30
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Studi Literatur
Pada proses pengerjaan tugas akhir ini penulis mempelajari sumber literatur dan mencari informasi yang diperoleh dari jurnal, skripsi yang berkaitan dengan quadcopter, sistem kendali quadcopter, dan pemrograman mikrokontroller.
3.2. Analisis Permasalahan
Dalam analisis permasalahan dapat diketahui bahwa sistem kendali pada drone quadcopter adalah hal yang mendasar bagi seorang operator atau pilot untuk mengefisiensikan dalam menerbangkan dan mengendalikan arah gerak sebuah drone. Dengan merancang dan mengembangkan sistem kendali pada drone quadcopter berbasis wireless dapat sangat membantu untuk mendapatkan metode yang paling aman dan efisien untuk menerbangkan sebuah drone quadcopter tanpa melupakan kemudahan dalam pengendaliannya.
3.3. Perancangan
Dalam menentukan perancangan dan mengembangkan sistem kendali berbasis wireless pada quadcopter terdapat beberapa tahapan-tahapan yang bertujuan untuk mencari desain terbaik. Adapun tahapan-tahapannya sebagai berikut:
3.3.1. Daftar Persyaratan Desain
Daftar persyaratan dibuat oleh penulis untuk menjelaskan spesifikasi drone quadcopter dan persyaratan-persyaratan yang harus
dipenuhi sebelum produk dikembangkan lebih lanjut. Adapun daftar persyaratannya sebagai berikut:
Tabel 3.1. Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain
Sifat Daftar Persyaratan Tanggal:
Perancangan dan mengembangkan sistem kendali berbasis wireless pada drone quadcopter
Halaman: 1
S/W Persyaratan Geometri
W Bentuk drone adalah drone quadcopter.
S Alat dioperasikan menggunakan tenaga dari baterai LiPo. W Alat dapat dioperasikan secara wireless atau nirkabel.
Kinematik
W Menggunakan PC sebagai pengganti remote control
S Menggunakan 3DR sebagai radio telemetry pada sistem kendali berbasis wireless
S Menggunakan arduino UNO sebagai mikrokontroler pada sistem kendali berbasis wireless
W Fungsi dari masing-masing komponen harus teratur Energi
S Menggunakan energi dari baterai LiPo.
S Menggunakan arduino UNO sebagai pengkondisi radio telemetry dan electronic speed controller (ESC).
Teknik Daftar Persyaratan Tanggal: Perancangan dan mengembangkan sistem kendali
berbasis wireless pada drone quadcopter
Halaman: 2
D/W Persyaratan Material
S Konstruksi pada rangka atau frame drone quadcopter dibuat dari bahan material carbon.
S Propeller pada drone quadcopter berbentuk 4 leaf dengan material berbahan plastik.
D Komponen pada drone quadcopter banyak berbahan carbon karena sifatnya yang ringan dan kuat.
W Komponen mudah di dapatkan dipasaran. Keamanan
W Drone quadcopter ini di operasikan di luar ruangan dengan jarak terbang kendali ± 1 km dari posisi operator.
W Di operasikan pada pagi hingga sore hari dengan kondisi cuaca yang baik.
Ergonomi
D Kemudahan dalam pengoperasian.
W Menggunakan personal computer sebagai pengganti remote control. S Fleksibilitas dalam pengoperasian alat.
D Bobot lebih ringan dari drone quadcopter sejenisnya. D Bunyi dari alat tidak bising.
Produksi
W Jumlah komponen cukup mudah didapatkan di pasaran. S Dapat dibuat atau di lakukan perakitan skala home industry. W Suku cadang alat mudah didapatkan.
S Perakitan massal. Perawatan
W Komponen yang berhubungan dengan elektronika harus di perhatikan berkala sesuai pemakaian.
W Melakukan kalibrasi brushless motor secara berkala. Pengoperasian
W Brushless motor dapat memutarkan propeller (baling-baling) sesuai dengan perintah operator.
D Kemudahan dalam pengoperasian. W Dioperasikan oleh satu orang.
W Alat dioperasikan secara wireless atau nirkabel. Biaya
W Biaya produksi diharapkan tidak terlalu tinggi dan terjangkau. Transportasi
W Mudah dibawa dan mudah untuk dipindahkan. Pemrograman
W Arduino UNO telah di isi program pada software Arduino IDE. W Menggunakan software visual studio yang terhubung pada personal
Persyaratan dibuat berdasarkan kebutuhan Customer yang bersifat wajib dipenuhi (W) atau disarankan dipenuhi (S). Dari keterangan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa persyaratan yang dibuat merupakan panduan bagi perancang untuk merancang suatu alat (Riadi, 2009).
3.3.2. Identifikasi Masalah
Pada tahap ini penulis bertujuan untuk mengkrucutkan permasalahan yang ada pada spesifikasi desain di atas. Adapun tahapannya sebagai berikut:
1. Data kuantitatif, dengan menghilangkan kesukaan/kesenangan pribadi dan menghilangkan persyaratan yang tidak berkaitan langsung dengan fungsi dan batasan-batasan penting (Riadi, 2009). Dari kreteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut: a. Sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless
b. Mengatur kecepatan brushless motor c. Menggunakan radio telemetry d. Menggunakan arduino UNO
e. Alat menggunakan tenaga batrai LiPo
f. Propeller berbentuk 4 leaf yang berjumlah 4 buah g. Alat dapat dioperasikan secara wireless atau nirkabel h. Bobot alat yang ringan
i. Biaya produksi yang terjangkau j. Menggunakan software visual studio k. Mudah dioperasikan
2. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif dan menyatakan dalam kalimat yang sederhana. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut:
a. Sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless b. Untuk mengatur kecepatan brushless motor
c. Alat dapat dioperasikan secara wireless atau nirkabel
d. Memiliki bobot yang ringan dan biaya produksi yang terjangkau
e. Menggunakan software visual studio untuk mengatur kendali dengan sistem wireless
f. Alat difumgsikan secara wireless dan mudah dioperasikan 3. Kemudian mengelompokkan data kuantitatif. Dari kriteria tersebut
didapatkan hasil sebagai berikut:
a. Sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless b. Mengatur kecepatan brushless motor
c. Menggunakan software visual studio
d. Mengoperasikan drone quadcopter secara wireless
4. Memformulasikan masalah sehingga didapatkan hasil sebagai berikut. Perancangan dan mengembangkan sistem kendali berbasis wireless pada drone quadcopter, dengan mengatur kecepatan pada brushless motor agar sesuai dengan yang direncanakan. Dan juga menggunakan software visual studio agar pengoperasian secara wireless pada drone quadcopter dapat berjalan maksimal.
3.3.3. Struktur Fungsi
Dari penggalian serta konseptual desain dapat dinyatakan atau digambarkan suatu struktur fungsi berupa fungsi keseluruhan dan sub-sub fungsi atau fungsi utama yang didasarkan pada aliran energi, material atau sinyal dengan menggunakan diagram blok. Diagram blok dan untuk fungsi keseluruhan dan sub fungsi dapat di lihat pada gambar 3.1. di bawah ini.
Gambar 3.1. Diagram Blok Fungsi Keseluruhan
Pada gambar 3.1. diagram blok fungsi keseluruhan diatas menejelaskan aliran fungsi energi pada sistem kendali drone quadcopter berbasi wireless, dimana inputan energi utama yaitu baterai LiPo yang diproses sehingga dapat memutarkan propeller pada drone quadcopter yang mana adalah output dari sistem kendali tersebut.
Seperti yang dijelaskan pada gambar 3.2. pada sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless, terdapat beberapa sub-fungsi aliran energi yang kemudian akan menghasilkan prinsip kerja pada kendali drone quadcopter berbasis wireless.
Gambar 3.2. Aliran Energi Pada Diagram Blok Sub Fungsi 3.3.4. Prinsip Kerja
Prinsip kerja dari sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless dapat dilihat pada flowchart dibawah ini.
Gambar 3.3. Flowchart Prinsip Kerja Sistem Kendali Drone Quadcopter 3.3.5. Kombinasi Dan Susunan Konsep
Berikut ini adalah susunan kombinasi sub-fungsi pada perancangan sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless dalam bentuk tabel.
Tabel 3.2. Kombinasi sub-fungsi yang didasarkan pada diagram blok sub-fungsi No . Prinsip Solusi/ Sub Fungsi 1 2 3 1. Pengendali Manusia
2. Energi Batrai LiPo Aki Kering
3. Frame Tricopter Hexacopter Quadcopter
4. Mikrokontrol er
5. Propeller 2 leaf 3 leaf 4 leaf
6. ESC Brushless Brushed
7. Radio Telemetry Xbee 3DR Lora 8. Perangkat Pengendali Remote Controll Personal Computer
9. Aplikasi Mikrokontrol er
Arduino IDE CV-AVR
10. Aplikasi Personal Computer
Visual Studio Phyton
11. Motor Brushed Brushless
Dari tabel hasil identifikasi masalah akan terlihat berbagai kemungkinan kombinasi sub-fungsi yang kemungkinan untuk digunakan. Pemilihan masing-masing anternatif didasarkan pada evaluasi teknik dan ekonomi (Riadi, 2009).
3.3.6. Pemilihan Konsep Varian
Dalam pembuatan konsep varian harus memperhatikan segi teknik dan ekonominya. Pemilihan konsep varian dilakukan untuk mengerjakan model dan menentukan unjuk kerja secara kuantitatif
(Riadi, 2009). Dari tabel 3.2. diatas didapatkan hasil varian sebagai berikut:
➢ Varian = 1-1, 2-1, 3-3, 4-2, 5-3, 6-1, 7-2, 8-2, 9-1, 10-1, 11-2 3.4. Desain Perangkat Keras
Dari identifikasi, kombinasi, serta evaluasi masalah di atas maka dapat ditentukan layout awal sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless pada gambar 3.4. Desain perangkat keras pada sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless ada 2 yaitu desain mekanik drone quadcopter dan desain rangkaian elektronika pembangun sistem. Desain rangkaian elektronika dari drone quadcopter membahas tentang alur rangkaian serta komponen-komponen apa saja yang digunakan dalam pembuatan sistem berbasis wireless. Berikut ini adalah layout sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless pada gambar 3.4. di bawah ini.
Gambar 3.4. Layout Sistem Kendali Drone Quadcopter Berbasis Wireless Keterangan gambar:
1. Personal computer.
2. Kabel USB serial arduino UNO. 3. Radio telemetry 3DR (transmitter).
4. Mikrokontroller Arduino UNO. 5. Propeller 5040 4 blade.
6. Brushless motor D2205-2300kv
7. Electronic Speed Controller (ESC) 12A. 8. Radio telemetry 3DR (receiver).
9. Battery LiPo.
10. Frame drone quadcopter.
Pada gambar 3.4. dapat dilihat assembly sistem kendali drone berbasis wireless secara keseluruhan yang terbagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah bagian sistem mekanik drone quadcopter yaitu bagian frame yang merupakan bagian rangka atau tubuh pada quadcopter yang menjadi tulang atau penyokong semua komponen serta tempat ditempelnya semua komponen-komponen sehingga dengan adanya frame ini komponen dapat terintegrasi satu dengan yang lain.
Bagian kedua yaitu rangkaian elektronika pada sistem kendali drone quadcopter yang merupakan kesatuan dari komponen-komponen seperti personal computer, arduino uno, radio telemetry 3DR, ESC, dan brushless motor. Pada bagian ini juga mencakup proses perancangan sistem kendali pada drone quadcopter yang berbasis wireless dengan menjadikan personal computer sebagai perangkat yang mengatur sistem kendali pada drone quadcopter sehingga menggantikan fungsi dari remote control.
3.4.1. Desain Frame Drone Quadcopter
Gambar 3.5. Desain Frame Drone Quadcopter
Pada gambar 3.5. desain frame drone quadcopter ini merupakan assembly dari tiga komponen utama yaitu arm frame yang merupakan bagian lengan dari sebuah drone dengan fungsi tempat dari dudukan brushless motor dan juga electronic speed controller (ESC), lalu bagian dudukan power distribution board yang merupakan bagian yang akan menjadi tempat dari rangkaian elektronika dari sebuah drone quadcopter, dan yang ketiga adalah bagian landing skid yang merupakan bagian kaki bagi sebuah drone yang berfungsi sebagai pelindung disaat melakukan sebuah pendaratan.
3.4.2. Rangkaian Elektronika
Menggunakan sumber tegangan 12 V dari battery LiPo yang terhubung dengan power distribution board dan mikrokontroler arduino uno, serta menggunakan komunikasi serial sebagai interface dengan personal computer yang mengganti peran dari remote control pada drone quadcopter. Boudrate yang digunakan 57600 sesuai
dengan radio telemetry 3DR yang digunakan. Berikut ini adalah bentuk rangkaian elektronika dari perancangan sistem kendali drone quadcopter berbasis wireless pada gambar 3.6 dibawah ini.
Gambar 3.6. Rangkain Elektronika Sistem Kendali Berbasis Wireless 3.5. Proses Pengerjaan
3.5.1. Alat Yang Digunakan
1. Tang potong. : 1 pcs 2. Gunting. : 1 pcs 3. Obeng (+) dan (-). : 1pcs 4. Solder. : 1 pcs 5. Kunci ring. : 1pcs 6. Kunci L. : 1pcs
7. Kabel USB serial arduino UNO. : 1pcs 3.5.2. Bahan Yang Digunakan
1. Frame drone quadcopter. : 1 set 2. Electronic speed controller (ESC). : 4 pcs
3. Brushless motor. : 4 pcs
5. Radio telemetry 3DR. : 1 set
6. Batrai LiPo. : 1 pcs
7. Power distribution board. : 1 pcs
8. Kabel jumper (male). : 12 pcs
9. Timah. : 1 m
10. Baut. : 4 pcs
11. Power jack DC. : 1 pcs
12. LiPo socket. : 1 pcs
13. Kabel tembaga 1,5mm. : 2 m
3.5.3. Proses Pengerjaan Dan Perancangan Drone Quadcopter a. Perancangan Komponen Elektronika
Perancangan komponen elektronika meliputi penggabungan semua komponen elektrikal pada drone quadcopter. Pada tahap ini untuk komponen yang pertama kali dirakit yaitu komponen electronic speed controller (ESC) yang di hubungkan dengan power distribution board (PDB) yang mana komponen power distribution board ini yang akan langsung tersambung dengan sumber energi yaitu batrai LiPo.
Pada perakitan electronic speed controller dengan power distribution board perlu ketelitian saat pembagian tempat pemasangan untuk ke empat electronic speed controller yang akan dihubungkan dengan brushless motor dan juga saat pemasangan kabel (+) dan (-) agar tidak terjadi short saat electronic speed controller menghantarkan arus AC dari power distribution board
ke brushless motor. Setelah itu menghubungkan brushless motor dengan electronic speed controller yang telah di hubungkan dengan power distribution board, pada tahap ini harus lebih teliti saat menghubungkan antara kabel electronic speeed controller dengan brushless motor agar rotasi motor brushless sesuai dengan jenisnya yaitu CW dan CCW. Berikut ini adalah hasil assembly dari komponen-komponen elektrikal drone quadcopter pada gambar 3.7. dibawah ini.
Gambar 3.7. Assembly Komponen Elektronika
Tahap terakhir pada perancangan atau assembly komponen elektronika adalah mensetup komponen arduino UNO pada dudukannya dan menyambungkan komponen electronik speed controller yaitu kabel BEC (battery eliminator circuit) yang berfungsi untuk menerima sinyal dari arduino UNO yang akan diteruskan pada brushless motor dan juga mengubah tegangan baterai LiPo dari 12v menjadi 5v untuk memberi power supply pada arduino UNO. Tiga kabel BEC yaitu yang berwarna merah di sambungkan pada pin power 5v pada arduino UNO, kabel BEC
berwarna coklat di sambungkan pada pin power GND(ground) pada arduino UNO, dan kabel BEC berwarna kuning di sambungkan pada pin digital (PWM~) yaitu pin nomor 3,5,6,9,10, dan 11. Berikut ini adalah hasil assembly dari komponen-komponen elektrikal drone quadcopter pada gambar 3.8. dibawah ini.
Gambar 3.8. Assembly Komponen Elektronika. b. Perancangan Komponen Mekanik
Pada perancangan mekanik ini meliputi penggabungan semua komponen non elektrikal. Pada tahap ini untuk pertama kali komponen yang di rakit yaitu frame kit drone quadcopter yang sudah di lengkapi arm, dudukan power distribution board, dan juga landing skid. Pada perakitan frame perlu ketelitian saat pemasangan baut, posisi komponen elektronikal, serta tanda posisi arah depan dan belakang.
Tahap selanjutnya adalah penempatan power distribution board, electronic speed controller,mikrokontroller arduino UNO dan brushless motor yang telah tersambung satu dengan yang lain.
Pada penempatan power distribution board dan arduino UNO perlu perlakuan khusus yaitu harus diberikan bantalan pada keduanya agar getaran tidak menggangu kinerja dari komponen tersebut. Untuk pemasangan brushles motor di arm frame harus benar-benar kuat agar tidak terlepas di saat brushless motor berputar. Berikut ini adalah hasil assembly dari komponen-komponen elektrikal dan mekanik drone quadcopter pada gambar 3.9. dibawah ini.
