian perairan dilakukan dengan membuat 6 misi dengan letak waypoint yang berbeda sehingga USV dapat menuju titik waypoint yang diinginkan.
Didapatkan Error radius rata-rata setiap waypoint sebesar 2,2 meter. USV ini juga dilengkapi dengan sistem FPV sehingga pemantauan dapat lebih mudah dilakukan dengan melihat kamera yang terpasang pada USV dan ditampilkan pada monitor 7” dengan bantuan video sender.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV) ... 8
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)] ... 9
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com) ... 10
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint) ... 11
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [Halvorsen.H (2008)] ... 13
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV) ... 14
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian ... 18
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem ... 19
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran ... 20
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran ... 21
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV ... 22
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint ... 23
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold ... 24
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV... 25
Gambar 3-9 Flight Plan Editor ... 25
Gambar 3-10 Information View ... 26
Gambar 3-11 Primary Flight Display ... 27
Gambar 4-1 Unmanned Surface Vehicle’s Electronics ... 30
Gambar 4-2 Remote Turnigy 9X ... 33
Gambar 4-3.(a). Roll ke kanan 30º. (b). Roll ke kiri 30º ... 34
xvii
Gambar 4-5.(a). Compass 290º. (b). Compass 190º ... 36
Gambar 4-6 Tampilan utama U-Center... 37
Gambar 4-7. Akurasi GPS skala 5 meter ... 38
Gambar 4-8 Sky View (a) dan Satellite Position (b) Pengujian pertama ... 38
Gambar 4-9 Akurasi GPS skala 4 meter ... 39
Gambar 4-10 Skyview dan Satellite Position pengujian ke 2 ... 40
Gambar 4-11. Pengujian Sistem Telemetry ... 41
Gambar 4-12 Pengiriman Data Telemetry... 41
Gambar 4-13 Pengujian Sistem FPV Indoor (a) dan Outdoor (b) ... 42
Gambar 4-14 Dry Test USV ... 42
Gambar 4-15 Pengujian DryTest Flight Data ... 43
Gambar 4-16 Lokasi uji perairan pada Google Earth Pro ... 44
Gambar 4-17 Gambar Initial Parameter Ardurover ... 44
Gambar 4-18 Flight Plan misi pertama ... 45
Gambar 4-19 GPS Tracking Misi Pertama ... 46
Gambar 4-20 GPS Tracking Google Earth Pro misi pertama. ... 47
Gambar 4-21 Grafik Error Radius Misi Pertama ... 48
Gambar 4-22 Flight Plan Misi Kedua ... 48
Gambar 4-23 Flight Data Misi Kedua ... 49
Gambar 4-24 GPS Tracking Google Earth Pro misi kedua ... 49
Gambar 4-25 Grafik Error Radius Misi Kedua ... 51
Gambar 4-26 Flight Plan Misi Ketiga ... 51
Gambar 4-27 Flight Data Misi Ketiga ... 52
Gambar 4-28 GPS Tracking Google Earth Pro misi ketiga ... 52
Gambar 4-29 Grafik Error Radius Misi Ketiga ... 53
xviii
Gambar 4-31 Flight Data Misi Keempat ... 55
Gambar 4-32 GPS Tracking Google Earth Pro misi keempat ... 55
Gambar 4-33 Grafik Error Radius Misi Keempat ... 56
Gambar 4-34 Flight Plan Misi Kelima ... 57
Gambar 4-35 Flight Data Misi Kelima ... 58
Gambar 4-36 GPS Tracking Google Earth Pro misi kelima ... 58
Gambar 4-37 Grafik Error Radius Misi Kelima ... 59
Gambar 4-38 Flight Plan Misi Keenam ... 60
Gambar 4-39 Flight Data Misi Keenam ... 61
Gambar 4-40 GPS Tracking Google Earth Pro misi keenam ... 61
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRACT ... ii
ABSTRAK ... iii
LEMBAR PERSETUJUAN... v
LEMBAR PENGESAHAN ... vi
SANWACANA ... xi
DAFTAR ISI ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xix
1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Manfaat Penelitian ... 3
1.4 Perumusan Masalah ... 4
1.5 Batasan Masalah ... 4
1.6 Hipotesis ... 5
1.7 Sistematika Penulisan ... 5
2 TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Unmanned Surface Vehicle (USV) ... 7
2.2 Sistem Navigasi ... 9
xv
2.2.2 First Person View (FPV) ... 13
3 METODE PENELITIAN ... 15
3.1 Waktu dan Tempat ... 15
3.2 Alat dan Bahan ... 15
3.3 Spesifikasi Alat ... 16
3.4 Spesifikasi Sistem ... 17
3.5 Metode Penelitian ... 17
3.5.1 Diagram Alir Penelitian ... 17
3.5.2 Perancangan Model Sistem ... 19
3.5.3 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 20
3.5.4 Pengujian Sistem ... 27
3.5.5 Analisa dan Kesimpulan ... 29
3.5.6 Pembuatan Laporan ... 29
4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30
4.1. Hasil ... 30
4.1.1. Unmanned Surface Vehicle (USV) ... 30
4.1.2. Pengujian Sensor dan Telemetry ... 33
4.1.3. Pengujian Sistem First Person View (FPV) ... 41
4.1.4. Pengujian Sistem Autopilot ... 42
4.2. Pembahasan ... 63
4.2.1. Sistem Navigasi pada Unmanned Surface Vehicle (USV) ... 63
4.2.2. Pengujian Misi Autopilot ... 65
5 SIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1 Simpulan ... 68
5.2 Saran ... 68
DAFTAR PUSTAKA ... 74
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV) ... 8
Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)] ... 9
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com) ... 10
Gambar 2-4 Contoh penggunaan sistem Autopilot (waypoint) ... 11
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [Halvorsen.H (2008)] ... 13
Gambar 2-6 Perlengkapan First Person View (FPV) ... 14
Gambar 3-1 Diagram Alir Penelitian ... 18
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem ... 19
Gambar 3-3 Sketch Hull Catamaran ... 20
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran ... 21
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV ... 22
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint ... 23
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold ... 24
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV... 25
Gambar 3-9 Flight Plan Editor ... 25
Gambar 3-10 Information View ... 26
Gambar 3-11 Primary Flight Display ... 27
Gambar 4-1 Unmanned Surface Vehicle’s Electronics ... 30
Gambar 4-2 Remote Turnigy 9X ... 33
Gambar 4-3.(a). Roll ke kanan 30º. (b). Roll ke kiri 30º ... 34
xvii
Gambar 4-5.(a). Compass 290º. (b). Compass 190º ... 36
Gambar 4-6 Tampilan utama U-Center... 37
Gambar 4-7. Akurasi GPS skala 5 meter ... 38
Gambar 4-8 Sky View (a) dan Satellite Position (b) Pengujian pertama ... 38
Gambar 4-9 Akurasi GPS skala 4 meter ... 39
Gambar 4-10 Skyview dan Satellite Position pengujian ke 2 ... 40
Gambar 4-11. Pengujian Sistem Telemetry ... 41
Gambar 4-12 Pengiriman Data Telemetry... 41
Gambar 4-13 Pengujian Sistem FPV Indoor (a) dan Outdoor (b) ... 42
Gambar 4-14 Dry Test USV ... 42
Gambar 4-15 Pengujian DryTest Flight Data ... 43
Gambar 4-16 Lokasi uji perairan pada Google Earth Pro ... 44
Gambar 4-17 Gambar Initial Parameter Ardurover ... 44
Gambar 4-18 Flight Plan misi pertama ... 45
Gambar 4-19 GPS Tracking Misi Pertama ... 46
Gambar 4-20 GPS Tracking Google Earth Pro misi pertama. ... 47
Gambar 4-21 Grafik Error Radius Misi Pertama ... 48
Gambar 4-22 Flight Plan Misi Kedua ... 48
Gambar 4-23 Flight Data Misi Kedua ... 49
Gambar 4-24 GPS Tracking Google Earth Pro misi kedua ... 49
Gambar 4-25 Grafik Error Radius Misi Kedua ... 51
Gambar 4-26 Flight Plan Misi Ketiga ... 51
Gambar 4-27 Flight Data Misi Ketiga ... 52
Gambar 4-28 GPS Tracking Google Earth Pro misi ketiga ... 52
Gambar 4-29 Grafik Error Radius Misi Ketiga ... 53
xviii
Gambar 4-31 Flight Data Misi Keempat ... 55
Gambar 4-32 GPS Tracking Google Earth Pro misi keempat ... 55
Gambar 4-33 Grafik Error Radius Misi Keempat ... 56
Gambar 4-34 Flight Plan Misi Kelima ... 57
Gambar 4-35 Flight Data Misi Kelima ... 58
Gambar 4-36 GPS Tracking Google Earth Pro misi kelima ... 58
Gambar 4-37 Grafik Error Radius Misi Kelima ... 59
Gambar 4-38 Flight Plan Misi Keenam ... 60
Gambar 4-39 Flight Data Misi Keenam ... 61
Gambar 4-40 GPS Tracking Google Earth Pro misi keenam ... 61
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Ayah dan Ibuku Tercinta
H. M. Jan Jan Suja M.M., Akp. dan Ir. Elly Rosnarita M.Si Kakak dan adikku Tersayang
Monica Dara Delia Suja S.Keb & M. Farrel Ghifary Suja Teman-teman kebanggaanku
Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro Almamaterku
Universitas Lampung Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Ayah dan Ibuku Tercinta
H. M. Jan Jan Suja M.M., Akp. dan Ir. Elly Rosnarita M.Si Kakak dan adikku Tersayang
Monica Dara Delia Suja S.Keb & M. Farrel Ghifary Suja Teman-teman kebanggaanku
Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro Almamaterku
Universitas Lampung Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
SANWACANA
Bismillahirahmanirrahim…
Alhamdulillahirobbil alamin...
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena atas berkat rahmat dan hidayah-Nya lah yang telah memberi kekuatan dan kemampuan berpikir kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir pada waktu yang tepat.
Skripsi berjudul “ Sistem Navigasi pada Unmanned Surface Vehicle untuk
Pemantauan Kondisi Daerah Perairan” telah berhasil diselesaikan. Dan
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada jurusan Teknik Elektro di Universitas Lampung.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan baik ilmu, materiil, petunjuk, masukan dan saran dari berbagai pihak untuk menyelesaikan tugas akhir ini tanpa adanya hambatan. Oleh karena itu dalam kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Suharno, M.Sc, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik. 2. Agus Trisanto, Ph. D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro 3. Herlinawati, S.T.,M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
4. Dr.Sri Ratna Sulistiyanti M.T. sebagai Pembimbing utama Tugas Akhir ini dan sekaligus ibu kami di Laboratorium Teknik Elektronika yang telah memberikan masukan, saran, bantuan baik materi maupun nonmateri. 5. M. Komarudin M.T. selaku Pembimbing pendamping yang selalu
memberikan arahan dan koreksi pada saat penelitian tugas akhir ini.
xii
7. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, yang berjasa dalam memberikan materi dari awal perkuliahan sampai akhir dan pembentukan moral kepada mahasiswa
8. Kedua orang tua penulis yang sangat dicintai dan disayangi, sebagai motivator terbesar penulis, sebagai alasan terbesar kesuksesan penulis, yang
telah memberikan do’a, usaha, dukungan moril, cinta dan kasih sayang sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir nya sebagai seorang mahasiswa
9. Monica Dara Delia Suja dan M. Farel Ghifary Suja sebagai saudara kandung yang telah mensupport dan menemani penulis.
10. Rizki Triyani Sinaga yang tiada hentinya memotivasi penulis agar selalu semangat.
11. Teman seperjuangan Yudi Eka Putra, Andri Gunawan dan M. Yusuf Tamtomi yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. 12. Seluruh punggawa dan penghuni Laboratorium Teknik Elektronika terutama
Kak Agung, Kak Ridho, Kak Rudi, Kak Nadhir, Kak Rudi HH, Mbak Layla, Rendy, Khoirul, Victor, Afrizal, Frisky, Abidin, Reza, Subastian, Eliza, Winal, Sivam, Faizun, Yogi, Gusti, Bella, Desi, Windy, Hafizulahudim. Arif, Nando, Roy, Reza, dan Ridho yang telah mengisi dan memberikan canda tawa nya serta kehangatan di dalam keluarga Laboratorium Teknkik Elektronika.
13. Seluruh Asisten Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung khususnya Aji, Seto, Sam, Afrizal, Melzi, Rahmad, Reza, Devy, Nanang, Maulana, Jaya, Haki, Dirya, Penceng, Kak Cipo, Oka, Ipin, Ayu, Kiki, Kak Aris A, Fendi, Yusuf, Harry, Mbak Ranny, Mbak Mardiyah, Irvika, Najib, Didi, dan lainnya atas dukungan dan bantuannya.
xiii
awal masuk perkuliahan, saat pengerjaan tugas akhir, hingga akhir perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro ini.
15. Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro dan anggota-anggota lainnya atas pelajaran organisasi yang diberikan.
16. Keluarga Beswan DSO Lampung terutama Angkatan 28, Yayang Rusdiana S.T., dr. Nurulando Imansyah Budi Perkasa, Mahendra Pratama S.T., Hermawan Santoso, Rizky Kurnia Wijaya, Miftah, Dwi, Kiki dan adik adik angkatan 29 Rifka, Muflikha, Vianna, Gusmau, Helmy dan lainnya atas kebersamaannya dalam seluruh acara beasiswa beswan djarum.
17. Mbak Ning, Mas Daryono dan seluruh jajarannya atas semua bantuannya dalam menyelesaikan urusan administrasi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.
18. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membatu penulis dalam menuntaskan kewajibannya sebagai mahasiswa. 19. Almamater Universitas Lampung yang telah mengisi cerita hidup selama
menjadi mahasiswa
Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kebaikan dan kemajuan di masa mendatang.
Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak, dan dapat menambah khasanah ilmu pengetahuan.
Bandar Lampung, 23 Oktober 2015 Penulis,
1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Daerah perairan, khususnya sungai, memiliki peranan penting untuk kehidupan manusia. Manfaat sungai antara lain untuk irigasi, bahan baku air minum, sarana olahraga, sebagai jalur trasportasi, dan sebagai tempat PLTA maupun penelitian. Jika daerah ini tidak dipergunakan dengan baik maka sungai tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya. Untuk mencegah hal tersebut, maka ada baiknya jika dilakukan pemantauan dan pengukuran secara berkala untuk beberapa parameter yang dapat memberi tanda atau peringatan dini terhadap ketidak normalan yang terjadi daerah ini sehingga dapat dilakukan antisipasi secara tepat dan cepat.
2
mewakili nilai sebenarnya dari suatu penampang sungai. Semakin lebar penampang sungai semakin tidak mewakili hasil dari pemantauan statis di tepi sungai. (Adi S, 2008)
Audli R (2014) meneliti tentang pengukuran 9 titik kecepatan aliran sungai (open channel) dengan menggunakan sensor kecepatan aliran yang dibuatnya, menghasilkan bahwa semakin mengarah ke dalam sungai, kecepatan aliran sungai semakin tinggi, sebaliknya, semakin mengarah ke dasar dan ke tepi sungai, kecepatan aliran semakin rendah. Penelitian yang dilakukan Audli R (2014) juga belum dapat mewakili keadaan sungai sebenarnya karena pengukuran hanya di 9 titik pada sungai dan terkendala pada jarak telemetri yang hanya dapat melakukan pengiriman data dengan jarak 20 meter. Cara yang telah dilakukan pada penelitian tersebut kurang efektif karena harus langsung terjun ke dalam sungai untuk pemasangan sensor dan memiliki tingkat bahaya yang cukup besar.
Diperlukan suatu alat atau wahana yang dapat menggantikan posisi manusia, yang dapat memudahkan pekerjaan manusia dalam pemantauan kondisi sungai. Unmanned Surface Vehicle (USV) merupakan sebuah wahana alternatif yang digunakan untuk memantau daerah perairan dengan biaya yang lebih murah (low cost) dan memiliki tingkat bahaya yang lebih rendah karena dapat dioperasikan melalui Remote Control (RC) maupun secara autonomous. USV ini mengirimkan data-data yang diukur ke Ground Control Station (GCS) yang berada didarat menggunakan sistem telemetri.
3
Teknologi pada USV sebelumnya telah banyak dikembangkan dan diterapkan di dunia militer antara lain sebagai kapal mata-mata dan juga dikembangkan oleh negara-negara tetangga kita untuk melakukan penelitian di laut maupun sungai. USV tersebut dapat melakukan tugas tugas tertentu sesuai dengan yang diharapkan.
Saat ini Universitas Lampung sedang mengembangkan teknologi USV yang berfokus pada pemantauan daerah perairan. Dengan dukungan perangkat Global Positioning System (GPS) dan mikrokontroller ArduPilot Mega
(APM) diharapkan USV dapat dikendalikan secara otomatis mengikuti waypoint yang ditentukan pada Ground Control Station (GCS) dan dengan
mudah melakukan pengukuran parameter kondisi perairan seperti kondisi daerah sekitar aliran sungai, suhu, kecepatan aliran air, kadar keasaman (pH), kedalaman, dan lain lain.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem navigasi pada USV untuk pemantauan kondisi daerah perairan sehingga USV dapat mengikuti waypoint dan melakukan pengukuran di lokasi tersebut.
1.3 Manfaat Penelitian
4
2. Mempermudah dalam melakukan pengukuran parameter kondisi perairan (suhu, pH, kecepatan aliran, dan lainnya) di beberapa lokasi perairan
3. Mempermudah dalam pengoperasian USV (Otomatisasi USV) 4. Dapat dikembangkan lebih lanjut untuk penelititian USV
1.4 Perumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang ada, maka perumusan perancangan ini difokuskan pada askpek berikut :
1. Bagaimana membuat sistem navigasi pada USV sehingga dapat dikendalikan secara Autonomous / Otomatis ?
2. Bagaimana perancangan dan pembuatan sistem navigasi menggunakan Mikrokontroler ArduPilotMega (APM) ?
3. Bagaimana USV dapat menuju titik koordinat waypoint yang diinginkan?
4. Bagaimana kamera pada USV dapat menampilkan video First Person View (FPV) secara real time?
1.5 Batasan Masalah
Dalam perancangan dan implementasi sistem ini, terdapat batasan masalah seperti berikut :
5
2. Deteksi posisi, waypoint, hanya menggunakan GPS U-Blox Neo 6 V.3 dan Digital Compass CMPS10 dengan bantuan perangkat
5. Tidak membahas lebih lanjut tentang pengukuran parameter daerah perairan.
1.6 Hipotesis
Sebuah Unmanned Surface Vehicle (USV) dapat melakukan pergerakan ke posisi tertentu (waypoint) dengan acuan GPS sebagai sensor posisi untuk dapat melakukan pemantauan kondisi daerah perairan.
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penulisan dan pemahaman mengenai materi tugas akhir ini, maka tulisan ini dibagi menjadi lima bab, yaitu
BAB I Pendahuluan
Memuat latar belakang, tujuan, manfaat, perumusan masalah, batasan masalah, hipotesis dan sistematika penulisan
BAB II Tinjauan Pustaka
6
BAB III Metode Penelitian
Berisi rancangan sistem navigasi, meliputi alat dan bahan, langkah-langkah pengerjaan yang akan dilakukan,
penentuan spesifikasi rangkaian, blok diagram rangkaian, cara kerjanya, dan masing-masing bagian blok diagram BAB IV Hasil dan Pembahasan
Menjelaskan prosedur pengujian, hasil pengujian dan analisis
BAB V Simpulan dan Saran
Memuat simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian alat, dan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjut.
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Unmanned Surface Vehicle (USV)
Unmanned Surface Vehicle (USV) atau Autonomous Surface Vehicle (ASV) merupakan sebuah wahana tanpa awak yang dapat dioperasikan pada permukaan air. (Wikipedia, 2008). USV dikendalikan otomatis dengan memberikan perintah-perintah seperti waypoint, melalui Ground Control Station (GCS). USV dapat mengirimkan data-data dan mengirimkannya ke
GCS secara realtime melalui sistem telemetri.
USV dapat digunakan selain sebagai kapal riset juga dapat digunakan
8
yang dapat digunakan dalam mendesain sistem steering dalam hal ini rudder pada sebuah Unmanned Surface Vehicle.
Gambar 2-1 Contoh Unmanned Surface Vehicle (USV)
(sumber : Jurnal Teknik ITS, Siswandi.B (2012))
Calce A. (2012) membuat penelitian tentang pembuatan rc motorboats yang dimodifikasi sehingga menjadi Unmanned Surface Vehicle (USV) dengan penambahan mikrokontroller Arduino, GPS, Compass Module HMC6352, USB QuickCam Logitech dan komunikasi data menggunakan wireless 802.11g. Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Calce A.
(2012) yaitu saat percobaan prototype ini akan melaksanakan perintah terakhir hingga selesai, menerima perintah lain sampai baterai habis, akan tetapi perintah akan bermasalah jika USV hilang kontak dengan base station karena terlalu jauh dari titik awal atau karena sinyal terhalang oleh
sesuatu.
9
Tipe USV Catamaran yang telah dimodifikasi tenaga matahari ini mampu mendapatkan informasi kualitas air di seluruh lokasi saat bergerak. Pada USV ini terintegrasi sensor posisi GPS, Laser Scanners, sonars dan
kamera yang dapat memudahkan dapat pengoperasian USV di lingungan air yang dangkal dan belum diketahui peta dan juga dapat menghindari rintangan yang diam maupun bergerak. USV dapat mengambil sampel air dan dapat beroperasi di berbagai kondisi cuaca maupun malam hari. USV dapat dikatakan telah melengkapi survei pemantauan yang dilakukan secara manual dengan kelebihan dapat melakukan pengukuran di tempat penyimpanan air dengan jarak ratusan kilometer dari survey yang sudah dilakukan sebelumnya.
Gambar 2-2 USVsystem architecture [Dunbabin M. (2009)]
2.2 Sistem Navigasi
10
analog yang dapat mengetahui arah mata angin yang berguna sebagai acuan arah kapal, untuk perangkat digital sudah terdapat GPS atau Global Positioning System yaitu sebuah perangkat yang dapat menerima lokasi
keberadaan kapal dengan mengacu pada satelit yang bergerak mengitari bumi. GPS menerima data yang dikirim dari satelit berupa data NMEA 0183. NMEA (National Marine Electronics Association) adalah standar yang digunakan dalam pengiriman data gps yang berupa protokol data, garis lintang, garis bujur, ketinggian, dan waktu.
Gambar 2-3 Global Positioning System (GPS) (sumber : www.rctimer.com)
Kompas digital juga tergolong perangkat digital dimana pemakaiannya harus diintegrasikan kembali pada sebuah sistem sehingga pembacaan arah mata angin dapat dilakukan dan dapat mengetahui arah kapal.
Perbani C. (2014) melakukan penelitian dengan judul Pembangunan Sistem Penetuan Posisi dan Navigasi berbasiskan sistem Unmanned Surface Vehicle (USV) untuk survei Batimetri dengan spesifikasi alat yang
11
Mega, sensor GPS, dan sistem Telemetry. Perbani C. menyimpulkan bahwa wahana apung yang dihasilkan memiliki daya apung baik dan lebih stabil jika dimuati dengan beban, telemetri navigasi bekerja dengan maksimum jarak 5 s.d. 10 kilometer line of sight dengan kualitas pengiriman data rata-rata diatas 90%, sistem penjajakan GPS berjalan dengan baik, sistem Auto Navigation / Auto Pilot belum bekerja dengan sempurna, wahana bergerak secara otomatis menuju waypoint yang ditentukan, tetapi gerakan wahana tidak stabil.
2.2.1 Sistem Autopilot (Waypoint)
Pergerakan kapal yang otomatis termasuk kedalam suatu sistem navigasi. Sistem ini dinamakan Autopilot atau biasa juga disebut dengan waypoint. Sistem Autopilot akan membuat sebuah kapal, dalam hal ini USV, bergerak secara teratur mengikuti titik tuju (waypoint) yang telah diatur pada Ground Control Station.
12
Gambar 2.4 memperlihatkan penggunaan sistem Autopilot dengan memberikan beberapa titik-tuju (waypoint). Wahana yang digunakan akan mengikuti jalur yang telah dihubungkan dari masing-masing titik-tuju (waypoint).
Penelitian sistem navigasi telah dilakukan juga oleh Prasetyo H.P. (2012) tentang Perancangan Sistem Navigasi pada Kapal (MCST-1 Ship Autopilot) untuk mendukung sistem Autopilot. Perancangan sistem yang
menggunakan sebuah USV MCST-1, GPS, Compass, Sensor Ultrasonik dan mikrokontroller ini menghasilkan bahwa perancangan yang dilakukan menggunakan data masukan berupa sinyal GPS dengan format NMEA 0183 versi 2 $GPGGA dan $GPRMC dan dapat menampilkan tampilan garis lintang dan bujur. Prasetyo H.P. (2012) juga mengemukakan bahwa perancangan sensor jarak dengan menggunakan sensor ultrasonic dari range 1cm hingga 300cm memiliki persentase akurasi rata-rata sebesar
0.245 dan perancangan pengukuran arah mata angin menggunakan sensor kompas CMPS-03 memiliki tingkat error rata-rata 1.939% dan tingkat akurasi 98.06%. Peletakan sensor kompas berpengaruh jika didekatkan dengan motor penggerak karena adanya interferensi dari motor dalam bentuk medan-elektromagnetik.
Penelitian Taufik A.S. (2013) tentang Sistem Navigasi Waypoint pada Autonomous Mobile Robot menjelaskan bahwa modul CMPS03 Magnetic
Compass memiliki akurasi sebesar ±4º, Modul PMB-688 GPS receiver
13
mampu mengatur gerak autonomous mobile robot dalam pencapaian posisi tujuan dengan akurasi sebesar 11 meter (radius).
Navigasi pada USV juga meliputi pergerakan arah dan orientasi kapal laut. Gambar 2.4 menunjukan bahwa pergerakan kapal laut terdiri dari 3axis yaitu X, Y, dan Z.
Jika kapal mengarah ke arah sumbu X maka dinamakan surge dan apabila terjadi pergerakan atau rotasi pada sumbu X maka dinamakan roll. Kapal laut akan melakukan pergerakan sway jika kapal tersebut bergerak ke arah sumbu Y dan jika berputar pada sumbu Y maka dinamakan pitch. Jika kapal mengarah ke sumbu Z maka dinamakan pergerakan heave jika perputaran atau rotasi terjadi pada sumbu Z maka dinamakan yaw.
Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [ Halvorsen.H (2008)]
2.2.2 First Person View (FPV)
First-person View (FPV) atau dikenal juga dengan Remote-person View
14
wahana atau kendaraan radio control dari sudut pandang pilot. Sebagian besar FPV digunakan untuk wahana udara tak berawak (UAV) atau pesawat yang memakai radio control. Dengan kamera yang diletakkan tersebut kita dapat merasakan seolah-olah kita berada di dalam wahana tersebut dan melakukan pengendalian wahana dengan mudah. Pergerakan wahana tetap dikendalikan oleh operator secara manual, dengan adanya FPV maka operator dapat mengetahui arah, kondisi sekitar maupun lokasi
yang dituju.
Terdapat dua sistem utama dalam penggunaan FPV yaitu komponen perekam diudara dan ground station atau komponen yang berada didarat. Biasanya FPV menggunakan kamera dan video transmitter analog di bagian komponen perekam diudara, dan menggunakan video receiver dan display pada bagian komponen ground station. Tambahan lain untuk FPV
yaitu dapat menambahkan On Screen Display (OSD) yaitu sebuah media informasi yang didapat langsung pada layar display, menampilkan Navigasi GPS dan data penerbangan, kestabilan sistem dan sistem Autopilot.
3 METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian dan perancangan tugas akhir dilaksanakan mulai Januari 2015 sampai Juni 2015, bertempat di Laboratorium Teknik Elektronika, Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung
3.2 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dan perancangan tugas akhir ini antara lain :
a. 1 Unit Electric Roboboat (USV) b. ArduPilotMega (APM) 2.6 c. Perangkat lunak Mission Planner d. GPS U-Blox CN06-V3
e. Digital Compass CMPS10
f. First Person View (FPV) Camera BOSCAMM
g. Transmitter dan Receiver FPV (video sender) AOMWAY 5.8 GHz
h. FPV Monitor 7”
i. 3DR Telemetry Kit 915 MHz
16
k. 1 Unit Remote Control Turnigy 9x 2.4Ghz l. Laptop Acer V5-471PG
3.3 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang digunakan adalah sebagai berikut :
a. Unmanned Surface Vehicle yang digunakan yaitu tipe electric Roboboat dengan tipe hull Catamaran, sistem propulsi
menggunakan motor brushless Leopard tipe 4084-1200kV, ESC Seaking 180A Water Cooled, flexshaft, strut shaft, double rudder,
propeller tipe 450, dan servo HK-1928B.
b. Pengendali USV menggunakan ArduPilot Mega 2.6 dengan firmware ArduRover sebagai penentu waypoint Autopilot.
c. Pengendali sekunder dengan menggunakan Remote Control Turnigy 9x 2.4 Ghz
d. GPS Ublox- Neo 6 V.3 dan CMPS10 sebagai sensor posisi dan penentu lokasi USV.
e. Telemetri kit 3DR 915 MHz sebagai pengiriman data nirkabel. f. Kamera FPV BOSCAM dan sistem pengiriman data berupa video
dengan menggunakan video sender.
17
3.4 Spesifikasi Sistem
Spesifikasi sistem yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
a. Sistem navigasi memiliki dua mode. Mode pertama mampu mengikuti waypoint atau titik tuju yang telah di program pada perangkat lunak Mission Planner dan dapat melakukan Position Hold pada waypoint. Mode kedua apabila terjadi error pada USV
sehingga tidak sesuai titik tuju yang diinginkan maka pengendalian akan dialihkan menggunakan Remote control.
b. Mampu menampilkan video yang direkam oleh Kamera FPV secara realtime pada Monitor FPV menggunakan video sender.
3.5 Metode Penelitian
Pada penelitian dan perancangan tugas akhir ini, langkah-langkah kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut :
3.5.1 Diagram Alir Penelitian
18
Mulai Konsep / Ide Perancangan
Sistem Studi Literatur
Penentuan Spesifikasi Sistem
Apakah Tersedia ? Perancangan
Sistem Pengujian Sistem
Apakah Berhasil ? Pengambilan Data
Analisis Kesimpulan
Selesai
19
3.5.2 Perancangan Model Sistem
Secara keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2
Gambar 3-2 Diagram blok keseluruhan sistem
Keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2. Terdapat beberapa sub sistem antara lain navigation system yang terdiri dari GPS, Kompas, dan FPV kamera yang diolah pada Mikrokontroller unit APM. Pentransmisian
data navigasi menggunakan UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) dengan sistem telemetri yang dikirim ke Ground Control
20
3.5.3 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
3.5.3.1Perancangan Unmanned Surface Vehicle (USV)
Unmanned Surface Vehicle yang digunakan yaitu tipe electric Roboboat dengan tipe hull Catamaran, sistem propulsi menggunakan motor brushless Leopard tipe 4078-1200kV, ESC SEAKING 180A Water Cooled, flexshaft, strut shaft, double rudder, propeller tipe 450, dan servo
Hobby King HK-15298B 30Kg.
LOA (Length Over All) USV = 100 cm
Lebar USV = 60 cm
Tinggi USV = 11 cm
Berat USV = 4 Kg
Pembuatan hull menggunakan bahan baku triplek dengan ketebalan 5mm untuk rangka penyusun dan ketebalan 3mm sebagai rangka penutup hull. Gambar 3.3 memperlihatkan sketch hull Catamaran yang akan dibuat.
21
Untuk membuat rangka hull menjadi kedap air (waterproof) dibutuhkan resin untuk melapisi rangka triplek yang akan dibuat. Pelapisan resin
dilakukan berulang-ulang hingga hull tertutup secara keseluruhan.
Gambar 3-4 USV dengan Hull Catamaran
3.5.3.2Perancangan Sistem Navigasi
Perancangan blok diagram sistem navigasi dibuat untuk mempermudah dalam realisasi alat yang akan dibuat.
22
Gambar 3-5 Blok Diagram Sistem Navigasi USV
3.5.3.3Sistem Autopilot (Waypoint)
Pada gambar 3.6 menjelaskan diagram alir dari sistem waypoint yang digunakan. Setelah inisialisasi dan lock GPS, kita menentukan waypoint yang akan dituju oleh USV menggunakan perangkat lunak Mission Planner. Data link yang dihasilkan Mission Planner akan dikirimkan via
23
Gambar 3-6 Diagram alir sistem waypoint
3.5.3.4Position Hold
Position Hold merupakan upaya USV untuk dapat mempertahankan posisi
24
Gambar 3-7 Diagram Alir Position Hold
3.5.3.5Sistem First Person View (FPV)
25
Receiver RF FPV
FPV Camera Transmitter
RF FPV
Gambar 3-8 Blok Diagram Sistem FPV
Pada gambar 3.8 dapat dilihat FPV kamera akan dikirim melalui transmitter 5.8Ghz FPV. Kemudian Receiver 5.8Ghz akan menampilkan
video yang terekam oleh kamera FPV di LCD Monitor 7” FPV.
3.5.3.6Perancangan perangkat lunak (software)
Perancangan perangkat lunak dibutuhkan agar informasi-informasi yang didapatkan dari USV dapat dengan mudah ditampilkan pada Ground Control Station. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Mission Planner
3.5.3.7Flight Plan Editor (Waypoint)
Digunakan dalam penentuan koordinat waypoint yang dijalankan oleh USV dengan mengacu pada sensor posisi GPS. Data-data yang diterima
oleh GPS diproses melalui mikrokontroler sehingga didapat data untuk garis lintang dan bujur
26
3.5.3.8Information View
Information View digunakan untuk mengetahui kondisi USV di lapangan,
kondisi tersebut meliputi Ketinggian (Altitude), status GPS, serta kondisi sudut kemiringan kapal (Pitch, Roll, Yaw, dan Heading). Data untuk information view didapat dari data NMEA 0183 GPS.
Gambar 3-10 Information View
3.5.3.9Flight Display
Flight display memiliki informasi yang samadengan Information View,
27
Gambar 3-11 Primary Flight Display
3.5.4 Pengujian Sistem
Uji coba sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari alat yang telah dibuat. Adapun pengujian dilakukan secara perbagian serta secara keseluruhan, diantaranya adalah :
3.5.4.1 Uji Laboratorium
Pengujian laboratorium dilakukan untuk mengeahui kemampuan perangkat dapat berfungsi dengan baik sebelum melakukan percobaan di lapangan, pengujiannya antara lain:
a. Pengujian pengiriman paket data melalui sistem Telemetri
28
b. Pengujian Akurasi GPS
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat akurasi dari GPS yang digunakan, dengan menggunakan GCS untuk dapat menghitung error GPS data sehingga radius akurasi dari GPS itu sendiri dapat kita ketahui dan juga pengaruh lingkungan terhadap kinerja GPS.
c. Pengujian sensor-sensor
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui sensor-sensor yang digunakan pada USV dapat bekerja dengan baik atau tidak. Pengecekan sensor Inertial Measurement Unit (IMU) yang ada pada APM dengan bantuan GCS sehingga dapat diketahui jika ada ketidaksesuaian dengan arah gerak USV. Pengecekan sensor kompas juga dilakukan untuk mengetahui apakah compass module digital yang digunakan sesuai dengan arah mata angin sebenarnya.
3.5.4.2Uji Lapangan
Uji lapangan dilakukan untuk dapat mengetahui sistem secara keseluruhan dapat bekerja atau tidak. Pengujian dilakukan dengan menjalankan USVdi air maupun uji respon darat. Uji respon darat dilakukan dengan membawa USV berjalan dan melihat respon perubahan dari aktuator saat USV
29
hold. Pengujian pada permukaan air dengan menjalankan sistem Autopilot
mengikuti waypoint yang ditentukan pada perangkat lunak Mission Planner. Pengujian dapat dikatakan berhasil apabila USV dapat bergerak
menuju waypoint dengan selisih simpangan kurang dari 2 meter.
3.5.5 Analisa dan Kesimpulan
Analisa dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengujian sistem ini baik per bagian maupun secara keseluruhan dengan nilaiyang diharapkan dari literatur yang ada.
3.5.6 Pembuatan Laporan
5 SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Telah dibuat Sistem Navigasi pada USV yang dapat dikendalikan secara autonomous dengan tujuan untuk pemantauan kondisi daerah perairan.
2. Telah terealisasi flight mode Manual, Auto dan Hold yang dapat digunakan USV dengan rata-rata Error Radius 2,2 meter.
3. Penggunaan APM 2.5 dengan firmware Ardurover sesuai untuk wahana jenis USV dan dapat berjalan dengan lancar tanpa kendala.
4. Pengiriman video untuk sistem FPV menggunakan Video Sender (VTx dan VRx) dan ditampilkan pada Monitor 7”.
5.2 Saran
1. Pemasangan sistem penggerak yang tepat sehingga kecepatan maksimal pada USV dapat terpenuhi dan cruise speed saat autonomous dapat meningkat.
69
DAFTAR PUSTAKA
Adi, S. (2008). Analisis Dan Karakterisasi Badan Air Sungai, Dalam Rangkamenunjang Pemasangan Sistim Pemantauan Sungai Secara Telemetri. J.Hidrosfir Indonesia, 3, 123-136.
Anshori, M. I. (2009). Desain Kontrol Autopilot pada UGV (Unmanned Ground Vehicle) berbasis GPS (Global Positioning System).
Audli, R. (2014). Rancang Bangun AlatUkur Portable 9 Titik Kecepatan Aliran Sungai (Open Chanel) Nirkabel Berbasis Pc. ELECTRICIAN-Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, 8, 68-81.
Calce, A. (2008). Roboboat - building unmanned surfaced vessels from RC
motorboats. Toronto, Ontario, Canada: Computer Science and Engineering York University.
Colito, J. (2007). Autonomous Mission Planning and Execution for Unmanned Surface Vehicle in Compliance with the Marine Rules of the Road. Washington: University of Washington.
Dunbabin, M. (December 2-4, 2009). An Autonomous Surface Vehicle for Water Quality Monitoring. Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA) (hal. 3-5). Sydney, Australia: Autonomous System Laboratory.
Earth Point, Tools for Google Earth (2015). Diakses pada 4 Oktober 2015, dari https://www.earthpoint.us/ExcelToKml.aspx
Halvorsen, H. (June, 2008). Dynamic Positioning for Unmanned Surface Vehicles. Master of Science in Engineering Cybernetics Norwegian University, 3-6.
Istiqphara, S. (2013). Rancang Bangun Sistem Manual Pilot menggunakan
Joystick Logitech dan Sistem Autopilot pada Wahana Udara Tak Berawak. Electrician, 65-80.
Nugroho, G. D. (2010). Studi Perancangan Steering Sistem Pada Unmanned Surface Attack Boat 9 Meter Berbasis Micro Controller. Journal FTK-ITS, 2, 1.
Perbani, N. M. (2014). Pembangunan Sistem Penentuan Posisi Dan Navigasi Berbasis Unmanned Surface Vehicle Untuk Survey Batimetri. Jurnal Iternas Rekayasa, 18, 9-22.
Susilo, Aris (2015). Pengembangan Sistem Autopilot pada Wahana Udara Tanpa Awak Fixed Wing Proto-03. Tugas Akhir. Teknik Elektro Universitas Lampung.
Siswandi, B (2012), Perencanaan Unmanned Surface Vehicle (USV) ukuran 3 Meter Tipe Serbu Cepat. ITS
Taufik, A. S. (2013). Sistem Navigasi Waypoint pada Autonomous Mobile Robot. Teknik Elektro Universitas Brawijaya.
![Gambar 2-2 USV system architecture [Dunbabin M. (2009)]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/600825.161113/28.595.217.442.389.543/gambar-usv-system-architecture-dunbabin-m.webp)
![Gambar 2-5 Pergerakan dan Orientasi Kapal [ Halvorsen.H (2008)]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/600825.161113/32.595.197.423.402.605/gambar-pergerakan-orientasi-kapal-halvorsen-h.webp)
