perancangan muatan roket sebagai sistem monitoring cuaca berbasis mikrokontroler dan visual c#

PERANCANGAN MUATAN ROKET SEBAGAI SISTEMMONITORING CUACA BERBASIS MIKROKONTROLER

DAN VISUAL C#

SKRIPSI

Oleh:Krisna Wahyu Wijaya

NIM 111910201111

PROGRAM STUDI STRATA 1 TEKNIK ELEKTROJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS JEMBER

2014


DAN VISUAL C#

SKRIPSI


NIM 111910201111



2014


DAN VISUAL C#

SKRIPSI


NIM 111910201111



2014

ii


DAN VISUAL C#

SKRIPSI

diajukan guna melengkapi skripsi dan memenuhi salah satu syaratuntuk menyelesaikan Program Studi Teknik Elektro (S1)

dan mencapai gelar Sarjana Teknik


NIM 111910201111



2014

ii


DAN VISUAL C#

SKRIPSI




NIM 111910201111



2014

ii


DAN VISUAL C#

SKRIPSI




NIM 111910201111



2014

iii

PERSEMBAHAN

Syukur Alhamdulillah saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmatdan karunia-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi yang berjudulPerancangan Muatan Roket sebagai Sistem Monitoring Cuaca BerbasisMikrokontroler dan Visual C#. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satusyarat dalam menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro,Fakultas Teknik, Universitas Jember.

Skripsi ini merupakan karya yang tidak akan terlupakan bagi saya, karya iniadalah hasil dari ilmu yang saya dapat baik secara akademik maupun non-akademik.Untuk itu Skripsi ini saya persembahkan kepada:1. Ibunda Endang Purwanti dan Ayahanda Sujitno, atas cinta, kasih sayang dan doa

serta dukungannya baik secara moril maupun materiil.2. Kakak Christine Ratna Wijaya dan Arie Kusuma Wijaya, untuk kasih sayang,

doa dan kebersamaan yang telah memberikan banyak pelajaran berharga.

3. Ikawati , untuk kasih sayang, doa dan kebersamaan selama ini yang memberikansemangat kepada saya untuk terus berkarya.

4. Teman-teman UKM ROBOTIKA, para Asisten Laboratorium Sistem Kendalidan teman-teman Teknik Elektro. Untuk kebersamaan selama ini yangmemberikan banyak pelajaran berharga.

5. Guru-guru TK, SD, SMP dan SMA, serta staf pengajar di Universitas Jemberyang telah mendidik, memberikan ilmu, dan membimbing dengan penuhkesabaran.

6. Almamater Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember.

iv

MOTTO

Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman diantaramu dan orang-orangyang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat

(Q.S Al Mujadalah : 11)Belajarlah dari hari kemarin, jalani hari ini, berharaplah untuk hari esok.

Yang penting jangan berhenti bertanya(Albert Einstein)

Logika membawamu dari A ke B.Sedang imajinasi akan mengantarmu kemana saja.

(Albert Einstein)

Jika kamu menyerah hanya karena kata-kata orang lain yang inginmenjatuhkanmu, berarti kamu gagal dan orang itu berhasil

(Mario Teguh)

vPERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :Nama : Krisna Wahyu WijayaNIM : 111910201111

menyatakan dengan sesungguhnya bahwa karya tulis yang berjudul: PerancanganMuatan Roket sebagai Sistem Monitoring Cuaca Berbasis Mikrokontroler danVisual C# adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika dalam pengutipansubtansi disebutkan sumbernya, dan belum pernah diajukan pada institusi mana pun,serta bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaranisinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanandan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika dikemudian hari pernyataan ini tidak benar.

Jember, 29 Januari 2014

Yang menyatakan,

Krisna Wahyu WijayaNIM 111910201111

vi

SKRIPSI

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

Oleh

Krisna Wahyu WijayaNIM. 111910201111

Pembimbing:

Dosen Pembimbing Utama : Sumardi, ST.,MTDosen Pembimbing Anggota : M. Agung Prawira Negara, ST.,MT

vii

PENGESAHAN

Skripsi berjudul Perancangan Muatan Roket Sebagai Sistem Monitoring CuacaBerbasis Mikrokontroler dan Visual C# telah diuji dan disahkan oleh JurusanTeknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember pada:Hari : RabuTanggal : 29 Januari 2014Tempat : Ruang Sidang Fakultas Teknik, Universitas Jember

Menyetujui,

MengesahkanDekan Fakultas Teknik

Ir. Widyono Hadi, MTNIP. 19610414 198902 1 001

Dosen Penguji II

Widjonarko, ST.,MTNIP. 19710908 199903 1 001

Dosen Penguji I

Bambang Supeno, ST.,MTNIP. 19690630 199512 1 001

Dosen Pembimbing Anggota(Sekretaris)

M. Agung Prawira Negara, ST.,MTNIP. 19871217 201212 1 003

Dosen Pembimbing Utama(Ketua)

Sumardi, ST.,MTNIP. 19670113 199802 1 001

viii

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

Krisna Wahyu Wijaya

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember

ABSTRAK

Pada KOMURINDO tahun 2010 muatan roket digunakan untuk mengukur parametermeteorologi. Pada muatan roket ini wajib memiliki sensor kelembaban udara, sensorsuhu udara, dan sensor tekanan udara. Pada penelitian sebelumnya, muatan roketdigunakan sebagai pemantau kondisi gedung dengan parameter pengukuran berupakelembaban, suhu dan tekanan udara tanpa adanya pemantau sikap muatan roket.Dalam penelitian ini mengambil tema dari KOMURINDO 2010 yaitu muatan roketsebagai pengukur parameter meteorologi dan dapat memantau sikap muatan roket.Parameter cuaca yang dipantau adalah kelembaban udara (%RH), suhu udara (C),dan tekanan udara (hPa). Selain itu payload dilengkapi dengan sensor sikap padasudut pitch, roll dan yaw. Semua data sensor akan diolah oleh mikrokontrolerATmega 128 dan dikirimkan ke GCS (Ground Control Station) melalui modulwireless 915MHz dengan komunikasi serial. Semua data sensor ditampilkan secarareal time pada GCS dan dilengkapi dengan grafik hasil pemantauan. Jarak jangkautransmisi data dari muatan roket ke GCS kurang dari 200 meter pada kondisihorizontal. Data-data yang dikirim oleh payload dapat diterima oleh GCS dengankesalahan penerimaan data sebesar 5,43%. Secara keseluruhan dari hasil pengujianyang telah dilakukan pada sistem telemetri data cuaca dari muatan roket ke GCSmemiliki tingkat keberhasilan lebih dari 90%.

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

ix

DESIGN OF ROCKET PAYLOAD AS WEATHER MONITORING SYSTEMBASED MICROCONTROLLER AND VISUAL C#

Krisna Wahyu Wijaya

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember

ABSTRACT

At KOMURINDO In 2010 the rocket payload is used to measure meteorologicalparameters. This rocket payload shall have a humidity sensor, air temperaturesensor, and air pressure sensor. In previous research, the rocket payload is used tomonitoring the condition of the building as the measurement parameters such ashumidity, temperature and air pressure without monitoring the attitude of the rocketpayload. This research takes the theme from KOMURINDO 2010 that rocketpayload are as measuring meteorological parameters and to monitor the attitude ofthe rocket payload. Besides that the weather parameters are monitored which ishumidity (% RH), air temperature ( C), and Air Pressure (hPa). All sensor data willbe processed by the microcontroller ATmega 128 and sent to the GCS (GroundControl Station) via 915MHz wireless modules with serial Communication. Allsensors data are displayed in real time on the GCS and equipped with a graph of themonitoring results. Range of data transmission from the rocket payload to GCS lessthan 200 meters in the horizontal condition. The data that transmitted by thepayload can be received by the GCS with data reception error is 5.43%. Overall theresults of the testing that has been done at weather data telemetry system of therocket payload to the GCS have the succeed rate of more than 90%.

Key word: payload, weather, microcontroller, wireless, Visual C#.

xRINGKASAN

Perancangan Muatan Roket sebagai Sistem Monitoring Cuaca BerbasisMikrokontroler dan Visual C#; Krisna Wahyu Wijaya; 111910201111; 2014; 60Halaman; Program Studi Strata 1 Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, FakultasTeknik, Universitas Jember.

Dalam mengembangkan teknologi roket di indonesia, Direktorat Penelitiandan Pengabdian kepada Masyarakat (Dit Litabmas), Direktorat Jenderal PendidikanTinggi (DIKTI) bekerja sama dengan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional(LAPAN) telah menyelenggarakan Kompetisi Muatan Roket Indonesia(KOMURINDO) tingkat perguruan tinggi. Kompetisi ini diadakan setiap tahun sejaktahun 2009. Pada KOMURINDO tahun 2010 bertemakan tentang Homing MeteoPayload. Yang dimaksud dengan Homing Meteo Payload adalah payload RoketRUM (Roket Uji Muatan) untuk mengukur parameter meteorologi yang mampukembali ke HOME setelah roket diluncurkan dan payload terpisah dari roket peluncur.Dalam kompetisi ini peserta wajib memiliki sensor kelembaban udara, suhu udara,tekanan udara, accelerometer dan kompas. (KORINDO, 2010).

Pada penelitian ini ada beberapa permasalahan yang harus diselesaikan yaitu:Bagaimana merancang sistem monitoring cuaca dan sikap muatan roket yangdilengkapi dengan sistem data telemetri dari muatan roket ke komputer operator danaplikasi sistem monitoring data cuaca dan sikap muatan roket. Tujuan dari penelitianini adalah Merancang kontrol muatan roket yang dapat memantau kondisi cuaca dansikap muatan roket menggunakan mikrokontroler ATmega 128 yang dilengkapidengan sistem data telemetri kondisi cuaca dan sikap muatan roket dari muatan roketke komputer dan merancang aplikasi pengolah data hasil monitoring menggunakanVisual C#.

Penelitian ini dimulai pada bulan Agustus 2013 sampai dengan bulan Januari2014. Dalam penelitian ini menggunakan beberapa perangkat keras diantaranya:sensor suhu , kelembaban, tekanan udara, GY-80 IMU sensor untuk sensor sikap dari

xi

payload, LCD karakter 8x2 untuk menampilkan data parameter cuaca, wireless915MHz sebagai transmisi data dari payload ke GCS (Ground Control Station), padapayload dilengkapi dua buah motor EDF (Electric Ducted Fan) sebagai penggerakpayload saat melayang di udara serta dilengkapi dua buah batrai Li-Po 2 sel sebagaisumber daya payload. Selain perangkat keras pada penelitian ini juga menggunakanperangkat lunak yaitu CodeVision AVR sebagai compiler mikrokontroler dan Ms.Visual Studio 2012 sebagai pembuat aplikasi GCS.

Pada GCS dilengkapi beberapa fitur yaitu menampilkan data suhu,kelembaban, tekanan udara, sikap payload terhadap sudut pitch dan roll, arah payloadterhadap arah mata angin, ketinggian payload, data logger, serta grafik hasilmonitoring. Data yang ditampilkan pada grafik yaitu data sensor suhu, kelembabantekanan udara, ketinggian dan arah payload. Semua data dari sensor ditampilkansecara real time pada GCS. Semua data tersebut akan tersimpan secara otomatis dandapat ditampilkan kembali jika dibutuhkan.

Pada penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa Semua data sensor sudahdapat ditampilkan secara real time pada GCS dan dilengkapi dengan grafik hasilpemantauan. Sensor suhu, kelembaban, dan tekanan udara yang digunakan penelitianini bekerja dengan baik. Jarak jangkau transmisi data dari muatan roket ke GCSkurang dari 200 meter pada kondisi horizontal. Data-data yang dikirim oleh payloaddapat diterima oleh GCS dengan kesalahan penerimaan data sebesar 5,43%. Secarakeseluruhan dari hasil pengujian yang telah dilakukan sistem data telemetri cuacadari payload ke GCS memiliki tingkat keberhasilan lebih dari 90%.

xii

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nyasehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul Perancangan Muatan

Roket sebagai Sistem Monitoring Cuaca Berbasis Mikrokontroler dan VisualC#. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikanProgram Studi Strata-1 Teknik Elektro pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Jember.

Penyusunan Skripsi ini tidak lepas dari bantuan beberapa pihak oleh karenaitu penulis menyampaikan terima kasih kepada:1. Bapak Ir. Widyono Hadi, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Jember.2. Bapak Sumardi, ST.,MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Jember.3. Bapak Dr. Asmi Saleh, ST., MT., selaku Kepala Program Studi Strata-1 Teknik

Elektro pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Jember.4. Bapak Sumardi, ST., MT. selaku Dosen Pembimbing Utama dan Bapak M.

Agung Prawira Negara, ST., MT selaku Dosen Pembimbing Anggota yang telahmeluangkan banyak waktu, pikiran dan perhatiannya guna memberikanbimbingan dan pengarahan dalam penyusunan Skripsi ini.

5. Ibunda Endang Purwanti, Ayahanda Sujitno, Mbak Christine, Mbak Arie, danIkawati, terima kasih atas dukungan secara moril dan materiil, kasih sayang sertadoa restunya.

6. Teman-Teman UKM ROBOTIKA yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu,terima kasih atas dukungan dan bantuannya selama proses penyusunan Skripsiini.

7. Pihak-pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, terima kasih atasdukungan dan motivasi kalian dalam penyusunan Skripsi ini.

xiii

Semoga Skripsi ini bermanfaat dalam mengembangkan ilmu pengetahuandalam bidang elektronika serta bermanfaat dalam kemajuan Robotika dan PeroketanIndonesia. Kritik dan saran yang membangun terus mengalir untuk lebihmenyempurnakan Skripsi ini dan dapat dikembangkan untuk penelitian selanjunya.

Jember, Januari 2014

Penulis

xiv

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... iiHALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... iiiHALAMAN MOTTO ................................................................................... ivHALAMAN PERNYATAAN ....................................................................... vHALAMAN PEMBIMBINGAN .................................................................. viHALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... viiABSTRAK ..................................................................................................... viiiRINGKASAN ................................................................................................ xPRAKATA ..................................................................................................... xii

DAFTAR ISI .................................................................................................. xivDAFTAR TABEL ......................................................................................... xvii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xviiiDAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xxiBAB 1. PENDAHULUAN

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

1.2. Rumusan Masalah ................................................................. 31.3. Batasan Masalah .................................................................... 31.4. Tujuan Penelitian .................................................................. 31.5. Manfaat Penelitian ................................................................ 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA2.1. Studi Penelitian Terdahulu.................................................... 5

2.1.1. Prototipe Payload untuk Uji Roket Muatan (Jalimin,2011) ............................................................................. 5

2.1.2. Sistem Pendeteksi Ketinggian Muatan Roket BerbasisMikrokontroler (Rhamdani, 2011)................................ 6

2.2. Kompetisi Muatan Roket Indonesia (KOMURINDO) ....... 8

xv

2.2.1. Roket Uji Muatan (RUM) ............................................ 82.2.2. Payload......................................................................... 102.2.3. Parasut .......................................................................... 10

2.3. Sensor Kemiringan Menggunakan 3 Axis Accelerometer ... 112.4. Kompas Digitas Menggunakan 3 Axis Magnetometer ......... 122.5. GY-80 IMU Sensor ................................................................. 12

2.5.1. Sensor BMP085 (Pressure and Temperature Sensor) . 132.5.2. Sensor HMC5883L ( 3 Axis Magnetometer)................ 17

2.6. Humidity and Temperature Sensor DHT11 ........................... 202.7. Modul Wireless 915MHz ........................................................ 242.8. Visual C# ................................................................................. 25

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .............................................. 273.2. Tahapan Perancangan .......................................................... 273.3. Perancangan Perangkat Keras.............................................. 28

3.3.1. Blok Perangkat Keras Muatan Roket ........................... 293.3.2. Blok Perangkat Keras GCS (Ground Control Station) 293.3.3. Mekanik Muatan Roket ................................................ 293.3.4. Main Controller Board................................................. 313.3.5. Penempatan Komponen Penunjang pada Mekanik

Payload......................................................................... 353.4. Perancangan Perangkat Lunak............................................. 35

3.4.1. Blok Perangkat Lunak Muatan Roket .......................... 363.4.2. Blok Perangkat Lunak Ground Control Station ........... 37

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Pengujian Hardware Sistem Kontrol Muatan Roket .......... 41

4.1.1. GY-80 (10 DOF IMU) Sensor...................................... 41a. Pengujian Sensor 3 Axis Accelerometer ADXL345 ..... 42b. Pengujian Sensor 3 Axis Magnetometer HMC5883L... 45

xvi

4.1.2. Motor EDF 64 dan Rangkaian Driver Motor ............... 484.2. Pengujian Hardware Sistem Monitoring Cuaca ................... 494.3. Pengujian Sistem Data Telemetri dari Muatan Roket ke

GCS (Ground Control Station)............................................... 534.4. Pengujian GCS (Ground Control Station) ............................ 544.5. Pengujian Keseluruhan Sistem ............................................. 55

BAB 5. PENUTUP5.1. Kesimpulan ............................................................................. 585.2. Saran ........................................................................................ 59

DAFTAR PUSTAKALAMPIRAN

xvii

DAFTAR TABELHalaman

Tabel 2.1. Keterangan fungsi dari masing-msing Pin sensor BMP085 .. 14Tabel 2.2. Register address dari sensor BMP085 ................................... 16Tabel 2.3. Keterangan fungsi dari pin sensor HMC5883L ..................... 18Tabel 2.4. Register address sensor HMC5883L ..................................... 19Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega 128 ....................... 34Tabel 4.1. Data hasil pengujian GY-80 (10 DOF IMU) sensor .............. 42Tabel 4.2. Data hasil pengujian motor EDF dan rangkaian driver

motor ...................................................................................... 48

Tabel 4.3. Data pengujian daya jangkau wireless 915MHz secarahorizontal ............................................................................... 53

Tabel 1. Data hasil pengujian parameter cuaca.................................... 64Tabel 2. Data logger hasil pengujian ke-1 ........................................... 65Tabel 3. Data logger hasil pengujian ke-2 ........................................... 66Tabel 4. Data logger hasil pengujian ke-3 ........................................... 68

xviii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Hardware Payload ................................................................. 5Gambar 2.2. Aplikasi Ground Station untuk Monitoring Payload............. 6Gambar 2.3. Bentuk dari Payload Roket .................................................... 7Gambar 2.4. Aplikasi Monitoring Ketinggian Payload .............................. 7Gambar 2.5. Dimensi Roket RUM ............................................................. 9Gambar 2.6. Kompartemen Roket RUM .................................................... 9Gambar 2.7. Dimensi dan Model Payload Roket RUM............................. 10Gambar 2.8. Disain dan Dimensi Parasut ................................................... 10Gambar 2.9. Sudut Kemiringan dari 3 Axis Accelerometer ........................ 11Gambar 2.10. Medan Magnetik Bumi pada Koordinat x, y, dan z ............... 12Gambar 2.11. GY-80 IMU Sensor ................................................................ 13Gambar 2.12. Konfigurasi Pin Sensor BMP085 ........................................... 13Gambar 2.13. Diagram Blok Sensor BMP085.............................................. 14Gambar 2.14. Flow Chart Pengukuran Tekanan dan Suhu Udara pada

Sensor BMP085 ..................................................................... 15Gambar 2.15. Grafik Hubungan antara Tekanan Udara dengan Ketinggian

dari Permukaan Air Laut........................................................ 16Gambar 2.16. Sensor HMC5883L ................................................................ 18Gambar 2.17. Konfigurasi Rangkaian Power Supply Sensor HMC5883L... 19Gambar 2.18. Humidity and Temperature Sensor DHT11 ........................... 21Gambar 2.19. Rangkaian DHT11 ................................................................. 21Gambar 2.20. Sinyal Komunikasi Sensor DHT11 dengan Mikrokontroler.. 21Gambar 2.21. Sinyal Start untuk Berkomunikasi dengan DHT11 ............... 21Gambar 2.22. Sinyal Data dari DHT11 untuk Data Bit 1 ......................... 22Gambar 2.23. Sinyal Data dari DHT11 untuk Data Bit 0 ......................... 23Gambar 2.24. Bentuk dari Motor EDF ......................................................... 23

xix

Gambar 2.25. Modul Wireless 915MHz ....................................................... 24Gambar 2.26. Tampilan dari Microsoft Visual C# ....................................... 25Gambar 3.1. Blok Diagram Perangkat Keras Muatan Roket ...................... 28Gambar 3.2. Desain Papan Mekanik Payload ............................................ 30Gambar 3.3. Bentuk Muatan Roket ........................................................... 31Gambar 3.4. Main Controller Board Muatan Roket................................... 32Gambar 3.5. Komponen Penyusun Main Controller Board ....................... 32Gambar 3.6. Schematic dari Main Controller Board Muatan Roket ......... 33Gambar 3.7. Posisi Komponen Penunjang Payload ................................... 35Gambar 3.8. Blok Diagram Perangkat Lunak............................................. 36Gambar 3.9. Flow Chart Software pada Muatan Roket........................... 37Gambar 3.10. Flow Chart Aplikasi Ground Control Station (GCS)............ 38Gambar 3.11. Aplikasi Ground Control Station ........................................... 39Gambar 4.1. GY-80 (10 DOF IMU) Sensor pada Payload ........................ 42Gambar 4.2. Hasil Pengujian Sensor Accelerometer ADXL345 ................ 43Gambar 4.3. Hasil Pengukuran Sudut Pitch dan Roll ................................. 44Gambar 4.4. Hasil Pengujian 3 Axis Magnetometer HMC5883L .............. 45Gambar 4.5. Hasil Pengujian Arah Payload ............................................... 46Gambar 4.6. Penempatan Modul 10 DOF IMU sensor .............................. 47Gambar 4.7. Grafik Hubungan Kelembaban dengan Waktu ...................... 50Gambar 4.8. Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu .................................. 51Gambar 4.9. Grafik Hubungan Tekanan Udara dengan Waktu.................. 51Gambar 4.10. Tampilan Ground Control Station (GCS).............................. 54Gambar 4.11. Persiapan Uji Coba Peluncuran Payload ............................... 55Gambar 4.12. Posisi Persiapan untuk Meluncurkan Payload ....................... 55Gambar 4.13. Kondisi saat Payload Diluncurkan......................................... 56Gambar 4.14. Parasut Belum Mengembang Setelah Payload Diluncurkan . 56Gambar 4.15. Parasut Mengembang dan Payload Melayang di Udara ....... 56Gambar 1. Keseluruhan Sistem................................................................ 61

xx

Gambar 2. Hasil Pengujian Data Sikap Payload ke-1 ............................ 61Gambar 3. Hasil Pengujian Data Sikap Payload ke-2 ............................ 62Gambar 4. Hasil Pengujian Data Sikap Payload ke-3 ............................ 63

xxi

DAFTAR LAMPIRAN

A. LAMPIRAN DATA PENGUJIAN........................................................... 61B. LAMPIRAN LISTING PROGRAM MIKROKONTROLER.................. 70

C. LISTING PROGRAM APLIKASI GROUND CONTROL STATION...... 77

1BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangRoket merupakan salah satu wahana dirgantara yang memiliki makna strategis.

Wahana ini mampu digunakan untuk melaksanakan misi perdamaian maupunpertahanan, misalnya sebagai Roket Peluncur Satelit (RPS), Roket penelitian cuaca,roket kendali, roket balistik dari : darat ke darat, darat ke udara dan udara ke udara.Dengan kata lain, roket juga bisa berfungsi sebagai peralatan untuk menjagakedaulatan dan meningkatkan martabat bangsa, baik di darat, laut maupun di udarasampai dengan antariksa. Oleh karena itu, negara yang menguasai kemandirianteknologi peroketan dengan baik, akan disegani oleh negara- negara lain di seluruhdunia. Perkembangan teknologi roket memerlukan pengembangan teknologi lainnyaseperti komunikasi data radio, telecommand, dan sensor-sensor lainnya. Salah satuteknologi tersebut adalah pengembangan sistem pengendali muatan roket. Sistempengendalian muatan roket merupakan suatu sistem pengendalian yang dilakukandengan jarak jauh dan dapat memantau gerak sikap dari muatan roket itu sendiri.Kendali muatan roket ini sangat diperlukan untuk membuat sebuah sistem yangdapat digunakan sebagai navigasi arah yang bertujuan untuk menentukan suatu lokasitertentu dan untuk mengendalikannya dibutuhkan software yang berbasis sistemvisual, yaitu Visual Basic (Anwar, 2011).

Pada penelitian yang lain, dibuat sistem pendeteksi ketinggian jarak jauhberbasis mikrokontroler. Piranti ini menggunakan dua buah sensor yang didesainuntuk memperoleh data ketinggian pada roket uji muatan, yaitu Global PositioningSystem (GPS) dan sensor tekanan. Selain dapat mendeteksi ketinggian, sistem ini jugadapat mengirimkan data ketinggian tersebut melalui radio frekuensi ke penerima yangada di stasiun pemantau. Pada bagian penerima, data tersebut dapat ditampilkan padaPC melalui program Visual Basic sehingga data yang diterima dapat dibaca denganmudah (Rhamdani, 2011)

2Dalam mengembangkan teknologi roket di indonesia, Direktorat Penelitiandan Pengabdian kepada Masyarakat (Dit Litabmas), Direktorat Jenderal PendidikanTinggi (DIKTI) bekerja sama dengan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional(LAPAN) telah menyelenggarakan Kompetisi Muatan Roket Indonesia(KOMURINDO) tingkat perguruan tinggi. Kompetisi ini diadakan setiap tahun sejaktahun 2009. Pada KOMURINDO tahun 2010 bertemakan tentang Homing MeteoPayload. Yang dimaksud dengan Homing Meteo Payload adalah Payload RoketRUM (Roket Uji Muatan) untuk mengukur parameter meteorologi yang mampukembali ke HOME setelah roket diluncurkan dan payload terpisah dari roket peluncur.Dalam kompetisi ini peserta wajib memiliki sensor kelembaban udara, suhu udara,tekanan udara, accelerometer dan kompas. Pada kompetisi ini payload bersifatautonomus (self home positioning) sekaligus dapat berkomunikasi dengan sistemkendali operator di ground segment (KORINDO, 2010). Pada KOMURINDO tahunberikutnya tema untuk muatan roket berbeda yaitu attitude monitoring dansurveillance payload yaitu muatan roket harus bisa mengirim data sikap payload padasudut pitch, roll dan yaw dari sikap roket saat meluncur. Setelah melakukan sparasipayload bertugas untuk mengirimkan data penginderaan dinamik berupa foto200x200 pixel. Mulai tahun 2013 ada dua kategori yang dilombakan padaKOMURINDO. Pertama kategori muatan roket (payload) dan yang kedua kategoriroket EDF (Electric Ducted Fan), kategori roket EDF merupakan kategori yang barudilombakan pada tahun 2013. Tema dari KOMURINDO setiap tahun berbeda.

Muatan roket (payload) memiliki banyak fungsi strategis, dengan mengacupada penelitian-penelitian sebelumnya maka pada penelitian ini akan diusulkansebuah muatan roket yang digunakan untuk memantau cuaca dan pola gerak darimuatan roket tersebut. Dimana kondisi cuaca yang akan dipantau yaitu tekanan udara,kelembaban, dan suhu. Serta untuk memantau pola gerak berdasarkan arah gerak,gerak roll, pitch, dan yaw. Muatan roket akan dilengkapi dengan barometer,thermometer, higrometer, compas, accelerometer, dan gyroscope. Dalammenjalankan misinya payload akan dilengkapi dengan parasut supaya dapat melayang

3di udara selama mengambil data yang diperlukan serta dilengkapi dengan sistempenggerak menggunakan baling-baling untuk mengatur pergerakannya supaya dapatkembali ke tempat awal peluncuran.

1.2. Rumusan MasalahPada penelitian ini ada beberapa permasalahan yang harus diselesaikan

sebagai berikut:1. Bagaimana merancang perangkat keras sistem monitoring cuaca dan sikap

muatan roket?

2. Bagaimana merancang sistem data telemetri dari muatan roket ke komputeroperator?

3. Bagaimana merancang aplikasi sistem monitoring data cuaca dan sikap muatanroket?

1.3. Batasan MasalahPada penelitian ini ada beberapa batasan masalah yaitu:

1. Tidak membahas masalah roket pembawa payload.2. Data monitoring cuaca yang diambil tekanan udara, suhu dan kelembaban.3. Untuk sistem kendali muatan roket secara manual yang dikendalikan oleh

operator.

1.4. TujuanPenelitian ini memiliki beberapa tujuan diantaranya:

1. Merancang kontrol muatan roket yang dapat memantau kondisi cuaca dan sikapmuatan roket menggunakan mikrokontroler ATmega 128.

2. Merancang sistem data telemetri kondisi cuaca dan sikap muatan roket darimuatan roket ke komputer.

3. Merancang aplikasi pengolah data hasil monitoring menggunakan Visual C#.

41.5. ManfaatPenelitian ini memiliki beberapa manfaat diantaranya:

1. Diperolehnya ilmu pengetahuan tentang sistem monitoring cuaca menggunakan

muatan roket berbasis mikrokontroler.2. Diperoleh sistem data monitoring cuaca secara real time menggunakan sistem

data telemetry berbasis wireless.

5BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Studi Penelitian Terdahulu2.1.1 Prototipe Payload untuk Uji Roket Muatan (Jalimin, 2011)

Pada penelitian ini dilakukan penelitian tentang prototipe payload ataumuatan roket yang fungsinya digunakan untuk monitoring kondisi gedung. Dimanasensor yang digunakan yaitu accelerometer, compas, barometer, sensor suhu dansensor kelembaban. Gambar 2.1 merupakan gambar bentuk hardware dari prototipepayload tersebut.

Gambar 2.1 Hardware Payload(Sumber: Jalimin, 2011)

Pada penelitian ini payload tidak didesain untuk dibawa oleh RUM (Roket UjiMuatan), payload dalam penelitian ini hanya prototipe payload yang pengujiannya didalam gedung bertingkat yang berfungsi untuk memantau kondisi gedung tersebut.Data yang diperoleh dari payload dikirimkan ke Ground Station menggunakanaplikasi Visual Basic seperti pada gambar 2.2 berikut ini.

6Gambar 2.2 Aplikasi Ground Station untuk Monitoring Payload(Sumber: Jalimin, 2011)

Pada penelitian ini monitoring payload ditekankan pada posisi payload dankondisi cuaca di sekitar payload. Pada penelitian ini tidak ada monitoring pola gerakdari payload tersebut.

2.1.2 Sistem Pendeteksi Ketinggian Muatan Roket Berbasis Mikrokontroler(Rhamdani, 2011)Penelitian ini fokus pada pengukuran ketinggian payload roket. Pada

penelitian ini sensor yang digunakan yaitu barometer dan GPS. Pada penelitian inimasih berbentuk prototipe, muatan tidak didesain untuk dibawa oleh RUM (Roket UjiMuatan). Pada penelitian ini dilakukan pengujian pada gedung bertingkat 0-12 lantai.Berikut ini merupakan bentuk dari muatan roket tersebut pada gambar 2.3.

7Gambar 2.3 Bentuk dari Payload Roket(Sumber: Rhamdani, 2011)

Pada penelitian ini juga memiliki sistem data telemetri dari muatan roket keGround Station. Sistem monitoring data tersebut didesain menggunakan Visual Basic.Karena hanya mengukur ketinggian saja maka aplikasi yang digunakan sangatlahsederhana seperti pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Aplikasi Monitoring Ketinggian Payload(sumber: Rhamdani,2011)

82.2. Kompetisi Muatan Roket Indonesia (KOMURINDO)Kompetisi Muatan Roket Indonesia (KOMURINDO) merupakan kompetisi

yang diadakan oleh Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DitLitabmas), Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (DIKTI) bekerja sama denganLembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN). KOMURINDOdiselenggarakan sejak tahun 2009 sampai sekarang. Pada KOMURINDO Payloadharus memiliki spesifikasi sebagai berikut:1. Muatan roket berbentuk tabung silinder berisi rangkaian elektronik dan sistem

aktuator robotik yang berfungsi sebagai perangkat telemetri untuk meteorologisekaligus memiliki sistem aktuator berbasis robotik.

2. Berukuran diameter 100 mm (1mm) dengan tinggi 200 mm (1mm) termasukantena. Berat maksimum Payload adalah 1000 gr (10 gr).

3. Payload harus memiliki sensor kompas (sifatnya wajib) dimana data kompas iniharus dikirim terus-menerus ke ground segment sekaligus sebagai pemandu arahpayload dalam mencapai target pendaratan sejak saat peluncuran hinggamendarat.

4. Payload juga harus memuat sensor accelerometer (sifatnya wajib) yang datanyaharus dikirim secara terus-menerus ke Ground Segment untuk mengetahuiperformance roket RUM sejak dari peluncuran hingga terjadinya separasi.

5. Payload dapat memiliki setidak-tidaknya dua macam sensor (sifatnya wajib) daripilihan tiga macam sensor meteorologi yaitu, suhu, tekanan dan kelembaban.

2.2.1. Roket Uji Muatan (RUM)RUM ini berfungsi untuk membawa payload ketika dilakukan pengujian

payload. Berikut adalah spesifikasi dari RUM yang akan digunakan:1. Panjang Roket: 1230 mm2. Diameter Roket: 76 mm3. Berat Roket: 4.6 kg4. Propelan: Komposit

95. Daya Dorong: 30kgf6. Ketinggian: 600 m7. Berat Muatan: 1kg

8. Dimensi Muatan: diameter 100 mm, tinggi 200 mm9. Recovery: 2 parasut10. Bahan Tabung: PVC

Gambar 2.5 Dimensi Roket RUM(Sumber: Rule Book KOMURINDO)

Gambar 2.6 Kompartemen Roket RUM(Sumber: Rule Book KOMURINDO)

10

2.2.2. Payload

Gambar 2.7 Dimensi dan Model Payload Roket RUM(Sumber: Rule Book KOMURINDO)

2.2.3. Parasut

Gambar 2.8 Disain dan Dimensi Parasut(Sumber: Rule Book KOMURINDO)

Dimensi Payload pada roket adalah

Diameter : 100 1mm

Tinggi : 200 1mm

Gore

Spesifikasi:

Diameter canopy = 123 cm

Panjang tali parasut = 70 cmDiameter fill hole = 10 cmDescent = 3,5 m/sJumlah gore = 12

Tinggi gore = 75 cmLebar gore = 48 cm

11

2.3. Sensor Kemiringan Menggunakan 3 Axis AccelerometerAccelerometer mengukur percepatan linear berdasarkan pada percepatan

garvitasi. Accelerometer ini mengukur percepatan pada sumbu x, y dan z. Denganmenggunakan 3 axis accelerometer, kita dapat mengkombinasikan Z axis dengan Xaxis dan Y axis untuk mengukur kemiringan.

Gambar 2.9 Sudut kemiringan dari 3 axis accelerometer(Sumber: www.st.com)

Untuk mendapatkan sudut pitch dan roll pada 3 axis accelerometermengunakan rumus sebagai berikut:

Pitch = = arctan( ( ) ( ) ) ( ) (2.1)Roll = = arctan( ( ) ( ) ) ( ) (2.2)Dimana : ax = nilai dari accelerometer pada sumbu x.

ay = nilai dari accelerometer pada sumbu y.az = nilai dari accelerometer pada sumbu z. = phi (3,14159).

12

2.4. Kompas Digital menggunakan 3 Axis MagnetometerMagnetometer berfungsi untuk mengukur besarnya medan magnetik bumi.

Dengan menggunakan 3 axis magnetometer maka medan magnetik bumi yang diukurpada sumbu x, sumbu y, dan sumbu z.

Gambar 2.10 Medan Magnetik Bumi pada Koardinat x, y, dan z(Sumber: Micheael J)

Untuk mendapat nilai sudut kompas maka dapat digunakan persamaan (2.3) berikut.

Heading = arctan ( ) (2.3)Dimana: Heading = arah dari payload.

mx = nilai medan magnetik dari sensor magnet pada arah sumbu z.my = nilai medan magnetik dari sensor magnet pada arah sumbu z.

2.5. GY-80 IMU SensorGY-80 IMU (inertial measurement unit) Sensor merupakan gabungan dari

empat buah sensor yang dijadikan dalam satu modul produksi DFRobot. Empatsensor tersebut yaitu:1. Sensor Accelerometer 3 Axis (ADXL345).2. Sensor Gyroscope 3 Axis (L3G4200D).3. Sensor Compass 3 Axis(HMC5883L).

Horizontal component of H

Local earth magnetic field

Heading

13

4. Sensor Barometer (BMP085).Data dari keempat sensor tersebut dapat diakses menggunakan I2C dimana

hanya terdapat dua jalur komunikasi ke mikrokontroler yaitu SDA dan SCL untuksemua sensor yang digunakan sehingga lebih praktis dalam penempatan pada boardkontroler. Bentuk dari GY-80 IMU Sensor seperti gambar 3.7 berikut.

Gambar 2.11 GY-80 IMU Sensor

2.2.1 Sensor BMP085 (Pressure and Temperature Sensor)Salah satu sensor yang terdapat pada modul GY-80 IMU Sensor adalah

BMP085 yang memiliki tiga fungsi sekaligus yaitu sebagai sensor tekanan udara(barometer) , sensor suhu (termometer) dan sensor ketinggian (altimeter). Berikut iniadalah penjelasan tentang karakteristik dari sensor BMP085 bedasarkan data sheet.Konfigurasi Pin sensor BMP085

Gambar 2.12 Konfigurasi Pin Sensor BMP085(Sumber: Data sheet BMP085)

14

Tabel 2.1 Keterangan fungsi dari masing-masing pin sensor BMP085

Pin No. Name Function Type1 GND Ground Power2 EOC End of conversion Digital output3 VDDA Power supply Power4 VDDD Digital power supply Power5 NC no internal conection -6 SCL I2C serial bus clock input Digital input7 SDA I2C serial bus data Digital bi-directional8 XCLR Master clear (low active) input Digital input

Gambar 2.13 Diagram Blok Sensor BMP085(Sumber: Data sheet BMP085)

15

Gambar 2.14 Flow Chart Pengukuran Tekanan dan Suhu Udara pada Sensor BMP085(Sumber: Data sheet BMP085)

16

Tabel 2.2 Register address dari sensor BMP085BMP085 Register Address

Parameter MSB LSBAC1 0xAA 0xABAC2 0xAC 0xADAC3 0xAE 0xAFAC4 0xB0 0xB1AC5 0xB2 0xB3AC6 0xB4 0xB5B1 0xB6 0xB7B2 0xB8 0xB9MB 0xBA 0xBBMC 0xBC 0xBDMC 0xBE 0xBF

Pada gambar 2.14 diketahui proses konversi data yang didapatkan dari sensorBMP085 untuk mengukur tekanan dan suhu udara yang sebenarnya. Karena begitubanyak proses konversi data maka diharapkan kita harus teliti dalam proses konversidata tersebut supaya data tekanan dan suhu udara sesuai dengan keadaan yangsebenarnya. Dari data tekanan udara yang di dapatkan dari sensor BMP085 bisadigunakan untuk mengukur ketinggian dari permukaan air laut. Berikut adalahpenjelasan tentang pengukuran ketinggian menggunakan tekanan udara.

Gambar 2.15 Grafik Hubungan Tekanan Udara dengan Ketinggian dari Permukaan Air Laut(sumber: Data sheet BMP085)

17

Grafik pada gambar 2.15 didapatkan dari data sheet sensor BMP085.Berdasarkan data dari grafik tersebut didapatkan ketinggian dalammeter (m)menggunakan persamaan tekanan udara standar internasional.

Altitude = 44330 * 1 . (2.4)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 )

2.2.2 Sensor HMC5883L (3 Axis Digital Compass)Kompas digunakan sebagai penunjuk arah pergerakan dari suatu objek.

Kompas merupakan komponen yang sangat penting untuk navigasi suatu objek yangbergerak. Pada Kompetisi Muatan Roket Indonesia (KOMURINDO), muatan roketdiluncurkan dengan bantuan RUM (Roket Uji Muatan) sebagai pembawanya. Denganbantuan RUM tersebut muatan roket dapat diluncurkan sampai ketinggian 600 meterdari titik peluncuran. Dengan jarak yang cukup jauh tersebut mata manusia sulitmengetahui arah dari muatan roket tersebut. Sehingga dengan adanya kompas padasistem kontrol navigasi jarak jauh pada muatan roket, maka operator dapatmengetahui arah pergerakan dari muatan roket tersebut dan operator lebih mudahmengendalikan muatan roket tersebut agar dapat bergerak menuju titik awalpeluncuran roket. Karena pergerakan muatan roket terdiri dari translasi dan rotasimaka digunakan kompas yang dapat bekerja pada sumbu x,y dan z (3 Axis).

Pada modul 10 DOF IMU sensor ini memiliki sensor HMC5883L (3 axisdigital compass ). Sensor ini berfungsi sebagai penunjuk arah pada benda yangbertranslasi dan berotasi. Berikut penjelasan tentang karakteristik dari sensorHMC5883L yang didapatkan dari data sheet.

18

(a) Konfigurasi Pin Sensor HMC5883L (b) Bentuk dari Sensor HMC5883LGambar 2.16 Sensor HMC5883L(Sumber: Data Sheet HMC5883L)

Tabel 2.3 Keterangan fungsi dari pin sensor HMC5883L

Pin Name Description1 SCL Serial Clock - I2C Master/Slave Clock2 VDD Power Supply (2.16V to 3.6V)3 NC Not to be Connected4 S1 Tie to VDDIO5 NC Not to be Connected6 NC Not to be Connected7 NC Not to be Connected

8 SETP Set/Reset Strap Positive - S/R Capacitor (C2)Conection

9 GND Supply Ground10 C1 Reservoir Capacitor (C1) Connection11 GND Supply Ground12 SETC S/R Capacitor (C2) Connection - Drive Side13 VDDIO IO Power Supply (1.71V to VDD)14 NC Not to be Connected

15 DRDYData Ready, Interrupt Pin. Internally pulled high.Optional connection. Low for 250 uS when data isplaced in the data output register.

16 SDA Serial Data - I2C Master/Slave Data

18








18








19

Dari tabel 2.3 di atas dapat diketahui dengan jelas fungsi-fungsi dari tiap pinsensor HMC5883L. Sensor HMC5883L ini hanya dapat berkomunikasi secara I2Cdengan mikrokontroler. Berikut konfigurasi komunikasi I2C dengan mikrokontroler.

(a) Desain Rangkaian Dua Sumber Supply (b) Desain Rangkaian Satu Sumber SupplyGambar 2.17 Konfigurasi Rangkaian Power Supply Sensor HMC5883L

Gambar 2.17 merupakan desain rangkaian sensor agar dapat berkomunikasidengan mikrokontroler. Pada komunikasi I2C sensor HMC5883L berfungsi sebagaislave sedangkan mikrokontroler sebagai master.

Tabel 2.4 Register Address Sensor HMC5883L

Addres Location Name Acces00 Configuration Register A Read/Write01 Configuration Register B Read/Write02 Mode Register Read/Write03 Data Output X MSB Register Read04 Data Output X LSB Register Read05 Data Output Y MSB Register Read06 Data Output Y LSB Register Read07 Data Output Z MSB Register Read08 Data Output Z LSB Register Read09 Status Register Read10 Identification Register A Read11 Identification Register B Read12 Identification Register C Read

20

Tabel 2.4 merupakan daftar alamat dari register untuk mengakses data pada sensorHMC5883L menggunakan komunikasi I2C.

2.6. Humidity and Temperature Sensor DHT11DHT11 merupakan modul sensor kelembaban dan suhu yang menjadi satu

modul siap pakai. Modul sensor ini dapat berkomunikasi dengan mikrokontrolermenggunakan komunikasi digital dengan protokol komunikasi 1 wire. Dengandemikian modul DHT11 ini mudah sekali diakses oleh mikrokontroler. Modul inimemiliki range pembacaan suhu 0o 50 o C dan range pembacaan kelembaban udara20-90 %RH. Sedangkan akurasinya 5 %RH untuk pembacaan kelembaban udaradan 2 oC untuk pembacaan suhu.

Berikut adalah gambar bentuk dari Humidity and Temperature Sensor DHT11

Gambar 2.18 Humidity Temperature Sensor DHT11

Spesifikasi dari DHT11 adalah sebagai berikut1. Tegangan Input : 3.3-6 V2. Arus Kerja : 1-1.5 mA3. Arus Standby : 40-50 uA4. Range Kelembaban : 20-90 % RH5. Range Suhu : 0 50 oC6. Akurasi Kelembaban : 5 % RH7. Akurasi Suhu : 2 oC

8. Komunikasi : single wire

21

Gambar 2.19 Rangkaian DHT11(Sumber: Data Sheet DHT11)

Gambar 2.20 Sinyal Komunikasi Sensor DHT11 dengan Mikrokontroler(Sumber : Data Sheet DHT11)

Gambar 2.21 Sinyal Start untuk Berkomunikasi dengan DHT11(Sumber : Data Sheet DHT11)

22

Gambar 2.20 merupakan gambar sinyal komunikasi antara sensor DHT11dengan mikrokontroler. Komunikasi yang digunakan yaitu single wire (single-wiretwo-way). Komunikasi ini hanya menggunakan satu port untuk berkomunikasi yaituuntuk mengirim data maupun menerima data.

Pada gambar 2.21 merupakan gambar sinyal start yang dikirim olehmikrokontroler untuk memulai berkomunikasi dengan DHT11. Sinyal start ini berupasinyal high selama 20-40 us. Setelah mikrokontroler mengirim sinyal start makasinyal tersebut akan direspon oleh DHT11 dengan mengirim balik sinyal high selama80us. Setelah sinyal balasan dari DHT11 selanjutnya ada 4 byte data yang akandikirim oleh DHT11. 4 byte data tersebut adalah 2 byte data untuk data kelembabandan 2 byte data untuk suhu. 2 byte data kelembaban terdiri dari 8 bit data satuan serta8 bit data desimal. Untuk sensor suhu 2 byte data suhu terdiri dari 8 bit data satuanserta 8 bit data desimal. Untuk membedakan tiap bit data yang dikirim sinyal yangdikeluarkan oleh DHT11 seperti pada gambar 2.22 dan 2.23.

Gambar 2.22 Sinyal Data dari DHT untuk Data 1(Sumber: Data Sheet DHT11)

23

Gambar 2.23 Sinyal data dari DHT11 untuk data 1(Sumber: Data sheet DHT11)

Untuk data bit 0 sinyal yang dikirim berupa sinyal high selama 26-28 ussedangkan untuk data bit 1 sinyal yang dikirim berupa sinyal high selama 70 us.

untuk tiap bit data terdapat pemisah data berupa sinyal low selama 50 us.

2.7. Motor EDF

Gambar 2.24 Bentuk dari Motor EDF(Sumber: www.gwsus.com)

24

Motor EDF (Electric Ducted Fan) merupakan jenis motor DC yang memilikisebuah propeller / baling-baling yang diletakkan pada sebuah pipa dengan ukurantertentu sesuai jenisnya. EDF digunakan sebagai penggerak payload ketika melayangdi udara. EDF yang akan digunakan memiliki dimensi seperti pada gambar 2.24berikut. Dimana dengan ukuran yang sedemikian rupa dapat dimasukkan ke dalammekanik payload. Meskipun ukuranya kecil tetapi EDF ini memiliki daya dorong(trust) sebesar 200 gr. Untuk menggerakkan payload dengan berat 500 gr maka padapenelitian ini menggunakan dua buah EDF seperti pada gambar rancangan payload.

2.8. Modul Wireless 915MHz

Gambar 2.25 Modul Wireless 915MHz

Modul wireless 915MHz ini buatan dari Hextronik. Modul ini memilikispesifikasi sebagai berikut:1. Tegangan kerja :DC 5V (3V-5.5V )2. RF Power : >10mW3. Baud Rate : 57600 bps4. Frekuensi kerja : 915 MHz,5. Antar muka : standard RS-232/ RS-485/ TTL

24





24





25

6. Format data : 8N1/8E1/8O1.7. Jangkauan : 1000 meter.

8. Dimensi : 47 mm x 26 mm x 10 mm

2.9. Visual C#Visual C# selain disebut sebagai bahasa pemrograman (language programe),

juga sering disebut sebagai sarana (tool) untuk menghasilkan program-programaplikasi berbasis windows. Secara umum ada beberapa manfaat yang diperoleh daripemakaian program visual C#, diantaranya:1. Dipakai dalam membuat program aplikasi berbasis windows.2. Dipakai dalam membuat obyek-obyek pembantu program, seperti fasilitas Help,

kontrol ActiveX, aplikasi internet, dan sebagainya.3. Digunakan untuk menguji program (debugging) dan menghasilkan program akhir

EXE yang bersifat executable, atau dapat langsung dijalankan.Berikut adalah tampilan dari visual C#

Gambar 2.26 Tampilan dari Microsoft Visual C#

26

Banyak fasilitas baru yang ditawarkan oleh Visual C# diantaranyapenambahan koleksi fungsi, fasilitas Native Code, penambahan interface baru, danlain-lain. Selain menyediakan tipe data sendiri yang berupa argumen atau propertidan metode publik, Visual C# juga bisa menghasilkan array dari suatu fungsi atauproperti suatu prosedur.

27

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu PenelitianPenelitian dengan judul Perancangan Muatan Roket Sebagai Sistem

Monitoring Cuaca Berbasis Mikrokontroler dan Visual C# ini dilakukan diLaboratorium Sistem Kendali, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UniversitasJember di Jln. Slamet Riyadi no. 62 Patrang, Jember. Sedangkan waktu penelitian inidilaksanakan mulai bulan Agustus 2013 sampai bulan Januari 2014.

3.2. Tahapan PerancanganDalam pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak dari penelitian ini

dibutuhkan langkah-langkah perancangan, antara lain:1. Studi Literatur.2. Perancangan Mekanik Muatan Roket.

Merancang mekanik muatan roket dengan bahan dari PCB fiber. Bentuk darimuatan roket berupa tabung dengan dimensi diameter tabung 10 cm dan tinggitabung 20 cm.

3. Perancangan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak .Pada tahapan ini dilakukan Pembuatan perangkat penyusun sistem yangmenghubungkan muatan roket dengan komputer berupa perangkat keras danperangkat lunak. Perancangan perangkat keras meliputi sebuah sistem minimummikrokontroler, rangkaian driver motor EDF, rangkaian sensor-sensor yang akandigunakan. Sedangkan perancangan perangkat lunak meliputi programpembacaan sensor-sensor pada muatan roket dan program untuk membuataplikasi Ground Control Station (GCS) menggunakan software Ms. VisualStudio 2012 dengan bahasa pemrograman C#.

4. Pengujian Perangkat Keras dan Perangkat Lunak.

28

Pengujian perangkat penyusun sistem yang sudah dirancang yaitu perangkatkeras dan perangkat lunak sebelum diintegrasikan menjadi sistem secarakeseluruhan.

5. Integrasi Sistem.Mengintegrasikan perangkat penyusun sistem yang sudah dirancang yaituperangkat keras dan perangkat lunak menjadi sistem keseluruhan.

6. Pengujian dan Analisa Sistem.Menguji sistem yang telah terintegrasi secara keseluruhan untuk selanjutnyadilakukan analisa kinerja sesuai dengan fungsinya untuk monitoring cuaca dankesesuaian data pada GCS.

3.3. Pencangan Perangkat KerasPembuatan perangkat keras ini berdasarkan blok diagram sistem pada gambar

3.1 yang terdiri dari modul komunikasi wireless 915MHz, sistem kontroler muatanroket, modul sensor DHT11, modul GY-80 (10 DOF IMU sensor), rangkaian drivermotor EDF, rangkaian LCD 8x2 karakter serta perancangan penempatan perangkat

keras pada mekanik muatan roket.

Gambar 3.1 Blok Diagram Perangkat Keras Muatan Roket

29

3.3.1. Blok Perangkat Keras Muatan RoketModul DHT11 merupakan perangkat keras untuk mengukur suhu dan

kelembaban udara. Modul DHT11 dapat berkomunikasi dengan mikrokontrolermenggunakan komunikasi data 1wire. Modul GY-80 merupakan 10 DOF IMU sensoryang terdiri dari 3 axis accelerometer, 3 axis gyroscope, 3 axis magnetometer, danbarometer yang berfungsi untuk mendeteksi sikap dari muatan roket terhadap sudutroll dan pitch serta arah muatan roket berdasarkan arah mata angin. Modul GY-80dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler menggunakan komunikasi data I2C.Data dari sensor-sensor tersebut dikirimkan ke GCS melalui modul wireless 915MHzmenggunakan komunikasi data UART0. Modul wireless 915MHz ini dapat berfungsisebagai pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) atau dapat disebut denganwireless. Untuk data suhu, kelembaban dan tekanan udara selain dikirimkan ke GCS,data tersebut juga ditampilkan pada LCD 8x2 karakter untuk mengoreksi data cuacasebelum payload diluncurkan. Untuk mengendalikan arah gerak dari muatan roketketika melayang di udara dilakukan pengaturan kecepatan motor EDF menggunakanRangkaian driver motor EDF. Untuk pengaturan pergerakan motor EDF berdasarkandata dari operator yang diterima oleh muatan roket secara serial melalui modulwireless 915MHz.

3.3.2. Blok Perangkat Keras GCS (Ground Control Station)Modul serial wireless 915MHz berfungsi untuk menerima data yang dikirim

oleh muatan roket. Modul ini akan mengirimkan data-data tersebut ke komputer(GCS) menggunakan komunikasi serial melalui PORT USB pada komputer. Data-data tersebut yang akan diolah oleh GCS.

3.3.3. Mekanik Muatan RoketMekanik muatan roket dibuat menggunakan bahan-bahan yang ringan namun

cukup kuat seperti papan PCB fiber dan aluminium. Papan PCB yang digunakanberbahan fiber dengan ketebalan 1,2 mm. Untuk menggabungkan antar papan PCB

30

digunakan aluminium siku dengan ketebalan 1 mm. Untuk merekatkan papan PCBdengan aluminium siku digunakan baut dengan diameter 1,5 mm.

Gambar 3.2 Desain Papan Mekanik Payload

Gambar 3.2 merupakan desain untuk pembuatan mekanik muatan roket yang sudahdisesuaikan dengan peraturan yang ada pada rule book KOMURINDO yaitu dimensi muatanroket harus berbentuk tabung dengan diameter 10 cm dan tinggi Payload 20 cm. untukmembuat mekanik dari papan PCB fiber, gambar 3.2 ditempelkan pada papan PCB kemudiandipotong dan dilubangi sesuai dengan gambar kemudian digabungkan menjadi satu sepertidengan komponen penunjang lainnya seperti gambar 3.3 berikut.

30




30




31

Gambar 3.3 Bentuk Muatan Roket

3.3.4. Main Controller BoardMain controller board ini merupakan perangkat keras sebagai kontrol utama

pada muatan roket. Pada main controller board ini terdiri dari rangkaian sistemminimum mikrokontroler ATmega 128 sebagai pengolah data dari sensor-sensor.Sensor DHT11 untuk mengukur kelembaban dan suhu udara. Modul GY-80merupakan 10 DOF IMU sensor yang terdiri dari 3 axis accelerometer ADXL345, 3axis gyroscope L3G4200D, 3 axis magnetometer HMC5883L, serta barometricpressure BMP085. Rangkaian driver motor EDF untuk mengatur putaran dari motor

32

EDF. Rangkaian LCD 8x2 karakter digunakan untuk menampilkan data hasilmonitoring cuaca. Semua rangkaian elektronik yang digunakan terintegrasi dalamsatu papan PCB pada main controller board ini. Berikut pada gambar 3.6 adalahskema rangkaian dari main controller board, pada gambar 3.4 merupakan bentuk darimain controller board, dan pada gambar 3.5 merupakan keterangan komponen yangdigunakan pada main controller board.

Gambar 3.4 Main Controller Board Muatan Roket

Gambar 3.5 Komponen Penyusun Main Controller Board

33

Gambar 3.6 Schematic dari Main Controller Board Muatan Roket

33


33


34

Mikrokontroler ATmega 128 merupakan komponen utama dari maincontroller board. Mikrokontroler ini bertugas untuk membaca data dari masing-masing sensor dan mengirimkan data tersebut menggunakan komunikasi serial keGCS melalui modul wireless 915MHz. Tabel 3.1 merupakan konfigurasi PORTmikrokontroler yang digunakan untuk berkomunikasi dengan sensor-sensor.

Tabel 3.1 Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega 128

PIN KETERANGAN KONEKSI FUNGSI

2 RXD0 Pin MISO downloader, Pin TXmodul wireless 915MHz

Komunikasi Serial UART0dengan modul wireless 915MHz

3 TXD0 Pin MOSI downloader, Pin RXmodul wireless 915MHz

Komunikasi Serial UART0dengan modul wireless 915MHz

10 PORTB.0 Pin RS LCD 8x2 Karakter (Pin 4) Komunikasi Paralel dengan LCD4 PORTE.2 Pin RW LCD 8x 2 Karakter (Pin 5) Komunikasi Paralel dengan LCD5 PORTE.3 Pin EN LCD 8x 2 Karakter (Pin 6) Komunikasi Paralel dengan LCD6 PORTE.4 Pin D4 LCD 8x 2 Karakter (Pin 11) Komunikasi Paralel dengan LCD7 PORTE.5 Pin D5 LCD 8x 2 Karakter (Pin 12) Komunikasi Paralel dengan LCD9 PORTE.7 Pin D6 LCD 8x 2 Karakter (Pin 13) Komunikasi Paralel dengan LCD8 PORTE.6 Pin D7 LCD 8x 2 Karakter (Pin 14) Komunikasi Paralel dengan LCD12 SDA Pin SDA modul GY-80 (Pin no 4) Komunikasi I2C dengan modulGY-8013 SCL Pin SCL modul GY-80 (Pin no 5) Komunikasi I2C dengan modulGY-8025 PORTD.0 untuk on/off buzzer Output data untuk switchingbuzzer26 PORTD.1 PWM untuk driver motor EDF Kiri Output PWM untuk

mengendalikan Motor EDF kiri

29 PORTD.4 PWM untuk driver motor EDFKananOutput PWM untukmengendalikan Motor EDF kanan

51 1 wire Pin Data modul DHT11 (Pin no 2) Komunikasi Serial 1 Wire denganmodul DHT11

21,52 VCC

Pin out IC 7805, Pin +5V modulGY-80, Pin +5V modul DHT11,Pin +5V Modul wireless 915Mhz,Pin VCC LCD

Catu daya +5 Volt

22,53,63

GND

Pin GND IC 7805, Pin GND ModulGY-80, Pin GND modul DHT11,Pin GND modul wireless 915MHz,Pin GND LCD, Pin GND buzzer,Pin GND driver motor EDF

Ground Catu Daya

35

3.3.5. Penempatan Komponen Penunjang pada Mekanik Payload

Gambar 3.7 Posisi Komponen Penunjang Payload

Gambar 3.7 merupakan gambar posisi komponen penunjang pada muatanroket pada gambar 3.7 sudah dilengkapi dengan keterangan masing-masing namakomponen yang digunakan. Untuk fungsi dari masing-masing komponen tersebutsudah dijelaskan pada subbab 3.3.1 Blok Perangkat Keras Muatan Roket.

3.4. Perancangan Perangkat LunakPerangkat lunak pada sistem ini terdiri dari 2 blok bagian, yaitu blok pada

aplikasi Ground Control Station dan pada muatan roket. Untuk perangkat lunak padamuatan roket menggunakan software CodeVision AVR sedangkan untuk perangkatlunak Ground Control Station menggunakan aplikasi MS. Visual C#. Berikut adalahgambar blok diagram perangkat lunak yang ditunjukkan pada gambar 3.8.

36

Gambar 3.8 Blok Diagram Perangkat Lunak

3.4.1. Blok Perangkat Lunak Muatan RoketPerangkat lunak pada muatan roket menggunakan software CodeVision AVR.

Bahasa pemrograman yang digunakan yaitu bahasa C. Mikrokontroler ATmega 128akan diprogram sesuai dengan flow chart pada gambar 3.9.

Mikrokontroler akan memproses beberapa data input yaitu, data dari sensorsuhu, kelembaban, tekanan udara, magnetometer, dan accelerometer serta data serialdari modul wireless 915MHz. Pada kondisi awal muatan roket menunggu perintahdari operator yaitu dengan membaca data serial dan tidak akan mengirimkan data.Ketika muatan roket menerima data ON, muatan roket baru mengirimkan data sensortersebut. Selama proses pembacaan sensor dan pengiriman data, muatan roket jugamembaca data navigasi yang dikirim oleh operator secara serial melalui modulwireless 915MHz. navigasi yang dibaca adalah perintah maju dengan data B,perintah belok kanan dengan data A, perintah belok kiri dengan data C dan

perintah berhenti dengan data D. Selama perintah dari operator masih ON maka

muatan roket akan bekerja terus. Ketika muatan roket mendapatkan perintah OFFmaka muatan roket akan menghentikan pengiriman data-data sensor tersebut.

37

Gambar 3.9 Flow Chart Software pada Muatan Roket

3.4.2. Blok Perangkat Lunak Ground Control StationPerangkat lunak pada Ground Control Station menggunakan software Ms.

Visual Studio 2012 dengan bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa C#.Aplikasi GCS ini dibuat berdasarkan flow chart program pada gambar 3.10.

38

Gambar 3.10 Flow Chart Aplikasi Ground Control Station (GCS)

Aplikasi GCS akan memproses data serial dari mikrokontroler yang dikirimmelalui modul wireless 915MHz. data serial ini akan dibaca header data terlebihdahulu apakah header data adalah kww jika header data tidak sama maka koneksi

39

akan reset. Setelah header data yang diterima adalah kww maka aplikasi akanmelanjutkan pembacaan data sebanyak 7 data dengan dipisahkan spasi. Tujuh datatersebut yaitu suhu, kelembaban, sudut pitch, sudut roll, kompas, tekanan udara, danketinggian. Data-data tersebut akan disimpan pada masing-masing variabel data yangsudah dideklarasikan terlebih dahulu. Setelah selesai membaca satu kiriman data darimuatan roket secara otomatis data-data tersebut akan disimpan pada data loggerberupa file text (.txt). Data-data yang diterima akan diproses kembali untukditampilkan pada masing-masing modul display. Seperti pada gambar 3.11 berikut.

Gambar 3.11 Aplikasi Ground Control Station

Berikut adalah penjelasan bagian-bagian dari gambar 3.11 berdasarkan angkapenomorannya.

1. Merupakan modul data logger. Pada bagian ini menampilkan semua data yangmasuk secara real time.

2. Merupakan modul navigasi. Pada bagian ini menampilkan tombol-tombol untuknavigasi dari muatan roket. Bagian ini digunakan untuk mengatur gerak muatanroket.

40

3. Merupakan modul komunikasi serial. Pada bagian ini berfungsi untuk mengaturkomunikasi antara komputer dengan modul wireless 915MHz.

4. Merupakan modul display data suhu. Pada bagian ini berfungsi untuk

menampilkan data suhu secara real time dengan satuan derajat Celcius (C).5. Merupakan modul display data kelembaban. Pada bagian ini berfungsi untuk

menampilkan data kelembaban secara real time dengan satuan persenkelembaban relatif (%RH).

6. Merupakan modul display data Attitude. Pada bagian ini berfungsi untuk

menampilkan data sudut Pitch dan Roll secara real time dengan satuan derajat ().7. Merupakan modul display data kompas. Pada bagian ini berfungsi untuk

menampilkan data arah mata angin secara real time dengan satuan derajat ().8. Merupakan modul display data tekanan udara. Pada bagian ini berfungsi untuk

menampilkan data tekanan udara secara real time dengan satuan derajat hektoPascal (hPa).

9. Merupakan modul display data ketinggian. Pada bagian ini berfungsi untukmenampilkan data ketinggian muatan roket dari permukaan air laut secara realtime dengan satuan derajat meter (m).

10. Merupakan modul display Grafik. Pada bagian ini berfungsi untuk menampilkangrafik dari data suhu, kelembaban, tekanan udara, ketinggian, dan kompas secarareal time.

41

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk mengetahui kinerja dari Payload dan sistem monitoring cuaca padapenelitian ini maka pada bab 4 ini akan dibahas secara spesifik dari permasalahanyang timbul pada latar belakang penelitian ini. Berikut adalah subbab yang akandibahas dalam penelitian ini.1. Pengujian hardware sistem kontrol payload.2. Pengujian hardware sistem monitorng cuaca.3. Pengujian sistem data telemetri dari payload ke GCS (Ground Control Station).4. Pengujian GCS (Ground Control Station).5. Pengujian keseluruhan sistem.

4.1. Pengujian Hardware Sistem Kontrol Muatan Roket.Pada subbab ini akan membahas tentang pengujian kinerja dari hardware

sistem kontrol muatan roket. Sistem kontrol muatan roket ada beberapa sensor yangdigunakan untuk menggendalikan muatan roket. Berikut adalah beberapa hardwareyang digunakan untuk mengendalikan muatan roket diantaranya.1. 10 Dof IMU Sensor2. Motor EDF 64 dan Rangkaian Driver Motor

Ketiga hardware tersebut akan dibahas satu persatu untuk mengetahui kinerjadari masing-masing hardware sebagai berikut.

4.1.1. GY-80 (10 DOF IMU) SensorPada subbab ini akan membahas hasil pengujian dari modul GY-80 yang

merupakan 10 DOF IMU (inertial measurement unit) sensor. Pada modul GY-80terdapat empat buah sensor yaitu 3 axis accelerometer ADXL345, 3 axis gyroscopeL3G4200D, 3 axis magnetometer HMC5883L, dan barometer BMP085. Berikutadalah bentuk dari GY-80 (10 DOF IMU) sensor yang terpasang pada main boardpayload pada gambar 4.1.

42

Gambar 4.1 GY-80 (10DOF IMU) Sensor pada Payload

Untuk mengetahui kinerja dari modul GY-80 (10 DOF IMU) sensordilakukan pengujian terhadap setiap sensor yang ada pada modul GY-80 (10 DOFIMU) sensor ini. Berikut adalah data hasil pengujian untuk GY-80 (10 DOF IMU)Sensor yang ditampilkan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data hasil pengujian GY-80 (10 DOF IMU) sensor

No Sensor Pembacaan DataBerhasil Gagal1 X Axis Accelerometer ADXL345 2 Y Axis Accelerometer ADXL345 3 Z Axis Accelerometer ADXL345 4 X Axis Gyroscope L3G4200D 5 Y Axis Gyroscope L3G4200D 6 Z Axis Gyroscope L3G4200D 7 X Axis Magnetometer HMC5883L 8 Y Axis Magnetometer HMC5883L 9 Z Axis Magnetometer HMC5883L

10 Barometer BMP085

a. Pengujian Sensor 3 Axis Accelerometer ADXL345Pada subbab ini akan dibahas tentang pengujian sensor 3 axis accelerometer

ADXL345. Pada pengujian ini akan dilakukan pengujian accelerometer terhadapsumbu x, sumbu y, dan sumbu z. berikut adalah hasil dari pengujian sensoraccelerometer ADXL345.

43

Gambar 4.2 Hasil Pengujian Sensor Accelerometer ADXL345

Pada gambar 4.2 merupakan hasil pengujian dari sensor AccelerometerADXL345 dengan keterangan pengujian sebagai berikut:

1. Hasil pengujian untuk X axis accelerometer ADXL345 (ax) yang diputarterhadap sumbu x. dengan hasil seperti pada gambar 4.2 (a) dalam bentuk radian.

2. Hasil pengujian untuk Y axis accelerometer ADXL345 (ay) yang diputarterhadap sumbu y. dengan hasil seperti pada gambar 4.2 (b) dalam bentuk radian.

3. Hasil pengujian untuk Z axis accelerometer ADXL345 (az) yang diputarterhadap sumbu x. dengan hasil seperti pada gambar 4.2 (c) dalam bentuk radian.

4. Hasil pengujian untuk Z axis accelerometer ADXL345 (az) yang diputarterhadap sumbu y. dengan hasil seperti pada gambar 4.2 (d) dalam bentuk radian.

Sensor 3 axis accelerometer ADXL345 ini digunakan sebagai sensor untukmendeteksi kemiringan payload terhadap sumbu x (pitch) dan terhadap sumbu y(roll). Dari data radian seperti pada gambar 4.2 maka untuk mencari sudut pitch danroll menggunakan rumus sebagai berikut:

44

Pitch = arctan( ( ) ( ) ) ( ) (4.1)Roll = arctan( ( ) ( ) ) ( ) (4.2)Dimana : ax = nilai dari accelerometer pada sumbu x.

ay = nilai dari accelerometer pada sumbu y.az = nilai dari accelerometer pada sumbu z. = phi (3,14159).

Dari rumus 4.1 dan 4.2 maka diperoleh sudut pitch dan roll untuk kemiringanPayload seperti pada gambar 4.3 berikut:

Gambar 4.3 Hasil Pengukuran Sudut Pitch dan Roll.

Gambar 4.3 merupakan hasil pengujian untuk sensor kemiringanmenggunakan 3 aAxis accelerometer dimana untuk hasil pengukuran kemiringanpada sudut roll diperoleh data ketika kondisi payload miring ke kiri didapatkan datasudut kemiringan positif dengan nilai 0-180 derajat. Sedangkan ketika payloadmiring kekanan diperoleh data negatif dengan nilai 0-(-180) derajat. Dari data padagambar 4.3 dapat diketahui bahwa pada saat kondisi payload normal sudut roll adalah0 derajat. Sedangkan pada saat kondisi payload terbalik maka diperolah sudut 180derajat.

45

Pada uji coba pengukuran nilai kemiringan terkadang pada saat kondisipayload diam data kemiringan pitch dan roll mengalami perubahan. Tetapi pada saatkondisi payload bergerak atau payload miring maka sudut yang diukur sesuai dengansudut kemiringannya.

Berdasarkan hasil pengujian untuk sensor 3 axis accelerometer ADXL345maka dapat disimpulkan bahwa sensor accelerometer ini dapat berfungsi sebagaipengukur kemiringan benda dan masih memiliki noise ketika benda tersebut diam.

b. Pengujian Sensor 3 Axis Magnetometer HMC5883LPada subbab ini akan dibahas tentang sensor 3 axis magnetometer

HMC5883L. Sensor 3 axis magnetometer HMC5883L ini merupakan sensor untukmendeteksi medan magnetik bumi. Dengan demikian sensor magnetometer ini dapatdigunakan sebagai kompas digital. Kompas ini akan digunakan sebagai penunjukarah payload saat payload melakukan misi monitoring cuaca. Berikut adalah datahasil pengujian dari sensor magnetometer.

Gambar 4.4 Hasil Pengukuran 3 Axis Magnetometer HMC5883L.

Gambar 4.4 merupakan mengujian nilai medan magnet yang diukur oleh sensormagnetometer HMC5883L untuk gambar 4.4 (a) merupakan nilai medan magnet (mx)yang diputar terhadap sumbu Z sedangkan gambar 4.4 (b) merupakan nilai medanmagnet (my) yang diputar terhadap sumbu Z. pengujian dilakukan dengan memutarpayload pada arah sumbu z dimana payload akan berputar 360 derajat terhadap arahmata angin yaitu utara (0/360 derajat), timur (90 derajat), selatan (180 derajat), dan

46

barat (270 derajat). Sensor magnetometer ini digunakan sebagai kompas digital yangberfungsi untuk mendeteksi sudut pada arah yaw. Berikut adalah hasil pengujiankompas digital ini yang ditunjukkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Hasil Pengujian Arah Payload

Berikut adalah rumus untuk mencari arah mata angin:Heading = arcTan (my/mx) (4.3)

Dimana: Heading = arah dari pPayload.mx = nilai medan magnetik dari sensor magnet pada arah sumbu z.my = nilai medan magnetik dari sensor magnet pada arah sumbu z.

Gambar 4.5 merupakan hasil pengujian kompas digital menggunakan sensormagnetometer HMC5883L. Dari gambar 4.5 dapat diketahui nilai sudut arah mata

angin akan bertambah dengan arah searah jarum jam. Dengan hasil sudut 0/360adalah arah utara, 90 adalah arah timur, 180 adalah arah selatan, dan 270 adalaharah barat. Sensor ini akan terganggu dengan medan magnet dari benda-benda disekitar sensor. Pada payload terdapat dua buah motor DC yang memiliki medanmagnet sehingga untuk penempatan sensor magnetometer ini diletakkan berjauhandengan motor DC. Ketika modul 10DOF IMU diletakkan pada posisi tengah mainboard (seperti pada gambar 3.5) untuk pembacaan sensor yang lainnya(accelerometer dan barometer) tidak mengalami gangguan tetapi untuk pembacaan

47

sensor magnetometer HMC5883L mengalami gangguan yang diakibatkan medanmagnet dari dua motor DC tersebut sehingga tidak dapat mendeteksi arah mata angindengan benar.

Gambar 4.6 Penempatan Modul 10 DOF IMU Sensor

Gambar 4.6 merupakan gambar penempatan modul 10 DOF IMU sensor yangbenar. Pada gambar 4.6 modul 10 DOF IMU terletak berjauhan dengan motor DCsehingga modul dapat bekerja dengan baik khususnya sensor MagnetometerHMC5883L. Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan maka dapatdisimpulkan bahwa sensor 3 axis magnetometer HMC5883L peka terhadap medanmagnet dari benda-benda di sekitarnya yang akan mengganggu pengukuran terhadapmedan magnet bumi. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang benar dari sensor 3axis magnetometer HMC5883L ini maka penempatan sensor in harus jauh dari bendayang memiliki medan magnetik yang kuat seperti motor DC yang digunakan padapenelitian ini.

Berdasarkan data hasil pengujian pada tabel 4.1 serta hasil pengujian sensoraccelerometer ADXL345 dan megnetometer HMC5883L, dapat diketahui bahwasemua sensor pada modul 10 DOF IMU sensor berfungsi dengan baik. Sensor-sensortersebut dapat berfungsi dengan normal. Dari modul 10 DOF IMU sensor ini

48

didapatkan data berupa sudut pitch dan roll dari sensor accelerometer ADXL345.Sudut kompas (yaw) diperoleh dari sensor magnetometer HMC5883L. Untuk tekananudara diperoleh dari sensor barometer BMP085.

4.1.2. Motor EDF 64 dan Rangkaian Driver MotorMotor EDF (Electric Ducted Fan) merupakan penggerak utama payload

ketika dalam kondisi melayang di udara. Ada dua buah motor EDF yang digunakanyang terletak pada sisi kanan dan sisi kiri dari payload seperti pada gambar 4.2.Untuk mengetahui kinerja dari kedua motor EDF yang digunakan pada payload makadilakukan pengujian pada motor EDF dan driver motor EDF dengan hasil yangditampilkan pada tabel 4.2 berikut ini.

Tabel 4.2 Data hasil pengujian motor EDF dan rangkaian driver motorN0 Mikrokontroler Driver Motor Motor EDF KeteranganPB.5 PD.1 Vo EDF 1 Vo EDF 2 EDF 1 EDF 21 0 0 0 V 0 V OFF OFF Berhenti2 0 1 0 V 8,2 V OFF ON Belok Kanan3 1 0 8,2 V 0 V ON OFF Belok Kiri4 1 1 8,2 V 8,2 V ON ON Maju

Dari data hasil pengujian yang ditunjukkan pada tabel 4.2 dapat diketahuibahwa untuk menghidupkan motor EDF diperlukan logika 1 pada mikrokontroler dantegangan yang dikeluarkan driver sesuai dengan tegangan yang ada pada batrai yaitu8,2 volt. Untuk mematikan motor EDF diperlukan logika 0 pada mikrokontroler dantegangan yang dikeluarkan driver motor adalah 0 volt. Dari data pengujian tersebutdiketahui bahwa untuk mengendalikan gerak dari muatan roket atau payload yangdikendalikan adalah motor EDF. Dimana payload akan diam atau tidak bergerakketika kedua motor EDF OFF. Payload akan bergerak belok kekiri apabila motorEDF sebelah kanan (EDF 1) ON dan motor EDF sebelah kiri (EDF 2) OFF. Payloadakan bergerak belok kekanan apabila motor EDF kiri (EDF 2) ON dan motor EDF

49

kanan (EDF 1) OFF. Payload akan bergerak lurus ke depan ketika motor EDF kiridan kanan dalam kondisi ON.

4.2. Pengujian Hardware Sistem Monitoring CuacaPada subbab ini akan membahas tentang pengujian kinerja dari hardware

sistem sistem monitoring cuaca. Pada sistem monitoring cuaca ini ada tiga buahsensor yang akan dibahas yaitu sensor suhu udara, kelembaban udara dan tekananudara. Untuk sensor suhu dan kelembaban udara menggunakan DHT11 sedangkanuntuk tekanan udara menggunakan sensor BMP085.

Satuan pengukuran untuk sensor suhu udara yang digunakan adalah derajatcelcius (C). Untuk sensor kelembaban udara menggunakan satuan pengukuranrelative humidity (%RH). Dan untuk tekanan udara menggunakan satuan pengukuranpascal (Pa). Satuan pengukuran yang digunakan merupakan satuan standarinternasional (SI). Untuk data hasil pengujian terdapat pada tabel 1 yang ada padalampiran data hasil pengujian.

Berdasarkan data pada (Tabel 1. Data hasil pengujian parameter cuaca) padalampiran data pengujian. Pengambilan data dilakukan di lingkungan Gedung CFakultas Teknik Universitas Jember. Dimana pengujian yang dilakukan untukmengetahui kinerja dari sensor monitoring cuaca yaitu sensor kelembaban udara,sensor suhu udara dan sensor tekanan udara. Pengujian dilakukan denganmenggantung payload pada sebatang kawat dengan kondisi payload melayang bebasdi udara. Dengan kondisi melayang tersebut payload melakukan monitoring cuaca disekitar payload. Data dari sensor dikirim melalui modul wireless 915MHz danditerima oleh modul wireless 915MHz yang terhubung dengan komputer. Pengujianyang dilakukan sebanyak dua kali pengujian masing-masing selama 60 menit.Pengujian pertama dilakukan pada siang hari pada pukul 11.30 sampai 12.30. Untukpengujian yang kedua dilakukan pada malam hari pada pukul 01.30 sampai 02.30.Data dari masing-masing sensor dikirim oleh payload setiap 1 menit. Dari pengujian

50

ini didapatkan grafik dari setiap sensor yang ditunjukkan pada gambar 4.7, gambar4.8, dan gambar 4.9.

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Kelembaban dengan Waktu

Pada gambar 4.7 merupakan grafik hubungan kelembaban udara denganwaktu. Pada gambar 4.7 terdapat dua grafik dimana grafik warna biru merupakanhasil pengujian sensor kelembaban udara pada siang hari sedangkan grafik warnamerah merupakan grafik hasil pengujian sensor kelembaban udara pada malam hari.Dari grafik pada gambar 4.7 dapat diketahui bahwa kelembaban udara siang hari rata-rata 26,95 %RH sedangkan pada malam hari kelembaban udara rata-rata 52,93 %RH.Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa kelembaban udara pada malam hari lebihbesar dari pada siang hari. Dengan demikian dapat didapatkan hasil bahwa sensorkelembaban dapat bekerja dengan baik.

Pada gambar 4.8 merupakan grafik hubungan antara suhu udara dengan waktu.Pada gambar 4.8 terdapat dua grafik hasil pengukuran sensor suhu udara dimanagrafik yang berwarna biru merupakan hasil pengujian sensor suhu udara pada sianghari sedangkan grafik yang berwarna merah merupakan hasil pengujian sensor suhuudara pada malam hari. Dari gambar 4.8 dapat diketahui bahwa suhu udara pada saat

malam hari lebih stabil dengan rata-rata suhunya sebesar 24,8 C. Sedangkan suhuudara pada siang hari tidak stabil. Dari gambar 4.8 dapat diketahui bahwa suhu udara

pada saat siang hari mengalami perubahan antara 36C sampai 42C kondisi ini

2025303540455055

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Kel

emba

ban

(%

RH

)

Waktu (menit)

Grafik Hubungan Kelembaban Udara dengan Waktu

SiangMalam

51

dipengaruhi oleh awan. Dimana pada saat kondisi langit di atas payload berawan

maka suhu udara di sekitar payload akan turun hingga 36C. Sedangkan pada saatkondisi langit di atas payload tidak berawan maka suhu udara di sekitar payload akan

naik hingga 42C. dari hasil monitoring selam 60 menit didapatkan rata-rata suhuudara pada siang hari sebesar 38,75C.

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Tekanan Udara dengan Waktu

2224262830323436384042

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Suhu

(C

)

Waktu (menit)

Grafik Hubungan Suhu Udara dengan Waktu

SiangMalam

99450994609947099480994909950099510995209953099540995509956099570995809959099600996109962099630

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Teka

nan

(P

a)

Waktu (menit)

Grafik Hubungan Tekanan Udara dengan Waktu

Siang

Malam

52

Pada gambar 4.9 merupakan hasil pengujian dari sensor tekanan udara. Padagambar 4.9 terdapat dua buah grafik hasil pengujian yaitu dengan warna merah untukhasil pengujian pada malam hari dan untuk warna biru merupakan hasil pengujianpada saat siang hari. Dari gambar 4.9 dapat diketahui bahwa terdapat perbedaantekanan udara yang cukup tinggi. Pada saat malam hari tekanan udara lebih besar daripada siang hari dimana didapatkan data rata-rata tekanan udaranya sebesar 99615,1Pa. Sedangkan pada saat siang hari didapatkan data rata-rata tekanan udaranyasebesar 99570,2 Pa. Perbedaan ini disebabkan kondisi permukaan air laut yangberubah ketika malam hari permukaan air laut akan pasang sehingga tekananudaranya akan naik. Sedangkan pada saat siang hari kondisi permukaan air laut surutsehingga tekanan udaranya akan turun. Dari grafik pada gambar 4.9 diketahui bahwatekanan udara pada saat pengujian siang hari mengalami penurunan yang cukupbanyak dimana kondisi ini menandakan kondisi air laut sedang surut.

Dari pengujian yang telah dilakukan dapat dikatakan bahwa sensorkelembaban udara, sensor suhu udara dan sensor tekanan udara dapat bekerja denganbaik. Sensor-sensor tersebut dapat mengukur kondisi cuaca di sekitarnya meskipunmasih belum diketahui ketelitian dari sensor-sensor tersebut. Untuk mengetahuiketelitian dari sensor perlu dilakukan kalibrasi terlebih dahulu. Karena payload yangdigunakan pada penelitian ini mengacu pada KOMURINDO maka untuk kalibrasidilakukan pada saat lomba. Pada saat penelitian hanya dilakukan pengujianfungsional dari payload.

4.3. Pengujian Sistem Data Telemetri dari Muatan Roket ke GCS (GroundControl Station).Pada subbab ini dilakukan pengujian pada sistem data telemetri yang

menggunakan modul wireless 915MHz. Protokol data yang digunakan mengacu padarule book KOMURINDO. Sistem data telemetri ini menggunakan komunikasiUART. Mirkrokontroler dapat mengirim atau menerima data secara serial dengan

53

GCS. Untuk mengetahui kinerja dari modul wireless 915MHz maka dilakukanpengujian dengan didapatkan data pada tabel 4.3 berikut ini.

Tabel 4.3 Data pengujian daya jangkau wireless 915MHz secara horizontalJarak

(meter)Mengirim Data Terima Data

Berhasil Gagal Berhasil Gagal20 40 60 80

100 120 140 160 180 200

Pengujian yang dilakukan pada sistem data telemetri berupa pengujian dayajangkau yang ditunjukkan pada tabel 4.3. Dari data pengujian yang ditampilkan padatabel 4.3 dapat diketahui daya jangkau dari modul wireless agar dapat berkomunikasipada kondisi horizontal dengan halangan gedung yaitu kurang dari 200 meter. Ketikalebih dari 200 meter maka komunikasi antar modul wireless akan terputus.

4.4. Pengujian GCS (Ground Control Station).Ground Control Station (GCS) merupakan aplikasi komputer yang berfungsi

untuk monitoring data cuaca secara real time dilengkapi data logger. Pada GCSoperator dapat terdapat beberapa tampilan yang ditunjukkan pada gambar 4.10.

Pada gambar 4.10 terdapat beberapa bagian yang ditunjukkan dengan nomor,berikut bagian bagian tersebut:1. Tampilan dari data logger.2. Tampilan kontrol gerak Payload.3. Tampilan pengaturan komunikasi serial.

4. Tampilan termometer (data sensor suhu).

54

5. Tampilan higrometer (data sensor kelembaban udara).6. Tampilan attitude monitoring ( data sudut Pitch dan Roll).7. Tampilan kompas sebagai penunjuk arah Payload.8. Tampilan barometer (data sensor tekanan udara).9. Tampilan altimeter (data sensor ketinggian).10. Tampilan grafik data sensor suhu udara, tekanan udara, kelembaban udara,

ketinggian, dan arah payload (kompas).

Gambar 4.10 Tampilan Ground Control Station (GCS)

Untuk data hasil pengujian dapat dilihat pada lampiran (A. Lampiran DataPengujian). Berdasarkan hasil pengujian dapat dikatakan GCS bekerja dengan baik.Aplikasi GCS dapat menampilkan data suhu, kelembaban, tekanan udara, sudutpitch dan roll, kompas serta ketinggian secara real time pada masing-masing moduldisplay yang sudah tersedia. Aplikasi GCS dapat menampilkan grafik secara realtime. Selain itu data serial dari mikrokontroler akan disimpan pada data logger.

55

4.5. Pengujian Keseluruhan Sistem.Pada subbab terakhir ini dilakukan pengujian keseluruhan antara payload

dengan GCS. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari payload ketikamengirimkan data cuaca ke GCS. Dan untuk mengetahui kinerja GCS ketikamengolah data dari payload. Pengujian ini berupa proses pengiriman data danpenerimaan data baik dari payload ke GCS maupun dari GCS ke payload. Padapengujian ini dilakukan percobaan pengambilan data cuaca dengan menerjunkanpayload dari lantai tiga di gedung C Fakultas Teknik Universitas Jember. Dimanapayload dilengkapi dengan parasut supaya dapat melayang di udara. Percobaan yangdilakukan sebanyak satu kali. Karena pengujian hanya dari lantai tiga payload tidakterlalu lama melayang di udara. Hasil pengujian secara keseluruhan didapatkan hasilpada tabel 4.7 berikut.

Gambar 4.11 Persiapan Uji Coba Peluncuran Payload

Gambar 4.12 Posisi Persiapan untuk Meluncurkan Payload

56

Gambar 4.13 Kondisi saat Payload Diluncurkan

Gambar 4.14 Parasut Belum Mengembang setelah Payload Diluncurkan

Gambar 4.15 Parasut Mengembang dan Payload Melayang di Udara

57

Gambar 4.11 sampai dengan 4.15 merupakan gambar hasil uji cobapeluncuran muatan roket untuk mengambil data cuaca. Percobaan dilakukansebanyak tiga kali peluncuran dimana pada peluncuran yang pertama parasut barumengembang pada ketinggian 7 meter dari daratan. Untuk percobaan yang keduaparasut mengembang dari ketinggian 12 meter dari daratan. Untuk ketinggianpengujian yaitu 11 meter dari daratan. Data dari payload telah disimpan pada datalogger. Sehingga untuk menampilkan data hasil monitoring GCS ting

perancangan muatan roket sebagai sistem monitoring cuaca berbasis mikrokontroler dan visual c#

Documents