2.1 Quadcopter
Quadcopter adalah salah satu platform unmanned aerial vehicle (UAV) yang saat ini banyak diriset karena kemampuannya melakukan take-off dan landing secara vertikal dengan menggunakan empat baling-baling (Bresciani, 2008).
2.1.1 Sistem Gerak Quadcopter
Quadcopter memiliki empat baling-baling penggerak yang diposisikan tegak lurus terhadap bidang datar. Masing-masing rotor (baling-baling dan motor penggeraknya) menghasilkan daya angkat dan memiliki jarak yang sama terhadap pusat massa pesawat. Dengan daya angkat masing-masing rotor sebesar lebih dari seperempat berat keseluruhan, memungkinkan quadcopter untuk terbang. (Daniel, 2012).
2.1.2 Konsep Kendali dan Anatomi Quadcopter
Komponen utama dari quadcopter yaitu fuselage yang merupakan badan
Quadcopter, dimana bagian ini adalah bagian yang paling banyak kegunaannya pada quadcopter. Baling-baling adalah penghasil gaya angkat pada quadcopter. Penempatan dan penyesuaian motor untuk memberikan stabilitas pada quadcopter
selama melakukan penerbangan. Driver motor merupakan sarana yang mendukung untuk melakukan pergerakan motor dengan memberikan catu daya. Elevator adalah kontrol permukaan yang mengatur gerak naik-turun
atas, maka gaya angkat akan bertambah pada motor sebelah kanan, sedangkan motor sebelah kiri gaya angkatnya akan berkurang yang akan menyebabkan
quadcopter akan bergerak ke arah kiri (Blakelock, 1965).
2.2 Wireless
2.2.1 Komunikasi wireless
Komunikasi wireless terjadi sama seperti teknologi kabel, dalam teknologi kabel dikenal CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detect).
Demikian juga dalam teknologi wireless pun dikenal dengan konsep yang sama. Mekanisme ini untuk menghindari bertabraknnya lalu-lintas paket (packet collision) yang terjadi. Sistem lalu-lintas data dilakukan menggunakan sistem untuk mengikuti kondisi ideal adalah dengan menggunakan komunikasi half duplex. Half duplex adalah komunikasi searah, dalam satu waktu. Jika ada dua titik terminasi A dan B. Maka dalam satu waktu T data dari titik A dikirim ke B. Setelah pengiriman selesai sempurna, baru terminal B baru bisa mengirim ke A. Tidak bisa dalam waktu satuan sama, secara bersamaan A dan B saling mengirim. Akibatnya akan ada tubrukan dalam lalu-lintas data (collision).
Konsep dasar dari komunikasi wireless adalah mengguanakan frekuensi radio (Radio Frequency atau disingkat RF). Pada hakikatnya teknologi wireless yang berkembang dewasa ini tidak jauh berbeda dengan teknologi RF pada umumnya yang telah berkembang sebelumnya.
2.2.2 Klasifikasi jaringan wireless
Kita coba melihat kembali ke jaringan dengan teknologi kabel (wired technology) di mana mengelompokkan jaringan komputer berdasarkan pada kompleksitas jaringan yang mengacu pada populasi perangkat komputer yang ada. Maka dikenal LAN, MAN, dan WAN maka demikian juga pada teknologi
a. Wireless PAN
Perangkat ini hanya bisa menjangkau dalam jarak dekat saja, sekitar 10 meter. WPAN atau kepanjangan dari Wireless Personal Accsess Network
menggunakan teknologi bluetooth, menggunakan protokol 802.15. perangkkat wirelessnya untuk peruntukan untuk keperluan pribadi (personal) yang tidak membutuhkan jarak jauh. WPAN banyak diaplikasikan pada perangkat-perangkat seperti keyboard, mouse, ear phone, cordless scanner, printer dan masih banyak lagi. untuk kelas SOHO dan home networking.
c. Wireless MAN
Kumpulan WLAN akan membentuk wireless MAN, tidak ada perbedaan mendasarkan protokol yang digunakan. Yang menjadi bedanya adallah kompleksitas atau populasi jaringan wirelessnya. Dalam implementasinya protokol yang direkomendasikan untuk digunakan adalah protokol 802.16, atau bisa disebut WiMAX. WiMAX merupakan standart akses internet dengan menggunakan band pita lebar yang bekerja menggunakan protokol 802.16. Selain itu WiMAX bisa mentransmisikan gelombang radio (microwave) dengan jarak jauh, bermil/kilometer jauhnya, bisa mencapai 30 miles jauhnya. Dengan demikian sangat mungkin bisa diposisikan sebagai jaringan akses alternatif pengganti jaringan kabel DSL.
d. Wireless WAN
kemudian yang sangat berkembang dan diimplementasikan yaitu teknologi 3G. Di mana kecepatan akses jaringan internet bisa dinimakti lewat Hand phone celuller (Syamsuddin, 2010).
2.3 Gelombang Radio
Gelombang radio yang dipancarkan dari antena pemancar berjalan melalui atmosfer sebagai pemampatan dan pembiasan garis-garis gaya listrik. Panjang gelombang dari puncak ke puncak atau dari lembah ke lembah disebut “ panjang gelombang”. Gelombang radio berjalan dari antena dengan kecepatan 3 x 10 8
m/s sama dengan kecepatan cahaya, dengan kata lain gelombang radio berjalan sejauh 7,5 x keliling bumi dalam satu detik.
Bentuk gelombang dari A ke C yang berulang-ulang dengan sendirinya disebut cycle, banyaknya cycle tiap detik disebut frekuensi. Frekuensi satuannya dalam Hertz, biasanya disingkat dengan Hz. Jika panjang gelombang = lamdha (λ), kepcepatan = v(m/det), dan frekuensi = f (Hz) maka :
Lamdha (λ) = v/f = 3.108
/f = ... meter (m) (2.1) Gelombang yang berfrekuensi rendah mempunyai lamdha yang lebih panjang dan gelombang yang berfrekuensi tinggi mempunyai lamdha lebih pendek.
Tabel 2.1 Panjang Gelombang dan Frekuensi Gelombang Pembawa Kelompok Panjang Gelombang dari
Gelombang
Frekuensi Gelombang Pembawa
Pembawa
Gelombang Panjang
2.000 - 1.000 meter 150 - 300 kHz
Gelombang Menengah
600 - 150 meter 500 - 2.000 kHz
Gelombang Pendek
60 - 10 meter 5 - 30 MHz
Gelombang Pendek Ultra
10 - 1 meter 30 - 300 MHz
(Rachman, 1998)
2.4 Pemrograman Bahan C
Pada perancangan program pada alat, program yang digunakan adalah pemrograman bahasa C. Berikut penjelasan dasar-dasar pemrograman bahasa C:
2.4.1 Tipe Data
Tabel 2.2 Tipe Data
(Andi, 2004)
2.4.2 Konstanta dan variabel
Konstanta dan variabel merupakan sebuah tempat untuk menyimpan data yang berada dalam memori. Konstanta berisi data yang nilainya tetap dan tidak dapat diubah selama program dijalankan, sedangkan variabel yang berisi data yang sedang berubah nilainya saat program dijalankan. Untuk membuat suatu konstanta atau variabel maka kita harus mendeklarisasikan lebih dahulu, yaitu dengan sintaks berikut:
Tipe Data Ukuran Jangkauan Nilai
Bit 1 bit 0 atau 1
Long Int 4 byte -2.147.438.648 s/d 2.174.438.647 Unsigned Long Int 4 byte 0 s/d 4.294.967.295
Signed Long Int 4 byte -2.147.438.648 s/d 2.147.438.647 Float 4 byte 1.2*10-38 s/d 3.4*10+38
Char variabelku; Char variabelku=0x20; Bit variabel_bit;
Bit variabel_bit=1;
Pada deklarasi variabel, [nilai_awal] bersifat operasional sehingga boleh diisi dan boleh tidak diisi. Nilai _awal merupakan nilai default variabel tersebut dan jika tidak diisi makan nilai defaultnya adalah 0 (nol). Beberapa variabel dengann tipe yang sama dapat dideklarisasikan dalam satu baris seperti contoh berikut :
Char data_a, data_b, data_c; Komentar
Komentar adalah tulisan yang tidak dianggap senbagai bagian dari tubuh program. Komentar dijelaskan utnuk memberikan penjelasan, imformasi ataupun keterangan-keterangan yang dapat membantu mempermudah untuk memahami kodeprogram baik bagi sipembuat program maupun bagi orang lain yang membacanya. Komentar yang hanya satu baris ditulis dengan diawali ‟//‟ sedangkan komentar yang lebih dari satu baris diawali dengan „/*‟ dann diakhiri dengan „*/‟.
2.4.3 CodeVision AVR
Code vision AVR merupakan salah satu software compiler yang khusus digunakan untuk mikrokontroller keluarga AVR. Meskipun code Vision AVR termasuk software komesial, namun kita tetap menggunakannya dengan mudah karena terdapat versi evaluasi yang disediakan secara gratis walaupun dengan kemampuan yang dibatasi. Dari beberapa software kompiler C yang pernah digunakan, CodeVision AVR merupakan yang terbaik jika dibandingkan dengan
kompiler-kompiler yang lain karena memiliki beberapa kelebihan yang memiliki oleh CodeVision AVR antara lain :
1. Menggunakan IDE (Integrated Devvelopment Environmet)
3. Mampu membangkitkann kode program secara otomatis dengan menggunakan fasilitas CodeWizard AVR
4. Memilik fasilitas untuk mendownload program langsing dari CodeVision
AVR dengan hardware khusus seperti Atmel STK, Kanda system
STK200+/300 dan hardware lain yang telah didefenisikan oleh
CodeVisionAVR
5. Memiliki fasilitas debugger sehingga dapat menggunakan software compiler lain untuk mengecek kode CodeVisionAVR
6. Memiliki terminal serial yang terintegrasi dalam CodeVisionAVR sehingga dapat digunakan untuk pengecekan program yang telah dibuat khususnya yang digunakan menggunakan fasilitas komunikasi serial USART (Andi, 2004).
2.5 Baling-Baling (Propeller)
Baling-baling adalah alat yang mengubah gerak putar menjadi daya dorong. Daya dorong inilah yang dimamfaatkan pesawat terbang dan kapal laut sebagai penghasil daya dorong utama. Pembahasan baling-baling ini dibatasi hanya pada parameter baling-baling yang digunakan dalam RC (Radio Control) aeromodelling.
Ada beberapa parameter penting yang dimiliki baling-baling pada RC
aeromodelling. Parameter-parameter ini bisa dijadikan pedoman untuk memilih baling-baling sesuai dengan kebutuhan.
1. Diameter dan pitch
disesuaikan dengan motor dan sumber daya yang digunakan. Biasanya produsen motor sudah memberikan spesifikasi baling-baling untuk motornya. 2. Jumlah bilah
Umumnya, jumlah bilah pada baling-baling RC aeromodelling adalah 2 bilah. Tetapi ada beberapa yang menggunakan 3 bilah dan 4 bilah. Semakin bany ak bilah pada baling-baling menyebabkan semakin banyak udara yang disapu sehingga menghasilkan daya dorong yang lebih besar. Biasanya penambahan jumlah bilah bertujuan untuk memperkecil diameter baling-baling, terutamanya untuk menghasilkan performa yang sama (dengan motor yang sama) pitch-nya harus dikurangi.
3. Arah putar
Dengan arah gaya dorong yang sama, baling-baling RC aeromodelling
memiliki dua jenis arah putaran searah jarum jam (CW, Clock Wise) dan berkebalikan arah jarum jam (CCW, Counter Clock Wise). Arah putar ini menentukan yawing moment yang dihasilkan dari baling-baling. Pada
quadcopter, dibutuhkan sepasang baling-baling CW dan CCW agar yawing moment saling menghasilkan (Daniel, 2012).
2.6 Sensor Accelerometer
2.6.1 Fitur-fitur Pada Accelerometer
Tabel 2.3 Jenis dan fitur sensor accelerometer
Device Accleleration (g) sensing Axis Sensitivity (mV/g) Frequency (Hz)
MMA7260Q 1.5/2/4/6 XYZ 800/600/300/200 350/150
MMA6261Q 1.5 XY 800 300
MMA6263Q 1.5 XY 800 900
MMA6233Q 10 XY 120 900
(Daniel, 2012) Sekarang marilah kita melihat lebih dekat pada fungsi sensor yang dapat dicapai melalui penggunaan acclerometer. Mulai dari hal yang memungkinkan pada pengukuran jatuh bebas. Besar g-range akan kira-kira sebesar +/- 1g (Astrom, 2006).
2.6.2 Parameter accelerometer
Ada beberapa parameter penting yang dimiliki accelerometer yang tersedia di pasar. Parameter ini penting untuk diperhatikan dalam memilih tipe
accelerometer untuk diaplikasikan dalam sebuah sistem. Ada beberapa parameter penting yang dimiliki accelerometer yang tersedia di pasar. Parameter ini penting untuk diperhatikan dalam memilih tipe accelerometer untuk diaplikasikan dalam sebuah sistem.
1. Jumlah Sumbu Pengukuran (axis)
seperti yang telah dibahas sebelumnya, bahwa jumlah sumbu pengukuran ini menentukan kapasitas accelerometer dalam mengukur besar dan arah percepatan.
2. Nilai Skala Penuh (full scale)
Nilai skala penuh merupakan percepatan maksimum yang akan diukur oleh accelerometer. Nilai skala penuh biasanya mempunyai jangkauan positif dan negatif. Parameter ini sangat penting untuk menentukan efektif tidaknya accelerometer yang akan dipilih terhadap aplikasi dimana
3. Antarmuka
Ada dua jenis sistem antarmuka accelerometer untuk berhubungan dengan unit pengolah, yaitu analog dan digital. Pada antarmuka analog, hasil pengukuran percepatan dipresentasikan dalam tegangan keluaran sedangkan pada antarmuka dgital percepatan hasil pengukuran dipresentasikan dengan data digital. Accelerometer dengan antarmuka digital menggunakan protokol komunikasi banyak dipakai dalam sistem benam seperti I2C(Inter- Integrated Circuit),SPI(Serial Peripheral Interface) dan PWM (Pulse Width Modulation). Di dalam akselerometer dengan keluaran data digital sudah terdapat ADC (Analog Digital Converter) internal sehingga tidak diperlukan lagi ADC tambahan.
4. Frekuensi cuplik
Besarnya frekuensi cuplik accelerometer merupakan kemampuan
accelerometer untuk memperbaharui data percepatan dalam periode waktu tertentu. Parameter ini penting untuk diperhitungkan pada aplikasi akselerometer untuk mengukur jarak atau navigasi (Daniel, 2012).
2.7 Motor BLDC (Brushless Direct Current)
Quadcopter membutuhkan penggerak berupa baling-baling yang diputar oleh motor. Spesifikasi yang harus dipenuhi oleh sistem gerak ini adalah torsi, efisiensi dan getaran yang ditimbulkan oleh berputarnya motor dan baling-baling.
Brushless Direct Current Motor atau biasa disebut BLDC adalah motor DC yang proses komutasinya tidak menggunakan sikat seperti motor DC pada umumnya. Dibandingkan dengan motor DC dengan sikat, BLDC memiliki beberapa kelebihan yaitu : efisiensi tinggi, kecepatan dan rotasi yang tinggi, respon dinamis yang tinggi, masa operasi yang panjang dan operasi tanpa noise. Sehingga dengan kelebihan-kelebihan tersebut, BLDC banyak digunakan pada aplikasi
motor BLDC memiliki 6 langkah komutasi. Setiap langkah komutasi melibatkan 2 kutub yang dieksitasi. Permasalahan yang timbul dalam menjalankan langkah-langkah komutasi yang harus dilakukan (Daniel, 2012).
Motor brushless merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar propeller. Pemilihan motor brushless ditekankan pada karakteristik motor brushless terebut yaitu dari revolution per minute (RPM), KV, motor, arus yang dikonsumsi, beirat motor daya angkat motor terhadap beban dan harga jual dari motor tersebut.
Gambar 2.1 Motor Brushless (www.scorpionsystem.com)
Penggunaan motor DC brushless dilakukan dengan pertimbangan bahwa unit motor DC brushless memiliki fitur sebagai berikut :
1. Memiliki efisiensi yang tinggi karena menggunakan rotor permanen magnet dan rugi- rugi sekunder yang kecil.
2. Inersia rotor dapat dikurangi, dan diperoleh respon kecepatan yang tinggi. 3. Karena efisiensinya tinggi memungkinkan mengurangi ukuran motor menjadi
lebih kecil
4. Fluktuasi kecepatan akibat perubahan beban kecil (Daniel, 2012).
2.8 Elektronika Speed Control
motor brushless (Chmelai, 2011). Bentuk ESC dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 2.2 Elektronika Speed Control (tyastech.blogspot.com)
2.9 Remote Control
Remote control merupakan bagian yang berinteraksi langsung dengan pengguna untuk memberikan sinyal perintah-perintah untuk menggerakkan robot dalam arah gerakan arah naik, turun, maju, mundur, kiri, kanan. Frekuensi yang digunakan sebagai media transmisi adalah gelombang radio. Pada kondisi outdoor pengguna frekuensi jika dibandingkan dengan menggunakan sinyal infrared sinar matahari sering memberikan gangguan terhadap sinyal infrared yang sangat mempengaruhi proses kendali, maka gelombang radio merupakan pilihan tepat. Selain itu pengguna gelombang radio mempunyai keunggulan dimana data yang dipancarkan dapat dikirim pada jarak yang cukup jauh bahkan dapat menembus halangan. Dalam perancangan ini jangkauan dibatasi sejauh 50 meter (Markus, 2010).
2.10 Wireless CCTV
Camera CCTV memang bermacam-macam. Diantaranya adalah wireless CCTV . Kamera wireless dengan ukuran super kecil serta mudah dipasang dimana saja.Wireless CCTV mempunyai ukuran yang kecil. Kameranya hanya mempunyai dimensi 3 x 3.5 cm dan dilengkapi dengan 6LED IR untuk aplikasi di
yang ada disekitar kamera tersebut.
Wireless CCTV mudah dipasang, tidak perlu bracket, cukup diletakkan saja atau ditempel. Kamera wireless yang satu ini juga dapat disamarkan dengan barang lainnya. Wireless CCTV ini mempunyai jangkauan yang cukup jauh. Jangkauan camera ke receiver kurang lebih 15 meter. Menggunakan gelombang radio 1,2 GHz.
Kelebihan menggunakan wireless CCTV :
- Mudah dipindah kemanapun yang kamu inginkan.
- Pemakaian daya kecil namun sensitif serta gampang untuk digunakan.
- Karena tanpa kabel, tidak akan terjadi resiko kabel dipotong dan putus (koneksi diputus).
- Lebih aman serta lebih tersembunyi sebab bentuk kamera sangat kecil. Ini otomatis akan memperkecil kemungkinan terjadinya pengerusakan pada kamera system (http ://www.tokoone.com/wireless-cctv/).
2.11 Pengukuran Sudut Kemiringan
keluarannya tidak linear, jadi fungsi sinus harus dipakai dalam persamaan. Sangat penting untuk dicatat bahwa karena keluaran tidak linear, orientasi pemasangan yang didapat sangat sensitif ketika akses penyensoran paralel dengan permukaan bumi (Anderson, 2005).
2.12 Mikrokontroller ATmega 328
2.12.1 Fitur Mikrokontroller ATmega 328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :
1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
2. 32 x 8-bit register serba guna.
3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
Gambar 2.4 Tampilan Architecture ATmega 328
(repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/35001/4/Chapter%20II.pdf)
2.12.2 Konfigurasi ATmega 328
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin ATmega 328
Gambar 2.6 Konfigurasi Port B
(repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/35001/4/Chapter%20II.pdf)
Gambar 2.7 Konfigurasi Port C
Gambar 2.8 Konfigurasi Port D
