18 BAB III PERANCANGAN SISTEM
3.1. Metode Perancangan
Gambar 3.1 Metodologi penelitian.
Pada perancangan sistem tugas akhir penulis yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Kendali dan Akuisisi Data UAV Udara Tak Berawak Berbasis Internet of Things (IoT)” ini akan diimplementasikan pada sistem yang berguna untuk menerima data dari server yang kemudian diteruskan ke flight controller dan sebaliknya mengambil data dari flight controller dan mengirimkannya ke server. Dalam prosesnya menggunakan mikrokontroler berupa Arduino Nano. Gambar 3.1 memperlihatkan metodologi yang digunakan pada penelitian ini.
Proses penelitian ini dimulai dari rumusan masalah terkait kendala pada proses akuisisi data dan sistem kendali pada flight controller Pixhawk dengan menggunakan protokol MAVLink yang akan diterapkan di UAV. Kemudian dirumuskan masalah dan solusinya. Selanjutnya dilakukan studi literatur terhadap rumusan masalah yang diambil. Setelah melakukan proses studi literatur, maka didapatkanlah informasi yang dapat digunakan untuk
19 mengembagkan sistem yang akan dibuat. Setelah itu ditemukan metode penyelesain yang dapat diterapkan pada rancangan sistem yang dibuat yaitu pengakuisisian data pada flight controller menggunakan papan mikrokontroler Arduino Nano dengan protokol MAVLink. Sistem yang kami rancang merupakan pengembangan dari sistem yang ada sebelumnya.
Sistem yang ingin dibuat adalah sistem yang dapat mengambil data dari flight controller dengan protokol MAVLink berupa data GPS yang terdiri dari latitude, longitude, altitude dan kecepatan, kemudian data attitude yang terdiri dari pitch, yaw, roll dan yang terakhir berupa data tegangan baterai. Kemudian Arduino Nano juga menerima data dari server dan mengirimkannya ke flight controller yaitu sebagai data waypoint yang isinya data latitude, longitude, altitude yang akan digunakan sebagai data yang membuat UAV dapat terbang secara autonomous. Jika tidak berhasil maka proses penelitian akan kembali lagi pada studi literatur mengenai penelitian terkait agar sistem yang dibangun dapat sesuai dengan yang diharapkan.
3.2. Perancangan Diagram Blok dan Desain Alat
Pada Gambar 3.2 yang merupakan tampilan diagram sistem dari TRUSTED secara keseluruhan, dimana alat ini terbagi menjadi 3 subsistem utama yaitu yang pertama bagian akuisisi data dari flight controller kemudian data diteruskan ke proses enkripsi agar terhindar dari tindak pencurian data sehingga tidak terjadi hal yang tidak diinginkan, kemudian yang terakhir data akan dikirim ke server untuk di deskripsi dan ditampilkan sebagai data monitoring dari UAV yang dapat dipantau oleh pengguna secara real time pada website. Pada skripsi ini penulis hanya berfokus pada bagian akuisisi data dari flight controller, transmisi data waypoint dan Iot, yang terlihat pada Gambar 3.2 diagram sistem produk TRUSTED keseluruhan yang diberi tanda kotak merah.
20
Gambar 3.2 Diagram sistem produk TRUSTED keseluruhan.
Pada Gambar 3.2 ditampilkan diagram alat TRUSTED yang menunjukan hubungan antara seluruh komponen yang digunakan dalam merancang alat TRUSTED tersebut dengan menggunakan mikrokontroler Arduino Nano. Pada gambar tersebut terdapat beberapa komponen yang diintegrasikan ke dalam satu mikrokontroler Arduino Nano, komponen yang pertama yaitu buck converter LM5296 yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari baterai lipo menjadi 5V untuk mensuplai daya pada komponen Arduino Nano, berikutnya terdapat komponen ESP8366 yang merupakan modul Wi-Fi yang berguna untuk mengintegrasikan sistem ke jaringan internet kemudian terdapat modem WiFi yang berguna sebagai penyedia jaringan internet untuk alat TRUSTED. Dan yang berikutnya terdapat komponen flight controller yang merupakan komponen yang biasa digunakan pada board UAV sebagai mikrokontroler untuk mengontrol dan me-monitoring UAV. Pada alat ini flight controller akan di akuisisi datanya oleh Arduino dengan protokol MAVLink sehingga kita bisa mendapatkan parameter-parameter tertentu yang akan digunakan untuk monitoring dan sistem kendali nya.
21
Gambar 3.2 Diagram blok komponen TRUSTED.
Gambar 3.3 Diagram pin planner sistem TRUSTED.
3.2.1. Proses Sistem Kerja Alat
Pada proses sistem kerja alat seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.2, pada keadaan awal dengan sebelumnya pin rx - tx Arduino dan flight controller sudah saling terhubung, kemudian untuk menjalankan protokol MAVLink pada Arduino digunakan library MAVLink dengan ini mikrokontroler akan mulai berkomunikasi dengan flight controller sehingga Arduino dapat mengambil data
22 perilaku UAV yang terbaca pada flight controller dan mengirimkan data waypoint ke flight controller. Setelah itu dilakukan pengecekan apakah variable h = ‘*’ jika iya maka Arduino akan mengirimkan data waypoint ke flight controller jika tidak Arduino akan mengambil data latitude, longitude, altitude, kecepatan dan tegangan baterai ke ESP8266 sebagai data monitoring UAV.
23 3.3. Spesifikasi Perancangan Sistem Akuisisi Data GPS, Attitude (rotasi) dan
Tegangan Baterai
Adapun spesifikasi perancangan dan implementasi dari sistem akuisisi data GPS, Attitude, dan tegangan baterai adalah sebagai berikut:
3.2.1. Proses Akuisisi Data Flight Controller dengan Arduino Nano
Pada proses akuisisi data flight controller dengan menggunakan Arduino Nano digunakanlah metode protokol MAVLink dalam komunikasi antara Arduino Nano ke flight controller, yang pertama dilakukan adalah memahami bagaimana protokol MAVLink bekerja.
Pada gambar 3.2 terlihat struktur pengiriman data MAVLink dimana MAVLink mengikuti setengah berkembang biak mendistribusikan desain berlangganan dan desain rencana titik-ke-titik yaitu aliran informasi dikirim sebagai tema sedangkan sub-protokol pengaturan seperti konvensi parameter adalah titik-ke-titik dengan transmisi ulang. Pesan ditandai dalam catatan XML. Setiap catatan XML mencirikan kumpulan pesan yang didukung oleh kerangka kerja MAVLink tertentu, apalagi disebut sebagai "dialek". Kumpulan pesan referensi yang dijalankan oleh sebagian besar stasiun kontrol darat dan autopilot di common.xml (sebagian besar istilah dibuat berdasarkan definisi ini).
Kemudian dalam UAV digunakan protokol MAVLink heartbeat. Protokol heartbeat digunakan untuk mengiklankan keberadaan suatu sistem pada jaringan MAVLink, bersama dengan sistem dan id komponennya, jenis vehicle, flight stack, jenis komponen, dan mode penerbangan. Heartbeat memungkinkan komponen lain untuk:
• Menemukan sistem yang terhubung ke jaringan dan menyimpulkan ketika mereka terputus.
• Suatu sistem dikatakan terhubung ke jaringan jika pesan HEARTBEAT diterima secara teratur, dan terputus jika sejumlah pesan yang diharapkan tidak diterima.
• Menangani pesan lain dari sistem dengan tepat, berdasarkan pada jenis sistem dan properti lainnya (mis. tata letak antarmuka GCS berdasarkan jenis kendaraan).
24 • Mengarahkan pesan ke sistem pada interface yang berbeda.
3.2.2. Perancangan Sistem Akuisisi Data GPS, Attitude (rotasi), dan Tegangan Baterai
setelah melakukan analisis sistem yang telah ada, selanjutnya melakukan perancangan sistem yang akan dibuat dan di kembangkan, terdapat 4 data akuisisi yaitu GPS, Attitude dan Tegangan
3.2.2.1 Akuisisi Data GPS
Akuisisi data GPS dilakukan untuk mendapatkan data latitude, longitude, altitude dan kecepatan. Membuat perancangan akuisisi data GPS dari flight controller ke Arduino Nano dengan menggunakan protokol MAVLink untuk mengetahui posisi UAV saat sedang terbang di udara dimana data yang diambil adalah berupa data Latitude, longitude, altitude, dan kecepatan kemudian data-data tersebut dilakukan sedikit penyesuain dengan menggunakan operasi hitung yang cukup sederhana sehingga didapatkan data yang sesuai.
25 Pada Gambar 3.3 yang merupakan bentuk flowchart dari proses akuisisi data GPS dimana terlihat pada proses awal yaitu inisialisasi library MAVLink karena dalam proses komunikasi ke UAV menggunakan protokol MAVLink kemudian dilihat apakah ada proses di serial, jika iya maka serial1 yang merupakan port serial buatan di Arduino dengan bantuan library software serial akan membaca data serial yang dikirimkan flight controller, kemudian karena pada tahap ini yang ingin diambil adalah data GPS maka kita hanya mengambil data GPS saja yang dimasukan dalam mavlink_gps_int_t packet maka didapatkan lah data GPS yang berisi latitude, longitude, altitude dan kecepatan.
3.2.2.2 Akuisisi Data Attitude
Membuat perancangan akuisisi data Attitude dari flight controller ke Arduino dengan menggunakan protokol MAVLink untuk mendapatkan data pitch, yaw dan roll. Dimana pesawat memiliki tiga sumbu yaitu pitch yang membuat pesawat, dapat terabang naik dan turun, berikutnya yaw, yang akan membuat pesawat dapat bergerak belok kekanan dan kekiri selanjutnya yang terakhir yaitu roll yang dapat membuat pesawat berguling ke kanan atau ke kiri.
Pada Gambar 3.4 yang merupakan bentuk flowchart dari proses akuisisi data attitude dimana terlihat pada proses awal yaitu dengan inisialisasi library MAVLink karena dalam proses komunikasi dari mikrokontroler Arduino Nano ke UAV menggunakan protokol MAVLink. Kemudian dilihat apakah ada proses di serial, jika iya maka serial1 yang merupakan port serial buatan di Arduino dengan bantuan library software serial akan membaca data serial yang dikirimkan flight controller, kemudian karena pada tahap ini yang ingin diambil adalah data attitude maka kita hanya mengambil data attitude saja yang dimasukan dalam Mavlink_attitude_int_t packet maka didapatkan lah data attitude yang berisi pitch, yaw dan roll.
26
Gambar 3.6 Flowchart proses akuisisi data attitude.
3.2.2.3 Akuisisi Data Tegangan Baterai
Membuat perancangan akuisisi data tegangan baterai dari Flight controller ke Arduino dengan menggunakan protokol MAVLink, akusi data tegangan baterai dari flight controller digunakan untuk mengetahui besar tegangan baterai yang terpasang pada UAV.
27
Gambar 3.7 Flowchart proses akuisisi tegangan baterai.
Pada Gambar 3.4 yang merupakan bentuk flowchart dari proses akuisisi data tegangan baterai dimana terlihat pada proses awal yaitu dengan inisialisasi library MAVLink karena dalam proses komunikasi dari mikrokontroler Arduino Nano ke UAV menggunakan protokol MAVLink. kemudian dilihat apakah ada proses di serial, jika iya maka serial1 yang merupakan port serial buatan di Arduino dengan bantuan library software serial akan membaca data serial yang dikirimkan flight controller, kemudian karena pada tahap ini yang ingin diambil adalah data tegangan baterai maka kita hanya mengambil data tegangan baterai saja yang dimasukan dalam Mavlink_sys_status_t packet maka didapatkan lah data tegangan baterai.
28
3.3 Spesifikasi Perancangan Sistem Pengiriman Data Waypoint
Adapun spesifikasi perancangan dan implementasi dari sistem pengiriman data waypoint adalah sebagai berikut:
3.3.1. Proses Sistem Transmisi Data Waypoint
Pada proses sistem transmisi data waypoint ke flight controller dengan menggunakan Arduino Nano digunakanlah metode protokol yang sama pada proses akuisisi data GPS, Attitude dan tegangan baterai yaitu MAVLink dalam komunikasi antara Arduino Nano ke flight controller, yang pertama dilakukan adalah kita harus mendapatkan data waypoint terlebih dahulu dari server yang berupa data latitude, longitude dan altitude, saat semua data telah diterima di mikrokontroler Arduino Nano maka data dapat dikirimkan ke flight controller dengan protokol MAVLink. Untuk dapat menggunakan protokol ini diperlukan pemahaman mengenai bagaimana protokol MAVLink bekerja, tahap ini sama dengan tahap akuisisi data GPS, attitude dan tegangan baterai. Namun pada sistem pengiriman data waypoint juga digunakan mission protokol. Sub protokol misi memungkinkan GCS atau API pengembang untuk bertukar misi (rencana penerbangan), geofence, dan informasi titik aman dengan drone/komponen. Protokol tersebut meliputi:
• Operasi untuk mengunggah, mengunduh, dan menghapus misi, mengatur/mendapatkan nomor item mission saat ini, dan mendapatkan pemberitahuan ketika item mission saat ini telah berubah.
• Jenis pesan dan enumerasi untuk bertukar item misi.
• item mission ("perintah MAVLink") yang umum untuk sebagian besar sistem.
Protokol mendukung permintaan ulang pesan yang belum tiba, yang memungkinkan misi ditransfer dengan andal melalui tautan yang hilang. Pesan protokol mission mencakup jenis misi terkait di mission_type dengan syntax Mav_Mission_type_ enum values.
29
Gambar 3.8 Diagram urutan komunikasi pengunggahan misi.
Untuk lebih jelasnya, urutan operasinya adalah:
1. Mikrokontroler mengirimkan MISSION_COUNT termasuk jumlah item mission yang akan diunggah ( count). Sebuah batas waktu harus mulai untuk Mikrokontroler untuk menunggu respon dari Flight Controller ( MISSION_REQUEST_INT).
2. Flight Controller menerima pesan dan merespon dengan MISSION_REQUEST_INT meminta item mission pertama ( seq==0).
• Sebuah batas waktu harus mulai untuk Flight Controller untuk menunggu di MISSION_ITEM_INT respon dari Mikrokontroler. 3. Mikrokontroler menerima MISSION_REQUEST_INT dan merespons
dengan item mission yang diminta dalam pesan MISSION_ITEM_INT .
4. Flight Controller dan Mikrokontroler mengulangi siklus MISSION_REQUEST_INT/ MISSION_ITEM_INT, literasi sehingga semua item diunggah ( seq==count-1).
30 5. Setelah menerima item misi terakhir respons yang Flight Controller
dengan MISSION_ACK dengan typedari MAV_MISSION_ACCEPTED menunjukkan meng-upload mission selesai / sukses.
• Flight Controller harus menetapkan misi baru menjadi misi saat ini, membuang data asli.
• Drone menganggap unggahan selesai.
6. Mikrokontroler menerima MISSION_ACK berisi MAV_MISSION_ACCEPTED untuk menunjukkan operasi selesai.
Pengiriman misi ke flight controller akan menjadi data titik-titik yang akan dilalui UAV saat terbang dalam terbang autonomous, sehingga ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam prosesnya diantaranya:
• Sebuah batas waktu ditetapkan untuk setiap pesan yang membutuhkan respon (misalnya MISSION_REQUEST_INT). Jika batas waktu berakhir tanpa tanggapan yang diterima maka permintaan harus dikirim ulang. • item mission harus diterima secara berurutan. Jika barang diterima di luar
urutan, barang yang diharapkan harus diminta ulang oleh kendaraan (barang di luar urutan dijatuhkan).
• Sebuah kesalahan dapat mengisyaratkan dalam menanggapi permintaan menggunakan MISSION_ACK pesan yang berisi kode kesalahan. Ini harus membatalkan operasi dan mengembalikan mission ke keadaan sebelumnya. Misalnya, drone mungkin menanggapi permintaan MISSION_COUNT dengan MAV_MISSION_NO_SPACE jika tidak ada cukup ruang untuk mengunggah misi.
• Urutan di atas menunjukkan item mission yang dikemas dalam pesan MISSION_ITEM_INT . Implementasi protokol juga harus mendukung MISSION_ITEM dan MISSION_REQUEST dengan cara yang sama.
31 efek yang sama seperti menyelesaikan misi .
3.3.2. Perancangan Sistem Transmisi Data Waypoint
Pada Gambar 3.6 yang merupakan tampilan flowchart proses pengiriman data waypoint terlihat pada tahap pertama dilakukan inisialisasi library MAVLink,h karena dalam proses komunikasinya menggunakan protokol MAVLink, selain itu terdapat juga library mavlink_mesage_t dimana dalam library tersebut akan dilakukan pengecekan data yang akan diterima oleh mikrokontroler, setelah itu saat serial.available lebih dari sama dengan nol maka akan menuju proses selanjutnya jika tidak maka akan kembali ke awal, kemudian variabel h dicek jika = “&” maka akan masuk dalam proses terima_data dimana proses itu akan menjadi proses menentukan jumlah waypoint yang akan di kirim, setelah itu saat variabel h berisi “#” maka akan masuk dalam proses terima_data, dimana dalam proses tersebut akan menerima data waypoint yang didalamnya berisi data nomor waypoint, latitude, longitude, dan altitude. Dan apabila variabel h berisi “$” maka data data waypoint yang sudah didapatkan dalam proses terima_data akan dikirimkan ke flight controller menjadi data titik lokasi yang menjadi acuan tebang UAV saat dalam mode autonomous.
Gambar 3.9 Flowchart proses pengiriman data waypoint . Tidak
32 3.4 Spesifikasi Perancangan Sistem Menu Manager
Adapun spesifikasi perancangan dan implementasi dari system menu manager adalah sebagai berikut:
3.4.1 Proses Sistem Menu Manager
Membuat perancangan menu manager yang berisi pilihan ganti Wi-Fi dan ganti key untuk membuat pengguna dapat merubah ssid dan password yang akan dipilh untuk dihubungkan ke alat. Menu manager ini dapat di proses dengan memasukan karakter “$” pada serial monitor .
3.4.2 Perancangan Sistem Menu Manager
33 Pada Gambar 3.7 yang merupakan gambar flowchart untuk proses sistem menu manager, kami menggunakan library Wi-Fi, dan menggunakan juga library EEPROM yang berguna menyimpan data pada mikrokontroler hal ini dilakukan agar Ketika kita memasukan nama ssid, password atau key yang baru Ketika alat mati itu tidak hilang. Pada tampilan menu manager diberika empat pilihan ,
• Pilihan pertama Ketika pengguna memasukan angka “1” pada serial monitor maka pengguna akan masuk kedalam pilihan ganti Wi-Fi, kemudian pengguna akan diminta memasukan nama ssid dan password yang baru .
• Pilihan kedua Ketika pengguna memasukan angka “2” pada serial monitor maka pengguna akan masuk ke dalam pilihan ganti key, kemudian pengguna akan diminta memasukan password yang baru.
• Pilihan ketiga pengguna memasukan angka “3” pada serial monitor maka pengguna akan masuk kedalam pilihan upload waypoint, jadi data waypoint yang sebelumnya sudah kita terima akan didikirim dan ketika UAV terbang dengan mode autonomous maka UAV akan mengikuti data waypoint tersebut.
• Pilihan keempat pengguna memasukan angka “0” pada serial monitor maka pengguna akan masuk kedalam pilihan default mode, dimana nama ssid, password Wi-Fi dan key yang sudah di ganti ganti oleh pengguna akan Kembali ke setelan pabrik.
• Pilihan kelima pengguna memasukan angka “9” pada serial monitor maka pengguna akan keluar dari menu manager.
3.4. Prosedur Pengujian
Setelah sistem selesai dibuat maka akan dilakukan pengujian – pengujian terhadap sistem TRUSTED ini, untuk sistem pengujian ini dibagi menjadi 6 dalam prosedur pengujian yang dapat dilihat pada Tabel 3.1.
34
Tabel 3.1 Prosedur Pengujian.
Pengujian Prosedur Parameter
Keberhasilan
Pengujian data lokasi Pengujian sensor GPS
dilakukan dengan melihat
parameter latitude dan
longitude kemudian dibandingkan dengan yang
ada pada Google Maps hal ini bertujuan untuk melihat seberapa akurat GPS dalam mendeteksi lokasi saat UAV terbang.
Perbedaan lokasi yang didapatkan dari alat dan hasil pemetakan lokasi sebenarnya kurang dari 10 meter.
Pengujian Starting sensor GPS
Pengujian ini dilakukan dengan melihat waktu yang dibutuhkan GPS untuk mendapatkan data lokasi yang dimulai saat GPS aktif.
Waktu starting yang didapatkan kurang dari
Pengujian data tegangan baterai
Pengujian data tegangan baterai dilakukan dengan melihat parameter tegangan baterai yang didapatkan dari hasil pembacaan tegangan baterai pada Arduino dari flight controller. Kemudian
dibandingkan dengan tegangan baterai yang diukur
dengan lippo checker.
Data tegangan yang terbaca pada Arduino memiliki perbedaan yang kecil dengan data yang didapatkan dengan hasil pengukuran baterai dengan multimeter.
Pengujian Wi-Fi Manager Pengujian ini dilakukan
dengan mengubah Wi-Fi yang sudah terhubung pada
mikrokontroler dengan
memeriksa pada serial monitor Wi-Fi yang sudah dapat terhubung dengan alat
Dapat masuk ke menu manager dengan serial monitor kemudian dapat mengganti nama Wi-Fi dan password setelah itu alat dapat terhubung dengan
Wi-35 Fi yang baru.
Pengujian Key Manager Pengujian ini dilakukan
dengan mengubah key yang sudah tersedia dengan key yang baru kemudian memeriksanya pada website apakah dengan key baru data dapat diterima di website.
Dapat mengganti key pada menu manager dengan serial monitor kemudian dikirimkan data ke website dan dapat diterima oleh website.
Pengujian Transmisi Data Waypoint
Pengujian ini dilakukan dengan mengirimkan data
waypoint ke Arduino
kemudian meng upload nya ke flight controller setelah itu data yang diterima oleh flight controller dilihat apakah terkirim dengan aplikasi mission planner
Data waypoint dapat diterima oleh flight controller dengan data yang dikirimkan oleh Arduino.
