sistem telemetri (2)

Universitas Gadjah Mada 1

BAB IX

SISTEM TELEMETRI

Sistem telemetri adalah cara pengukuran jarak jauh yang memanfaatkan sarana

telekomunikasi dan sistem komputer untuk pengaturan pengaksesan data dan beberapa

zona penyelidikan. Pada sistem telemetri, semua informasi data diubah ke dalam bentuk

informasi listrik dan diolah secara digital. Dengan demikian pada sistem te1emeti, semua

transduser, sensor, detektor haruslah mempunyai keluaran yang berbetuk besaran elektris

(arus atau tegangan listrik) Sistem telemetri pada umumnya tampak pada Gambar 9.1.

STASIUN PENGENDALI

Gambar 9.1. Sistem Telemetri


Transduser, sensor atau detektor yang terpasang pada stasiun pemantau di lokasi

pemantauan dan hasil pengukuran tersebut yang berupa informasi elektris yang kemudian

diperkuat oleh sistem penguat awal (Pre-Amp) maupun sistem penguat (Amplifier). Setelah

mendapat penguatan yang cukup sesuai dengan sistem berikutnya, sinyal tersebut

dikondisikan agar mempunyai kualitas data yang baik oleh SC (Signal Conditioner). Dengan

demikian setelah melewati Sc, sinyal listrik tersebut telah bersih dan noise maupun sinyal-

sinyal palsu. Mengingat sistem komputer yang dipakai adalah komputer digital, maka sinyal

tersebut harus diubah ke bentuk digital oleh unit Analog to Digital Converter (ADC).

Selanjutnya data tersebut dapatdikirimkan ke stasiun pengendali melalui sistem

komunikasi data yang terdiri atas modem (modulator - demodulator) dan sistem komunikasi

biasa seperti pemancar radio, telepon kabel, telepon selular, maupun dikirimkan melalui

satelit.

Pemilihan sistem komunikasi yang dipakai disesuaikan dengan kondisi lingkungan

dan pertimbangan biaya. Penggunaan satelit adalah pilihan paling mahal, sedangkan

penggunaan gelombang radio relatif paling murah. Dengan teknologi yang sudah ada,

sistem komunikasi ini dapat mengirimkan data dan dan ke stasiun pemantau secara

transparan (cepat, tidak ada data yang hilang atau berubah).

Ada beberapa metode pengiriman data dalam sistem telemetri yaitu :

1. Dengan menggunakan piranti Voltage to frequency converter (VFC) dan frequency to

voltage converter (FVC). VFC (Voltage to Frequency Converter) merupakan peralatan

yang berliingsi untuk mengubah tegangan analog menjadi gelombang kotak dengan

frekuensi tertentu, perubahan tegangan masukan linier dengan perubahan frekuensi. Bila

tegangan masukan 0 volt maka frekuensi keluaran juga 0 hertz (Hz), jika tegangan

masukan 5 volt maka frekuensi keluaran adalah 5 KHz. Frequency to Voltage Converter

(FVC) adalah alat yang digunakan untuk mengubah gelombang kotak dengan frekuensi

tertentu menjadi tegangan analog, besarnya tegangan keluaran linier dengan besarnya

frekuensi masukan.

2. Dengan memakai Dual Tone Multiple Frequency (DTMF). DTMF dapat dinyatakan

langsung dalam data biner. Pada dasarnya DTMF adalah piranti semikonduktor yang

dirancang untuk digunakan pada sistem dial pada pesawat telepon. Dengan memakai

sandi morse yang terdiri dan sandi - sandi yang mempunyai karakter yang berbeda.

Sandi-sandi ini kemudian akan diubah dalam bentuk data biner sehingga dapat

dimanfaatkan untuk pengiriman data dalam sistem telemetri.

Mengingat daerah pemantauan; sangat luas, maka sistem pemantauan dibagi dalam

beberapa zona pemantauan remote area). Setiap zona merupakan daerah yang sempit

dengan beberapa transduser sejenis maupun transduser yang berbeda-beda sesuai dengan

parameter yang diakses pada zona tersebut.


Zona pemantauan yang tidak memungkinkan mendapat cath daya listrik (PLN), perlu

dilengkapi dengan sistem baterai yang tahan lama atau sistem baterai yang diisi ulang

dengan solar-cell, sehingga mengurangi beban perawatan. Perawatan hanya dilakukan

apabila ada kerusakan atau untuk pengecekan / kalibrasi sistem pengukuran.

Stasiun pengendali berada di daerah yang ditentukan. Pada kondisi khusus, tugas

stasiun pengendali bisa diambil alih dan tempat lain bila hal itu diperlukan. Tahap berikutnya

padastasiun pengendali adalah pengolahan data yang dilakukan oleh komputer sesuai

dengan program (software) yang dipasang di dalamnya. Dalam sistem telemetri ini,

komputer mempunyai fungsi ganda, yakni sebagai alat pengendali dan pengatur lalu-lintas

data, juga berfungsi sebagai pengolah data.

Stasiun Pengendali ini dapat juga dilengkapi dengan sebuah server yang bertugas

melayani setiap permintaan data dan daerah lain melalui sistem internet. Dengan demikian

data yang telah disimpan di server dapat diakses dan komputer lain baik berupa data

mentah maupun hasil analisis akhir yang dihasilkan sistem komputasinya. Pengambilan data

ini hanya dapat dilakukan apabila telah mendapat persetujuan dan pihak yang diberi

wewenang untuk itu.

Dibanding dengan cara pengambilan data yang konvensional (manual), sistem

telemetri mempunyai beberapa keunggulan, yakni:

Kecepatan akuisisi data sangat cepat dan nyaris bersamaan (selisih waktu cuplik kurang

dan 1 detik) untuk beberapa area yang berjauhan.

Dapat melakukan pengukuran secara terus menerus dan real-time (tidak ada waktu

tunda).

Dapat mengatur dan mengendalikan pencuplikan data dan stasiun pengendali sesuai

dengan keperluan.

Data yang diambil secara otomatis telah tersimpan di sistem computer dan dapat

dianalisis sesuai dengan metode yang diterapkan.

Data dapat diakses dan dikirim ke segala penjuru dunia melalui sistem internet.

Akurasi data lebih baik dan lebih dapat dipercaya dibandingkan dengan sistem manual.

Mengurangi faktor kesalahan yang sering dilakukan oleh manusia.

IX.2 Penggunaan Gelombang Radio VHF

Sejarah perhubungan radio mengingatkan kita kembali pada penemuan Marconi di

bidang radio telegraf. Sejak itu, perkembangan yang sangat cepat telah dieapai dalam

bidang teknik radio dengan ditemukannya tabung hampa.

Sistem perhubungan frekuensi tinggi mulai dikembangkan untuk memberikan

jawaban atas kekurangan yang dimiliki oleh sistem perhubungan dengan menggunakan


modulasi amplitudo (AM) maupun modulasi frekuensi (FM). Dengan melakukan pelebaran

pita frekuensi dan menambahkan kedalaman modulasi frekuensi untuk memperoleh

perbandingan antara sinyal dan derau (S/N) yang baik.

Ada berbagai cara untuk penyaluran informasi kepada pihak lain yang masing -

masing mempunyai karakteristiknya sendiri. Informasi yang dikirimkan terdiri dan berbagai

jenis, misalnya : suara manusia, sinyal telegraf, sinyal televisi, sinyal multipleks, telefoto,

faksimili dan sebagainya. Semua jenis materi informasi ini, misalnya suara manusia, sebuah

foto atau televisi, pertama harus diubah dalam bentuk listrik dengan menggunakan mikrofon,

telekamera atau alat lainnya agar materi im dapat dibawa oleh gelombang radio. Cara

penumpangan informasi yang telah di ubah dalam bentuk sinyal listrik ke dalam gelombang

radio mi dinamakan modulasi.

Modulasi parametrik dibagi menjadi dua bagian yaitu Parametric Continous

Modulation (PCM) dan Parametric Pulse Modulation atau Analog Pulse Modulation (APM).

Yang termasuk dalam modulasi PCM adalah Amplitudo Modulastion (AM), Frequency

Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM). Sedangkan yang termasuk dalam modulasi

APM adalah Pulse Amplitudo Modulation (PAM), Pulse Frequency Modulation (PFM), Pulse

Position Modulation (PPM) dan Pulse Width Modulation (PWM).

Proses propagasi gelombang VHF hampir tidak dapat dilakukan bagi perhubungan

dengan propagasi ionosfer dan propagasi utamanya ialah gelombang permukaan.

Gelombang radio pada pita-pita frekuensi VHF ini terutama sangat dipengaruhi oleh indeks

bias lapisan troposfer sehingga gelombang ini juga dinamakan gelombang tropo.

Propagasi gelombang permukaan memiliki dua pendekatan yaitu propagasi bumi

datar dan propagasi bumi bulat. Propagasi bumi datar dibagi lagi menjadi dua yaitu

propagasi bumi datar dengan penghantaran sempurna dan propagasi bumi dengan tidak


mempunyai redaman sempuma. Perhitungan propagasi bumi datar dangan penghantaran

sempurna merumuskan kuat medan pancaran listrik dan antena vertikal sebagai antena.

IX.3. Antena

Antena merupakan rangkaian resonansi yang istimewa. Pada rangkaian resonansi

biasa, ukuran kondensator dan kumparan jauh lebih kecil daripada panjang gelombang

resonansi. Oleh karena itu, medan listrik dan magnetik tetap tinggal di dalam rangkaian.

Energi medan tersebut hanya diubah menjadi usaha listrik dan panas.

Apabila ketebalan kabel kumparan dan besar kondensator sebanding dengan

panjang gelombang resonansi, maka sebagian besar energi medan akan dikeluarkan

sebagai gelombang elektromagnetik. Ini adalah prinsip pemancar. Pemancar tersebut dapat

terbuat dan macam-macam bahan penghantar yang biasanya berbentuk kawat atau pipa.

Kekuatan medan elektromagnetik yang dipancarkan, tergantung pada luas medan pancar,

besar arus dan tegangan listrik yang terdapat di dalamnya. Rangkaian resonansi, biasanya

terbuat dan induktor, kondensator dan resistor juga terdapat pada antena, tetapi wujudnya

bukan komponen melainkan rangkaian linear sepanjang kabel antena.

Kawat antena yang beresonansi mengakibatkan muatan listrik bergetar atau

bergerak dengan frekuensi tertentu bolak-balik dan ujung ke ujung kawat. Getaran ini akan

menempuh jarak sebesar panjang gelombang resonansi. Untuk dapat menampung getaran

resonansi ini panjang antena harus paling sedikit setengah panjang gelombang (1/2 ).

Setengah panjang gelombang adalah syarat umum untuk mempertahankan resonansi.

Bila gelombang radio disalurkan melalui kawat tak berhingga, maka amplitudonya

semakin lama akan semakin kecil, karena energinya hilang akinat pemanasan kawat dan

pemancaran. Lain halnya kalau kawat itu pendek; berkat pemantulan gelombang pada

ujung-ujungnya energi tidak akan lenyap begitu saja. Bila gelombang tersebut secara terus

menerus pada suatu antena yang panjangnya tepat setengah gelombangnya maka

resonansi akan terjadi.

Impedansi antena menentukan perbandingan tegangan dan arus di dalam antena.

Tepat pada frekuensi resonansi, nilai impedansi menjadi resistif karena fasa arus dan

tegangan menjadi sama. Bila kondisi resonansi tidak benar-benar tercapai, maka antara

tegangan dan arus listrik akan terdapat suatu fasa kecil. Hal ini membuat sifat impedansinya

tidak resistif saja, melainkan juga induktif atau kapasitif.

Energi yang disalurkan ke dalam antena sebagian besar dimanfaatkan untuk

pemancaran gelombang elektromagnetik, dan sisanya hilang melalui pemanasan kawat dan

resistansi isolasi. Tujuan utama penyaluran energi tersebut adalah mempertahankan

pemancaran dengan cara meminimalisasi energi yang hilang.


Medan antena merupakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ke tempat

yang jauh. Ini yang disebut medan pancar. Intensitas medan pancar semakin jauh akan

semakin berkurang. Komponen listrik dan magnetik dan gelombang tersebut mempunyai

fasa yang sama, tetapi polarisasinya berbeda (saling tegak lurus).

Pada prakteknya intensitas medan yang dipancarkan suatu antena ke semua jurusan

tidak pemah sama. Mungkin saja intensitas medan ke beberapa arah itu nol sedangkan ke

arah-arah lainnya bervaniasi dan kuat sampai lemah. Antena yang mampu memancarkan

intensitas yang sama ke semua arah disebut sebagai pemancar isotrop. Grafik yang

memperlihatkan, untuk jarak tertentu, intensitas relatif medan sekeliling antena disebut juga

diagram pemancar. Diagram pemancar yang terdapat di atas kertas hanya menggambarkan

situasi medan pada satu bidang, padahal yang sebenarnya berdimensi tiga. Ini berarti bahwa

diagram tiga dimensi suatu pemancar isotrop mempunyai wujud bola.

Polarisasi vertikal pada frekuensi rendah (4 MHz) membutuhkan antena vertikal yang

cukup panjang sehingga para amatir radio sukar menerapkannya. Satu-satunya cara yang

memungkinkan pemancaran tersebut adalah dengan menggunakan ground plane atau

antena yang dipendekkan. Panjang antena semacam ini biasanya tidak melebihi ¼ panjang

gelombang. Kekurangan panjang antena ini harus ditunjang oleh masa atau permukaan

bumi agar terjadi pencerminan atau penerusan gelombang.

Antena vertikal yang tingginya ¼ panjang gelombang yang disalurkan ke massa atau

biImi sebenarnya, dapat pula disalurkan ke tempat massa atau bumi sintetis. Massa atau

bumi sintetis yang dimaksudkan di sini terbuat dan beberapa kawat yang masing-masing

sepanjang ¼ panjang gelombang. Ground plane ini beresonansi seperti antena ½ w panjang

gelombang. Adanya bagian horisontal dan vertikal pada antena akan membuat polanisasi

medan menjadi miring. Hal ini mempengaruhi diagram pemancarannya Bila Iumlah kawat-

kawat radial yang tegak lurus padda antena vertikal jumlahnya melebihi 4, maka dapat

dikatakan bahwa polarisasinya secara praktis adalah vertikal.

Antena yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang HF pada

dasarnya adalah berbentuk antena dipole. Kalau diklasifikasikan lagi, antena yang tidak

memiliki arab biasanya digunakan untuk pusat stasiun bergerak atau stasiun TV. Sedangkan

jenis yang mempunyai diagram arah digunakan untuk perhubungan point to point, atau untuk

penerimaan TV.

Jenis pertama dan HF adalah antena berarah seperti antena corner reflektor antena

Yagi Uda, array antena, antena helical dan antena log periodik. JenIs kedua adalah antena

Omni Directional seperti antena polanisasi horizontal Omni directional, dimana semua jenis

mi tidak memiliki arah atau orientasi menghadapnya antena ke suatu tujuan tertentu.


Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan dalam pemilihan antena :

1. Pengukuran beberapa parameter antena yang menentukan efektifitas dan kinerja

antenna, meliputi :

Pengukuran arus dan tegangan

Pengukuran gain antena

Pola radiasi ruang (space radiation pattern)

Pengukuran feed point impedance

Polarisasi antenna

Pengukuran Standing Wave Ratio (SWR)

2. Pengukuran parameter pesawat transceiver yang menentukan efektifitas dan kinerja

pesawat, meliputi :

Pengukuran arus dan tegangan

Pengukuran frekuensi pancar terima pesawat

3. Pengukuran saluran transmissi (transmission line) yang sesuai untuk menghasilkan

kinerja yang efektif.

Hasil pengukuran ketiga hal diatas akan dianalisis dan dievaluasi untuk memperoleh set-up

terbaik dan tiap - tiap komponen yang memberikan hasil optimal pengiriman data melalui

gelombang radio.

Jenis – jenis antena yang sering dipakai dalam system telemetri adalah :

1. Antena YAGI Berelemen 10

Pada Gambar 8.2 terdapat antena YAGI yang panjang tulang belakangnya hanya

1,6 panjang gelombang. Bentuk antena ini sebenarnya terletak antara jenis antena YAGI

biasa dan YAGI panjang. Jarak elemen dibuat pendek, keuntungannya 12,5 dB.

Spesifikasi ukuran yang terdapat pada Gambar 2.1 hanya berlaku bila diameter pipa

antenanya 20 mm. Sistem penyaluran menggunakan kabel 60 mm melalui jalur kabel

khusus.

Gambar 9.2 Antena YAGI Berelemen 10


2. VHF ¼ vertical

Idealnya VHF vertikal harus dipasang di atas bidang datar yang rata sempurna

untuk meyakinkan radiasi omnidireksional yang seragam. Tipe antena ¼ menyebabkan

“picket fencing” (rapid flutter). Flutter terjadi ketika polarisasi vertical disebabkan oleh

obyek konduktif vertikal antara antena dan pesawat. Ketika ada penghalang, ada sinyal

yang ditangkap antena menjadi terhalang.

3. VHF vertical ¼ vertical dengan ground plane

Antena ¼ seperti ditunjukan pada Gambar 9.3 A adalah antena vertikal dengan

ground plane. Antena ini terdiri atas empat radial atau lebih. Panjang elemen dalam feet

diturunkan dalam persamaan 9.1 dan 9.2.

Radial agak sedikit panjang, /3,9 (feet). kira – kira Dengan panjang yang sama,

keempat radial dipasang miring dengan sudut 450 terhadap arah horisontal antena dan

feed impedance-nya 50 ohm. Ketika radial dipasang dengan sudut 90° seperti pada

Gambar 2.2 B, feed impedance-nya menjadi 30 ohm.Keuntungan antena vertikal dengan

ground plane adalah bahwa sistem dapat ditempatkan di atas obyek konduktif. Radial

yang bengkok dapat menjadi bidang ground yang baik yang mendukung antena. Kabel

koaksial yang luar dihubungkan dengan radial dan konduktor bagian dalam dihubungkan

ke driven element.

Sumber : ARRL, 1982 : 16-5

Gambar 9.3. Ground-plane Antena


4. IX.4. Kawat Penyalur

Mengingat peralatan pemancar dan antena masing-masing berada di tempat yang

berlainan, maka kedua bagian tersebut harus dihubungkan melalui kabel. Dalam penyaluran

listrik yang berfrekuensi tinggi, diusahakan agar kabel tidak memancarkan medan. Dengan

demikian antena menjadi satu-satunya bagian yang memancarkan medan. Jenis kabel yang

saat ini banyak dipergunakan ialah kabel koaksial atau kabel datar. Gambar 9.4

menunjukkan arus pertama mengalir di tengah tengah penghantar kabel koakksial,

sedangkan arus keduayang berlawanan arahnya mengalir pada bagian dalam selubung

kabel. Dengan demikian medan elektromagnetik di luar kabel koaksial adalah nol.

Gambar 9.4. Penyaluran arus pada kabel koaksial

Perbandingan gelombang datang dan kembali bila kondisi penyerapan atau

pemantulan pada ujung kabel antena tidak menyeluruh, disebut perbandingan gelombang

berdiri atau Standing Wave Ratio (SWR). SWR dapat didefinisikan melalui hubungan antara

tegangan yang dipancarkan dengan tegangan yang dipantulkan, yang diberikan dalam

persamaan (9.3).

Alat untuk mengukur nilai SWR dalam suatu saluran pemancar adalah SWR meter.

SWR meter memonitor tegangan dan arus pada gelombang pancar dan membandingkannya

dengan tegangan dan arus pada gelombang pantul. Pada SWR meter dapat dibaca daya

pancar dan daya pantul langsung pada skala SWR meter. Dalam keadaan antena dan

saluran yang match, gelombang pantul di dalam transmisi adalah nol dan penunjukan SWR

meter adalah satu dan SWR berharga 1:1.

5. Aplikasi Sistem Telemetri

Sistem telemetri dapat diaplikasikan pada Sistem Pemantau Parameter Cuaca Jarak

Jauh. Adapun diagram blok sistem pemantau parameter cuaca jarak jauh dapat dilihat pada

Gambar 9.5.


Gambar 9.5. Sistem Pemantau Parameter Cuaca Jarak Jauh

Rancangan Sistem Pemantau Parameter Cuaca Jarak Jauh terdiri dan dua bagian

yaitu : stasiun pemantau (stasiun remote) dan stasiun pengendali. Sensor yang digunakan

ada empat macam sensor yaitu: sensor suhu lingkungan, sensor kelembaban udara, sensor

kecepatan angin, dan sensor keadaan awan. Metode pengiriman data akan menggunakan

Dual Tone Multiple Frequency (DTMF).

Stasiun remote terdiri atas sensor-sensor, multiplexer, ADC 12 bit, latch,

mikrokontroIer sebagai pengendali dan rangkaian pengirim serta penerima DTMF. Stasiun

pengendali terdiri atas rangkaian pengirim serta penerima DTMF, mikrokontroler dan

komputer sebagai pengolah data yang diperoleh dan sensor- sensor.


Sistem secara keseluruhan bekerja pertama kali dari stasiun pengendali. Stasiun

pengendali akan mengirimkan sinyal sebagai tanda untuk meminta stasiun remote untuk

mengirim data dan sensor. Permintaan tersebut akan dibalas stasiun remote dengan

mengirim tanda identifikasi dan sensor-sensor. Saat stasiun remote menenima permintaan

tersebut, mikrokontroler memprosesnya dengan mengirim kembali tanda identifikasi data

yang diikuti dengan pengiriman data dari sensor yang diminta. Stasiun pengendali akan

tanda identifikasi dan data tersebut, kemudian melakukan pengolahan data dari sensor di

dalam komputer.

sistem telemetri (2)

Documents