jurnal-perancangan muatan roket sebagai sistem monitoring cuaca berbasis mikrokontroler dan visual...

Wijaya,et al., Perancangan Muatan Roket sebagai Sistem Monitoring Cuaca Berbasis Mikrokontroler dan Visual C#

PENDAHULUAN

Dalam mengembangkan teknologi roket di indonesia,Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat(Dit Litabmas), Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi(DIKTI) bekerja sama dengan Lembaga Penerbangan danAntariksa Nasional (LAPAN) telah menyelenggarakanKompetisi Muatan Roket Indonesia (KOMURINDO) tingkatperguruan tinggi. Kompetisi ini diadakan setiap tahun sejaktahun 2009. Pada KOMURINDO tahun 2010 bertemakantentang Homing Meteo Payload. Yang dimaksud denganHoming Meteo Payload adalah Payload Roket RUM (RoketUji Muatan) untuk mengukur parameter meteorologi yangmampu kembali ke HOME setelah roket diluncurkan dan

payload terpisah dari roket peluncur. Dalam kompetisi inipeserta wajib memiliki sensor kelembaban udara, suhuudara, tekanan udara, accelerometer dan kompas. Padakompetisi ini payload bersifat autonomus (self homepositioning) sekaligus dapat berkomunikasi dengan sistemkendali operator di ground segment [1].

Pada penelitian yang lain, dibuat sistem pendeteksiketinggian jarak jauh berbasis mikrokontroler. Piranti inimenggunakan dua buah sensor yang didesain untukmemperoleh data ketinggian pada roket uji muatan, yaituGlobal Positioning System (GPS) dan sensor tekanan. Selaindapat mendeteksi ketinggian, sistem ini juga dapatmengirimkan data ketinggian tersebut melalui radiofrekuensi ke penerima yang ada di stasiun pemantau. Pada

BERKALA SAINSTEK (2014, volume, nomor, halaman : dibiarkan kosong)

AbstrakPada KOMURINDO tahun 2010 muatan roket digunakan untuk mengukur parameter meteorologi. Pada muatan roket ini

wajib memiliki sensor kelembaban udara, sensor suhu udara, dan sensor tekanan udara. Pada penelitian sebelumnya, muatanroket digunakan sebagai pemantau kondisi gedung dengan parameter pengukuran berupa kelembaban, suhu dan tekananudara tanpa adanya pemantau sikap muatan roket. Dalam penelitian ini mengambil tema dari KOMURINDO 2010 yaitumuatan roket sebagai pengukur parameter meteorologi dan dapat memantau sikap muatan roket. Parameter cuaca yangdipantau adalah kelembaban udara (%RH), suhu udara ( C), dan tekanan udara (hPa). Selain itu payload dilengkapi dengansensor sikap pada sudut pitch, roll dan yaw. Semua data sensor akan diolah oleh mikrokontroler ATmega 128 dan dikirimkanke GCS (Ground Control Station) melalui modul wireless 915MHz dengan komunikasi serial. Semua data sensorditampilkan secara real time pada GCS dan dilengkapi dengan grafik hasil pemantauan. Jarak jangkau transmisi data darimuatan roket ke GCS kurang dari 200 meter pada kondisi horizontal. Data-data yang dikirim oleh payload dapat diterimaoleh GCS dengan kesalahan penerimaan data sebesar 5,43%. Secara keseluruhan dari hasil pengujian yang telah dilakukanpada sistem telemetri data cuaca dari muatan roket ke GCS memiliki tingkat keberhasilan lebih dari 90%.

Kata kunci : muatan roket, cuaca, mikrokontroler, wireless, Visual C#.

AbstractAt KOMURINDO In 2010 the rocket payload is used to measure meteorological parameters. This rocket payload shall

have a humidity sensor, air temperature sensor, and air pressure sensor. In previous research, the rocket payload is used tomonitoring the condition of the building as the measurement parameters such as humidity, temperature and air pressurewithout monitoring the attitude of the rocket payload. This research takes the theme from KOMURINDO 2010 that rocketpayload are as measuring meteorological parameters and to monitor the attitude of the rocket payload. Besides that theweather parameters are monitored which is humidity (% RH), air temperature ( C), and Air Pressure (hPa). All sensor datawill be processed by the microcontroller ATmega 128 and sent to the GCS (Ground Control Station) via 915MHz wirelessmodules with serial Communication. All sensors data are displayed in real time on the GCS and equipped with a graph ofthe monitoring results. Range of data transmission from the rocket payload to GCS less than 200 meters in the horizontalcondition. The data that transmitted by the payload can be received by the GCS with data reception error is 5.43%. Overallthe results of the testing that has been done at weather data telemetry system of the rocket payload to the GCS have thesucceed rate of more than 90%.

Keyword : payload, weather, microcontroller, wireless, Visual C#.

PERANCANGAN MUATAN ROKET SEBAGAI SISTEM MONITORINGCUACA BERBASIS MIKROKONTROLER DAN VISUAL C#

(DESIGN OF ROCKET PAYLOAD AS WEATHER MONITORING SYSTEM BASEDMICROCONTROLLER AND VISUAL C#)

1

Krisna Wahyu Wijaya, Sumardi, M. Agung Prawira Negara.Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember (UNEJ)

Jln. Kalimantan 37, Jember 68121E-mail: [email protected]


bagian penerima, data tersebut dapat ditampilkan pada PCmelalui program Visual Basic sehingga data yang diterimadapat dibaca dengan mudah [2].

Muatan roket (payload) memiliki banyak fungsi strategis,dengan mengacu pada penelitian-penelitian sebelumnyamaka pada penelitian ini akan diusulkan sebuah muatanroket yang digunakan untuk memantau cuaca dan pola gerakdari muatan roket tersebut. Dimana kondisi cuaca yang akandipantau yaitu tekanan udara, kelembaban, dan suhu. Sertauntuk memantau pola gerak berdasarkan arah gerak, gerakroll, pitch, dan yaw. Muatan roket akan dilengkapi denganbarometer, thermometer, higrometer, compass,accelerometer, dan gyroscope. Dalam menjalankan misinyapayload akan dilengkapi dengan parasut supaya dapatmelayang di udara selama mengambil data yang diperlukanserta dilengkapi dengan sistem penggerak menggunakanbaling-baling untuk mengatur pergerakannya supaya dapat

Gambar 1. Blok Diagram Perangkat Keras

Dari gambar 1, blok diagram perangkat keras diatas dapatdijelaskan Modul DHT11 merupakan perangkat keras untukmengukur suhu dan kelembaban udara. Modul DHT11 dapatberkomunikasi dengan mikrokontroler menggunakankomunikasi data 1wire. Modul GY-80 merupakan 10 DOFIMU sensor yang terdiri dari 3 axis accelerometer, 3 axisgyroscope, 3 axis magnetometer, dan barometer yang

berfungsi untuk mendeteksi sikap dari muatan roket terhadapsudut roll dan pitch serta arah muatan roket berdasarkanarah mata angin. Modul GY-80 dapat berkomunikasi denganmikrokontroler menggunakan komunikasi data I2C. Datadari sensor-sensor tersebut dikirimkan ke GCS melaluimodul wireless 915MHz menggunakan komunikasi dataUART0. Modul wireless 915MHz ini dapat berfungsisebagai pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) ataudapat disebut dengan wireless. Untuk data suhu, kelembabandan tekanan udara selain dikirimkan ke GCS, data tersebutjuga ditampilkan pada LCD 8x2 karakter untuk mengoreksidata cuaca sebelum payload diluncurkan. Untukmengendalikan arah gerak dari muatan roket ketikamelayang di udara dilakukan pengaturan kecepatan motorEDF menggunakan Rangkaian driver motor EDF. Untukpengaturan pergerakan motor EDF berdasarkan data darioperator yang diterima oleh muatan roket secara serial

Tabel 1. Konfigurasi antarmuka pada mikrokontroler.No. Hardware Keterangan Pin1 Sensor DHT11 PA.2 (1 wire)2 GY-80 (10 DOF IMU) PB.2 & PB.3 (I2C)3 Driver Motor Kiri PD.44 Driver Motor Kanan PD.15 BUZZER PD.06 LCD PB.0 & PE.2-77 Wireless 915MHz PE.0 dan PE.1 (UART0)


2


Modul GY-80 merupakan modul yang dilengkapi denganempat buah sensor yaitu 3 axis accelerometer ADXL345, 3axis gyroscope L3G4200D, 3 axis magnetometerHMC5883L, dan barometric pressure BMP085. Modul GY-80 merupakan inertial measurement unit (IMU) sensor.Modul ini berfungsi untuk memantau sikap dari muatanroket. Berikut adalah bentuk dari modul GY-80 yangditunjukan pada gambar 5.

Gambar 5. Sensor

Dimana:Altitude = Ketinggian dari permukaan air laut (meter)P = Tekanan udara yang diukur sensor ( Pa)Po= Tekanan udara pada permukaan air laut ( 1013,25 hPa )

Gambar 6. Grafik Hubungan Ketinggian dengan TekananUdara


3


(4)

Dimana:Heading = arah dari payload.Xh = nilai medan magnetik pada arah sumbu x.Yh = nilai medan magnetik pada arah sumbu y.

sebelumnya merupakan tahapan perancangan untukperangkat keras Untuk perancangan perangkat lunak dapatdilihat pada blok diagram sistem pada gambar 9 yang terdiridari dua blok yaitu blok perangkat lunak muatan roket danblok perangkat lunak aplikasi Ground Control Station(GCS).

dengan data A, perintah belok kiri dengan data C danperintah berhenti dengan data D. Selama perintah darioperator masih ON maka muatan roket akan bekerja terus.Ketika muatan roket mendapatkan perintah OFF makamuatan roket akan menghentikan pengiriman data-datasensor tersebut.

Berdasarkan gambar 9 dan gambar 11 dapat dijelaskanperancangan perangkat lunak pada Ground Control Stationsebagai berikut. Aplikasi GCS akan memproses data serialdari mikrokontroler yang dikirim melalui modul wireless915MHz. data serial ini akan dibaca header data terlebihdahulu apakah header data adalah kww jika header datatidak sama maka koneksi akan reset. Setelah header datayang diterima adalah kww maka aplikasi akan melanjutkan


4


pembacaan data sebanyak 7 data dengan dipisahkan spasi.Tujuh data tersebut yaitu suhu, kelembaban, sudut pitch,sudut roll, kompas, tekanan udara, dan ketinggian. Data-datatersebut akan disimpan pada masing-masing variabel datayang sudah dideklarasikan terlebih dahulu. Setelah selesaimembaca satu kiriman data dari muatan roket secaraotomatis data-data tersebut akan disimpan pada data loggerberupa file text (.txt). Data-data yang diterima akan diproseskembali untuk ditampilkan pada masing-masing modul

PEMBAHASAN

Tujuan dari penelitian ini adalah Merancang kontrolmuatan roket yang dapat memantau kondisi cuaca dan sikapmuatan roket menggunakan mikrokontroler ATmega 128yang dilengkapi dengan sistem data telemetri kondisi cuacadan sikap muatan roket dari muatan roket ke komputer danmerancang aplikasi pengolah data hasil monitoringmenggunakan Visual C#.

Untuk mengetahui kinerja dari sistem yang telah dibuatmaka dilakukan pengujian yang pertama yaitu pengujiansistem pemantau parameter cuaca yang terdiri dari suhu,kelembaban dan tekanan udara. Gambar 13 menunjukangrafik hasil pemantauan kelembaban udara pada siang haridan malam hari

Gambar 13. Grafik hubungan kelembaban udara dengan waktu

sensor kelembaban dapat bekerja dengan baik.Pada gambar 14 merupakan grafik hubungan antara suhu

udara dengan waktu. Pada gambar 14 terdapat dua grafikhasil pengukuran sensor suhu udara dimana grafik yangberwarna biru merupakan hasil pengujian sensor suhu udarapada siang hari sedangkan grafik yang berwarna merahmerupakan hasil pengujian sensor suhu udara pada malamhari. Dari gambar 14 dapat diketahui bahwa suhu udara padasaat malam hari lebih stabil dengan rata-rata suhunya sebesar24,8 C. Sedangkan suhu udara pada siang hari tidak stabil.Dari gambar 14 dapat diketahui bahwa suhu udara pada saatsiang hari mengalami perubahan antara 36C sampai 42Ckondisi ini dipengaruhi oleh awan. Dimana pada saat kondisilangit di atas payload berawan maka suhu udara di sekitarpayload akan turun hingga 36C. Sedangkan pada saatkondisi langit di atas payload tidak berawan maka suhuudara di sekitar payload akan naik hingga 42C. dari hasil


5


monitoring selam 60 menit didapatkan rata-rata suhu udarapada siang hari sebesar 38,75C.

Pada gambar 15 merupakan hasil pengujian dari sensortekanan udara. Pada gambar 15 terdapat dua buah grafikhasil pengujian yaitu dengan warna merah untuk hasilpengujian pada malam hari dan untuk warna biru merupakanhasil pengujian pada saat siang hari. Dari gambar 15 dapatdiketahui bahwa terdapat perbedaan tekanan udara yangcukup tinggi. Pada saat malam hari tekanan udara lebihbesar dari pada siang hari dimana didapatkan data rata-ratatekanan udaranya sebesar 99615,1 Pa. Sedangkan pada saat

Gambar 17. Sudut dari sensor 3 axis accelerometer

Untuk mencari besarnya sudut yaw maka digunakan datadari sensor 3 axis magnetometer. Berikut data hasilpengujian untuk sensor 3 axis magnetometer yangditunjukan pada gambar 18.

Gambar 18. Hasil pengujian sensor 3 axis magnetometer

Berdasarkan data dari gambar 18 untuk mencari sudut yawatau arah mata angin menggunakan sensor 3 axismagnetometer maka digunakan rumus dari persamaan (4)dengan hasil sudut yaw atau kompas ditunjukan padagambar 19.

Gambar 19. Sudut kompas

Tabel 2. Hasil pengujian daya jangkau wireless 915MHzJarak

(meter)Mengirim Data(Muatan Roket)

Menerima Data(GCS)

Keterangan Keterangan20 berhasil berhasil40 berhasil berhasil60 berhasil berhasil80 berhasil berhasil

100 berhasil berhasil120 berhasil berhasil140 berhasil berhasil160 berhasil berhasil180 berhasil berhasil200 gagal gagal


6


Pengujian yang dilakukan pada sistem data telemetriberupa pengujian daya jangkau yang ditunjukkan pada tabel2. Dari data pengujian yang ditampilkan pada tabel 2 dapatdiketahui daya jangkau dari modul wireless agar dapatberkomunikasi pada kondisi horizontal dengan halangangedung yaitu kurang dari 200 meter. Ketika lebih dari 200meter maka komunikasi antar modul wireless akan terputus.

Pengujian yang keempat adalah pengujian keseluruhansistem. Pada pengujian ini dilakukan uji pengambilan datacuaca oleh muatan roket dengan meluncurkan roket darilantai 3 gedung C Fakultas Teknik. Pada saat muatan roketmenjalankan misinya maka data-data sensor akan diolahGCS dan menampilkannya pada display masing-masing datasecara real time.

12 kww 30 28 -26 4 273 99576 14673 Peluncuran Data Benar13 kww 30 28 -21 6 283 99576 14665 Peluncuran Data Benar14 kww 30 28 -15 10 298 99577 14656 Peluncuran Data Benar15 kww 30 28 -9 14 311 99578 14648 Peluncuran Data Benar16 kww 30 28 -6 17 321 99579 14648 Peluncuran Data Benar17 kww 30 28 -9 22 314 99579 14656 Peluncuran Data Benar18 kww 30 27 2 29 283 99575 14690 Peluncuran Data Benar19 kww 30 27 2 31 312 99573 14699 Peluncuran Data Benar20 kww 30 27 -3 30 237 99571 14724 Peluncuran Data Benar21 kww 30 27 -8 28 212 99568 14758 Peluncuran Data Benar22 kww 30 27 -15 26 272 99564 14792 Peluncuran Data Benar23 kww 30 27 -21 24 328 99559 14835 Peluncuran Data Benar24 kww 30 28 -26 25 324 99555 14867 Peluncuran Data Benar25 kww 30 28 -30 26 332 99551 14902 Peluncuran Data Benar26 kww 30 28 -37 27 347 99546 14944 Peluncuran Data Benar27 kww 30 28 -52 25 359 99543 14960 Peluncuran Data Benar28 kww 30 28 -52 16 193 99542 14944 Peluncuran Data Benar29 kww 30 28 -49 -4 328 99545 14935 Peluncuran Data Benar30 kww 30 27 -40 -6 284 99545 14919 Peluncuran Data Benar

Tabel 3. Data hasil pengujian (lanjutan)NO Data Logger Kondisi Keterangan31 kww 30 27 -38 -8 286 99550 14876 Melayang Data Benar32 kww 30 27 -36 -8 258 99554 14842 Melayang Data Benar33 kww 30 27 -32 -8 231 99558 14800 Melayang Data Benar34 kww 30 27 -28 -6 213 99564 14749 Melayang Data Benar35 kww 30 27 -23 -4 182 99569 14716 Melayang Data Benar36 kww 30 28 -18 -2 165 99574 14656 Melayang Data Benar37 kww 30 28 -13 -1 148 99581 14614 Melayang Data Benar38 kww 30 28 -9 -2 66 99586 14556 Melayang Data Benar39 kww 30 27 -7 -2 113 99593 14505 Melayang Data Benar40 kww 30 27 -5 -1 59 99598 14462 Melayang Data Benar41 kww 30 27 -3 -1 57 99604 14421 Melayang Data Benar42 kww 30 27 -2 -1 58 99609 14378 Melayang Data Benar43 kww 30 27 0 -1 54 99614 14319 Melayang Data Benar44 kww 30 27 1 -2 52 99620 14278 Melayang Data Benar

Melayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data SalahMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data SalahMelayang Data SalahMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data SalahMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data BenarMelayang Data Benar

80 kww 30 27 54 -53 326 99718 13467 Melayang Data Benar81 kww 30 27 54 -53 326 99719 13467 Melayang Data Benar82 kww 30 27 54 -53 326 99719 13458 Mendarat Data Benar83 kww 30 27 54 -53 326 99720 13458 Mendarat Data Benar84 kww 30 27 54 -53 326 99720 13458 Mendarat Data Benar85 kww 30 27 54 -52 326 99720 13458 Mendarat Data Benar86 kww 30 27 54 -52 326 99720 13450 Mendarat Data Benar87 13458 Mendarat Data Salah88 kww 30 27 54 -52 326 99720 13458 Mendarat Data Benar89 kww 30 27 54 -52 326 99720 13458 Mendarat Data Benar90 kww 30 27 54 -52 326 99720 13458 Mendarat Data Benar91 kww 30 27 54 -52 326 99720 13458 Mendarat Data Benar92 kww 30 27 54 -52 326 99720 13458 Mendarat Data Benar

Error Persen Kesalahan penerimaan data 5,43%


7


Tabel 3 merupakan data hasil pengujian keseluruhan.Dimana data tersebut merupakan data logger hasil pengujianyang disimpan dalam bentuk file text (.txt). Dari data loggernomor 1 diketahui data yang diterima adalah kww 30 28-32 -3 260 99575 14673. untuk menampilkan data-datatersebut di GCS maka perlu dialukan pemisahan data denganurutan sebagai berikut:1. kww = merupakan header data. jika header data sesuai

maka data selanjutkan akan diproses selain itu data tidakakan diproses.

2. 30 = data kedua ini merupakan data dari sensor suhu.Berdasarkan data tersebut, suhu yang ditampilkan padaGCS sebesar 30 C.

3. 28 = data ketiga ini merupakan data dari sensorkelembaban. Berdasarkan data tersebut, kelembabanudara yang ditampilkan pada GCS sebesar 28 %RH.

4. -32 = data keempat ini merupakan data sudut pitch.Berdasarkan data tersebut, sudut pitch yang ditampilkanpada GCS sebesar -32 (derajat).

5. -3 = data kelima ini merupakan data sudut roll.Berdasarkan data tersebut, sudut roll yang ditampilkanpada GCS sebesar -3 (derajat).

6. 260 = data keenam ini merupakan data sudut kompas.Berdasarkan data tersebut, sudut kompas yangditampilkan pada GCS sebesar 260 (derajat).

7. 99575 = data ketujuh ini merupakan data tekanan udara.Berdasarkan data tersebut, tekanan udara yangditampilkan pada GCS sebesar 995,75 hPa.

8. 14673 = data kedelapan ini merupakan data ketinggian.Berdasarkan data tersebut, ketinggian yang ditampilkanpada GCS sebesar 14673 m (meter).

Berdasarkan data hasil pengujian pada tabel 3 dapatdiketahui bahwa terdapat kesalahan pembacaan data olehGCS sebanya lima kali. Dengan demikian dapat diketahuibahwa kesahalan penerimaan data oleh GCS sebesar 5,45 %.Secara keseluruhan sistem monitoring cuaca berbasismikrokontroler dan visual C# ini bekerja dengan baik dengantingkat keberhasilan lebih dari 90 %.

KESIMPULAN

Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan daripenelitian dengan judul Perancangan Muatan Roket sebagaiSistem Monitoring Cuaca Berbasis Mikrokontroler danVisual C# maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagaiberikut. Berdasarkan data pengujian parameter cuaca, sensorsuhu, kelembaban dan tekanan udara yang digunakanberfungsi dengan baik dengan rata-rata nilai pengukuranparameter cuaca siang hari, suhu 38,75 C , kelembaban26,95 %RH, tekanan udara 995,7 hPa dan pada malam hari,suhu 24,8 C, kelembaban 52,93 %RH, tekanan udara996,15 hPa. Berdasarkan data tabel pengujian daya jangkauwireless 915MHz, dapat diketahui bahwa sistem telemetriakan bekerja dengan baik pada jarak kurang dari 200 meterpada kondisi horizontal. Berdasarkan data logger hasilpengujian, dapat diketahui kesalahan penerimaan data olehaplikasi Ground Control Station (GCS) sebesar 5,43%.

Sedangkan saran yang dapat diberikan oleh penulis untukpengembangan penelitian ini yaitu penggunaan aplikasi

attitude monitoring disarankan mengunakan software yangdapat rendering gambar yang sangat cepat. Untukmenyetabilkan dan mempercepat respon dari attitudemonitoring disarankan data sensor accelerometerdigabungkan dengan sensor gyroscope. Untuk pengujianpayload langsung menggunakan Roket Uji Muatan (RUM)yang sebenarnya supaya data yang didapat sesuai denganyang diharapkan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim, 2010, Buku Panduan Kompetisi Roket IndonesiaKORINDO 2010, Jakarta : DIKTI.

[2] Rhamdani,Gelar Kharisma, 2011, Sistem Pendeteksi KetinggianMuatan Roket Berbasis Mikrokontroler, Bandung: UniversitasKristen Maranatha.

[3] Anonim, 2011, Data Sheet BMP085 Digital Pressure Sensor,Germany : Bosh Sensortec.

[4] Anonim, 2010, Tilt measurement using a low-g 3 AxisAccelerometer, Aplication Note from STMicroelectronics.

[5] Micheael J, dan Caruso, Aplications of Magnetoresitive Sensors inNavigation Systems, Honeywell Inc.


8

jurnal-perancangan muatan roket sebagai sistem monitoring cuaca berbasis mikrokontroler dan visual...

Documents