perancangan dan analisis otomasi sistem kendali quadcopter melalui koordinat dengan global...

7/14/2019 PERANCANGAN DAN ANALISIS OTOMASI SISTEM KENDALI QUADCOPTER MELALUI KOORDINAT DENGAN GLOBAL POSI

1/87

i

PERANCANGAN DAN ANALISIS OTOMASI SISTEM

KENDALI QUADCOPTER MELALUI

KOORDINAT DENGANGLOBAL POSITIONING SYSTEM TRACKER

Design and Analysis of Quadcopter Control System Automation

Coordinate with Global Positioning System Tracker

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada Fakultas Elektro dan Komunikasi Institut Teknologi Telkom

Oleh :

GHANI AKBAR HABIBIE

111118031

FAKULTAS ELEKTRO DAN KOMUNIKASI

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM

BANDUNG

2013


2/87

ii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN DAN ANALISIS OTOMASI SISTEM

KENDALI QUADCOPTER MELALUI KOORDINAT

DENGAN GLOBAL POSITIONING SYSTEM TRACKER

Design and Analysis of Quadcopter Control System Automation

Coordinate with Global Positioning System Tracker

GHANI AKBAR HABIBIE

111118031

Telah disetujui dan disahkan sebagai Tugas Akhir

Program Sl Teknik Telekomunikasi Fakultas Elektro dan KomunikasiInstitut Teknologi Telkom

Pembimbing I Pembimbing II

M. Sarwoko,Ir., M.Sc.

NIP: 09440560-3

Agung Nugroho Jati, ST., MT.

NIP: 10880616-3


3/87

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

NAMA : GHANI AKBAR HABIBIE

NIM : 111118031

ALAMAT : Jl. Godean Km.10 Gang Manyar RT 03/03 Sentul

Sidoagung Godean Sleman Yogyakarta

NO TELPON : 085729251829

EMAIL : [email protected]

Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini merupakan karya orisinal saya sendiri,

dengan judul :

PERANCANGAN DAN ANAL ISIS OTOMASI SISTEM

KENDALI QUADCOPTER MELALUI KOORDINAT

DENGAN GLOBAL POSITIONING SYSTEM TRACKER

Design and Analysis of Quadcopter Control System Automation Coordinate

with Global Positioning System Tracker

Atas pernyataan ini, saya siap menanggung resiko/sanksi yang

dijatuhkan kepada saya apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran

terhadap kejujuran akademik atau etika keilmuan dalam karya ini, atau

ditemukan bukti yang menunjukkan ketidakaslian karya ini.

Bandung, 14 Februari 2013

Ghani Akbar Habibie

111118031
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


4/87

iv

ABSTRACT

Quadcopter was one of UAV (Unmaned Aerial Vehicle) the multi-rotor

in the technological surface aeromodelling that had the free movement in air

used four brushless the motor. UAV this was equipped by the censor gyro

and the other censor as stabilizer flew the aircraft. Quadcopter that was

supplemented with GPS (Global Positioning System) equipment could be

made use of as the search implement for the target was based on the co-

ordinate that was determined in an autonomous manner. Because of that must

be carried out by the integration between the movement of the aircraft and

the calculation system of the GPS co-ordinate, so as the aircraft could move

in an aoutonomous manner headed the co-ordinate that was meant.

In the task of this end, the writer analysed a movement system

quadcopter with GPS equipment in the aspect of height accuracy, the co-

ordinate accuracy, CEP (Circular Error Probability), and 2DRMS (2

Dimension Root Mean Square) of the aircraft. This movement was provided

a basis for by the calculation latitude and longitude to GPS equipment that

was mentioned waypoint by the aircraft as the aim co-ordinate. To get this

data, was used by the minimal system mikrokontroler ATmega2560 as flight

controller, ESC as the control of the speed of the motor as well as supporting

equipment like the censor gyro, sonar, and flash card as logger the data.

Quadcopter autonomous systems can achieve the goal point coordinates

automatically (AUTO mode) have a path with a straight line from the starting

point. At the AUTO mode, Quadcopter drove at a constant speed 3.37 m / s

and then do LOITER at destination waypoint. While doing LOITER mode

(hold position), Quadcopter shift with the lowest value as far as 5.64 m. As

for the estimated maximum distance Quadcopter is 2830.8 m in AUTO mode

with li-po battery 3000mAH.

Keyword : GPS, CEP, 2DRMS, autonomous, waypoint


5/87

v

ABSTRAK

Quadcopter merupakan sebuah UAV(Unmanned Aerial Vehicle)

multi rotor di bidang teknologi aeromodelling yang memiliki pergerakan

bebas di udara menggunakan empat brushlessmotor. UAV ini dilengkapi

sensorgyrodan sensor lain sebagai alat bantu penyetabil terbang pesawat.

Quadcopter yang dilengkapi dengan perangkat GPS (Global Positioning

System) dapat dimanfaatkan sebagai alat pencarian target berdasarkan

koordinat yang telah ditentukan secara autonomous. Oleh karena itu perlu

dilakukan integrasi antara pergerakan pesawat dengan sistem perhitungan

koordinat GPS, sehingga pesawat dapat bergerak secara aoutonomousmenuju koordinat yang dimaksud.

Dalam tugas akhir ini, penulis menganalisis sebuah sistem

pergerakan quadcopterdengan perangkat GPS dalam segi akurasi keinggian,

akurasi koordinat, CEP (Circular Error Probability), dan 2DRMS (2

Dimension Root Mean Square). Pergerakan tersebut didasari oleh

perhitungan latitude dan longitude pada perangkat GPS yang disebut

waypoint oleh quadcopter sebagai koordinat tujuan. Untuk mendapatkan

data tersebut, digunakan sistem minimum mikrokontroler ATmega2560

sebagaiflightcontroller, ESC (Electronic Speed Controller) sebagai kontrol

kecepatan motor serta perangkat pendukung seperti sensor gyro,altimeter

danflashcardsebagai loggerdata.

Sistem autonomousquadcopterdapat mencapai titik koordinat tujuan

secara otomatis (mode AUTO) memiliki jalur dengan lintasan lurus dari titik

awal. Pada saat mode AUTO, quadcoptermelaju dengan kecepatan konstan

3,37 m/s dan kemudian melakukan LOITER pada waypoint tujuan. Saat

melakukan mode LOITER (hold position), quadcopter terjadi pergeseran

dengan nilai terendah sejauh 5,64 m. Sedangkan untuk estimasi maksimum

jarak tempuh quadcopter adalah 2830,8 m dengan mode AUTO dengan

baterai li-po 3000mAH.

Kata kunci : GPS, CEP, 2DRMS, autonomous, waypoint


6/87

vi

KATA PENGANTAR

Assalamualaykum Wr. Wb.

Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang

telah melimpahkan segala karunia dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga

dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai persyaratan untuk

menyelesaikan program studi Sarjana S1 Teknik Telekomunikasi Fakultas

Elektro dan Komunikasi Institut Teknologi Telkom.

Dalam tugas akhir ini, yang berjudul PERANCANGAN DAN

NALISIS OTOMASI SISTEM KENDALI QUADCOPTER MELALUI

KOORDINAT DENGAN GLOBAL POSITIONING SYSTEMTRACKER, penulis mengharapkan agar UAV autonomousquadcopterini

dapat dikembangkan lebih lanjut lagi sehingga dapat memaksimalkan

potensi anak bangsa untuk lebih memajukan teknologi di Indonesia.

Dengan kerendahan hati penulis penulis sangat mengharapkan kritik

serta saran untuk memperbaiki tugas akhir ini pada khususnya dan

kemampuan penulis pada umumnya. Kritik dan saran bisa disampaikan

melalui email : [email protected]. Semoga tugas akhir ini dapat

memberikan manfaat bagi kita semua.

Wassalammualaykum Wr. Wb


Penulis
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


7/87

vii

UCAPAN TERIMA KASIH

Alhamdulillah, segala puji hanya milik Allah atas karunia dan rahmatNya

yang telah memberikan segalanya pada penulis untuk menyelesaikan tugas

akhir ini. Pada kesempatan kali ini penulis ingin mengungkapkan rasa terima

kasih yang sedalam-dalamnya kepada :

1. Allah, Tuhan Semesta Alam yang telah memberikan kekuatan,keyakinan, kemudahan, kelancaran, dan segala apapun sehingga

penulis dapat menghadapi segala ujian dan tantangan dalam

penyelesaian seluruh tugas akhir ini.

2.

Bapak Slamet Widodo dan Ibu Siti Sudaryatun selaku orang tua sayayang saya sayangi, terimakasih untuk dukungan, nasehat, serta doa

yang selalu mengalir tanpa putus demi keberhasilan saya. Doa kalian

akan selalu mengiringi setiap langkah saya, amin, serta kedua kakak

saya, Achmad Fauzan dan Akhmad Faishal, terima kasih atas segala

dukungan dan arahannya selama ini. Serta adek Haryati Istiqomah,

yang selalu mendukung saya dalam menjalankan amanah di kampus

hingga tugas akhir ini, semoga Allah selalu memberikan Cinta-Nya

kepadamu

3. Bapak M. Sarwoko, selaku pembimbing I, terima kasih untukbimbingan, masukan, kritikan, ide-ide, nasehat, serta ilmu yang telah

diberikan. Bapak Agung Nugroho Jati, selaku pembimbing II, terima

kasih untuk bimbingan, masukan, kritikan, nasehat, serta ilmu yang

telah diberikan.

4. Bapak Koredianto Usman selaku dosen wali, terima kasih untukbimbingan, saran dan masukan selama ini.

5. Keluarga Besar Laboratoria Bengkel Mekatronika yang telahmemberikan saya keluarga baru yang tak putus-putusnya menggali

ilmu di dalamnya, serta suka, duka yang dilalui di dalamnya.

6. Keluarga BGM 20, Bapak Junaedi dan Ibu Nuraeni selaku pemilik,dan rekan-rekan BGM serta ex BGM 20 lain yang tidak dapat

disebutkan satu per satu, terima kasih atas kesolid-an kalian sebagai


8/87

viii

keluarga yang ke-2 saya di Bandung, semoga kita selalu bertemu

dalam rahmat-Nya,amin.

7. Semua pihak yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satupersatu. Walau ucapan terima kasih tidak cukup, semoga Allah

membalas semua kebaikan dengan karunia-Nya.

Sesungguhnya kesempurnaan hanya milik Allah dan penulis

sangatlah jauh dari kesempurnaan. Semoga buku ini dapat bermanfaat bagi

pembaca.


Penulis


9/87

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ........................................ iii

ABSTRACT ................................................................................................ iv

ABSTRAK .................................................................................................... v

KATA PENGANTAR ................................................................................. vi

UCAPAN TERIMA KASIH ...................................................................... vii

DAFTAR ISI ............................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xii

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xiv

DAFTAR SINGKATAN ............................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. xvi

PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................... 2

1.3 Perumusan Masalah ....................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 2

1.5 Metodologi Penelitian .................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 4

LANDASAN TEORI .................................................................................... 5

2.1 Mikrokontroler ATmega2560 ........................................................ 5

2.2 Mikrokontroler ATmega32U2 ....................................................... 9

2.3 Motor Brushless DC..................................................................... 13

2.3.1 Stator ........................................................................................ 14

2.3.2 Rotor ........................................................................................ 17

2.4 Gyroscope .................................................................................... 18

2.4.1 Rotary Gyroscopes ................................................................... 18

2.4.2 Vibrating Gyroscope ................................................................ 19

2.4.3 Optical Gyroscopes .................................................................. 21

2.5 Accelerometer .............................................................................. 22


10/87

x

2.5.1 Prinsip Kerja ............................................................................ 22

2.5.2 Tipe accelerometer ................................................................... 23

2.6 Global Positioning System (GPS) ................................................ 24

2.6.1 Kemampuan GPS ..................................................................... 24

2.6.2 Produk yang Diberikan GPS .................................................... 24

2.6.3 Segmen Penyusun Sistem GPS ................................................ 25

2.6.4 Prinsip Penentuan Posisi dengan GPS ..................................... 25

2.6.5 Tipe Alat (Receiver) GPS ........................................................ 26

2.6.6 Sinyal dan Bias pada GPS ....................................................... 26

2.6.7 Error Source pada GPS ............................................................ 27

2.6.8 Metoda Penentuan Posisi dengan GPS .................................... 27

2.6.9 Ketelitian Posisi yang Diperoleh dari Sistem GPS .................. 27

2.7 Statistika ....................................................................................... 28

2.7.1 Rerata ....................................................................................... 28

2.7.2 Standar Deviasi ........................................................................ 28

2.7.3 Tingkat Kesalahan Pengukuran ............................................... 28

2.7.4 Akurasi Koordinat GPS ........................................................... 29

PERANCANGAN SISTEM ....................................................................... 30

3.1 Analisis Perancangan Sistem ....................................................... 30

3.2 Blok Diagram Sistem ................................................................... 30

3.3 Diagram Alir Sistem .................................................................... 31

3.4 Analisis Kebutuhan Perangkat Keras ........................................... 33

3.4.1 Frame F450Q ........................................................................... 33

3.4.2 Brushless Motor 950KV .......................................................... 33

3.4.3 Electronic Speed Controller (ESC) .......................................... 343.4.4 Propeller 1045 .......................................................................... 35

3.4.5 Flight Controller ...................................................................... 36

3.4.6 Baterai LiPolymer .................................................................... 38

3.4.7 Remote Control (RC) ............................................................... 38

3.5 Analisis Kebutuhan Perangkat Lunak .......................................... 39

3.5.1 APM Planner ............................................................................ 39

3.5.2 Firmware Arduino Copter V2.8.1Quad ................................... 39


11/87

xi

3.6 Perakitan perangkat ...................................................................... 39

3.7 Konfigurasi perangkat .................................................................. 40

3.7.1 Konfigurasi Remote Control (RC) ........................................... 40

3.7.2 Kalibrasi ESC .......................................................................... 41

3.7.3 Kalibrasi pada Flight Controller .............................................. 43

3.8 Analisis Sistem Keseluruhan ....................................................... 44

3.9 Skenario Pengujian dan Pengukuran............................................ 44

3.9.1 Skenario Pengukuran Ketinggian ............................................ 44

3.9.2 Skenario Pengukuran Akurasi dan Presisi Koordinat GPS ..... 45

3.9.3 Skenario Pengujian Quadcopter Manual ................................. 46

3.9.4 Skenario Pengukuran Waktu Terbang ..................................... 47

3.9.5 Skenario Pengujian dan Pengukuran Autonomous .................. 47

ANALISIS HASIL PENGUJIAN SISTEM ............................................... 49

4.1 Pengukuran dan Analisis Ketinggian Quadcopter ....................... 49

4.1.1 Ketinggian 50 Sentimeter ........................................................ 49

4.1.2 Ketinggian 100 Sentimeter ...................................................... 50



4.2 Pengukuran dan Analisis Akurasi dan Presisi Koordinat GPS .... 52

4.2.1 Koordinat Asal ......................................................................... 53

4.2.2 Koordinat Tujuan ..................................................................... 56

4.3 Analisis Estimasi Jarak Tempuh Maksimal Quadcopter ............. 59

4.4 Pengukuran dan Analisis Autonomous Quadcopter .................... 59

4.4.1 Koordinat Autonomous Zona 48 ............................................. 60

4.4.2 Koordinat Autonomous Zona 49 ............................................. 65PENUTUP .................................................................................................. 70

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 70

5.2 Saran............................................................................................. 70

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 71


12/87

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 IC Mikrokontroler ATmega2560 .............................................. 7

Gambar 2.2 IC Mikrokontroler ATmega32U2 ........................................... 12

Gambar 2.3 Blok PenyusunMotor Brushless............................................. 15

Gambar 2.4 Pembagian Kutub Motor BLDC ............................................. 15

Gambar 2.5 Sinyal Fasa Motor Trapezoidal............................................... 16

Gambar 2.6 Sinyal Fasa Motor Sinusoidal................................................. 16

Gambar 2.7 Penampang Pengaturan Magnet .............................................. 17

Gambar 2.8 Sistem KerjaRotary Gyroscope............................................. 19

Gambar 2.9 Sistem Kerja Vibrating Gyroscope......................................... 20

Gambar 2.10 Sistem Kerja Optical Gyroscope.......................................... 21

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Keseluruhan ......................................... 30

Gambar 3.2 Diagram Alir Sistem Kerja Quadcopter Autonomous............ 32

Gambar 3.3 Konfigurasi ArahPropeller.................................................... 40

Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengukuran Ketinggian 50 cm ........................... 49

Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengukuran Ketinggian 100 cm ......................... 50



Gambar 4.5 Jalur Pengukuran Akurasi Koordinat GPS ............................. 53

Gambar 4.6 Distribusi X dan Y serta CEP(merah) & 2DRMS(hijau)

Koordinat Asal ............................................................................................ 54

Gambar 4.7 Grafik Distribusi Normal Koordinat Asal .............................. 55

Gambar 4.8 Distribusi X dan Y beserta CEP (merah) & 2DRMS (hijau)

Koordinat Tujuan ........................................................................................ 57

Gambar 4.9 Grafik Distribusi Data Koordinat Tujuan ............................... 58

Gambar 4.10 Distribusi X dan Y serta CEP (merah) & 2DRMS (hijau)

Mode LOITER Zona 48 .............................................................................. 62

Gambar 4.11 Grafik Distribusi Data KoordinatAutonomousZona 48 ...... 63

Gambar 4.12 Jalur KoordinatAutonomousZona 48 .................................. 64

Gambar 4.13 Distribusi X dan Y serta CEP (merah) & 2DRMS (hijau)

Mode LOITER Zona 49 .............................................................................. 67


13/87

xiii

Gambar 4.14 Grafik Distribusi Pengelompokan DataAutonomous Zona 49

.................................................................................................................... 68

Gambar 4.15 Jalur KoordinatAutonomousZona 49 .................................. 69


14/87

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Mikrokontroler ATmega2560 .................................... 5

Tabel 2.2 Spesifikasi Mikrokontroler ATmega32U2 ................................. 10

Tabel 3.1 SpesfifikasiFrameF450Q .......................................................... 33

Tabel 3.2 SpesfifikasiBrushless Motor950KV ......................................... 33

Tabel 3.3 Spesifikasi ESC .......................................................................... 35

Tabel 3.4 Spesifikasi GPS Mavlink ............................................................ 38

Tabel 3.5 Konfigurasi Mode ESC .............................................................. 42

Tabel 3.6 Pemilihan Mode Program ESC ................................................... 42

Tabel 4.1 Koordinat X dan Y Asal UTM .............................................. 53

Tabel 4.2 Nilai CEP dan 2DRMS Koordinat Asal ..................................... 53

Tabel 4.3 Nilai Pengelompokan Data Koordinat Asal ............................... 55

Tabel 4.5 Koordinat X dan Y Tujuan.................................................... 56

Tabel 4.6 Nilai CEP dan 2DRMS Koordinat Tujuan ................................. 56

Tabel 4.7 Distribusi Pengelompokan Data Koordinat Tujuan .................... 58

Tabel 4.8 Distribusi Data Koordinat Tujuan .............................................. 58

Tabel 4.10 Parameter Pengujian Zona 48Autonomous.............................. 60

Tabel 4.11 Koordinat X dan Y Zona 48Autonomous.......................... 60

Tabel 4.12 Nilai CEP, 2DRMS dan Pergeseran KoordinatAutonomous

Zona 48 ....................................................................................................... 61

Tabel 4.13 Distribusi Pengelompokan Data KoordinatAutonomous Zona 48

.................................................................................................................... 63

Tabel 4.14 Distribusi Data KoordinatAutonomous Zona 48 .................... 63

Tabel 4.15 Parameter Pengujian Zona 49Autonomous.............................. 65

Tabel 4.16 Koordinat X dan Y Zona 49Autonomous................................ 65

Tabel 4.17 Nilai CEP, 2DRMS, dan Pergeseran KoordinatAutonomous

Zona 49 ....................................................................................................... 66

Tabel 4.18 Distribusi Pengelompokan Data KoordinatAutonomous Zona 49

.................................................................................................................... 68

Tabel 4.19 Distribusi Data KoordinatAutonomous Zona 49 ..................... 68


15/87

xv

DAFTAR SINGKATAN

UAV : Unmaned Aerial Vehicle

CEP : Circular Error Probability

2DRMS : 2Dimension Root Mean Square

RC :Remote Control

FC :Flight Controller

FCd :Flash Card

BLDC :BrushlessDirect Current

PID :Proportional Integral Derivative

GPS : Global Positioning System

NMEA :National Marine Electronics Association

MEMS :Micro-machined Electro-Mechanical System


16/87

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A :DatasheetPerangkat Keras

LAMPIRAN B : Rangkaian SchematicdanLayoutPCB Elektronika

LAMPIRAN C : Perhitungan Akurasi Sensor Tinggi & Koordinat

LAMPIRAN D : Foto Hasil Perancangan Quadcopter


17/87

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1Latar BelakangSistem pengintaian dengan robot merupakan suatu terobosan

teknologi yang berfungsi sebagai alat pelacak suatu objek tertentu. Robot

tersebut digunakan sebagai media pembawa sensor pelacak, kamera, dan

perangkat lain sehingga memungkinkan pengguna dapat melihat kondisi

lingkungan dimana robot tersebut bergerak. Namun tidak setiap robot dapat

difungsikan sebagai media pembawa, dikarenakan bermacam-macam fungsi

dari masing-masing robot, dengan kata lain robot memiliki keterbatasan

gerak ruang dan energi. Oleh karena itu pemilihan robot sebagai media

pembawa alat pengintai harus memiliki sudut penglihatan yang luas dan

minim obstacle. Salah satu contohnya adalah pesawat UAV atau biasa

disebut pesawat tanpa awak. Pesawat UAV dapat dilengkapi berbagai

macam perlengkapan dan sensor-sensor pendukung agar lebih stabil dan

akurat.

Tahap pencarian suatu tempat secara autonomous berdasarkan titik

koordinat/waypoint tertentu, harus dilengkapi dengan perangkat GPS yang

terintegrasi dalam pesawat UAV tersebut. Perangkat GPS akan menangkap

sinyal NMEA dari satelit GPS yang menghasilkan koordinat latitute dan

longitudeterhadap lokasi perangkat GPS tersebut berada. Untuk menentukan

suatu titik tertentu GPS harus mendapatkan paling sedikit tiga buah sinyal

satelit GPS.

Dalam tugas akhir ini, penulis merakit pesawat UAV multirotor

dengan jenis quadcopter yang dilengkapi dengan perangkat GPS dan

perangkat pendukung yang mendukung kestabilan terbang quadcopter

tersebut. Perangkat GPS diintegrasikan dengan respon attitutequadcopter,

sehingga perlu adanya penerapan sistem PID guna mengatur kestabilan

terbang pesawat. Parameter yang digunakan adalah perhitungan dan analisis

akurasi koordinat dengan posisi pesawat, akurasi, ketinggian, dan konsumsi

daya pada quadcopter.


18/87

2

Quadcopterdiprogram dengan koordinat waypointyang dipilih dan

akan terbang dengan ketinggian konstan tertentu pada saat menuju waypoint.

Namun untuk take off, pesawat memerlukan bantuan dari RC terlebih dahulu

sebelum mendapatkan perintah AUTO, yakni menuju waypoint yang

dimaksudkan.

1.2Tujuan PenelitianTujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui sistem integrasi setiap blok penyusun quadcopter.2. Menganalisis hasil pengukuran ketinggian, akurasi koordinat, CEP,

2DRMS yang dihasilkan GPS.

3. Mengetahui dan menganalisis perbandingan koordinat perintah yangdituju dengan koordinat LOITER GPS saat quadcopterautonomous.

4. Mengetahui dan menganalisis estimasi jarak tempuh maksimumquadcopterberdasarkan lama waktu terbang sistem quadcopter.

1.3Perumusan MasalahBeberapa masalah yang akan timbul dalam perancangan dan analisis

perhitungan koordinat GPS pada pergerakan quadcopterantara lain:

1. Bagaimana sistem integrasi setiap blok penyusun quadcopter?2. Bagaimana analisis hasil pengukuran ketinggian, akurasi koordinat,

CEP, dan 2DRMS yang dihasilkan GPS?

3. Bagaimana analisis perbandingan koordinat perintah yang ditujudengan nilai koordinat loiter GPS saat quadcopterautonomous?

4. Berapakah estimasi jarak tempuh maksimum berdasarakan lamawaktu terbang quadcopter?

1.4Batasan MasalahUntuk membatasi cakupan pembahasan masalah pada tugas akhir ini

maka diberikan batasan-batasan sebagai berikut:

a. Perangkat yang digunakan untuk membangun quadcopter berupamodul.

b. Faktor kecepatan angin, tekanan, suhu, dan tingkat gravitasi padasetiap tempat pengambilan data diasumsikan sama.


19/87

3

c. Tidak membahas secara lanjut mengenaifirmwaredansoftware.d. Parameter pengukuran meliputi ketinggian, akurasi koordinat, CEP,

2DRMS, beserta distribusi data yang dihasilkan GPS.e. Perhitungan estimasi jarak tempuh maksimum quadcopter

berdasarkan pengukuran lama waktu terbang quadcopter.1.5Metodologi Penelitian

Langkah-langkah yang akan ditempuh dalam menyelesaikan tugas

akhir ini adalah:

1. Studi Literatura. Pencarian dan pengkajian teori mengenai integrasi sistem beserta

cara kerjanya dari berbagai literatur serta sumber yang bermacam-

macam seperti buku, internet, jurnal, wawancara langsung.

b. Pengumpulan data-data dan spesifikasi sistem yang dipakai untukpembuatan perangkat sebagai pendukung sistem.

2. Analisa MasalahMelakukan analisa dari teori yang telah didapat dengan bermacam-

macam sumber sehingga mendapatkan hasil yang semaksimal

mungkin.

3. Perancangan dan Pembuatan SistemPembuatan sistem dengan melakukan integrasi antara perangkat

utama dan perangkat pendukung.

4. Simulasi SistemBerdasarkan standar yang ada, tahap selanjutnya adalah melakukan

simulasi sistem untuk melihat kinerja sistem tersebut.

5. Eksperimen dan Analisa SistemJika sistem telah berjalan dengan baik, maka akan dilakukan

eksperimen untuk untuk mendapatkan nilai yang akan ditindaklanjuti

oleh analisis sistem sehingga menghasilkan sistem yang baik dan

efisien.

6. Penulisan LaporanBerupa hasil perancangan, eksperimen dan analisis yang dituliskan

dalam sebuah laporan.


20/87

4

1.6Sistematika PenulisanSistematika penulisan yang akan digunakan pada tugas akhir ini

adalah sebagai berikut:

BAB 1 Pendahuluan

Berisi latar belakang permasalahan, tujuan penelitian, perumusan

masalah, pembatasan masalah dan asumsi yang digunakan, serta

metode penelitian yang dilakukan.

BAB 2 Landasan Teori

Berisi konsep dasar perangkat yang digunakan dalam pendukung

tentang perancangan dan analisis data tersebut beserta cara kerjanya.

BAB 3 Perancangan Sistem

Berisi tentang perancangan dan integrasi antara quadcopter dengan

modul GSM dan GPS tracker sehingga menghasilkan suatu perangkat

tracker.

BAB 4 Analisis Hasil Pengujian Sistem

Berisi tentang pengujian kerja alat dan analisa dari pengukuran alat

tersebut berdasarkan parameter-paramater yang telah ditetapkan

sebelumnya.

BAB 5 Penutup

Berisi kesimpulan atas hasil kerja yang telah dilakukan serta saran

untuk pengembangan maupun perbaikan selanjutnya.


21/87

5

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1Mikrokontroler ATmega2560ATmega2560 merupakan mikrokontroler yang memiliki konsumsi daya

rendah dengan CMOS-8bit berbasis AVR dan arsitektur RISC. Untuk

menjalankan program yang cukup banyak dalam sekali sekali clock,

mikrokontroler ini dapat mencapai throughput mendekati 1 MIPS untuk

setiap MHz. Nilai tersebut menunjukkan bahwa sistem tersebut digunakan

untuk mengoptimalkan konsumsi daya terhadap kecepatan pemrosesan.

Tabel 2.1 Spesifikasi Mikrokontroler ATmega2560

Parameter Nilai

Memoriflash(Kbytes) 256

Jumlah pin 100

Maksimum frekuensi operasi 16 MHz

CPU 8-bit AVR

Maksimum I/O pin 86

UART 4

ADC channel 16

ADCResolution(bits) 10

Kecepatan ADC (ksps) 15

SPI 5

TWI(I2C) 1

DAC channel 0

DAC resolution(bits) 0

SRAM (Kbytes) 8

EEPROM (Bytes) 4096

Timers 6

Output Compare channels 16

Input Capture channels 4

PWM channels 15


22/87

6

Mikrokontroler ini dapat menggabungkan instruksi yang cukup banyak

dengan dukungan 32 register General Purpose. Semua register tersebut

secara langsung terhubung ke Logic Unit Arithmetic (ALU), yang

memungkinkan dua register independen dapat diakses dalam satu instruksi

tunggal yang dijalankan dalam satu siklus clock saja. Arsitektur tersebut

dapat menghasilkan kode yang lebih efisien sehingga dapat mencapai

throughputs sepuluh kali lebih cepat daripada mikrokontroler CISC

konvensional.

ATmega2560 ini menyediakan fitur berikut ini: memori 256K byte In-

System Programmable Flash dengan kemampuan Read-While-Write, 4

Kbytes EEPROM, 8 Kbytes SRAM, 86 General PurposeI/O line, 32 register

General Purpose, Real Time Counter (RTC), 6 Timer/Counters fleksibel

dengan membandingkan mode dan PWM, 4 USARTs, sebuah byte

berorientasi 2-wireserial interface, 16-channel, 10-bit ADC dengan pilihan

input stagedangainyang dapat diprogram, Timer gain Watchdogyang dapat

diprogram dengan Osilator internal, akses On-Chip Debugsistem,serta enam

modesoftwarehemat daya yang dapat dipilih. Mode tersebut salah satunya

adalah mode idle,yakni mode yang dapat menghentikan CPU pada saat

sistem menjalankan SRAM, Timer / Counter, SPI port, dan sistem interrupt

untuk terus berfungsi. Sedangkan mode Power-downdapat menghemat isi

register namun dapat membekukan Oscillator, menonaktifkan semua fungsi

chip lainnya sampai dengan interruptberikutnya atau peresetan hardware.

Selanjutnya, dalam Power-save mode, asynchronous timer terus berjalan

sehingga memungkinkan pengguna untuk mempertahankan basis waktu pada

saat perangkat dalam kondisi sleeping. Di dalam mode ADC noisereduction dapat menghentikan CPU dan semua I/O modul kecuali

Asynchronous Timer dan ADC, untuk meminimalkan perpindahan noise

selama konversi ADC berlangsung. Dalam modus siaga, Oscillator

Kristal/Resonator dapat berjalan sementara sisa perangkat lain sleeping.

Hal ini memungkinkan kombinasi sistem yang dapat start-upsangat cepat

dengan konsumsi daya yang rendah. Di mode Extended Standby, baik

Oscillatorutama danAsynchronousTimerterus berjalan.


23/87

7

Mikrokontroler ini menggunakan teknologi high-density nonvolatile

memoryyang memudahkan dalam pemrograman sistem. On-ChipISPFlash

memungkinkan memori program dapat diprogram in-system melalui SPI

serial interface, oleh programmer memory nonvolatile konvensional itu

sendiri atau dengan program BootOn-chipyang berjalan pada AVR core.

Program boot tersebut dapat menggunakan antarmuka apapun untuk men-

downloadaplikasi program di aplikasi Flash memory. Softwarepada bagian

Boot Flash akan terus berjalan saat bagian ApplicationFlash diperbarui,

sehingga menyediakan operasi true Read-While-Write. Dengan

menggabungkan sebuah 8-bit RISC CPU dengan In-System Self-

Programmable Flash pada chip monolitik, ATmega2560 adalah

mikrokontroler powerfulyang menyediakan tingkat fleksibel yang tinggi

dan solusi efisiensi biaya untuk banyak aplikasi embedded control. AVR

ATmega2560 juga didukung banyak program dan software pengembang

termasuk: C compilers, assemblersmakro, program debugger/simulator, in-

circuitemulator, dan kit evaluasi.

Gambar 2.1 IC Mikrokontroler ATmega2560

Berikut ini adalah fungsi umum dari pin maupun port Atmega2560:

1. VCCVCC merupakan pin yang berfungsi untuk catuan utama


24/87

8

2. GNDPin yang terhubung ke pentanahan/grounding

3. Port A (PA7-PA0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal

tahananpull-upyang dapat digunakan untuk fungsi tertentu.

4. Port B (PB7-PB0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


5. Port D (PD7-PD0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


6. Port E (PE7-PE0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


7. Port F (PF7-PF0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal

tahananpull-upyang dapat digunakan untuk fungsi tertentu saat ADC

padaportini tidak digunakan.

8. Port G (PG7-PG0)Port ini merupakan 6-bit bi-directional I/O port dengan internal


9. Port H (PH7-PH0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


10.Port I (PI7-PI0)

Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


11.Port J (PJ7-PJ0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal



25/87

9

12.Port K (PK7-PK0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


13.Port L (PL7-PL0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


14.RESETPin untuk pengaturan awal/reset

15.XTAL1Pin yang berfungsi sebagai masukan menuju ke inversi Oscillator

Amplifierdan masukan menuju ke rangkaian operasi internal clock

16.XTAL2Pin ini meruipakan keluaran dari hasil inversi Oscillator Amplifier

17.AVCCAVCC merupakan suplai tegangan untuk port F dan ADC, dan harus

disambungkan ke VCC secara eksternal jika ADC tidak digunakan.

Namun bila menggunakan ADC maka harus disambungkan ke VCC

untuk melalui filter LPF

18.AREFPin ini berfungsi sebagai pin referensi analog pada ADC

2.2Mikrokontroler ATmega32U2ATmega32U2 pada dasarnya mirip dengan ATmega2560, yakni

memiliki konsumsi daya rendah dengan CMOS 8-bit yang berbasis arsitektur

RISC, sehingga memiliki kecepatan akses yang sama. Sedangkan perbedaan

yang mendasar terdapat pada memori yang dimiliki, fitur USB, dan jumlah

pin yang tersedia. Berikut ini adalah parameter-parameter dan nilai yang

terdapat pada mikrokontroler ATmega32U2.


26/87

10

Tabel 2.2 Spesifikasi Mikrokontroler ATmega32U2

Parameter Nilai

Memoriflash(Kbytes) 32

Jumlah pin 32

Maksimum frekuensi operasi 16 MHz

CPU 8-bit AVR

Maksimum I/O pin 22

ExtInterrupt 20

USB Transceiver 1

USB Speed Full Speed

USBInterface Device

UART 1

AnalogComparator 1

I/O SupplyClass 2,7 to 5,5

OperationVoltage 2,7 to 5,5

DAC channel 0

DAC resolution(bits) 0

SRAM (Kbytes) 1

EEPROM (Bytes) 1024

Timers 2

OutputComparechannels 5

Input Capture channels 1

PWM channels 4

Watchdog Ya

Mikrokontroler ATmega32U2 dapat menggabungkan instruksi yang

cukup banyak dengan dukungan 32 register General Purpose. Semua

registertersebut secara langsung terhubung ke Logic Unit Arithmetic(ALU),

yang memungkinkan dua register independen dapat diakses dalam satu

instruksi tunggal yang dijalankan dalam satu siklus clock saja. Arsitektur

tersebut dapat menghasilkan kode yang lebih efisien sehingga dapat


27/87

11

mencapai throughputs sepuluh kali lebih cepat daripada mikrokontroler

CISC konvensional.

ATmega32U2 menyediakan fitur berikut ini: memori 32 Kbyte In-

SystemProgrammable Flashdengan kemampuan Read-While-Write, 1024

bytes EEPROM, 1024 bytes SRAM, 22 General Purpose I/O line, 32

register General Purose, 2 Timer/Counters fleksibel dengan

membandingkan mode dan PWM, 1 USART, Watchdog Timeryang dapat

diprogram dengan Oscillatorinternal, sebuah SPI serial port, debug WIRE

interface, akses On-Chip Debugsistem, serta 5 mode softwarehemat daya

yang dapat dipilih. Mode tersebut salah satunya adalah mode idle, yakni

mode yang dapat menghentikan CPU pada saat sistem menjalankan SRAM,

Timer / Counter, dan sistem interrupt untuk terus berfungsi. Sedangkan

modePower-downdapat menghemat isi registernamun dapat membekukan

Oscillator, menonaktifkan semua fungsi chip lainnya sampai dengan

interruptberikutnya atau peresetan hardware. Selanjutnya, dalam modus

siaga, OscillatorCrystal/Resonatordapat berjalan sementara sisa perangkat

lain sleeping. Hal ini memungkinkan kombinasi sistem yang dapatstart-up

sangat cepat dengan konsumsi daya yang rendah. Di mode Extended

Standby, baik Oscillatorutama danAsynchronousTimerterus berjalan.

Mikrokontroler ini menggunakan teknologi high-density nonvolatile

memoryyang memudahkan dalam pemrograman sistem. On-ChipISPFlash

memungkinkan memori program dapat diprogram in-system melalui SPI

serial interface, oleh programmer memory nonvolatile konvensional itu

sendiri atau dengan program Boot On-chipyang berjalan pada AVR core.

Program boot tersebut dapat menggunakan antarmuka apapun untuk men-downloadaplikasi program di aplikasi Flash memory. Softwarepada bagian

Boot Flash akan terus berjalan saat bagian Application Flash diperbarui,

sehingga menyediakan operasi true Read-While-Write. Dengan

menggabungkan sebuah 8-bit RISC CPU dengan In-System Self-

Programmable Flash pada chip monolitik, ATmega32U2 adalah

mikrokontroler powerfulyang menyediakan tingkat fleksibel yang tinggi

dan solusi efisiensi biaya untuk banyak aplikasi embedded control. AVR


28/87

12

ATmega32U2 juga didukung banyak program dan software pengembang

termasuk: C compilers, assemblersmakro, program debugger / simulator, in-

circuit emulator, dan kit evaluasi.

Gambar 2.2 IC Mikrokontroler ATmega32U2

Berikut ini adalah fungsi umum dari pin maupun port Atmega32U2:

1. VCCVCC merupakan pin yang berfungsi untuk catuan utama

2. GNDPin yang terhubung ke pentanahan/grounding

3. AVCCAVCC merupakan pin catuan tegangan untuk semua fitur analog

(AnalogComparator, PLL) dan harus terhubung ke pin VCC untuk

melewati filter LPF

4. Port B (PB7-PB0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


5. Port C (PC7-PC0)Port ini merupakan 8-bit bi-directional I/O port dengan internal


6. Port D (PD7-PD0)Port D menyediakan input analog yang diteruskan ke analog

comparator. Port ini juga merupakan 8-bit bi-directional I/O port


29/87

13

dengan internal tahananpull-upyang dapat digunakan untuk fungsi

tertentu jika analog comparatortidak difungsikan.

7. D-Pin D- menyediakan fasilitas USB Full Speed Negative Data

Upstream Portuntuk komunikasi data melalui USB

8. D+Pin D+ menyediakan fasilitas USB Full Speed Positive Data

Upstream Portuntuk komunikasi data melalui USB

9. UGNDPin USB Ground

10.UVCCPin yang berfungsi sebagai pencatu tegangan input pada regulator

USBPads

11.UCAPPin yang berfungsi sebagai pencatu tegangan outputpada regulator

USBPads. Pin ini harus terhubung ke kapasitor eksternal (1F).

12.RESETPin masukan penyetelan ulang/reset

13.XTAL1Pin yang berfungsi sebagai masukan menuju ke inversi Oscillator

Amplifierdan masukan menuju ke rangkaian operasi internalclock

14.XTAL2/PC0Pin ini merupakan keluaran dari hasil inversi Oscillator Amplifierjika

difungsikan olehFuse. Pin ini juga menyediakangenericI/O.

2.3Motor Brushless DCMotorBrushless Direct Current (BLDC) merupakan salah satu tipe

motor yang kepopulerannya meningkat sangat cepat. BLDC motor

digunakan di peralatan industri seperti alat rumah tangga, otomotif,

aerospace, pengguna langsung, medis, dan industri peralatan serta

instrumentasi.

Seperti namanya, motor BLDC tidak menggunakan brushes(sikat) pada

saat melakukan commutation (pergantian) polaritas magnet pada


30/87

14

elektromagnet, namun melakukan commutaion secara elektronik. Motor

BLDC memiliki banyak keunggulan dibandingkan motor DC brusheddan

motor induksi. Berikut ini merupakan keunggulan motor BLDC:

1. Memiliki tingakt kecepatan yang lebih baik dibanding karekteristiktorsi,

2. Respon dinamik yang tinggi,3. Efisiensi tinggi,4. Long operating life,5. Noiseless operation,6. Rentang kecepatan yang tinggi.Selain itu, rasio torsi yang dihasilkan oleh motor brushless lebih tinggi,

hal tersebut bermanfaat dalam penerapannya, yakni dimana ruang dan berat

merupakan faktor yang sangat diutamakan.

Motor BLDC merupakan tipe syncchronous motor. Hal ini berarti

medan magnet dihasilkan oleh stator dan medan magnet yang dihasilkan oleh

rotor berbutar di frekuensi yang sama. Oleh karena itu motor BLDC tidak

memiliki slipyang banyak ditemui di tipe motor induksi.

Motor BLDC banyak didesain dengan konfigurasi single-phase, 2-

phase, dan 3-phase. Sesuai dengan jenisnya, stator memiliki jumlah lilitan

yang sama. Sedangkan motor BLDC yang paling populer adalah motor

BLDC 3 fasa.

2.3.1 StatorStator motor BLDC terdiri atas tatanan baja yang dilapisi lilitan

ditempatkan pada slot yang secara axial dipotong di sepanjang pinggiran

bagian dalam. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.3


31/87

15

Gambar 2.3 Blok PenyusunMotor Brushless

Secara umum, stator menyerupai suatu motor induksi, namun lilitantersebut didistribusikan dengan cara yang berbeda. Kebanyakan motor

BLDC memiliki tiga lilitan stator yang terhubung dalam mode bintang.

Setiap lilitan tersebut dibangun dengan banyak coil(kumparan) yang saling

berhubungan untuk membentuk satu lilitan. Satu atau lebih coilditempatkan

di slot dan saling berhubungan untuk membuat satu lilitan. Masing-masing

lilitan didistribusikan melalui pinggiran stator untuk membentuk kutub

dengan jumlah genap.

Pada gambar 2.4 terlihat pada bagian U, V, W, merupakan tempat lilitan

dan ujungnya terdapat tatanan baja, yang merupakan bagian stator. Pada

masing-masing label, lilitan saling terhubung, sehingga membentuk satu

pasang kutub.

Gambar 2.4 Pembagian Kutub Motor BLDC

Pembedaan varian stator dibuat atas dasar interkoneksi coil di

gulungan stator untuk memberikan berbagai jenis back Electromotive Force

(EMF).BackEMF merupakan tegangan yang dihasilkan lilitan. Fungsi back


32/87

16

EMF adalah membalikkan catuan tegangan utama pada lilitan menurut

hukum Lenz, agar motor tetap berputar. BackEMF dipengaruhi oleh tiga

faktor: sudut rotor, medan magnet yang dihasilkan magnet rotor, dan jumlah

lilitan pada stator.

Terdabat dua jenis varian lilitan stator, yakni: motor trapezoidal dan

sinusoidal. Seperti yang ditunjukkan pada setiap nama varian, motor

trapezoidal memberikan back EMF dalam mode trapesium dan motor

sinusoidal memberikan back EMF bermode sinusoidal, seperti yang

ditunjukkan pada gambar 2.5. Selain backEMF, arus fasa juga berbentuk

trapesium dan sinusoidal pula sesuai dengan jenis varian motor. Hal ini

membuat torsi output dengan motor sinusoidal halus daripada yang dari

trapesium motor. Namun, konsekuensinya adalah tambahan biaya, motor

sinusoidalmemerlukan hubungan lilitan yang lebih banyak karena distribusi

coilpada pinggiran stator, sehingga menambah jumlah lilitan tembaga.

Gambar 2.5 Sinyal Fasa Motor Trapezoidal

Gambar 2.6 Sinyal Fasa Motor Sinusoidal


33/87

17

Tergantung dari nilai kontrol catu daya yang akan digunakan,

pemilihan nilai teganganstatoryang tepat dapat ditentukan. Sebagai contoh

motor 48 volt, atau kurang dari nilai tersebut digunakan di dunia otomotif,

robotik pergerakan lengan, dan lain-lain. Motor dengan 100 volt atau lebih

digunakan di peralatan rumah tangga, sistem otomasi dan peralatan industri.

2.3.2 RotorRotor terbuat dari magnet permanen dan dapat bervariasi dari dua

sampai delapan pasang kutub Utara (U) dan Selatan (S). Berdasarkan medan

magnet yang diperlukan dalam rotor, pemilihan bahan magnetik sangat

diperlukan untuk membuat rotor. Ferritemagnet secara umum digunakan

untuk membuat magnet permanen. Hal tersebut menjadikan tingkat

penggunaan di kalangan idustri meningkat. Ferrite magnet sedikit lebih

mahal tetapi hanya memiliki kerapatan fluks lemah dalam volume tertentu.

Hal tersebut berkebalikan pada bahan paduan yang memiliki kepadatan

magnet tinggi setiap volumedan memungkinkan rotor untuk menekan lebih

jauh pada torsi yang sama. Perpaduan magnet tersebut meningkatkan rasio

size-to-weightdan memberikan torsi yang lebih tinggi untuk motor dengan

ukuran yang sama menggunakanferritemagnet.

Neodymium (Nd), Samarium Cobalt (SmCo), serta paduan

Neodymium, Ferrite dan Boron (NdFeB) merupakan beberapa contoh

paduan magnet yang tergolong jarang. Penelitian yang berkelanjutan akan

meningkatkan kerapatan fluks untuk menekan rotor lebih jauh. Pada gambar

2.6 menunjukkan penampang dari pengaturan magnet yang berbeda pada

rotor.

Gambar 2.7 Penampang Pengaturan Magnet


34/87

18

2.4GyroscopeGyroscopemerupakan perangkat utama yang digunakan untuk navigasi

dan pengukuran kecepatan sudut[1]. Gyroscopedapat mengukur kecepatan

putaran dalam tiga arah. 3-axisgyroscope biasanya diimplementasikan

dengan 3-axisaccelerometeruntuk menyediakan enam derajat kebebasan

atau biasa disebut dengan 6 degree-of-freedom (DoF) motion tracking

system.

Gyroscope berevolusi dari perangkat mekanik-inersia yang berputar

terdiri atas rotor, as roda, dan gimbal menjadi berbagai inkarnasi perangkat

elektronik dan optik. Masing-masing perangkat memanfaatkan beberapa

properti fisik dari sistem yang memungkinkan mendeteksi kecepatan rotasi

pada beberapa sumbu. Terdapat tiga jenis dasar gyroscope: rotary

(classical) gyroscopes, vibrating structure gyroscope, dan optical

gyroscopes

2.4.1 Rotary GyroscopesGyroscope klasik memanfaatkan hukum kekekalan momentum sudut

yang menyatakan bahwa momentum sudut total sistem adalah konstan

dalam kedua besar dan arah jika torsi eksternal resultan yang bekerja pada

sistem adalah nol[4]. Gyroscopebiasanya terdiri dari cakram yang berputar

atau beban pada poros yang dipasang pada serangkaian gimbal. Setiap

gimbal terdapat cakram yang berputar dengan sudut tambahan dari

kebebasan putaran. Gimbal tersebut memungkinkan rotor berputar tanpa

menerapkan setiap net external torque pada gyroscope. Jadi selama

gyroscopeberputar, maka akan mempertahankan orientasi konstan. Ketika

torsi eksternal atau rotasi pada sumbu diberikan pada perangkat ini, orientasi

dapat dipertahankan dan pengukuran kecepatan sudut dapat diukur karena

adanya fenomena presisi.

Presisi terjadi karena sebuah benda berputar pada beberapa sumbu

memiliki torsi eksternal yan diterapkan dalam arah tegak lurus terhadap

sumbu putar (sumbu masukan). Pada sistem rotasi ketika netexternal torque

terjadi, vektor momentum sudut (yang berada di sepanjang sumbu putar)

akan bergerak dalam arah vektor torsi yang diterapkan. Sebagai hasil dari


35/87

19

torsi tersebut, sumbu putar berotasi pada sumbu yang tegak lurus terhadap

kedua sumbu masukan dan sumbu putar (disebut sumbu keluaran). Rotasi

pada sumbu keluaran kemuadian akan mendeteksi dan memberikan umpan

balik pada sumbu masukan dimana perangkat motor atau perangkat sejenis

akan berlaku torsi dalam arah berlawanan, menghilangkan presisigyroscope

dan mempertahankan orientasi. Peristiwa pembatalan/ penghilangan ini juga

dapat dicapai dengan dua gyroscope yang berorientasi pada sudut-sudut

yang benar satu sama lain.

Untuk mengukur tingkat rotasi, nilai perhitungan torsi dipulsakan pada

interval waktu yang teratur. Setiap pulsa mewakili masing-masing rotasi

sudut tetap , dan jumlah pulsa dalam interval waktu t yang tetap akan

sebanding dengan perubahan sudut selama periode waktu tertentu. Dengan

demikian, penerapan nilai perhitungan torsi sebanding dengan laju rotasi

yang akan diukur.

Gambar 2.8 Sistem KerjaRotary Gyroscope

2.4.2 Vibrating GyroscopeVibrating structuregyroscope atau gyroscope dengan struktur getar

adalah perangkat MEMS (Micro-machined Electro-Mechanical System)

yang mudah didapatkan secara koersial, terjangkau, dan ukuran yang kecil.

Dasar untuk memahami operasi darigyroscopestruktur getar adalah sama

dengan pemahaman prinsip gaya Coriolis. Dalam sistem putarannya, setiap

titik berputar dengan kecepatan rotasi yang sama. Sebagai salah satu

pendekatan sumbu rotasi sistem, kecepatan rotasi tetap sama, namun

kecepatan dalam arah tegak lurus terhadap sumbu rotasi menurun. Dengan


36/87

20

demikian, proses pergerakan dalam arah garis lurus menuju atau menjauh

dari sumbu rotasi saat sistem berputar, kecepatan lateral akan meningkat

atau menurun dalam rangka mempertahankan posisi sudut yang relatif sama

(bujur) terhadap badan perangkat. Tindakan memperlambat atau

mempercepat adalah percepatan, dan gaya Coriolis adalah waktu percepatan

massa obyek dimana bujur harus dipertahankan. Gaya Coriolis sebanding

dengan kecepatan sudut obyek berputar dan kecepatan dari obyek bergerak

menuju atau menjauh dari sumbu rotasi.

Gambar 2.9 Sistem Kerja Vibrating Gyroscope

Padagyroscopestruktur getar terdapat micro-machinedyang terhubung

ke outer-housing oleh suatu pegas. Outer-housing terhubung ke papan

sirkuit tetap oleh set ke-dua dari pegas ortogonal. Beban terus didorong

secara sinusoidal sepanjang set pertama dari pegas. Setiap rotasi sistem akan

mendorong percepatan Coriolis di beban, mendorongnya ke arah set ke-dua

pegas. Pada waktu beban didorong jauh dari sumbu rotasi, beban akan

mendorong tegak lurus dalam satu arah, dan karena didorong kembali ke

sumbu rotasi, maka akan didorong ke arah yang berlawanan, karena gayaCoriolis yang bekerja pada beban.

Gaya Coriolis terdeteksi oleh sifat kapasitif jari yang berada di sepanjang

housingbeban dan struktur yang keras. Ketika beban didorong oleh gaya

Coriolis, perbedaan kapasitansi akan terdeteksi sebagai sinyal jari dibawa

lebih dekat secara bersamaan. Ketika beban didorong dalam arah yang

berlawanan, set berbeda dari sifat jari tersebut dibawa lebih dekat secara


37/87

21

bersamaan, sehingga sensor dapat mendeteksi baik besaran dan arah

kecepatan sudut dari sistem.[6]

2.4.3 Optical GyroscopesOpticalGyroscopes dikembangkan segera setelah penemuan teknologi

laser. Daya tarik dari jenis ini karena tidak mengandung bagian yang

bergerak, dan tidak rentan terhadap keausan mekanis atau drift. Optical

Gyroscopeberoperasi pada prinsip efek Sagnac. Efek ini dapat dilihat dalam

pengaturan ring interferometri. Di sini, sinar laser pertama-tama dibagi oleh

half silvered mirror. Kemudian dua sinar melintasi jalan identik tetapi arah

berlawanan sekitar lingkaran yang terdiri dari cermin datar dan berisi udara

tabung lurus atau kabel serat optik panjang. Kedua sinar kemudian

bergabung kembali pada detektor. Ketika sistem berputar, salah satu sinar

harus menempuh jarak yang lebih panjang daripada sinar berlawanan untuk

membuatnya ke detektor. Perbedaan panjang lintasan (atau Doppler shift)

terdeteksi sebagai pergeseran fasa dengan interferometri. Pergeseran fasa ini

sebanding dengan kecepatan sudut dari sistem.

Gambar 2.10 Sistem Kerja Optical Gyroscope

Gyroscopeoptik terdiri dari 3 Gyroscopetersusun ortogonal satu sama

lain untuk deteksi rotasi tiga sumbu rotasi ortogonal tersebut. Biasanya

Gyroscope ini diimplementasikan dengan 3-axis accelerometers sehingga

memberikan gerakan penuh penginderaan dalam 6 DoF. Seperti halnya

Gyroscoperotor, optical Gyroscopeterbatas dalam bentuk fisik yang kecil,


38/87

22

sedangkan jumlah dan luas kabel serat optik dibutuhkan dan kehadiran

peralatan optik sangat diperlukan. Jadi gyroscope ini sering digunakan

dalam aplikasi angkatan laut dan penerbangan, dan dimana ukuran fisik

tidak menjadi masalah. Oleh karena itu giroskop optik biasanya tidak

tersedia secara komersial.

2.5AccelerometerSatu dari inersial sensor yang umum adalah accelerometer, sebuah

sensor dinamik yang mempunyai kemampuan merasakan dalam jarak luas.

Acelerometer tersedia dalam beberapa ukuran, yaitu satu, dua atau tiga

sumbu orthogonal.Accelerometertersebut khususnya dipakai satu dari tiga

mode:

Sebagai ukuran intersial dari kecepatan dan posisi Sebagai sensor kecondongan, kemiringan,atau orientasi pada 2 atau

3 dimensi, sebagai referensi dari akselerasi gravitasi (1g= 9.8 m/s 2)

Sebagai sensor getaran atau tubrukanAda banyak keuntungan memakai analog accelerometer sebagai

perbandingan dengan inclinometer seperti sensor kemiringan cairan,

inclinometer cenderung untuk hasil informasi biner (menandai sebuah

ketetapan dari onatau off), serta hanya dapat mendeteksi saat kemiringan

melewati beberapa ambang sudut.

2.5.1 Prinsip KerjaKebanyakan accelerometer adalah Micro-Electro-Mechanical Sensors

(MEMS). Prinsip dasar dibalik kerja MEMS accelerometer adalah

berpindahnya bagian kecil benda kedalam permukaan silikon yang

tergabung dalam lingkaran dan ditangguhkan oleh tiang kecil. Konsisten

dengan hukum gerak Newton II (F=ma), gerak akselerasi yang terjadi pada

suatu perangkat, sebuah gaya akan bertambah saat perpindahan sebuah

benda. Tiang pendukung berguna sebagai pegas dan fluida (biasanya udara)

dimampatkan didalam IC yang berfungsi sebagai sebuah pengatur,

akibatnya terjadi sistem lapisan gumpalan fisik. [Elwenspoek 1993]


39/87

23

2.5.2 Tipe accelerometerAda beberapa prinsip berbeda yang mana sebuah analog accelerometer

dapat dibuat. Dua tipe yang biasanya memanfaatkan capacitive sensingdan

piezoelektrik effectuntuk merasakan berpindahnya benda yang sebanding

dengan akselerasi yang diterapkan.

2.5.2.1 CapacitiveAccelerometeryang mengimplementasikan capacitive sensingdengan

keluaran sebuah tegangan yang bergantung pada jarak antara 2 permukaan

planar. Satu atau kedua plates ini membebankan pada sebuah arus

elektrik. Mengubah jarak antara plates maka akan merubah kapasitas

elektrik dari sistem, yang mana dapat diukur sebagai tegangan output.

Metodesensingini dikenal karena akurasi tinggi dan stabilitas. Capacitive

accelerometers juga lebih mudah mengurangi noise dan perubahan variasi

temperatur, khususnya mengurangi penghamburan tenaga, dan dapat

mempunyai bandwidthbesar dalam kaitan internalfeedbackcircuity.

2.5.2.2 PiozoelectricPiozoelectricsensing dalam akeselerasi adalah hal yang natural, yakni

akeselerasi secara langsung sebanding dengan gaya. Saat beberapa tipe

crystal ditekan , muatan kutub terakumulasi di bagian berlawanan dari

crystal. Ini disebut efek Piozoelectric. Dalam Piozoelectricaccelerometer

muatan terakumulasi di atas crystal dan diterjemahkan dan memperkuat

salah satu hasil arus atau tegangan output. Piozoelectric accelerometer

hanya merespon gejala AC seperti getaran atau goncangan. Piozoelectric

accelerometer mempunyai sebuah jarak dinamik yang luas, tapi dapat

menjadi mahal tergantung kualitasnya (Doscher 2005).

Piezo-film berbasis accelerometers paling baik digunakan untuk

mengukur fenomena AC seperti getaran atau guncangan, bukan fenomena

DC seperti percepatan gravitasi.Piezo-filmtidak tergolong mahal, dan dapat

merespon fenomena lain seperti temperatur, suara, dan tekanan (Doscher

2005).


40/87

24

2.6 Global Positioning System (GPS)GPS (Global Positioning System) adalah sistem satelit navigasi dan

penentuan posisi yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem

ini didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga-dimensi serta

informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh dunia tanpa

bergantung waktu dan cuaca, bagi banyak orang secara simultan. Saat ini

GPS sudah banyak digunakan orang di seluruh dunia dalam berbagai bidang

aplikasi yang menuntut informasi tentang posisi, kecepatan, percepatan

ataupun waktu yang teliti. GPS dapat memberikan informasi posisi dengan

ketelitian bervariasi dari beberapa millimeter (orde nol) sampai dengan

puluhan meter.

2.6.1 Kemampuan GPSBeberapa kemampuan GPS antara lain dapat memberikan informasi

tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana

saja di bumi ini tanpa tergantung cuaca. Hal yang perlu dicatat bahwa GPS

adalah satu-satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi dalam

beberapa abad ini yang memiliki kemampuan handal seperti itu. Ketelitian

dari GPS dapat mencapai beberapa mm untuk ketelitian posisinya, beberapa

cm/s untuk ketelitian kecepatannya dan beberapa nanodetik untuk ketelitian

waktunya. Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa

faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian

data, dan metode pengolahan datanya.

2.6.2 Produk yang Diberikan GPSSecara umum produk dari GPS adalah posisi, kecepatan, dan waktu.

Selain itu ada beberapa produk lainnya seperti percepatan, azimuth,

parameter attitude, TEC (Total Electron Content), WVC (Water Vapour

Content), Polar motion parameters, serta beberapa produk yang perlu

dikombinasikan dengan informasi eksternal dari sistem lain, produknya

antara lain tinggi ortometrik, undulasigeoid, dan defleksi vertikal.


41/87

25

2.6.3 Segmen Penyusun Sistem GPSSecara umum ada tiga segmen dalam sistem GPS yaitu segmen sistem

kontrol, segmen satelit, dan segmen pengguna. Satelit GPS dapat

dianalogikan sebagai stasiun radio angkasa, yang diperlengkapi dengan

antena-antena untuk mengirim dan menerima sinyal sinyal gelombang.

Sinyal-sinyal ini selanjutnya diterima oleh receiver GPS di/dekat

permukaan bumi, dan digunakan untuk menentukan informasi posisi,

kecepatan, maupun waktu. Selain itu satelit GPS juga dilengkapi dengan

peralatan untuk mengontrol attitudesatelit. Satelit-satelit GPS dapat dibagi

atas beberapa generasi yaitu : blok I, blok II, blok IIA, blok IIR dan blok IIF.

Hingga april 1999 ada 8 satelit blok II, 18 satelit blok II A dan 1 satelit blok

II R yang operasional.

Secara umum segmen sistem kontrol berfungsi mengontrol dan

memantau operasional satelit dan memastikan bahwa satelit berfungsi

sebagaimana mestinya. Segmen pengguna terdiri dari para pengguna satelit

GPS di manapun berada. Dalam hal ini alat penerima sinyal GPS (GPS

receiver) diperlukan untuk menerima dan memproses sinyal -sinyal dari

satelit GPS untuk digunakan dalam penentuan posisi, kecepatan dan waktu.

Komponen utama dari suatu Receiver GPS secara umum adalah antena

dengan pre-amplifier, bagian RF dengan pengidentifikasi sinyal dan

pemroses sinyal, pemroses mikro untuk pengontrolan Receiver, data

sampling dan pemroses data ( solusi navigasi ), osilator presisi , catu daya,

unit perintah dan tampilan, dan memori serta perekam data.

2.6.4 Prinsip Penentuan Posisi dengan GPSPrinsip penentuan posisi dengan GPS yaitu menggunakan metode

reseksi jarak, dimana pengukuran jarak dilakukan secara simultan ke

beberapa satelit yang telah diketahui koordinatnya. Pada pengukuran GPS,

setiap epoknya memiliki empat parameter yang harus ditentukan : yaitu 3

parameter koordinat X,Y,Z atau L,B,h dan satu parameter kesalahan waktu

akibat ketidaksinkronan jam osilator di satelit dengan jam diReceiverGPS.

Oleh karena diperlukan minimal pengukuran jarak ke empat satelit.


42/87

26

2.6.5 Tipe Alat (Receiver) GPSAda 3 macam tipe alat GPS, dengan masing-masing memberikan tingkat

ketelitian (posisi) yang berbeda-beda. Tipe alat GPS pertama adalah tipe

Navigasi (Handheld, HandyGPS). Tipe nagivasi harganya cukup murah,

sekitar 1 - 4 juta rupiah, namun ketelitian posisi yang diberikan saat ini baru

dapat mencapai 3 sampai 6 meter. Tipe alat yang kedua adalah tipe geodetik

single frekuensi (tipe pemetaan), yang biasa digunakan dalam survey dan

pemetaan yang membutuhkan ketelitian posisi sekitar sentimeter sampai

dengan beberapa desimeter. Tipe terakhir adalah tipe Geodetik dual

frekuensi yang dapat memberikan ketelitian posisi hingga mencapai

milimeter. Tipe ini biasa digunakan untuk aplikasi precise positioning

seperti pembangunan jaring titik kontrol, survey deformasi, dan

geodinamika. HargaReceivertipe geodetik cukup mahal, mencapai ratusan

juta rupiah untuk 1 unitnya.

2.6.6 Sinyal dan Bias pada GPSGPS memancarkan dua sinyal yaitu frekuensi L1 (1575.42 MHz) dan

L2 (1227.60 MHz). Sinyal L1 dimodulasikan dengan dua sinyal pseudo-

random yaitu kode P (protected) dan kode C/A (coarse/aquisition). Sinyal

L2 hanya membawa kode P. Setiap satelit mentransmisikan kode yang unik

sehingga penerima (receiverGPS) dapat mengidentifikasi sinyal dari setiap

satelit. Pada saat fitur Anti-Spoofing diaktifkan, maka kode P akan

dienkripsi dan selanjutnya dikenal sebagai kode P(Y) atau kode Y.

Ketika sinyal melalui lapisan atmosfer, maka sinyal tersebut akan

terganggu oleh konten dari atmosfer tersebut. Besarnya gangguan di sebut

bias. Bias sinyal yang ada utamanya terdiri dari 2 macam yaitu bias ionosfer

dan bias troposfer. Bias ini harus diperhitungkan (dimodelkan atau

diestimasi atau melakukan teknik differencing untuk metode diferensial

dengan jarak baseline yang tidak terlalu panjang) untuk mendapatkan solusi

akhir koordinat dengan ketelitian yang baik. Apabila bias diabaikan maka

dapat memberikan kesalahan posisi sampai dengan orde meter.


43/87

27

2.6.7 Error Source pada GPSPada sistem GPS terdapat beberapa kesalahan komponen sistem yang

akan mempengaruhi ketelitian hasil posisi yang diperoleh. Kesalahan-

kesalahan tersebut contohnya kesalahan orbit satelit, kesalahan jam satelit,

kesalahan jam receiver, kesalahan pusat fase antena, dan multipath. Hal-hal

lainnya juga ada yang mengiringi kesalahan sistem seperti efek imaging, dan

noise. Kesalahan ini dapat dieliminir salah satunya dengan menggunakan

teknik differencingdata.

2.6.8 Metoda Penentuan Posisi dengan GPSMetoda penentuan posisi dengan GPS pertama-tama terbagi dua, yaitu

metoda absolut, dan metoda diferensial. Masing-masing metoda kemudian

dapat dilakukan dengan cara real time dan atau post-processing. Apabila

obyek yang ditentukan posisinya diam maka metodenya disebut

statik. Sebaliknya apabila obyek yang ditentukan posisinya bergerak, maka

metodenya disebut kinematik. Selanjutnya lebih detail lagi kita akan

menemukan metoda-metoda seperti SPP, DGPS, RTK, Survei GPS, Rapid

statik, pseudo kinematik, danstopandgo, serta masih ada beberapa metode

lainnya.

2.6.9 Ketelitian Posisi yang Diperoleh dari Sistem GPSUntuk aplikasi sipil, GPS memberikan nilai ketelitian posisi dalam

spektrum yang cukup luas, mulai dari meter sampai dengan

milimeter. Sebelum mei 2000 (SA on) ketelitian posisi GPS metode absolut

dengan data psedorange mencapai 30 - 100 meter. Kemudian setelah SA off

ketelitian membaik menjadi 3 - 6 meter. Sementara itu Teknik DGPS

memberikan ketelitian 1-2 meter, dan teknik RTK memberikan ketelitian 1-

5 sentimeter. Untuk posisi dengan ketelitian milimeter diberikan oleh teknik

survai GPS dengan peralatan GPS tipe geodetik dual frekuensi dan strategi

pengolahan data tertentu.


44/87

28

2.7Statistika2.7.1 Rerata

Rerata merupakan nilai perwakilan sebaran data untuk mencari nilai

delta (standar deviasi) suatu persebaran data. Berikut ini merupakan rumus

rata-rata suatu persebaran data:

X=1

=1 i

Keterangan:

X= rata-rata

n = jumlah data

Xi = data ke i

2.7.2 Standar DeviasiStandar deviasi digunakan untuk mencari simpangan persebaran data

yang terkait, sehingga didapatkan delta dari setiap nilai persebaran datanya.

Berikut ini merupakan rumus standar deviasi/simpangan baku yang

digunakan.

2=()

2

Keterangan:

= standar deviasi

xi= data ke-i

= rata-rata populasi

N = total populasi data

2.7.3 Tingkat Kesalahan PengukuranTingkat kesalah digunakan untuk mencari nilai kesalahan pengukuran

serta nilai kebenaran. Berikut ini merupakan rumus yang digunakan untuk

mencari tingkat kesalahan pengukuran.

Tingkat kesalahan =|X |

Keterangan:

X= nilai rata-rata

Xr = nilai riil


45/87

29

2.7.4 Akurasi Koordinat GPSAkurasi Koordinat GPS dapat dihitung nilainya berdasarakan persebaran

data koordinat dengan CEP(Circular Error Probability) dan 2DRMS (2

Dimension Root Mean Square). Sehingga berdasarkan data UMT Easting

dan UTMNorthing, data dihitung nilai masing-masing standar deviasi titik

awal sehingga dapat dihitung nilai CEP 50% dan 2DRMS 95%. CEP

merupakan pendekatan probabilitas kebenaran suatu pengukuran 50% dari

keseluruhan data. Sedangkan 2DRMS berfungsi menjadi lingkaran toleransi

akurasi dari suatu nilai perhitungan titik koordinat GPS. Berikut ini

perhitungan lingkaran CEP dan 2DRMS:

CEP = 0,59 x (St. Dev UTMEasting+ St. Dev UTMNorthing)

2DRMS = 2 x (St. Dev UTM )2 + (St. Dev UTM )2


46/87

30

BAB 3

PERANCANGAN SISTEM

3.1Analisis Perancangan SistemPada sub bab analisis perancangan sistem akan dibahas perancangan

sistem serta kronologi pengukuran dan pengujian. Selain itu akan dijabarkan

pula spesifikasi perangkat keras serta konfigurasinya dengan dukungan

perangkat lunak. Perangkat keras sistem terdiri atas modul-modul yang

terintegrasi dalam blok-blok sistem, sehingga menghasilkan parameter-

parameter yang diinginkan untuk pengujian. Parameter yang menjadi acuan

pengukuran adalah: ketinggian, akurasi koordinat GPS, kepresisian

koordinat GPS, radius koordinat GPS, perbandingan nilai jalur yang

dihasilkan GPS pada quadccopter, pengujian terbang quadcopter secara

autonomous, serta konsumsi daya quadcopter.

Hasil pengukuran yang didapat dari skenario yang ditentukan, dianalisis

dan dibandingkan sehingga menghasilkan suatu nilai. Nilai tersebut sebagai

acuan untuk melakukan perbaikan atau maintenance pesawat terhadap

keakurasian perangkat dan kestabilan terbang quadcopter. Hal tersebut

digunakan untuk mengoptimalkan sistem terbang quadcopter.

3.2Blok Diagram Sistem

Mikrokontroller

ATmega2560

Mikrokontroller

ATmega32U2

Modul GPS

Sensor gyro,

altimeter,

accelerator,

compass

Receiver

Flash Card

Transmitter

RC

Motor 1

Motor 2

Motor 4

Motor 3

USB

ESC

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Keseluruhan


47/87

31

3.3Diagram Alir SistemMulai

Inisialisasi motor dan sel

baterai Li-Po oleh ESC

Inisialisasi sinyal PWM olehmikrokontroler dan ESC

Inisialisasi sensor-sensor dan

modul GPS oleh

mikrokontroler

Melakukan lock koordinat

oleh GPS

Lock berhasil ?tidak

ya

Proses arming quadcopter

Mulai menyimpan parameter

data keflash card

Menghidupkan transmitter

remote control

Menghidupkan receiver dan

sistem quadcopter

Pemilihan mode

STABILIZED

Proses deteksi sinyal PWM

dari RC dan kontrol PWM

motor oleh mikrokontroler

Pemilihan mode

AUTO

(autonomous)

iii


48/87

32

ii

Deteksi koordinat sepanjang

jalur yang dilewati

Koordinat Tujuan

ditemukan?

Pembacaan perintah

koordinat tujuan dan

koordinat sekarang

Pemilihan mode

LOITER

Deteksi koordinat dan

mempertahankan posisi

i

Pemilihan mode

STABILIZED ?

Kontrol manual dan landing

Mematikan sistem

quadcopter

Selesai

Penyimpanan data ke

flash cardberakhir

ya

tidak

ya

tidak

Gambar 3.2 Diagram Alir Sistem Kerja Quadcopter Autonomous


49/87

33

3.4Analisis Kebutuhan Perangkat Keras3.4.1 Frame F450Q

Framequad F450 merupakanframeyang berukuran diameter 450 mm.

Frame ini terbuat dari bahan atom agar tidak terlalu berat dan lebih kuat.

Selain itu frame ini cukup lentur, sehingga dapat mengurangi

getaran/goncangan pada saaat pesawat mendarat atau terjadi crash.

Frameini memiliki 4 lengan untuk menempatkan motor pada masing-

masing ujung lengan. Selain itu frameini memiliki landing gear kecil pada

bagian bawah masing-masing ujung lengan agar perangkat lain tidak kontak

langsung ke landasan. Hal tersebut berguna untuk melindungi flight

controlleragar tidak terkena benturan ke tanah jika terjadi crash.

Tabel 3.1 SpesfifikasiFrameF450Q

Parameter Nilai

Diagonal wheelbase(mm) 450

Frame weight(gram) 282

Takeoff weight(gram) 800 ~ 1600

3.4.2 Brushless Motor 950KVBrushless motor merupakan komponen yang cukup penting dalam

menentukan responsifitas quadcopter.Brushless motoryang dipakai bernilai

950 KV, berarti motor tersebut memiliki kemampuan 950 rpm/V. Jadi jika

dihitung putaran motor tersebut dapat mencapai: 950 rpm/volt x 11,1 volt =

10.545 rpm.

Tabel 3.2 SpesfifikasiBrushless Motor950KV

Parameter Nilai

Dimensi (mm) 28x24

Tingkat (KV) 950

Massa (gr) 56

Arus standar (A) 15 ~ 25

Arus maksimum (A) 30

75%


50/87

34

Perhitungan daya dorong motor ini adalah sebagai berikut:

T= ((x P)2x 2 x R2x rho )0,3333

Keterangan:

T = thrust(Newton)

=propellerhovereffeciency(%) =

P =shaft power(watt) =

R =propellerradius (m) =

rho = airdensity =

= 75%

P = V x I x motor efficiency

= 11,1 x 17 x 75%

= 141,525 watt

R = 5 inch = 0,127 m

rho = 1,22 kg/m3

Maka jika dihitung :

T = ((75% x 141,525)2x 2 x (0,127)2x 1,22 )0,3333

T = 11,16 Newton ~ 1,138003294 Kgf ~ 1138 gram-force

Pada quadcopter pastinya menggunakan 4 motor sekaligus, apabila

dihitung T keseluruhan, maka 1138 x 4 = 4552 gram-force. Sedangkan untuk

mengangkat beban total pesawat secara stabil dan tanpa masalah, maka

idelanya berat pesawat maksimum adalah1

3dari T (4 motor), sehingga dapat

dihitung :13x 4552 = 1517,3 gram-force.

3.4.3 Electronic Speed Controller (ESC)ESC yang digunakan adalah berjenis brushless, terdiri atas susunan

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) untuk

mengendalikan kecepatan motor brushless. ESC bekerja secara cepat untuk

menghidupkan atau mematikan pulsa ke motor, sehingga respon kendali

motor cepat. Selain itu ESC yang digunakan telah berbasis mikroprosessor,

sehingga dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. Keempat ESC yang

digunakan tergabung dalam satu fisik, atau dapat disebut sebagai Quattro

ESC, sehingga tidak memerlukan konfigurasi wiringyang banyak. Berikut

ini adalah tabel spesifikasi ESC MOSFET yang digunakan.


51/87

35

Tabel 3.3 Spesifikasi ESC

Parameter Nilai

Arus konstan (A) 20

Arus lebih(>10 s) (A) 25

Keluaran BEC 5V@3A

Massa(gr) 112

Ukuran (PxLxT) 70x62x11 (Quattro)

ESC memberikan catuan pada motor sesuai dengan sinyalPulse Width

Mudulation (PWM) yang masuk pada input ESC. Selain itu ESC ini juga

memiliki fasilitasBattery Eliminator Circuit(BEC) yang memiliki keluarantegangan kecil untuk mencatuflight controllerserta sensor yang lain. Berikut

ini merupakan fitur yang dimiliki ESC MOSFET ini:

1. Brake, berfungssi untuk menghentikan motor secara spontan,2. Soft start, berfungsi sebagai pengatur lama waktu menyalakan

sistem,

3. Battery type, pemilihan baterai yang digunakan,4. Microprocessor, berfungsi untuk mengatur fitur agar dapat

diprogram,

5. Cut Off, berfungsi sebagai pemotong arus jika baterai akan habis.ESC MOSFET ini memiliki 0,002 Ohm resistansi. Menurut hukum

Ohm, maka dapat dihitung tegangan hilang pada ESC, yakni: Vloss= IESCx R

= 20 x 0,002 = 0,04 volt. Kemudian berdasarkan hukum Ohm ke-dua, daya

yang hilang dapat diketahui, yakni: P = V lossx IESC= 0,04 x 20 = 0,8 Watt.

Oleh karena itu, ESC MOSFET ini lebih efisien karena daya yang hilang

hanya sekitar 0,8 Watt untuk setiap motor. Sedangkan daya konstan

maksimum yang dapat dihasilkan setiap motor adalah: P = Vsistemx IESC=

11,1 x 20 = 222 Watt.

3.4.4 Propeller 1045Propelleryang digunakan dalam tugas akhir ini adalah berbahan plastik

dengan ukuran 1045, yakni memiliki panjang 10 inch dan memiliki nilai


52/87

36

pitch4,5 inch. Nilai 4,5 inch berarti pada saat satu putaran,propellermampu

bergerak maju sepanjang 4,5 inch. Pemilihan ini berdasarkan spesifikasi dari

motor brushless dan jumlah sel baterai yang digunakan. Propeller ini

memiliki arah Clock Wise(CW) /Reversedan Counter Clock Wise(CCW),

masing-masing satu pasang.

Variasi propelleryang berdasarkan spesifikasi motor adalah 1045 dan

0845. Karena menggunakan baterai 3 sel maka lebih baik menggunakan

ukuranpropeller1045, sedangkan 0845 lebih baik menggunakan baterai 4

sel. Hal tersebut dikarenakan daya yang dibutuhkan lebih banyak 0845

dibandingkan 1045 karena panjangpropellerlebih pendek dengan nilaipitch

yang sama. Selain itu 0845 lebih cocok digunakan pada motor dengan nilai

KV di atas 1000, untuk mengimbangi kecepatan rotasi motor. Pemilihan

ukuran propeller sangat mempengaruhi agresifitas, kecepatan, dan konsumsi

daya quadcopter.

3.4.5 Flight ControllerFlight controllermerupakan kompenen inti dalam mengtur sistem kerja

quadcopter. Rangkaian dan skematik yang menyusun flight controller lebih

lengkap terlampir pada lampiran B. Berikut ini adalah blok penyusun

rangkaianflight controller.

3.4.5.1 Mikrokontroller ATmega2560Pada blok mikrokontroller ini berfungsi sebagai pengolah proses utama,

yakni pengolah PWM dari receiver Remote Control (RC). Selian itu,

mikrokontroller ini mengolah nilai yang didapat dari sensor-sensor dan

sinyal NMEA dari GPS. Selain itu, nilai yang didapat dari sensor dan modul

GPS akan ditulisa dalamFlash Card(FCd), sehingga data lebih mudah untuk

didapat dan dianalisis, baik sistem kestabilan, koordinat GPS dan nilai-nilai

yang didapat dari sensor.

Pemilihan mikrokontroller ini dikarenakan ATmega2560 memiliki 15

channelPWM, 4 port UART, 15 channel ADC, serta memiliki fiture I2C

untuk berhubungan dengan mikrokontroller ATmega32U2. Berdasarkan

spesifikasi sistem, mikrokontroller ini dapat memenuhi kebutuhan


53/87

37

keseluruhan sistem. Selain itu clock yang dimiliki, yakni 16 MHz, dapat

memproses data secara cepat.

3.4.5.2 Mikrokontroller ATmega32U2Pada blok sistem mikrokontroller ATmega32U2 merupakan pengolah

sinyal (Pulse Pause Modulation) PPM, atau berfungsi sebagai PPM encoder.

Selain itu, blok ini berfungsi pula sebagai interface perangkat flight

controllerke komunikasi USB melauliportmicroUSB. Sehingga data yang

didapat dapat diteruskan secara cepat ke perangkat komputer melalui

komunikasi serial.

Pemilihan mikrokontroler ini dikarenakan memilikiportkomunikasifull

speedUSB,portserial, serta clock yang tinggi yakni 16 MHz. Hal tersebut

cukup untuk membantu mengirimkan informasi data serial yang diterima

ATmega2560 yang kemudian diteruskan ke ATmega32U2. Informasi

tersebut kemudian diolah dan dikirim komputer melalui komunikasi serial.

3.4.5.3 Flash CardPada kartu flash ini dipasang IC AT45DB yang berfungsi sebagai

memori penyimpan data dengan maksimal kapsitas 4Mbyte. Tipe penyimpan

ini berupa dataflash, yang tersimpan pada memoriflashIC AT45DB. IC ini

mampu mencapai kecepatan 66 MHz, sehingga penyimpadanan data pada IC

ini tergolong cepat.

Jika ditinjau secara sistem, proses penyimpanan data pada flash card

perancangan dan analisis otomasi sistem kendali quadcopter melalui koordinat dengan global...

Documents

in the task of this

ordinate that was meant

global posi 187iperancangan

3agung nugroho jati

ghani akbar habibienim

the co

godean km