PERANCANGAN AUTONOMOUS PAYLOAD BERBASIS GPS DAN MIKROKONTROLER PICAXE-40X2 (STUDI KASUS KORINDO 2010
Subhan Rohiman 1), Agus Mulyana 2), Universitas Komputer Indonesia, [email protected]
1) Mahasiswa Teknik Komputer 2) Dosen Teknik Komputer
Abstrak
Masalah pada pengendalian sebuah muatan roket adalah bagaiamana sebuah muatan roket dapat mengendalikan dirinya secara otomatis. Pengendalian tersebut tidak akan tercapai tanpa adanya nilai untuk dijadikan acuan. Untuk mendapatkan sebuah nilai untuk dijadikan acuan pada muatan roket harus dilengkapi dengan sensor. Dari permasalahan ini, maka diperlukan adanya suatu metode pengendalian muatan roket dengan sistem jarak jauh, dilengkapi dengan pendeteksian lokasi koordinat. Sistem ini memakai GPS dan mikrokontroler PICAXE-X2, sehingga lokasi bisa diketahui. Diharapkan sistem ini dapat membantu mengendalikan sebuah muatan roket secara otomatis sehingga muatan roket dapat sampai ke tempat yang dituju. Hasil yang diinginkan adalah membangun sitem kendali otomatis muatan roket yang mampu sampai ke tempat tujuan yang telah ditentukan.
Kata kunci: muatan roket, kendali otomatis, GPS
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Roket merupakan suatu pesawat antariksa yang sering digunakan untuk tujuan khusus tertentu. Sebuah roket ini memiliki makna yang strategis. Apabila suatu negara memiliki suatu teknologi roket maka negara tersebut bisa disebut negara berkembang, dan negara tersebut bisa disegani oleh negara lain.
Dalam sebuah teknologi roket saat ini perkembangannya sangat pesat. Sebuah roket bisa disebut modern dan baik apabila di dalamnya terdapat suatu muatan yang sering dinamakan dengan payload.
Payload ini tidak hanya payload biasa seperti halnya barang yang tidak bisa memberikan keuntungan apapun, tetapi dengan adanya payload ini sebuah roket diharapkan dapat memberikan suatu informasi yang bisa menguntungkan bagi penggunanya. Apabila suatu roket di isi
dengan muatan yang baik, maka roket ini dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Suatu roket yang berisi payload untuk bisa disebut modern dan bisa memberikan suatu informasi yang memusaskan, alangkah baiknya sebuah payload tersebut bisa dikendalikan secara otomatis dan manual. Untuk melakukan hal tersebut maka dibutuhkan suatu kemampuan dan pemahaman teknologi, maka dibutuhkan SDM yang terpelajar, dan hal ini bisa mendorong dunia pendidikan di Negara Indonesia untuk lebih maju.
Dengan adanya masalah tersebut bisa digunakan sebuah hardware, pengendali yang dapat digunakan yaitu “Autonomous payload berbasis GPS dan Mikrokontroler PICAXE-40X2” yang dapat mengontrol pergerakan payload dan berkomunikasi jarak jauh.
Masalah yang akan dibahas adalah bagaimana merancang, membaca data, mengolah data, mengendalikan dan mengirimkan informasi ke ground segment, menggunakan mikrokontroler PICAXE-40X2 sebagai unit kontrolnya. Masalah yang dibahas difokuskan pada perancangan dan pengendalian payload tersebut.
2. LANDASAN TEORI
Dalam mentransmisikan data ada tiga macam metode transmisi data, ketiga metode tersebut adalah :
2.1 Simplex
a) Sinyal ditransmisi dalam satu arah b) Stasiun yang satu bertindak sebagai
b) Dua arah pada waktu yang sama.
2.4 Pengertian GPS
GPS adalah singkatan dari Global Positioning System yang merupakan sistem untuk menentukan posisi dan navigasi secara global dengan menggunakan satelit. Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika yang digunakan untuk kepentingan militer maupun sipil (survey dan pemetaan).
Sistem GPS yang nama aslinya adalah NAVSTAR GPS (Navigation Satelit Timming and Ranging Global Positioning system), mempunyai tiga segmen yaitu: satelit, pengontrol dan penerima/pengguna. Satelit GPS yang mengorbit bumi, dengan orbit dan kedudukan yang tetap, seluruhnya berjumlah 24 buah dimana 21 buah aktif bekerja dan 3 buah sisanya adalah cadangan.
2.5 Penentuan Posisi Dengan GPS
Pada dasarnya penentuan posisi dengan GPS adalah pengukuran jarak secara bersama-sama ke beberapa satelit (yang koordinatnya telah diketahui) sekaligus. Untuk menentukan suatu titik dibumi, receiver setidaknya membutuhkan 4 satelit yang dapat ditangkap sinyalnya dengan baik. Secara default posisi atau koordinat yang diperoleh bereferensi ke global datumyaitu World Geodetic System.
Secara garis besar penentuan posisi dengan GPS ini dibagi menjadi dua metode yaitu metode absolut dan metode relatif. a) Metode absolut atau juga dikenal
sebagai point positioning, menentukan posisi hanya berdasarkan pada 1 pesawat penerima (receiver) saja. Ketelitian posisi dalam beberapa meter (tidak berketelitian tinggi) dan umumnya hanya diperuntukan bagi keperluan navigasi.
b) Metode relatif atau sering disebut
differential positioning, menentukan posisi dengan menggunakan lebih dari sebuah receiver. Satu GPS dipasang pada lokasi tertentu dimuka bumi dan secara terus menerus menerima sinyal dari satelit dalam jangka waktu tertentu dijadikan sebagai referensi bagi yang lainya. Metode ini mnghasilkan posisi berketelitian tinggi dan diaplikasikan untuk keperluan survey geodesi ataupun pemetaan yang memerlukan ketelitian tinggi.
Pengenalan tentang sistem koordinat sangat penting agar dapat menggunakan GPS secara optimum. Setidaknya ada dua klasifikasi tentang sistem koordinat yang dipakai oleh GPS maupun dalam pemetaan yaitu: sistem koordinat global yang biasa disebut sebagai koordinat geografi dan sistem koordinat di dalam proyeksi.
a) Koordinat goegrafi diukur dalam lintang dan bujur dalam besaran derajat desimal, derajat menit desimal, atau derajat menit detik. Lintang diukur terhadap equator sebagai titik nol (00 sampai 900 positif kearah utara dan 00 sampai 900 negatif kearah selatan).
merupakan koordinat yang dipakai pada sistem proyeksi tertentu. Umumnya berkaitan erat dengan sistem proyeksinya, walaupun adakalanya digunakan koordinat geografi dalam bidang proyeksi. Beberapa sistem pemilihan proyeksi umumnya didasarkan pada tujuan peta yang akan dibuat. Dari beberapa sistem proyeksi tersebut, proyeksi transverse merkator dan universal transverse merkator lah yang banyak digunakan di Indonesia.
Membicarakan sistem koordinat dalam menentukan elevasi (peta topografi) ataupun kedalaman (peta bimetri). merupakan suatu badan yang menerbitkan spesifikasi yang mendeskripsikan berbagai pentransmisian sistem informasi GPS dari
receiver ke hardware yang berfungsi sebagai input dari posisi dan merupakan
realtime untuk navigasi dibidang kelautan. Salah satu aplikasi protokol ini adalah pada komunikasi data GPS.
Parameter yang digunakan oleh protokol ini adalah sebagai berikut :
a. Baudrate : 4800 dari satelit dan mengirimkannya ke bagian keluaran dengan format data yang beragam. Setiap data yang dikirimkan oleh GPS mengacu pada standar NMEA 0183. NMEA 0183 adalah standar kalimat laporan yang dikeluarkan oleh GPS
receiver, standar NMEA memiliki banyak jenis bentuk kalimat laporan diantaranya yang paling penting adalah koordinat lintang (latitude), bujur (longitude), ketinggian (altitude), waktu sekarang standar UTC (UTC Time) dan kecepatan (speed over ground).
Berikut ini adalah jenis kalimat NMEA 0183:
b) $GPGLL (Geographic – Latitude/Longitude)
c) $GPGSA (GNSS DOP and Aktive Satelites)
d) $GPGSV (GNSS Satelite In View) e) $GPRMC (Recommended Minimum
Specific GNSS Data)
f) $GPVTG (Course Over Ground and Ground Speed)
Setiap data di awali dengan karakter “$” dan diakhiri dengan <CR><LF>. Pada prakteknya tidak semua data dengan header ini diambil, hanya yang menyangkut waktu, garis lintang dan garis bujur untuk posisi pengguna.
3. PERANCANGAN
Gambar 3.1 Diagram blok system
3.1 Perancangan Mekanik Bentuk
Untuk bisa bekerja secara maksimal, sebuah payload harus mempunyai bentuk struktur mekanik yang sesuai dengan medan yang akan dilalui. Maka dari itu penulis akan membuat bentuk payload sesuai dengan kebutuhan. Adapun gambar mekanik yang penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.2 Desain payload 2D
Dimensi
Adapun untuk ukuran atau dimensi payload, penulis mengacu kepada ketentuan ukuran standar payload. Adapun ukuran yang telah ditentukan tersebut adalah:
Tinggi : 200 mm (20 cm) Diameter : 100 mm (10 cm) Berat : 1000 gr ± 1
Bahan Mekanik dan Desain 3D
Untuk pemakaian bahan penulis merancang payload dari bahan teplon dan alumunium. Karena kedua bahan tersebut memiliki daya tahan yang kuat, memiliki berat masa yang ringan dan tahan terhadap magnet. Sehingga tidak akan mengganggu kerja sensor yang nantinya akan mempengaruhi pergerakan payload. Adapun untuk gambar 3 dimensi payload yang dirancang adalah sebagai berikut:
Gambar 3.3 Desain payload 3D
3.2 Rangkaian Sistem Minimum
Gambar 3.4 Rangkaian sistem minimum
3.3 Perancangan Software
Algoritma Payload Secara Umum Perancangan algoritma merupakan salah satu tahap penting dalam perancangan sistem kendali ini. Maka dari itu penulis membuat rancangan algoritma secara umum untuk mengendalikan payload. Adapun rancangan algoritma yang telah penulis buat adalah sebagai berikut:
Gambar 3.5 Flowchart kerja secara umum
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.1 Penjelasan flowchart kerja payload secara umum
Indeks Keterangan
A Memulai awal program.
B Kondisi payload menunggu perintah
C Pemeriksaan data yang masuk adalahbenar
D Pemanggilan prosedur aktif sistem kendali payload
E Akhir dari sistem kendali payload
Algoritma Pengendalian Payload
Supaya dalam pengendalian payload
dapat terkendali maka dibutuhkan sebuah algoritma, sebuah algoritmanya pun harus tepat dan mengikuti aturan. Dibawah ini contoh algoritma pengendalian payload
secara umum.
Gambar 3.6 Flowchart prosedur sistem payload
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.2 Penjelasan flowchart prosedur sistem payload
Indeks Keterangan
A Awal dari prosedur
B Proses pemeriksaan kondisi sparasi
C Penyeleksian kondisi sparasi
D Pemanggilan prosedur baca posisi
E Penerimaan data set point dari ground segment
F Pembacaab arah saat ini oleh sensor kompas
G Pemanggilan prosedur pengendalian payload
H Penyeleksian kondisi arah saat ini dan tujuan
I Pendorong payload aktif
J Pemanggilan prosedur kendali payload
L Kembali ke sistem utama
Gamba 3.7. Flowchart prosedur baca posisi
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.3 Penjelasan flowchart prosedur baca posisi
Indeks Keterangan
A Awal dari prosedur
B Kondisi serial dari GPSpayload menunggu data
C Pemeriksaan data yang masuk dengan header “GPRMC”
D Penyimpanan data ke variable
E Pengiriman data ke ground segment
F Kembali ke sub system
Gambar 3.8 Flowchart prosedur kendali payload
Adapun keterangan dari flowchart
diatas adalah sebagai berikut:
Tabel 3.4 Penjelasan flowchart prosedur kendali payload
Indeks Keterangan
A Awal dari prosedur
B Pembacaan arah payload saat ini
C Pengecekan kondisi jika arah lebih besar dari set point
D Pergerakan motor
E Pengecekan kondisi jika arah lebih kecil dari set point
F Pergerakan motor
G Pengecekan kondisi jika arah sama dengan dari set point
H Pergerakan motor
I Kembali ke sub system
4. PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian Hardware Secara Modular Adapun hal-hal yang dilakukan dalam pengujian hardware secara modular adalah sebagai beikut:
A. Pengujian GPS
Pengujian GPS dilakukan untuk memastikan bahwa GPS telah bekerja dengan baik, karena hal ini akan mempengaruhi pada pergerakan payload
karena jika pembacaan data dari GPS error
maka pergerakan payload tidak dapat diketahui posisinya dengan benar. Data hasil dari pengujian GPS adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1 Data hasil pengujian GPS
Lokasi Latitude Longitude Cuaca Dipati
Ukur 0653.1991 10736.9119 Cerah Dipati
Ukur
0653.198 9
10736.912 0
Mendun g Dipati
Ukur - - Hujan
Taman
Sari 0653.7903 10736.5199 Cerah Taman
Sari 0653.7921 10736.5196 Mendung Taman
Sari - - Hujan
u 8 4 Gasib
u 0654.0010 10737.1226 Mendung Dago 0651.802
2 10737.1369 Mendung
B. Pengujian Kompas HM55B
Pengujian sensor kompas dilakukan untuk memastikan bahwa kompas telah bekerja dengan baik, karena hal ini akan mempengaruhi pada pergerakan payload karena jika pembacaan data dari kompas error maka pergerakan payload tidak akan sempurna dan sulit untuk dikendalikan. Data hasil dari pengujian kompas adalah sebagai berikut:
Tabel 4.2 Data hasil pengujian sensor kompas memberikan supply daya ke berbagai blok sistem rangkaian sesuai kebutuhan, pengujian dilakukan dengan mengukur output pada IC regulator menggunkan alat ukur multimeter, adapun data hasil pengujian catu daya adalah sebagai berikut:
Tabel 4.7 Data hasil pengujian catu daya
IC
regulator Input(V) Output(V) Kondisi
LM7805
Gambar 4.1. Rangkaian catu daya 5V dan 9V
4.2 Analisa auotonomous payload
Dari hasil pengambilan data GPS, maka data tersebut bisa dijadikan acuan untuk autonomous payload. Dengan dilakukan perhitungan matematis maka data tersebut akan menghasilkan sebuah arah sudut tujuan yang akan dituju serta dapat mengetahui letak payload tersebut.
Adapun analisa perhitungan matematis berdasarkan data GPS tersebut adalah sebagai berikut:
Gambar 4.2. Penentuan sudut pada autonomous payload
X2−X1=Y2−Y1
107.40−107.63=6.60−6.5 3
−0.23=0.0 7
r2=x2+y2
r2=−0.232+0.072
r2=0,0529+0,0049
r=√0,057 8 r=0,24 sinα=0,23
0,24
sinα=0,9 6
α=73, 4
Hasil dari perhitungan diatas dihasilkan
–x dan y artinya sudut diatas berada pada kuadran IV. Jadi untuk mendapatkan sudut yang tepat maka dilakukan perhitungan sebagai berikut:
sudutSP=360−73, 4
sudutSP=286,6
Data diatas merupakan data sudut untuk menjadi acuan setpoint untuk pergerakan payload menuju tujuan.
5. KESIMPULAN
Simpulan
Berdasarkan uji coba dan analisis sistem yang telah dilaksanakan, maka dapat diperoleh beberapa simpulan, diantaranya: 1. Telah berhasil dibuat autonomous
payload berbasis GPS yang bisa menentukan arah tujuan.
2. Pencarian sudut yang telah ditentukan mengacu pada kompas digital untuk mengetahui arah sudut payload.
Saran
Hasil penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan dan memiliki banyak kekurangan, karena itu perlu dilakukan studi lebih lanjut dalam proses perancangan untuk menghasilkan kontrol otomatis yang handal. Adapun saran-saran dari penulis yang dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam penelitian autonomous payload berbasis GPS .
1. Perbaikan pada desain mekanik supaya tidak terbatas dalam dimensi yang telah ditentukan.
2. Pada pengolahan data GPS untuk
autonomous payload baiknya bisa
diproses langsung dalam
mikroprosesor.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Varberg, Dale., Purcell, Edwin J., & Rigdon, Steven E., (2003). Kalkulus Edisi 8. Jakarta: Erlangga.
[2] Setiawan, Iwan., (2008). Kontrol PID untuk Proses Industri. Jakarta: PT.Gramedia.
[3] Suhata, ST., (2004). VB Sebagai Pusat Kendali Peralatan Elektronik.
Jakarta: PT. Elex Media Komputindo. [4] Webmaster. (2005). The GPRMC Sentence. Diakses tanggal 4 juli 2011,dari
