HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR – TE 145561
RANCANG BANGUN KAPAL TANPA AWAK UNTUK
MENGUKUR MAGNITUDO PINGER DENGAN
HYDROPHONE SENSOR
Alivza Sontonojaya NRP 10311500010041 Dosen PembimbingIr.Josaphat Pramudijanto M.Eng
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO OTOMASI Fakultas Vokasi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2018
iii FINAL PROJECT – TE 145561
DESIGN OF UNMANNED SURFACE VEHICLE MEASURING
PINGER MAGNITUDE WITH HYDROPHONE SENSOR
Alivza Sontonojaya NRP 10311500010041 SupervisorIr.Josaphat Pramudijanto M.Eng
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING AUTOMATION Faculty of Vocational
Sepuluh Nopember Insitute of Technology Surabaya 2018
vi
viii
ix
RANCANG BANGUN KAPAL TANPA AWAK UNTUK MENGUKUR MAGNITUDO PINGER DENGAN HYDROPHONE SENSOR
Nama : Alivza Sontonojaya NRP : 10311500010041
Pembimbing : Ir. Josaphat Pramudijanto, M.Eng NIP : 196210051990031003
ABSTRAK
Kapal tanpa awak merupakan kapal yang dapat dioperasikan di atas air dengan remot kontrol di mana kapal ini banyak di gunakan di dunia militer untuk robot pengintai, robot penjaga perbatasan di laut, keperluan intelijen, dan lain-lain. Di mana pada robot kapal ini kendala yang sering dihadapi adalah sulitnya mendeteksi berbagai macam frekuensi yang ditransmisikan oleh objek – objek pada bawah air. Frekuensi tersebut umumnya berasal dari kapal selam maupun ikan paus.
Frekuensi tersebut dapat dideteksi dengan menggunakan sensor
hydrophone. Hydrophone adalah sensor yang berfungsi menangkap sinyal
pada bawah air atau yang biasa disebut dengan sonar bawah air. Pada tugas akhir ini, dikembangkan prototype kapal tanpa awak menggunakan sensor
hydrophone yang berfungsi sebagai transmitter frekuensi. Pada tugas akhir ini, hydrophone akan menangkap frekuensi yang di transmisikan oleh pinger. Pinger merupakan pembangkit sinyal yang dapat berfungsi pada bawah air.
Untuk Hasil pengujian kapal dengan dipasang hydrophone sensor dengan membaca suatu pinger, hydrophone hanya dapat membaca dalam range 1 meter dengan magnitude rata-rata 18,3. Untuk pengujian motor brushless, motor akan mulai berputar menggerakkan propeller kapal dengan nilai pwm 1551. Dan untuk pengujian motor servo, ketika nilai pwm servo 2150 maka
servo akan menggerakkan rudder kapal untuk belok kiri. Dan ketika nilai pwm servo 850 maka servo akan menggerakkan rudder kapal untuk belok kanan.
Kata Kunci : Kapal Tanpa Awak, Hydrophone, Pinger , STM32F4
x
xi
DESIGN OF UNMANNED SURFACE VEHICLE MEASURING PINGER MAGNITUDE WITH HYDROPHONE SENSOR
Name : Alivza Sontonojaya Register Number
: 10311500010041
Supervisor : Ir. Josaphat Pramudijanto M.Eng ID : 196210051990031003
ABSTRACT
The unmanned surface vehicle is a ship that can be operated on water by remote control where it is widely used in the military world for surveillance robots, border guard robots at sea, intelligence purposes, and so on. Where on the robot of this ship has often faced constraints is the difficulty of detecting various kinds of frequencies transmitted by the objects under the water. The ship generally can detect the frequency, the frequency is generally derived from the submarine and whale.
These frequencies can be detected by using a hydrophone sensor. Hydrophone is a sensor that serves to capture signals under the water or commonly called underwater sonar. In this final project, developed prototype unmanned ship using hydrophone sensor that functions as a transmitter frequency. In this final project, hydrophone will win the frequency transmitted by pinger. Pinger is a signal generator that can work under the water. For the results of testing the ship with a hydrophone sensor installed by reading a pinger , hydrophone can only read in the range of 1 meter with an average magnitude of 18.3 . For testing motor brushles, the motor will start to rotate propeller ship with pwm value 1551. And for servo motor testing, when pwm servo 2150 value then servo can move rudder ship to turn left. And when pwm servo value 850 then servo will drive rudder ship to turn right
Keywords: Unmanned Surface Vehicle, Hydrophone, Pinger , STM32F4
xii
dikosongkan----xiii
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul:
Rancang Bangun Kapal Tanpa Awak Mengukur Magnitudo Pinger Dengan Hydrophone Sensor
Penulis ingin berterima kasih kepada beberapa pihak yang telah membantu dalam penyusunan dan penyelesaian dari Tugas Akhir ini, diantaranya:
1. Kedua orang tua yang selalu memberikan dukungan, semangat, dan doa kepada penulis.
2. Bapak Ir.Josaphat Pramudijanto M.Eng. selaku Dosen Pembimbing atas bantuan dan bimbingan hingga Tugas Akhir ini terselesaikan. 3. Tim Barunastra ITS yang telah memberikan pengalaman dan
membantu kami dalam pembuatan lambung kapal .
4. Teman - teman di Departemen Teknik Elektro Otomasi ITS, yang telah banyak memberi bantuan dan semangat serta dukungan pada penulis.
5. Riza Pratama yang telah banyak membantu uji coba alat di kolam danau 8 ITS
Harapan besar penulis bahwa buku Tugas Akhir ini dapat memberikan informasi dan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan mahasiswa Departemen Teknik Elektro Otomasi ITS pada khususnya. Penulis juga mengharapkan kritik dan saran atas buku Tugas Akhir ini karena penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini banyak terdapat kekurangan.
Surabaya, 12 Juli 2017 Penulis
xiv
dikosongkan---xv
DAFTAR ISI
HALAMAN
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN JUDUL ... ix
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ...v
HALAMAN PENGESAHAN…...vii ABSTRAK...ix ABSTRACK...ix KATA PENGANTAR...xiii DAFTAR ISI... xv DAFTAR GAMBAR...xvii DAFTAR TABEL...xix BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Permasalahan ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan ... 2 1.5 Sistematika Laporan... 2 1.6 Relevansi ... 3
BAB II TEORI PENUNJANG…...5
2.1 Kapal Tanpa Awak ... 5
2.2 Sistem Propulsi ... 6
2.2.1 Propeller (Baling-Baling Kapal) ... 6
2.2.2 Rudder (Kemudi) ... 7
2.3 Sistem Komunikasi Wireless ... 8
2.3.1 Data ... 8
2.3.2 Transmitter dan Receiver (Radio Control) ... 8
2.4 Mikrokontroler STM32F4 ...10
2.5 Mikrokontroler STM32F429ZI ...11
2.6 CooCox IDE (COIDE) ...11
2.7 Hydrophone Sensor (Sonar) ...12
2.8 Pinger (Pemancar Frekuensi)...13
2.9 Motor Servo ...13
2.10 Motor BLDC Brushless ...15
2.11 ESC (Electronic Speed Control) ...16
xvi
BAB III PERANCANGAN SISTEM ALAT…...19
3.1 Diagram Elektronik Kapal ...19
3.2 Pembuatan Perangkat Elektronik ...23
3.2.1 Skematik Sistem Elektronik kapal…... 23
3.2.2 Layout PCB Sistem Kapal…... 25
3.3 Perancangan Sistem Sonar (Hydrophone) ...26
3.3.1 Perancangan Amplifier …... 31
3.4. Perancangan Flowchart Kontrol Kapal ...32
3.5 Desain Perangkat Mekanik ...32
3.5 Perancangan LabVIEW ...33
BAB IV HASIL SIMULASI DAN IMPLEMENTASI…... 35
4.1 Pengujian Sensor Hydrophone ...36
4.2 Pengujian Manuver dan Speed Kapal Tanpa Awak ...40
4.3 Pengujian Tampilan LCD 20x4 ...40
4.4 Pengujian Motor Brussless atau Propeller ...42
4.5 Pengujian Motor Servo atau Rudder ...44
4.6 Pengujian Software Coocox ...46
BAB V PENUTUP…...49
5.1 Kesimpulan ...49
5.2 Saran ...49
DAFTAR PUSTAKA…...51 LAMPIRAN A... A-1 LAMPIRAN B...B-1 RIWAYAT HIDUP PENULIS...C-1
xvii
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 2.1 Desain Propeller ... 7
Gambar 2.2 Desain Rudder ... 8
Gambar 2.3 STM32F407 ...10
Gambar 2.4 STM32F429ZI ...11
Gambar 2.5 Software Coocox ...12
Gambar 2.6 Rangkaian Motor Servo ...14
Gambar 2.7 Pulsa Kendali Motor Servo ...14
Gambar 2.8 Rangkaian Dalam Motor Brushless ...16
Gambar 2.9 Bentuk Kerja ESC (Electronic Speed Control) ...16
Gambar 2.10 ESC (Electronic Speed Control) ...17
Gambar 2.11 Tampilan LabVIEW ...18
Gambar 3.1 Bentuk Fisik Remot...19
Gambar 3.2 Bentuk Fisik Transmitter Remot ...19
Gambar 3.3 Bentuk Fisik Motor Servo ...20
Gambar 3.4 Bentuk Fisik Motor BLDC Brushless ...20
Gambar 3.5 Rudder ...21
Gambar 3.6 Propeller ...21
Gambar 3.7 LCD ...22
Gambar 3.8 STM32F407 ...22
Gambar 3.9 Block Fungsional Sistem ...23
Gambar 3.10 Skematik Sistem Kapal ...24
Gambar 3.11 Layout PCB Sistem STM32F4 ...26
Gambar 3.12 Perancangan Sistem Sonar ...27
Gambar 3.13 Pinger ...28
Gambar 3.14 Hydrophone H2a XLR ...29
Gambar 3.15 Amplifier Hydrophone H2a XLR ...30
Gambar 3.16 Tampilan Grafik STM32F429Z1 ...30
Gambar 3.17 Skematik PCB Amplifier Hydrophone ...31
Gambar 3.18 Inverting Amplifier ...31
Gambar 3.19 Flowchart Kendali dengan Motor Servo ...32
Gambar 3.20 Desain Body Hull Kapal Tanpa Awak ...33
Gambar 3.21 Block Diagram pada LabVIEW ...34
Gambar 3.22 Tampilan GUI pada LabVIEW ...34
Gambar 4.1 Kapal dari Samping ...35
xviii
Gambar 4.3 Pengujian Thrust Kapal di Atas Permukaan Air ...40
Gambar 4.4 STM32F4 dengan LCD ...41
Gambar 4.5 Pengujian LCD ...41
Gambar 4.6 STM32F4 dengan Motor Brushless ...43
Gambar 4.7 Pengujian Motor dan Data Motor pada LCD ...43
Gambar 4.8 STM32F4 dengan Motor Servo ...45
Gambar 4.9 Pengujian Servo Belok Kanan dan Data Servo pada LCD ..45
Gambar 4.10 Pengujian Servo Belok Kiri dan Data Servo pada LCD ...46
Gambar 4.11 CooCox ...47
xix
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 3.1 Konfigurasi Antar Pin STM32F4………... 24
Tabel 2.2 Konfigurasi Spesifikasi MFP-1 Multi Frequency...27
Tabel 3.1 Data pada Hydrophone H2a -XLR …………...29
Tabel 3.2 Spesifikasi Sistem Mekanik Kapal Tanpa Awak ... 33
Tabel 4.1 Hydrophone dengan Jarak Pinger 10 cm…………...37
Tabel 4.2. Hydrophone dengan Jarak Pinger 30 cm …………..…….. 37
Tabel 4.3. Hydrophone dengan Jarak Pinger 50 cm...38
Tabel 4.4 Hydrophone dengan Jarak Pinger 70 cm…...38
Tabel 4.5 Hydrophone dengan Jarak Pinger 90 cm ...39
Tabel 4.6 Hydrophone dengan Jarak Pinger 10 cm …... 39
Tabel 4.7 Pengujian Motor Brushless……... 42
xx
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangIndonesia adalah negara maritim, karena wilayah perairan atau lautnya lebih luas dari daratannya. Selain itu negara indonesia juga merupakan negara kepulauan. Dikarenakan banyak sekali pulau-pulau yang tersebar mulai dari Sabang sampai Merauke. Dengan luasnya wilayah laut Indonesia serta jumlah pulau yang sangat banyak, semakin kompleks pula masalah yang akan dihadapi, terlebih ditambah oleh ancaman global maupun dari negara tetangga. Oleh karena itu dibutuhkan suatu armada laut yang dapat digunakan untuk mempermudah pekerjaan di perairan laut, salah satunya adalah dengan membuat robot kapal tanpa awak. Kendaraan laut tanpa awak ini banyak sekali fungsinya, seperti dalam bidang militer diantaranya untuk robot pengintai, keperluan intelijen, dan lain-lain. Sedangkan dalam bidang komersial diantaranya untuk eksplorasi dan konstruksi minyak dan gas, pendataan oceanographic, hidrografi, oseanografi dan survei lingkungan. Selain itu kapal tanpa awak ini juga sangat membantu dalam bidang search and rescue, seperti untuk pencarian kapal atau pesawat yang jatuh, pencarian korban penumpang atau awak kapal yang hilang, dan masih banyak lagi. Armada laut yang dapat digunakan untuk mempermudah pekerjaan di perairan laut.
Banyak kapal ditemukan tidak dapat mengetahui keadaan kegiatan bawah air, seperti halnya ketika ada kegiatan kapal selam yang sedang melakukan aktivitasnya, ikan-ikan yang sedang berjalan dan lain lain. Untuk mengatasi masalah tersebut seperti halnya terjadinya tabrakan kapal dan kapal selam, maka di era teknologi ini dapat mengurangi masalah tersebut dengan di pasangnya hydrophone sensor di sebuah kapal tanpa awak tersebut. Dengan tersebut
hydrophone sensor ini digunakan ketika berada di kedalaman air yang
tujuannya untuk menangkap sinyal frekuensi. Dan hydrophone ini tidak dapat memancarkan frekuensi, dengan itu hydrophone hanya bisa menerima suatu sinyal yang di pancarkan oleh kapal selam atau ikan -ikan bawah air yang kita ibaratkan seperti halnya pinger .
2
1.2 Permasalahan Pada tugas akhir kali ini permasalahan utamanya adalah sering
terjadinya tidak terkontrolnya kapal pada aktifitas bawah air di karenakan tidak dapat mendeteksi frekuensi bawah air. Dan susahnya mencari sumber titik sinyal pada suatu frekuensi.
1.3 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka ditentukan batasan masalah sebagai berikut :
1. Tidak mendeteksi jarak hydrophone dengan pinger yang panjangnya lebih dari 1 meter
2. Tidak dapat mendeteksi frekuensi dibawah ultrasonik 3. Kapal tidak dapat digunakan di laut
4. Tidak diletakkan pinger jauh dibawah permukaan
hydrophone
1.4 Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah diatas, tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Merancang hydrophone untuk mendeteksi sinyal yang dipacarkan oleh pinger
2. Merancang sistem kapal dengan remot kontrol dengan mikrokontroler STM32F4
3 Merancang dan memonitoring sinyal di mikrokontroler
4 Membuat tampilan GUI pada LabVIEW untuk monitoring sinyal yang dikirimkan oleh kapal
1.5 Sistematika Laporan
Pembahasan Tugas Akhir ini akan dibagi menjadi lima Bab dengan sistematika sebagai berikut:
Bab I
Pendahuluan
Bab ini meliputi latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, metodologi penelitian, sistematika laporan, dan relevansi.
3
Bab II
Teori Dasar
Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka dan sebuah konsep dari STM32F407VG, STM32F429ZI Motor brushless, Motor servo, Hydrophone ,
Pre-amp, Pinger
Bab III
Perancangan Sistem
Bab ini membahas tentang penjelasan dari metodologi yang digunakan dan implementasinya pada sistem kapal tanpa awak
Bab IV Simulasi, Implementasi dan Analisis Sistem
Bab ini memuat tentang pemaparan dan analisis hasil pengujian alat pada keadaan sebenarnya. Seperti pengujian aktivitas Motor brushless pada
Propeller, Motor servo pada Rudder,
,Hydrophone . Pada tiap pengujian akan ada analisis terkait metode yang digunakan.
Bab V Penutup
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan yang telah diperoleh. 1.6 Relevansi
Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat menjadikan referensi mengenai kapal tanpa awak sekaligus menjadi salah satu perkembangan teknologi dalam bidang kemaritiman.
4
5
BAB II
TEORI PENUNJANG
Pada bab ini akan dibahas mengenai teori – teori yang berkaitan dengan peralatan yang akan dirancang. Teori yang mendukung penyelesaian tugas akhir diantaranya itu mengenai kapal tanpa awak Sistem propulsi, Sistem komunikasi wireless , STM32F407VG, STM32F429ZI, Motor servo, Motor DC brushless dan ESC (
Electronic Speed Control), Hydrophone, Pinger , Remote control, Software Coocox, LabVIEW. Pada Tugas Akhir ini desain dari
lambung menggunakan tipe Trimaran di mana pembuatan lambung kapal tanpa awak ini dikerjakan oleh tim Barunastra ITS.
2.1 Kapal Tanpa Awak
Kapal tanpa awak merupakan robot kapal tanpa awak yang dapat dioperasikan di atas permukaan air. Robot kapal ini menggunakan STM32F4 sebagai mikrokontroler, motor servo untuk menggerakan
rudder yang berfungsi untuk membelokan kapal, dan motor brushless
untuk menggerakan propeller, dan dilengkapi sensor hydrophone untuk mendeteksi frekuensi bawah air .
Kapal tanpa awak ini dapat dikendalikan secara langsung oleh pengguna, pengendalian dapat dilakukan secara manual oleh manusia. Untuk pengendalian manual kapal dikontrol menggunakan remot kontrol, yang terkomunikasikan antara remot dengan transmitter dan receiver untuk remot sebagai transmitter (pemancar) dan untuk
receiver (penerima). Sedangkan untuk pengendalian oleh pengguna
dapat menggunakan remot hanya sebagai pengendali dan data
transmitter tersebut terhubung ke STM32F407VG yang berfungsi
untuk memproses dan mengolah data dari program untuk mengirimkan perintah untuk menggerakan motor servo maupun motor
brushless. Motor servo berfungsi untuk menggerakan rudder yang
digunakan untuk kapal saat berbelok, sedangkan motor brushless digunakan untuk menggerakan propeller yang berfungsi untuk mendorong kapal agar bergerak. Sementara untuk mengetahui frekuensi yang di pancarkan oleh pinger dengan frekuensi tertentu menggunakan sensor hydrophone yang dapat menerima frekuensi dengan frekuensi ultrasonik dengan frekuensi 20 kHz sampai 50 kHz.
6
2.2 Sistem PropulsiSistem kemudi dan propulsi ini memungkinkan agar dapat bergerak dan manuver dengan baik. Propulsi pada kapal itu banyak namun pada robot kapal ini menggunakan alat penggerak berupa
propeller (baling-baling) dan rudder, di mana propeller berfungsi
untuk menimbulkan gaya dorong (thruster) pada kapal propeller dipasang dibelakang badan kapal.
2.2.1 Propeller (Baling-Baling Kapal) [1]
Pada permulaan perkembangan teori yang mempelajari bekerjanya baling – baling ulir, baling- baling dijelaskan secara sederhana. Asas yang dipergunakan menerangkan hal tersebut adalah asas mur yang berputar pada suatu baut. Dalam satu kisaran baling-baling harus bergerak ke depan sejauh jarak yang sama dengan langkah ulirnya P ( pitch). Jadi, kalau roda baling-baling berputar n kali putaran permenit maka dalam satu menit roda baling – baling akan bergerak sejauh n kali P.
Propeller kapal tersebut dalam satu kisaran sebenarnya hanya hanya bergerak maju sejauh jarak kurang dari n kali P. Hal ini air disebabkan karena air dipercepat ke belakang.
Perbedaan jarak tersebut disebut slip. slip diperhitungkan dalam hal propeller mediumnya adalah air bukannya benda padat seperti keadaan mur dan baut. Menurut teori ini bahwa efisiensi baling – baling dengan Persamaan 2.1.
n = TVA / TnP = 1 – SR :………..(2.1) T = gaya dorong ( N ; KN )
n = putaran propeller . menit P = Pitch daun baling-baling ( m )
VA = Kecepatan air yang melalui bidang piringan baling- baling ( m / detik ; knot
Harga slip ratio nyata Sr menggambarkan usaha untuk mengerakan air agar air bergerak kebelakang. Harganya selalu positif agar kapal bergerak maju (ada usaha agar air bergerak yaitu dengan
7
kebelakang). Harga slip ratio khayal / semu dipakai untuk mengetahui bekerjanya propeller apakah normal atau tidak.
Dari persamaan di atas bila tidak ada slip ( Sr = 0 ) nilai efisiensi ( menjadi 1 atau 100 % ). Hal ini tidak mungkin sebab bila tidak ada slip berarti tidak ada percepatan air ditimbulkan oleh baling-baling untuk menghasilkan dorongan. Disebabkan karena adanya kemungkinan nilai Sr dapat menjadi nol maka teori ini tidak cocok dipergunakan untuk menerangkan fenomena baling-baling kapal. Pada Gambar 2.1 merupakan gambar desain propeller
2.2.2 Rudder (Kemudi) [2]
Rudder atau kemudi kapal terletak 100% di belakang poros putarnya. Diberi kerangka untuk penguat daun kemudi kapal Selalu dilengkapi dengan kokot jantan ( Pintle ) dan kokot betina ( Gudgeon ) Daun kemudi dan poros kemudi yang saling dihubungkan dengan sebuah kopling poros kemudi atas, baut penutup, baut kemudi biasa dan baut cembung putar (Taats). Pada tinggi kemudi terdapat nok kemudi (Rudderstock) agar daun kemudi pada waktu di putar tidak melewati batas maksimum yaitu 350. Di dalam kopling kemudi terdapat baji yang gunanya untuk menahan dan membantu baut – baut kopling kemudi kapal berimbang adalah kemudi yang daun kemudinya sebagian berada di belakang poros putar dan sebagian kecil berada di depan poros putarnya. Pada kemudi berimbang penuh 25 – 30 % bagian daun kemudi berada di depan poros putar, sedang sisanya berada di belakang poros putar. Pada Gambar 2.2 merupakan gambar desain rudder.
8
Gambar 2.2 Desain Rudder
2.3 Sistem Komunikasi Wireless
Wireless yaitu koneksi antar suatu perangkat dengan perangkat
lainnya tanpa menggunakan kabel atau metode untuk mengirimkan sinyal melalui suatu ruangan bukannya menggunakan kabel. Gelombang radio dan sinar inframerah biasa digunakan untuk komunikasi wireless.
Dalam sistem komunikasi wireless ada bagian umum gelombang yang berperan menjadi bagian utuh untuk komunikasi, yaitu: gelombang radio, gelombang mikro, gelombang inframerah dan gelombang elektromagnetik. Di dalam sistem komunikasi wireless biasanya terdiri dari perangkat-perangkat data, transmitter dan
receiver.
2.3.1 Data
Data dalam komunkasi wireless ini bisa berupa video, audio, dan data-data yang lain. Data yang masuk sebagai masukan analog akan diubah menjadi data digital lalu ditransmisikan dan diterima
transmitter berikutnya akan diubah dari data digital menjadi data
analog.
2.3.2 Transmitter dan Receiver (Radio Control)
Radio control atau sering disebut dengan istilah “RC” identik dengan remote control, akan tetapi radio control menggunakan media gelombang radio untuk berkomunikasi antara transmitter dan receiver.
9
Secara umum sistem R/C terdiri dari sebuah pemancar atau
transmitter, sebuah atau lebih penerima atau receiver dan beberapa
buah servo sebagai penggerak. Baterai sebagai sumber daya diperlukan oleh bagian pemancar maupun bagian penerima. Pemancar atau transmitter bertugas menerima perintah kendali dari orang yang mengendalikan dan merubahnya menjadi kode-kode elektronik dan mengirimkannya melalui gelombang radio ke udara. Bagian penerima atau receiver.
Bertugas menerima informasi gelombang radio, menerjemahkan kode-kode elektroniknya menjadi perintah gerak yang dikirimkan ke
servo. Selanjutnya servo bertugas melaksanakan perintah gerak
elektronik menjadi gerakan mekanik ke posisi tertentu yang diinginkan.
Seperti halnya sistem pemancar radio yang kita kenal saat ini, sistem R/C juga menggunakan berbagai metoda modulasi seperti halnya modulasi amplitudo (Amplitude Modulation disingkat AM), modulasi frekuensi (Frequency Modulation disingkat FM) dan modulasi kode pulsa ( Pulse Code Modulation disingkat PCM). Dari segi kualitas dan tentunya juga diikuti dengan harganya, R/C dengan gelombang FM lebih baik dibandingkan yang menggunakan gelombang AM. Sedangkan R/C yang menggunakan gelombang PCM memiliki sistem perlindungan agar tidak dapat di kacaukan oleh gelombang radio asing yang frekuensinya sama, sehingga sistem ini oleh banyak pihak dinilai lebih baik dari sistem R/C bergelombang FM.
Untuk R/C yang bekerja di jalur AM karena efeisiensi Tx-nya rendah, kebanyakan diproduksi dengan daya 1 watt untuk menjangkau jarak kendali radius 1 km. Untuk R/C yang beroperasi dengan sistem modulasi FM maupun PCM umumya mempunyai daya pemancar 500 mW yang dapat menjangkau jarak kendali efektif yang sama sekitar 1 km radius. Jarak ini sudah cukup jauh sebenarnya mengingat bahwa jarak pandang normal terhadap pesawat model umumnya hanya sekitar 300 meter. Penggunaan baterainya relatif lebih hemat dibandingkan dengan R/C yang bekerja dengan gelombang AM. Beberapa R/C yang ditujukan untuk mengendalikan mobil model dirancang untuk mempunyai daya jangkau yang lebih pendek yakni 300 meter. Dengan kenyataan ini sebaiknya hati-hati jika akan menggunakan R/C mobil model untuk mengendalikan pesawat terbang model, sebab begitu pesawat terbang model anda mengudara
10
semenit kemudian bisa-bisa sudah berada di luar jangkauan kendali (out of control )
2.4 Mikrokontroler STM32F4 [3]
STM32F4 discovery adalah modul dari ST Electronic berbasiskan mikrokontroler arsitektur ARM 32bit dengan prosesor STM32F407VGT6 dan termasuk sebuah ST-LINK/V2 sebagai alat
debug mempunyai banyak fitur seperti digital accelerometer, ST
MEMS digital microphone, audio DAC yang terintegrasi pengendali
speaker kelas D, Led, tombol dan sebuah konektor USB OTG
Micro-AB. Untuk Chip STM32F407VGT6 mempunyai banyak fitur yang dapat digunakan, seperti I/O, Timer, ADC, dan DMA. Kecepatan clock nya bisa mencapai 168Mhz, sehingga memungkinkan untuk mengerjakan perintah program yang cukup yang panjang dalam cukup singkat.
STM32F4 memiliki 3 ADC didalamnya yaitu ADC1, ADC2, dan ADC3. Setiap ADC memiliki resolusi maksimal 12 bit dan bisa diatur 10 bit, 8 bit atau 6 bit. Ada 16 pin (channel) yang tersedia untuk input sinyal analog dan tambahan tiga input untuk pengukuran suhu chip (Vtemp), tegangan referensi (Vref) dan tegangan baterai (Vbat). ADC3 hanya terhubung dengan 8 channel sedangkan ADC1 dan ADC2 terhubung 16 channel dan untuk Vtemp, Vref, serta Vbat hanya terhubung ke ADC1 sebagai master. Tipe ADC yang terdapat pada
internal STM32 adalah tipe flash ADC, sehingga waktu konversi
untuk setiap blok ADC bias mencapai 0,5. Pada Gambar 2.3 merupakan fisik dari Board STM32 discovery.
11
Gambar 2.4 STM32F429
2.5 Mikrokontroler STM32F429ZI [4]
Mikrokotroler STM32F429ZI merupakan mikrokontroler yang tidak jauh beda dengan mikrokontroler STM32F407VG yang tertulis pada diatas pada gambar 2.4. Mikrokontroler ini mempunyai clock yang jauh tinggi yaitu 168 MHz. STM32F429ZI merupakan mikrokontroler yang chipnya dapat digunakn untuk I/O, timer, UART, USART, ADC, DMA. Untuk mikrokontroler ini berbeda dengan dengan STM32F407 yang mempunyai fitur antarmuka paralel LCD, mode 8080/6800, pengontrol LCD-TFT hingga resolusi XGA dengan Chrom-ART accelerator khusus untuk pembuatan konten grafis yang ditingkatkan (DMA2D). Gambar 2.4 merupakan fisik dari board STM32F429ZI discovery:
2.6 CooCox IDE (COIDE) [5]
Coocox adalah bahasa pemrograman yang tidak berbayar
(freeware), digunakan untuk melakukan pemrograman untuk mikrokontroler ARM cortex Cortex M0, M3 dan M4. COIDE ini menggunakan bahasa C yang merupakan bahasa yang umum digunakan dalam bahasa pemrograman. Selain itu COIDE menawarkan fitur-fitur menarik sebagai sebuah IDE, seperti adanya komponen (atau library), code completion dan lain-lain. Pada
Software CooCox ini dapat mengupload berbagai macam
mikrokontroler sejenis mikrokontroler STM32F4 menjalan program pada STM32F4 Pada Gambar 2.5 merupakan gambar dari Software
12
Gambar 2.5 Software CooCox 2.7 Sensor Hydrophone (Sonar) [6]
Penelitian Lewis menggunakan sistem sonar aktif bertujuan untuk mengukur sebuah gunung es. Pada tahun berikutnya penelitian semakin berkembang pesat tentang sonar terutama untuk kepentingan militer. Terlebih ketika kapal selam mulai banyak digunakan dalam pertempuran dilaut. Di dalam bidang militer peralatan sonar berfungsi sebagai pendeteksi keberadaan kapal selam dibuat oleh Paul.
Secara sederhana, kapal selam konvensional melepas sinyal ke dalam air maka pantulan akan memberi efek gema dan mengembalikannya pada sistem penerima. Setelah itu sistem penerima melakukan kalkulasi mengenai jarak objek dari lokasi kapal dan juga informasi yang dibutuhkan lainnya seperti pemetaan laut, pengukuran, topografi dll. Sebuah sonar terdiri dari sebuah pemancar tranduser, penerima dan layar monitor. Dengan mengetahui kecepatan gelombang media yang diukur menggunakan dengan Persamaan 2.2
S = v ( ½ t)……….………(2.2)
S = Jarak V= Kecepatan t = waktu tempuh
Nilai ½ merupakan setengah waktu tempuh dari sonar tempat tempat ukur dan kembali ke sonar.
Pada awalnya hanya ada sonar pasif. Frekuensi pada daerah ultrasonik yaitu di atas 20kHz karena frekuensi tersebut tidak dapat
13
didengar dan panjang gelombangnya sangat kecil dan gelombang tidak akan menyebar kecilnya panjang gelombang digunakan untuk deteksi benda kecil.
Efek pancaran sonar yang berlebihan dapat mengganggu navigasi hewan mamalia laut.
2.8 Pinger (Pemancar Frekuensi) [7]
Pingers akustik adalah perangkat yang menghasilkan sinyal sonar di bawah air. Mereka digunakan untuk menandai situs bawah
laut atau peralatan sehingga penyelam yang kembali.
Pinger dapat menemukan tempat yang tepat. Pinger tersedia
dengan frekuensi transmisi yang berbeda sehingga beberapa dapat digunakan di area umum yang sama tanpa gangguan satu sama lain. Penyelam atau kapal dapat menyesuaikan penerima pinger-nya dengan frekuensi pinger yang diinginkan dan penerima mengarahkannya langsung ke pinger tersebut.
Pingers fishers sangat fleksibel memungkinkan operator untuk
memilih jumlah pulsa per detik, panjang setiap pulsa, dan daya output. Panjang setiap pulsa dan penyesuaian daya output memungkinkan operator untuk menyesuaikan jarak pinger dapat dideteksi.
2.9 Motor Servo [8]
Motor servo adalah sebuah motor DC dengan sistem umpan balik tertutup di mana posisi rotor-nya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer, dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor servo.
Secara putaran terdapat dua jenis motor servo, yaitu motor servo standar dan motor servo continuous. Motor servo standar sering dipakai pada sistem robotika, misalnya untuk membuat robot arm (robot lengan) sedangkan motor servo continuous sering dipakai untuk
mobile robot.
Penggunaan motor servo di bidang robotika tentu ada alasannya. Pertama adalah motor servo memiliki putaran yang lambat dengan torsi yang kuat (berkat adanya sistem roda gigi). Hal ini cocok dengan bidang robotika.
14
Operasional motor servo dikendalikan oleh sebuah sinyal berperiode ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 1 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari jangkauan sudut maksimum. Pada Gambar 2.6, jika motor servo diberikan pulsa dengan lebar 1,5 ms maka posisinya adalah 90°. Jika diberikan pulsa kurang dari 1,5 ms maka posisi mendekati 0°. Jika diberikan pulsa lebih dari 1,5 ms maka posisi nya mendekati 180°. Pada bagian servo tertulis tipe servo yang bersangkutan. Contoh rangkaian motor servo bisa dilihat pada Gambar 2.6. Pada Gambar 2.7 merupakan gambar komponen internal servo:
Gambar 2.6 Rangkaian Motor Servo
15
2.10 Motor BLDC Brushless [9]Motor brushless adalah jenis motor yang memiliki konstruksi magnet permanen dan sebuah stator berkutub yang dililit kawat. Energi listrik diubah menjadi energi mekanik oleh pengaruh daya tarik menarik antara kekuatan magnet permanen dengan stator berkutub yang dililit kawat tembaga.
Cara kerja pada motor BLDC cukup sederhana, yaitu magnet yang berada pada poros motor akan tertarik dan terdorong oleh gaya elektromagnetik yang diatur oleh driver pada motor BLDC. Hal ini membedakan motor BLDC dengan motor DC yang menggunakan sikat mekanis yang berada pada komutator untuk mengatur waktu dan memberikan medan magnet pada lilitan. Motor BLDC ini juga berbeda dengan motor AC yang pada umumnya menggunakan siklus tenaga sendiri untuk mengatur waktu dan memberi daya pada lilitan. Pada prinsip dasar medan magnet adalah kutub yang sama akan saling tolak menolak sedangkan apabila berlainan kutub maka akan tarik menarik. Jadi jika kita mempunyai dua buah magnet dan menandai satu sisi magnet tersebut dengan north (utara) dan yang lainnya south (selatan), maka bagian sisi north akan coba menarik
south, sebaliknya jika sisi north magnet pertama akan menolak sisi north yang kedua dan seterusnya apabila kedua sisi magnet
mempunyai kutub yang sama .
Prinsip mengenai kutub magnet tersebut dapat diterapkan dalam prinsip kerja motor BLDC. Secara umum motor BLDC memiliki medan magnet permanen pada rotor dan magnet yang berasal dari gaya elektromagnet (magnet yang ditimbulkan dari pemberian input arus listrik) pada bagian kumparan stator.
Pada motor BLDC, kontroler berfungsi untuk mengatur arus masukan yang harus dialirkan ke kumparan stator untuk dapat menimbulkan medan elektromagnet yang sesuai untuk memutar rotor. Hal inilah yang menjadi pembeda dengan motor DC konvensional, dan menggantikan kerja komutasi mekanisnya.
Magnet permanen pada motor BLDC dilengkapi dengan kumparan tiga fase. Kumparan-kumparan tersebut terletak di bagian
stator. Magnet bergerak terletak di stator. Fase kumparan diaktifkan
dengan penyesuain gerakan rotor. Rotasi berbasis rotasi medan magnet diilustrasikan pada gambar di bawah, bagian kiri adalah fase pergerakan dan bagian kanan adalah fase eksitasi. Fluks stator
16
dihasilkan pada saat fase eksitasi, dan fluks rotor dihasilkan oleh magnet permanen.
Bagian-bagian motor brushless adalah sebagai berikut: a. Stator
Dasar dari stator motor brushless adalah sebuah stator dengan memiliki tiga buah gulungan.
b. Rotor
Rotor pada motor brushless terdiri dari beberapa magnet
permanen. Jumlah kutub magnet di rotor juga mempengaruhi ukuran langkah dan torsi dari motor. Jumlah kutub yang banyak akan memberikan gerakan presisi dan torsi yang kecil. Magnet permanen terdiri dari 1 sampai 5 pasang kutub. Dalam kasus tertentu bisa 8 pasang kutub. Contoh rangkaian dalam motor brushless dapat dilihat pada Gambar 2.8.
2.11 ESC (Electronic Speed Control) [10]
Motor brushless memiliki sebuah ESC (Electronic Speed Control) yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor, selain itu
juga berfungsi untuk menaikkan jumlah arus yang diperlukan oleh motor. Kecepatan untuk motor yang keluar dari ESC diatur melalui pulsa dari mikrokontroler. Gambar 2.9 merupakan gambaran kerja dari ESC. Gambar 2.10 adalah gambar ESC.
Gambar 2.8 Rangkaian Dalam Motor Brushless
17
Gambar 2.10 ESC (Electronic Speed Control) 2.12 Tampilan LabVIEW [11]
LabVIEW adalah sebuah software pemograman yang diproduksi
oleh National instruments dengan konsep yang berbeda. Seperti bahasa pemograman lainnya yaitu C++, Visual basic, LabVIEW juga mempunyai fungsi dan peranan yang sama, perbedaannya bahwa
LabVIEW menggunakan bahasa pemrograman berbasis grafis atau
blok diagram sementara bahasa pemrograman lainnya menggunakan basis text. Program LabVIEW dikenal dengan sebutan VI atau virtual
instruments karena penampilan dan operasinya dapat meniru sebuah instrument. Pada LabVIEW, user pertama-tama membuat user interface atau front panel dengan menggunakan control dan indikator,
yang dimaksud dengan control adalah knobs, push buttons, dials dan peralatan input lainnya sedangkan yang dimaksud dengan indikator adalah graphs, LED dan peralatan display lainnya. Gambar 2.11 merupakan gambar tampilan pada LabVIEW.
Gambar 2.11 Tampilan LabVIEW
18
19
BAB III
PERANCANGAN SISTEM ALAT
Pada bab ini berisi tahapan yang dilakukan dalam perencanaan dan pembuatan alat yang berfokus pada pengendalian kapal agar dapat berjalan di atas permukaan air secara manual dengan remote control. Dan fokus pada pembacaan sensor hydrophone yang akan membaca sebuah pinger yang akan mengeluarkan sebuah berbagai frekuensi yang kita kendalikan dan dikelola oleh perangkat mikrokontroler STM32F429ZI.
3.1 Diagram Elektronik Kapal
Agar sistem kapal tanpa awak ini dapat berjalan dan berkomunikasi secara optimal dibutuhkan beberapa komponen berikut:
1. Remot control yang berfungsi transmitter atau sebagai sistem kendali yang dapat dikontrol dengan jarak jauh dan untuk megarahkan kapal tanpa awak tersebut dengan sesuai yang kita mau. Dapat dilihat Gambar 3.1 merupakan gambar bentuk fisik remot.
2. Transmitter remot control merupakan sebuah alat penerima yang berfungsi untuk menerima data yang dikirimkan oleh pengirim (transmitter). Gambar 3.2 merupakan gambar
transmitter remot.
Gambar 3.1 Bentuk Fisik Remot
20
Gambar 3.3 Bentuk Fisik Motor Servo
3. Motor servo, berfungsi sebagai aktuator untuk menggerakan
rudder sehingga kapal ini dapat berhaluan ke kanan maupun
ke kiri. Gambar 3.3 merupakan gambar fisik motor servo. 4. Motor brushless, berfungsi sebagai aktuator untuk
menggerakan propeller sehingga menimbulkan gaya dorong yang mengakibatkan kapal tanpa awak ini bergerak maju. Putaran motor brushless ini akan menggerakan propeller pada kapal ini. Gambar 3.4 merupakan gambar bentuk fisik motor DC brushless.
5. Kemudi kapal merupakan suatu alat kapal yang digunakan untuk mengubah dan menentukan arah gerak kapal, baik arah lurus maupun belok kapal, kemudi kapal ditempatkan di ujung belakang lambung kapal/ buritan di belakang propeller kapal. Prinsip kerja kemudi kapal yaitu dengan mengubah arah arus cairan yang mengakibatkan perubahan arah kapal. Cara kerja kemudi kapal yaitu kemudi digerakkan secara mekanis atau hidrolik dari anjungan dengan menggerakkan roda kemudi. Untuk menggerakkan rudder yaitu dengan servo yang dapat menentukan arah laju pada kapal. Pada Gambar 3.5 merupakan fisik dari rudder kapal.
21
Gambar 3.5 Rudder
5. Propeller merupakan sekelompok sayap berputar yang dibentuk bengkok, yang ditujukan agar menciptakan arah dari resultan gaya angkat yang menuju ke depan. Pada umumnya
propeller terdiri dari dua atau lebih baling yang dihubungkan
ke central yang merupakan bagian dimana baling – baling pesawat tersambung. Propeller berfungsi untuk mengubah gaya rotasi dari mesin menjadi gaya propulsif sebagai gaya dorong (thrust) untuk kapal/pesawat. Propeller ini diletakkan pada bawah body kapal yang tepatnya pada poros yang dipasang pada belakang motor penggerak yaitu motor
Brushless . Dan propeller ini di letakkan di depan rudder atau
yang disebutkan dengan sitem kemudi pada kapal tanpa awak. Pada Gambar 3.6 merupakan fisik dari propeller kapal.
22
Gambar 3.7. LCD
7. LCD merupakan sebagai indikator suatu tampilan data sesuai yang kita inginkan untuk mengetahui tampilan penting yang digunakan untuk melihat data-data yang sesuai yang di program oleh mikrokontroler STM32F4. Gambar 3.7 merupakan gambar LCD
8. Mikrokontroler STM32F4 digunakan dalam fungsional sistem ini sebagai otak dari sebuah sistem. Mikrokontroler ini digunakan untuk mengontrol suatu sistem pada servo, motor, dan transmitter remot yang digunakan pada sistem ini . Gambar 3.8 merupakan gambar STM32F4
23
Gambar 3.9 Block Fungsional Sistem
Adapun penjelasan dari diagram blok pada Gambar 3.9 dan juga tahapan untuk menggerakkan kapal tanpa awak ini oleh motor servo hingga mencapai derajat tertentu dan motor brushless untuk melakukan putaran propeller. Pada Gambar 3.9 merupakan gambar
block fungsional sistem.
3.2 Pembuatan Perangkat Elektronik
Dalam perangkat elektronik, terdapat beberapa elemen yang harus disusun untuk dapat menggerakan motor dan servo yang dikendalikan oleh sebuah mikrokontroler STM32F4 yang di mana sebuah kapal tersebut dapat dikendalikan oleh remot yang terhubung ke mikrokontroler tersebut.
3.2.1 Skematik Sistem Elektronik kapal
Pusat kendali utama dari kapal menggunakan mikrokontroler itu STM32F4, STM32F4 merupakan sinyal kontrol untuk mengendalikan gerak motor servo dan motor brushless. Di mana motor servo terhubung untuk menggerakkan rudder kendali manuver kapal tanpa awak ini, sedangkan motor brushless digunakan untuk menggerakkan
propeller. Untuk menggerakkan motor servo dan motor brushless
yaitu dengan remot kontrol yang dapat kendalikan kecepatan putaran motor brushless dan kemiringan pada motor servo yang digunakan sebagai rudder kapal atau sistem manuver pada kapal . Remot tersebut sudah terkoneksi dengan transmitter remot, yang gunanya untuk mengontrol dari jarak jauh.
24
Gambar 3.10 Skematik Sistem Kapal
Untuk supply pada sistem kapal ini menggunakan supply dengan tegangan 8 Volt dan 5 Volt untuk sistem kapal tanpa awak ini. Tegangan 5V digunakan untuk menyuplai STM32F4, transmitter
remote, LCD display dan motor servo. Untuk tegangan 12V
digunakan untuk menyuplai motor brushless.
Untuk diagram sistem pada kapal tanpa awak ini dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Tabel 3.1 Konfigurasi antar Pin pada STM32F4
No Komponen Koneksi pin Pin modul STM32F4 1 Transmitter Data 1 PE9 Data 2 PF11 Data 3 PF13 Data 4 PF14 Data 5 PC 6 Data 6 PC 7 Data 7 Pc 8
25
No Komponen Koneksi pin Pin Modul STM32F4 2 LCD Vcc 5V Gnd Gnd Tx PA10 Rx PB6 Gnd Gnd RS PD7 RW PA15 E PC10 D4 PC11 D5 PC12 D6 PD0 D7 PD1 3 Motor Servo Vcc +5V Gnd GND Data PB 1 4 ESC Brushless Gnd GND Data PD143.2.2 Layout PCB Sistem Kapal
Pembuatan hardware elektronik dimulai dari pembuatan board PCB untuk Sistem elektronika pada kapal tanpa awak. Selanjutnya komponen dalam board PCB tersebut ditempatkan pada project box agar lebih praktis. Dalam desain pada board ini dengan saya desain dengan banyaknya pin hanya untuk sebagai cadangan yang tujuannya untuk mengganti pin apabila pin tersebut terjadi kendala maupun rusak dan tidak bisa digunakan lagi. Desain board PCB ini menggunakan
26
Gambar 3.11 Layout PCB system STM32F4
Rancangan rangkaian layout PCB tampak atas dapat dilihat pada Gambar 3.11
3.3 Perancangan Sistem Sonar (Hydrophone)
Untuk mendeteksi sebuah frekuensi bawah air, maka harus terbuatnya sebuah sistem yang dapat mendeteksi sebuah frekuensi tersebut . Untuk mendeteksi sebuah frekuensi bawah air di rancang
hydrophone sensor yang akan di letakkan pada sebuah kapal yang
tepatnya dipasang pada bagian depan kapal . Dan hydrophone tersebut harus diletakkan pada bawah air , ketika hydrophone tersebut aktif dan posisi di bawah air maka hydrophone akan aktif. Dan hydrophone ketika sudah aktif maka sebuah hydrophone tersebut akan mendeteksi frekuensi dari berbagai macam frekuensi. Untuk mengolah sebuah sensor hydrophone yang dikuatkan oleh pre-amp dan mengolahnya menggunakan STM32F429ZI. Untuk gambar rancang pada sistem
27
Gambar 3.12 Perancangan Sistem Sonar
Agar sistem Sonar dapat berjalan secara optimal dibutuhkan beberapa komponen berikut:
1. MFP-1 memiliki frekuensi yang dapat dipilih pengguna dari 20 hingga 50 kHz dalam peningkatan 500 Hz. Operator memilih salah satu dari 60 frekuensi yang berbeda sebelum menerapkan pinger. Banyak pinger dapat digunakan di area umum yang sama, masing-masing menyiarkan pada frekuensi yang berbeda. Seorang penyelam atau kapal dengan penerima pinger dapat menentukan lokasi yang tepat dari setiap pinger tanpa gangguan dari pinger lainnya. Pinger akustik frekuensi menengah memiliki jangkauan beberapa ribu kaki. Gambar 3.13 merupakan gambar pinger.
Tabel 3.2 Konfigurasi Spesifikasi MFP-1 Multi Frequency
No Type Specificasion
1 Frequency 20 to 50 kHz
2 Power output (adj 1,.5,2, & 5w
3 Power output (adj) 155 to 177 dB
4 Pulse length (adj) 2,3,4ms
5 Pulse per sec (adj 1/2, 1 or 2 seconds
28
Gambar 3.13 Pinger
2. Hydrophone (Yunani Kuno ὕδωρ = air [1] dan φωνή = suara
[1]) adalah mikrofon yang dirancang untuk digunakan di bawah air untuk merekam atau mendengarkan suara dan menangkap sinyal pada bawah air. Kebanyakan hydrophone didasarkan pada supply piezoelektrik yang menghasilkan listrik Ketika mengalami perubahan tekanan. Bahan piezoelektrik tersebut, atau supply, dapat mengkonversi sinyal suara menjadi sinyal listrik karena suara adalah gelombang tekanan. Hydrophone ini tidak dapat memancarkan sinyal atau sebagai transmitter, tapi hanya dapat menerima sinyal atau sebagai transmitter. Untuk menggunakan hydrophone ini harus menggunakan amplifier dikarenakan output pada hydrophone ini dengan keluaran 0,999 miliVolt dan harus dikuatkan menggunakan amplifier agar dapat diolah oleh mikrokontroler. Hydrophone ini tidak dapat digunakan ketika diatas air atau tanpa menyentuh air. Dan hydrophone ini akan bekerja rendah apabila hydrophone tersebut terkena tanah pada bawah air. Gambar 3.14 merupakan fisik dari hydrophone sensor.
29
Gambar 3.14 Hydrophone H2a XLR
Tabel 3.3 Data pada Hydrophone H2a –XLR
3. Amplifier hydrophone di mana berfungsi sebagai penguat tegangan yang dihasilkan oleh hydrophone tersebut dengan
output hydrophone sebesar 0,09999 miliVolt. Amplifier
selain berfungsi sebagai penguat tegangan, amplifier juga
Sensitivity: -180dB re: 1V/µPa (+/- 4dB 20Hz-4.5KHz) Useful range: <10 Hz to >100KHz
(not measured above 100KHz, @100KHz = -220dB re: 1V/µPa) Polar Response: Omnidirectional (horizontal) Operating depth: <80 meters Output impedance: 1 KΩ (typical) Power: 0.6 mA (typical) Physical
(cable and output plug excluded) Dimensions: 25mm x 46mm Mass: 105 grams Specific Gravity: 5.3
30
sebagai filter frekuensi yang ditangkap oleh hydrophone yang dipancarkan oleh frekuensi pinger. Frekuensi pinger yang dipancarkan disini yaitu frekuensi ultrasonik dengan sebesar 20 kHz sampai 50 kHz. Maka filter yang digunakan pada hydrophone ini merupakan bandpass filter yang tujuannya hanya meredam frekuensi tertentu dan melewatkan frekuensi dalam batasan tertentu. Pada Gambar 3.15 merupakan gambar amplifier hydrophone.
4. STM32F429ZI mikrokontroler ini yang digunakan yaitu mempunyai fitur LCD touchscreen yang dapat menampilkan sesuatu pada layar dan dapat memilih fungsi pada layar tersebut. Pada STM32F429ZI ini gunakan untuk menampilkan grafik sinyal yang ditangkap oleh hydrophone yang dipancarkan oleh pinger. Layar touchsreen pada mikrokontroler ini dengan tipe STM32F429ZI digunakan untuk menampilkan oscilloscope guna untuk mengetahui nilai magnitudo pada sebuah hydrophone dan pinger. Gambar 3.16 merupakan gambar tampilan grafik pada STM32F429ZI.
Gambar 3.15 Amplifier Hydrophone H2a XLR
31
3.3.1 Perancangan AmplifierUntuk mengakses data pada hydrophone maka sensor
hydrophone harus menggunakan pre amp untuk untuk menguatkan
tegangan pada hydrophone tersebut dikarenakan output pada miliVolt, maka dari itu harus dikuatkan dengan amplifier dan menjadikan amplifier tersebut sebagai filter analog.
Op-Amp inverting amplifier adalah rangkaian Op-Amp yang
bekerja sebagai penguat tegangan pembalik pada tegangan input negatif (V–). Maksud dari pembalik adalah bahwa hasil penguatan yang ada di tegangan output Op-Amp akan berbeda fase 180° dari tegangan input kata lain, jika input berupa tegangan positif, maka
output akan berupa negatif. Amplifier ini merupakan amplifier yang
didesain dengan menggunakan bandpass filter. Bandpass filter merupakan sebuah rangkaian yang dirancang untuk melewatkan frekuensi dalam batasan tertentu dan menolak frekuensi lain diluar frekuensi yang dikehendaki. Amplifier ini dapat di supply dengan tegangan 5V, supply tegangan tersebut yang dibutuhkan oleh
hydrophone. Dan untuk supply pada amplifier menggunakan tegangan
sebesar 18V. Rangkaian amplifier tersebut memiliki 3 potensiometer guna untuk mengubah gain. Gain tersebut dapat mengubah nilai penguatan yang dapat mengubah nilai jarak magnitude. Amplifier ini menggunakan jenis IC Op-Amp TL-082. Rancangan skematik
amplifier tampak atas dapat dilihat pada Gambar 3.17:
Gambar 3.17 Skematik PCB Amplifier Hydrophone Gambar 3.19 Flowchart Kendali dengan Remote Control
32
Gambar 3.19 Flowchart Kendali dengan Remote Control
3.4. Perancangan Flowchart Kontrol Kapal
Pada pergerakan kapal tanpa awak ini dikendalikan oleh remote
control. Di mana ada dua bagian utama dari remote control ini, yaitu transmitter dan receiver. transmitter adalah device untuk
mengirimkan sinyal yang selanjutnya sinyal tersebut akan diterima oleh radio receiver, device penerima ini akan terpasang pada kapal, sedangkan transmitter terpasang pada mikrokontroler yang terdapat di darat. Gambar 3.19 merupakan flowchart pergerakan kapal menggunakan remote control
3.5 Desain Perangkat Mekanik
Pemilihan jenis hull kapal trimaran adalah untuk mendapatkan kapal yang memiliki stabilitas tinggi, melihat kapal akan memiliki sistem sensor guna membuat keakuratan sensor lebih terjaga. Selain itu kapal jenis trimaran akan memiliki kecepatan yang sangat tinggi karena bentuk body kapal akan runcing namun bisa membawa beban yang cukup besar. Desain pada kapal ini dengan seluruh ragam dari
33
itu. Body hull dapat dilihat pada Gambar 3.20. Sedangkan spesifikasinya dapat dilihat pada Tabel 3.4
Tabel 3.4. Spesifikasi Sistem Mekanik Kapal Tanpa Awak
Jenis Hull Kapal Trimaran
Dimensi Panjang 800 mm Lebar 480 mm Tinggi 60 mm Displacement ±12,00 kg Kecepatan Maksimal 5 Km/h Material/Bahan Fiberglass
4
3.5 Perancangan LabVIEWPada perancangan software LabVIEW yang pertama dirancang yaitu membuat Block diagram setelah itu merancang front panel.
Block diagram berisi source code yang berfungsi sebagai instruksi
untuk front panel. Sedangkan pada front panel sendiri mengandung
control dan indikator untuk membangun sebuah VI (Virtual Instruments), menjalankan program dan debug program. Untuk
tampilan GUI pada LabVIEW ini terdapat gambar frekuensi dan
magnitude, untuk tampilan LabVIEW mendapatkan variable dari
pengiriman oleh mikrokontroler STM32F429 yang mengolah sinyal yang di tangkap oleh hydrophone yang di pancarkan oleh pinger . Gambar 3.21 merupakan gambar Block diagram pada LabVIEW. Gambar 3.22 merupakan tampilan GUI pada LabVIEW.
34
Gambar 3.21 Block Diagram pada LabVIEW
35
BAB IV
HASIL SIMULASI DAN IMPLEMENTASI
Untuk mengetahui bahwa kapal tanpa awak ini bekerja dengan baik perlu dilakukan pengujian dan pengambilan data . Untuk itu data yang diambil adalah menentukan besaran magnitude dan beserta frekensi sesuai dengan hydrophone yang dapat menangkap suatu frekuensi yang di pancarkan oleh pinger. Pada bab ini akan dibahas tentang pengujian dan analisa data hardware dan software yang telah dibuat. Adapun bagian – bagian yang akan diuji pada alat ini adalah1. Pengujian Sensor Hydrophone
2. Pengujian Manuver dan Speed Kapal Tanpa Awak 3 Pengujian LCD dengan STM32F4
4. Pengujian Motor Brushless atau Propeller 5. Pengujian Motor Servo atau Rudder 6. Pengujian Software Coocox 7. Pengujian LabVIEW
36
4.1 Pengujian Sensor HydrophoneSimulasi dilakukan dengan mengambil kondisi jarak yang dilakukan oleh hydrophone dengan mencari sumber frekuensi dengan menggunakan pinger. Pinger ini dapat mengeluarkan berbagai macam frekuensi yang terdiri dari 20 kHz sampai dengan frekuensi 50 kHz. Untuk itu maka yang akan di cari adalah besasaran amplitudonya atau magnitudonya di karenakan untuk menentukan jarak yang di cari oleh kapal adalah besaran magnitudonya.
Cara untuk menguji hydrophone yaitu dengan cara memasang
Hydrophone yang gunanya untuk menangkap sumber suara atau sinyal
yang di pacarkan oleh pinger. Dan untuk hydrophone itu di hubungkan oleh amplifier yang berguna untuk menguatkan sinyal yang di terima oleh hydrophone dan amplifier tersebut dihubungkan oleh STM32F429 yang mempuyai fitur LCD touchscreen yang di program untuk menampilkan oscilloscope dan kita dapat mengetahui sinyal tersebut. Dan kita dapat mengetahui magnitudonya dan frekuensinya. Gambar simulasi pengujian pada hydrophone sensor dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Pengujian Sensor Hydrophone
PINGER
HYDROPHONE
37
Tabel 4.1 Hydrophone dengan Jarak 10 cm dengan Pinger Jarak Kapal
dengan Pinger (cm)
Magnitude Frekuensi Frekuensi (Hz)
100 20 kHz 100 20 kHz 100 20 kHz 100 20 kHz 10 cm 98 20 kHz 100 20 kHz 99 20 kHz 100 20 kHz 100 20 kHz
Kesimpulan dari Tabel 4.1 bahwa magnitudo yang dihasilkan oleh
hydrophone sensor yaitu ketika jarak hydrophone dengan pinger yaitu
10 cm. Dan pinger nya mengeluarkan frekuensi sebesar 20 kHz, maka yang dihasilkan oleh hydrophone yaitu mengeluarkan magnitude dengan rata rata 100 dan frekuensi sebesar 20 kHz. Dan hydrophone mampu mendeteksi atau mencari sumber suara dari pinger dengan jarak 10 cm.
Tabel 4.2 Hydrophone dengan Jarak 30 cm dengan Pinger
Jarak Kapal dengan
Pinger (cm)
Magnitude Frekuensi Frekuensi (Hz)
80 20 kHz 76 20 kHz 67 20 kHz 75 20 kHz 86 20 kHz 30 cm 87 20 kHz 86 20 kHz 73 20 kHz 78 20 kHz 79 20 kHz
Kesimpulan pada Tabel 4.2 yaitu ketika pinger mengeluarkan frekuensi 20kHz. Dan diuji jarak hydrophone dengan jarak pinger yang berjarak 30 cm maka hydrophone dapat menghasilkan magnitude
38
yang diatas dan untuk rata rata magnitude yang dihasilkan 70,7. Dan yang di tangkap hydrophone sebesar 20 kHz. Jadi hydrophone masih bisa mendeteksi pinger dalam jarak 30 cm.
Tabel 4.3 Hydrophone dengan Jarak 50 cm dengan Pinger Jarak Kapal dengan Pinger (cm ) MagnitudeFrekuensi Frekuensi(Hz) 63 20kHz 62 20kHz 64 20kHz 69 20kHz 50 cm 74 20kHz 64 20kHz 63 20kHz 68 20kHz
Kesimpulan pada Tabel 4.3 yaitu ketika pinger mengeluarkan frekuensi 20 kHz. Dan diuji jarak hydrophone dengan jarak pinger yang berjarak 50 cm maka hydrophone dapat menghasilkan magnitude yang diatas dan untuk rata rata magnitude yang dihasilkan 63,7. Dan yang di tangkap hydrophone sebesar 20 kHz. Jadi hydrophone masih bisa mendeteksi pinger dalam jarak 50 cm
Tabel 4.4 Hydrophone dengan Jarak 70 cm dengan Pinger Jarak Kapal
dengan
Pinger (cm)
Magnitude Frekuensi Frekuensi (Hz)
47 20kHz 45 20kHz 48 20kHz 70 cm 40 20kHz 65 20kHz 57 20kHz 53 20kHz
Kesimpulan pada Tabel 4.4 yaitu ketika pinger mengeluarkan frekuensi 20 kHz. Dan diuji jarak hydrophone dengan jarak pinger
39
yang berjarak 70 cm, maka hydrophone dapat menghasilkan
magnitude yang diatas dan untuk rata rata magnitude yang dihasilkan
50,7. Dan yang di tangkap hydrophone sebesar 20 kHz. Jadi
hydrophone masih bisa mendeteksi pinger dalam jarak 70 cm
Tabel 4.5 Hydrophone dengan Jarak 90 cm dengan Pinger Jarak Kapal
dengan Pinger (cm)
Magnitude Frekuensi Frekuensi (Hz)
31 20kHz 35 20kHz 90 cm 31 20kHz 32 20kHz 28 20kHz 26 20kHz
Kesimpulan pada Tabel 4.5 yaitu ketika pinger mengeluarkan frekuensi 20 kHz. Dan diuji jarak hydrophone dengan jarak pinger yang berjarak 90 cm maka hydrophone dapat menghasilkan magnitude yang diatas dan untuk rata rata magnitude yang dihasilkan 29,5. Dan yang di tangkap hydrophone sebesar 20 kHz. Jadi hydrophone masih bisa mendeteksi pinger dalam jarak 90 cm.
Tabel 4.6 Hydrophone dengan Jarak 100 cm dengan Pinger Jarak Kapal
dengan Pinger (cm)
Magnitude Frekuensi Frekuensi (Hz)
23 20kHz 16 20kHz 19 20kHz 100 cm 25 20kHz 21 20kHz 16 20kHz 15 20kHz
40
Gambar 4.3 Pengujian Thrust Kapal di Atas Permukaan Air
Kesimpulan pada Tabel 4.6 yaitu ketika pinger mengeluarkan frekuensi 20 kHz. Dan diuji jarak hydrophone dengan jarak pinger yang berjarak 100 cm maka hydrophone dapat menghasilkan
magnitude yang diatas dan untuk rata rata magnitude yang dihasilkan
18,3. Dan yang di tangkap hydrophone sebesar 20 kHz. Jadi
hydrophone masih bisa mendeteksi pinger dalam jarak 100 cm.
4.2 Pengujian Manuver dan Speed Kapal Tanpa Awak
Sebelum dilakukan running test pada sistem kendali manual, perlu dilakukan pengujian dari sistem propulsi atau penggerak yang terpasang pada kapal ini. Pengujian ini dilakukan di danau 8 ITS. Pengujian thrust dilakukan untuk mengetahui kapal dapat berjalan maju, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.3
4.3 Pengujian Tampilan LCD 20x4
Pengujian pada LCD 20x4 dengan tujuan untuk mengetahui kondisi dari LCD 20x4 dalam keadaan baik atau tidak. Karena LCD ini terhubung dengan STM32F4 maka pengujian dilakukan dengan memberikan program untuk menampilkan beberapa karakter pada LCD tersebut. LCD akan terhubung dengan pin STM 32F4. LCD ini
41
hanya terbatas sampai 80 karakter (20x4 ). Wiring LCD yang diperlihatkan pada Gambar 4.
Setelah diberi program untuk menampilkan karakter pada LCD maka tampilan pada LCD akan tampil pada baris atas judul tugas akhir, pada baris kedua akan tampil nama, pada baris ketiga akan tampil nrp, pada baris keempat akan tampil ucapan doa. Dengan demikian maka LCD yang telah diuji dapat digunakan pada tugas Akhir ini. Pengujian LCD dapat dilihat di Gambar 4.5
Gambar 4.4 STM32F4 dengan LCD
42
4.4 Pengujian Motor Brushless atau Propeller
Pengujian motor brushless yaitu dengan menggunakan motor
brushless sendiri yang terhubung dengan ESC( Electronic Speed Control yang digunakan untuk mengatur motor brushless dengan dan
terhubung pin datanya ke STM32F4 yang digunakan untuk mengatur data masukan pada motor tersebut. Wiring motor yang diperlihatkan pada Gambar 4.3. Untuk pengujian motor brushless yang diatur adalah nilai pwm nya, ketika motor brushless di kontrol oleh remot maka nilai pwm remot yang diginakan yaitu dengan nilai 1500 sampai 2000 jadi ketika motor tersebut berputar sesuai yang diatur oleh pengguna, untuk mengetahui throttle terendah pada remot yaitu motor tidak berputar atau dengan nilai pwm 1500 dan untuk mengetahui motor berputar dengan kencang yaitu dengan throttle tertinngi yaitu dengan nilai 1900.
Tabel 4.7 Pengujian Motor
No Duty cycle (%) Throttle Remot PWM Motor
1 0 2150 1499 2 15 2408 1551 3 30 2706 1626 4 50 3000 1700 5 65 3310 1778 6 80 3583 1846 7 100 3830 1900
Kesimpulan pada Tabel 4.7 untuk pengujian motor brushless dengan throttle remot untuk kecepatan maju pada kapal dapat berjalan dari diam, kecepatan rendah , kecepatan tinggi. Untuk motor diam maka throttle remot senilai 2150 dan pwm motor senilai 1499, dan untuk kecepatan rendah atau dengan duty cycle 15% maka throttle remot 2408 dan pwm motor senilai 1551. Dan untuk kecepatan tinggi dengan dutycycle 100% maka throttle 3830 dan pwm motor 1900. Jadi untuk kecepatan motor hanya dapat diatur oleh throttle remot yang dapat di gerakkan oleh tangan manusia. Ketika throttle remot itu tigak digerakkan sama tangan manusia maka motor tersebut tidap dapat berputar. Kapal akan berjalan kencang sesuai propeller yang di desain ketika propeller tersebut besar maka daya dorongnya juga akan besar
43
dan motor harus dalam keadaan dutycycle 100% untuk mendapatkan kecepatan yang maksimum.
Gambar 4.6 STM32F4 dengan Motor Brushless
