Sistem Kontrol Kendali Berbasis GPS dan Mikrokontroler Arduino Mega untuk Alat Penyemprot Padi Tipe Balon

SISTEM KONTROL KENDALI BERBASIS GPS DAN
MIKROKONTROLER ARDUINO MEGA UNTUK
ALAT PENYEMPROT PADI TIPE BALON

MARCHAWANDA ADITYA PRIHADIAT

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sistem Kontrol
Kendali Berbasis GPS dan Arduino Mega untuk Alat Penyemprot Padi Tipe
Balon adalah benar karya saya dengan arahan dari Dr Ir Radite Praeko A.S,
M.Agr dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana
pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2015
Marchawanda Aditya Prihadiat
NIM F14100133

ABSTRAK
MARCHAWANDA ADITYA PRIHADIAT. Sistem Kontrol Kendali Berbasis
GPS dan Mikrokontroler Arduino Mega Untuk Penyemprot Padi Tipe Balon.
Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Penyemprotan pupuk dan pestisida merupakan kegiatan pemeliharaan padi
yang sangat memengaruhi produktivitas tanaman padi. Kegiatan ini umumnya
menggunakan alat penyemprot tipe gendong. Mekanisme penyemprotan
dilakukan oleh petani dengan berjalan diantara alur tanam padi. Hal ini akan
merusak alur tanam dan petani akan mengalami kesulitan berjalan di lahan
persawahan. Hal tesebut dapat diatasi dengan menggunakan sistem penyemprot
melalui udara (aerial sprying). Penyemprotan ini sudah dilakukan dengan
menggunakan pewasat terbang. Akan tetapi penggunaan pesawat memiliki
kelemahan yaitu kebisingan, biaya yang mahal, dan adanya aturan untuk pesawat

tidak terbang rendah di pulau jawa karena banyak kabel bertegangan tinggi. Solusi
lain yang mungkin dilakukan yaitu dengan menggunakan balon yang dilengkapi
sistem kontrol kendali. Pada penelitian ini gas hidrogen dipilih karena memiliki
daya angkat yang lebih besar dibandingkan dengan gas helium atau balon udara
panas. Sistem kontrol balon mengadopsi sistem kontrol multikopter (quad copter).
Sistem kontrol tersebut dilengkapi dengan GPS sebagai modul pada flying control
(Dji Naza). Pengendalian ini dilengkapi indikator ketinggian yaitu Arduino yang
dihubungkan dengan sensor ultrasonik. Penelitian ini menggunakan balon dengan
volume 221 m3 dengan daya angkat 14.2 kg pada ketinggian 1.5 meter. Sistem
kontrol kendali mampu mengendalikan alat penyemprot tipe balon dengan
kecepatan maju 1.16 m/s dan waktu berbelok 20 s pada kecepatan angin 1.13 m/s.
Kata kunci: arduino, dji naza, sistem kontrol kendali, dan quadcopter.

ABSTRACT
MARCHAWANDA ADITYA PRIHADIAT. Control System Based on GPS And
Arduino Mega Microcontroller For Machine Spraying Rice Field Balloon Type.
Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Sprayer for liquid fertilizer and pesticide on rice is the most important
maintenance activities for rice plant productivity. This activity is also done by
farmers using knapsack sprayer. Mechanism for this sprayer is that farmer had to

walk between the planting furrows. This will break up the furrow beside farmers
will have difficulty walking in the paddy field. This problem can be overcome by
using aerial sprayer. Aerial spraying is usually been carried out using aircraft.
However, the use of aircraft for spraying has the disadvantage such as noise, high
cost, and regulation for aircraft cant low-playing in Java, because many high
voltage cable. Another solution may be done by using a balloon equipped with
control system. Hydrogen gas was chosen for this research because it has better
lift as compare to helium gas or hot air balloon. A control system adopted was a
multicopter control system (quad copter type). Where in the control system was
equipped with GPS as a module in flying control (Dji Naza). Flying control is was

used, because it’s stable when flying at low altitude and easy to control. A control
equipped with level indicator is Arduino connected with ultrasonic sensors. This
study used a balloon with a volume of 221 m3 with a lifting capacity of 14. 2 kg at
a height of 1.5 meters. Control system capable of controlling protype of balloon
type spraying with forward speed 1.16 m / s and a 20 s turn on the wind velocity
1.13 m / s.
Keywords: arduino, dji naza,control system, and quad copter.

SISTEM KONTROL KENDALI BERBASIS GPS DAN

MIKROKONTROLER ARDUINO MEGA UNTUK
ALAT PENYEMPROT PADI TIPE BALON

MARCHAWANDA ADITYA PRIHADIAT

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

Judul Skripsi : Sistem Kontrol Kendali Berbasis GPS dan Mikrokontroler Arduino
Mega untuk Alat Penyemprot Padi Tipe Balon
Nama

: Marchawanda Aditya Prihadiat
NIM
: F14100133

Disetujui oleh

Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr
Pembimbing Akademik

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, M.Eng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 lalu ini ialah

perancangan, dengan judul Sistem Kontrol Kendali Berbasis GPS dan
Mikrokontroler Arduino Mega untuk Alat Penyemprot Padi Tipe Balon.
Terimakasih penulis ucapkan kepada Orang tua dan keluarga besar yang
telah mendukung penuh dalam penelitian ini baik dari segi moral dan biaya.
Kemudian penulis berterimakasih kepada Dr Ir Radite Praeko A.S, M.Agr. selaku
dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan serta dukungan selama
proses penelitian dan pembuatan skripsi. Ucapan terimakasih juga penulis
sampaikan kepada Dr Ir I Dewa Made S, M.Agr Dan Dr Ir Mohammad Solahudin,
M.Si. selaku dosen penguji ujian skripsi, serta kepada Dr Ir I Wayan Astika, M.Si
dan seluruh dosen pengajar khususnya di Departemen Teknik Mesin dan
Biosistem. Selanjutnya ucapan terimakasih diberikan kepada Rizki Aidil, Danang
dan teman-teman TMB 47 yang telah membantu dalam proses perakitan,
pengambilan data dan memberi dukungan untuk penyelesain tugas akhir dan yang
terakhir penulis berterimakasih kepada Pengungsian 17 yang telah membantu
mengoreksi dan memberi semangat kepada penulis saat menyusun skripsi ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2015

Marchawanda Aditya Prihadiat

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

2

Quad Copter

3

Flying control

4

Mikrokontroler

4

Arduino Mega

5

Sensor Ultrasonik

6

METODE

7

Waktu dan Tempat Penelitian

7

Alat dan Bahan

7

Metode Penelitian

8

Pengolahan Data

14

HASIL DAN PEMBAHASAN

15

SIMPULAN DAN SARAN

21

Simpulan

21

Saran

22

DAFTAR PUSTAKA

22

LAMPIRAN

24

RIWAYAT HIDUP

33

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
12
13
14
15
16
17

Spesifikasi Arduino Mega
Spesifikasi sensor Ultrasonik
Hasil uji tarik ke belakang
Hasil uji tarik ke kiri
Hasil uji tarik ke kanan
Hasil uji tarik ke depan
Kecepatan angin
Hasil uji gerak maju
Hasil uji belok
Hasil uji tahanan angin
Hasil pengukuran kecepatan angin
Hasil pengujian gerak maju
Hasil uji belok
Hasil uji tahanan angin
Hasil uji tahanan motor
Hasil uji rpm saat berbelok
Hasil pengukuran awal kecepatan angin

6
7
16
17
17
17
18
18
18
19
19
19
20
20
20
21
24

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

Bentuk quad copter
Sistem kendali berbasis mikrokontroler
Prinsip kerja ultrasonik
Jenis cd pada permukaan persegi
Koefesien drag
Setting remote tahap kedua, tampilan awal (a) dan tampilan akhir (b)
Setting remote tahap ketiga, tampilan awal (a) dan tampilan akhir (b)
Penentuan posisi motor
Kalibrasi Dji Naza dengan remote kendali
Penentuan kecepatan motor
Sistem indikator ketinggian
Alur pengendalian
Foto balon dengan kelengkapan tali
Spesifikasi balon dengan tali
Foto penggabungan sistem kontrol dengan frame
Foto remote control (RC) Turnigy 9XR
Foto balon
Foto pengambilan data waktu gerak maju
Foto pengambilan data waktu belok
Pemrograman pada Arduino Mega
Hasil pembacaan sensor ultrasonik (a) pengulangan pertama (b) pengulangan
Hasil
keduapembacaan sensor ultrasonik pengulangan ketiga

3
4
7
8
9
10
10
11
11
12
12
13
15
15
17
27
28
29
29
31
32
32

DAFTAR LAMPIRAN
1 Pengolahan Data
2 Spseifikasi Flying control Dji Naza
3 Spesifikasi Remote Control (RC)
4 Spesifikasi Balon
5 Foto pada saat pengujian
6 Gambar rangka penyemprot
7 Pemrograman Arduino .......................................................................................

24
26
27
28
29
30
31

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki lahan sawah terbesar
di Asia Tenggara dengan luas 13 769 913 ha, namun hal ini tidak membuat
Indonesia menjadi negara pengekspor beras melainkan negara pengimpor beras
dengan produktivitas padi sebesar 5 146 kg/ha (BPS 2013). Hal ini dikarenakan
oleh beberapa faktor seperti rendahnya kualitas bibit dan pupuk, cuaca buruk,
hama, dan buruknya penanganan pada pemeliharaan tanaman padi sehingga
produktivitas padi rendah. Pemeliharaan padi khususnya pada penyemprotan
pupuk dan pestisida menjadi salah satu penyebab rendahnya produktivitas padi
karena pada saat proses penyemprotan berlangsung petani mengalami kesulitan
untuk berjalan di lahan persawahan, hal ini disebabkan permukaan sawah yang
tidak terkonsolidasi, sehingga secara tidak sengaja petani merusak alur tanam dan
menginjak tanaman padi.
Solusi dari permasalahan tersebut yaitu menerapkan sistem penyemprot
yang mampu beroperasi melalui udara. Sistem penyemprotan melalui udara sudah
dilakukan pada perkebunan tebu dan perkebunan kelapa sawit. Sistem
penyemprotan udara konvensional umumnya menggunakan pesawat terbang (fiola
2003), sehingga sistem penyemprotan udara ini tidak dapat digunakan pada
tanaman padi. Hal ini dikarenakan biaya yang dibutuhkan terlalu mahal dan
pesawat tidak mampu menjaga kestabilan pada ketinggian 1 m – 2 m. Disamping
itu terdapat aturan bahwa pesawat tidak boleh terbang dengan ketinggian dibawah
50 m karena kebisingan peasawat akan mengganggu penduduk di sekitar lahan
sawah dan banyaknya kabel bertegangan tinggi.
Alternatif lain untuk melakukan penyemprotan melalui udara dengan
menggunakan balon sebagai pengangkut pestisida atau pupuk yang dilengkapi
dengan sistem penyemprot dan sistem kontrol kendali. Balon memiliki daya
angkat yang besar, namun tergantung pada gas yang mengisi balon dan volume
balon itu sendiri sehingga mampu mengangkat berbagai benda seperti contoh
balon udara yang digunakan untuk wisata. Hal ini membuktikan bahwa balon
dapat digunakan untuk mengangkut pestisida atau pupuk pada penyemprotan
udara. Kemudian, sistem kontrol yang digunakan pada balon umumnya hanya
mampu mengendalikan balon dengan radius 1 m – 2 m dan kontrol tersebut harus
dilakukan pada ruang tertutup seperti contoh pengendalian balon zeppelin sebagai
media promosi.
Perkembangan sistem kontrol kendali semakin berkembang dan banyak
bermunculan disamping perkembangan sistem kontrol pada balon zeppelin. Salah
satu yang sedang berkembang adalah multirotor atau multikopter yang pada
umumnya digunakan untuk pengambilan gambar di udara untuk pemetaan atau
untuk pemantauan kemacetan. Pada komponen multikopter terdapat flying control
dengan berbagai tipe seperti tipe flying control HK KK dan Dji Naza (Daniel
2012). Perkembangan kedua teknologi flying control ini sangat berbeda jauh
berdasarkan kelengkapan dan kemudahan dalam pengendalian. Flying control Dji
Naza lebih mudah dikendalikan karena dilengkapi sistem kestabilan berbasis

2
Global Position System (GPS). Selain sistem kontrol kendali, teknologi pada
mikrokontroler juga mengalami perkembangan seperti pada robot yang sering
dikonteskan (Taufiq 2010).
pada penelitian ini, peneliti membangun sistem kontrol kendali pada alat
penyemprot yang berbasis balon udara untuk menyemprotkan pupuk cair atau
pestisida. Sistem kontrol kendali ini mengadopsi sistem kontrol pada multikopter
yang dilengkapi GPS pada flying control dan mikrokontroler yang dihubungkan
pada sensor jarak sebagai indikator ketinggian.

Perumusan Masalah
Operasi penyemprotan di lahan sawah sulit dilakukan karena lahan sawah
tidak mempunyai lapisan keras sehingga alat-alat konvensional berbasis traktor
sulit untuk melakukan pemeliharaan tanaman padi seperti untuk penyemprotan
pupuk atau pestisida, maka diperlukan alat penyemprot yang pengoprasiannya
menggunakan prinsip balon udara dan quad copter.

Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang dan menguji sistem kontrol kendali
berbasis GPS dan mikrokontroler Arduino Mega untuk alat penyemprot padi tipe
balon dengan pengendalian jarak jauh menggunakan remote control (RC).

Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini hanya dibatasi pada pengandalian alat penyemprot padi tipe
balon untuk maju dan berbelok dengan menggunakan sistem pengendalian pada
multikopter yang dilengkapi dengan mikrokontroler Arduino Mega yang
dihubungkan dengan sensor ultrasonik sebagai indikator ketinggian. Selain itu
dilakukan juga perhitungan secara numerik menggunakan Microsoft Excel untuk
menghitung gaya drag dari udara yang menjadi gaya penghambat gerakan maju
dan berbelok dari alat penyemprot padi tipe balon tersebut.

TINJAUAN PUSTAKA
Konsep dasar sistem menurut Kristanto (2002) adalah kumpulan elemenelemen yang saling terkait dan berkerja sama untuk memproses dan mengolah
masukan sampai menghasilkan keluaran yang diinginkan. Suatu sistem yang baik
harus mempunyai tujuan dan sasaran yang tepat karena hal itu akan sangat
menentukan dalam mendefinisikan masukan yang dibutuhkan, proses yang akan
dilakukan, dan keluaran yang akan dihasilkan.
Sistem kontrol dibagi menjadi tiga yaitu sistem kontrol manual, kontrol
otomatis, dan sistem kontrol semi-otomatis. Sistem kontrol manual adalah sistem

3
kendali yang dilakukan penuh oleh operator, sedangkan sistem kontrol otomatis
merupakan kebalikan dari sistem kontrol manual yaitu suatu sistem pengendalian
terhadap suatu alat yang digunakan untuk melakukan pekerjaan secara mandiri
tanpa operator. Sistem kontrol semi-otomatis adalah sebuah sistem kendali pada
suatu alat yang bekerja secara otomatis namun operator tetap mengoperasikan alat
tersebut (Taufiq 2010). Pada sistem ini operator dapat mengarahkan alat sewaktuwaktu jika terjadi kendala ataupun kondisi cuaca seperti contoh pada
mengendalian multikopter saat pengambilan gambar di udara.

Quad Copter
Quad copter adalah pesawat tanpa awak yang memilki potensi untuk lepas
landas, terbang, terbang bermanuver, dan mendarat di daerah yang sempit serta
memilki mekanisme kontrol sederhana. Quad copter memilki sistem kompleks
yang tidak stabil dan dapat menjadi sulit untuk terbang tanpa embeded system
control. Kestabilan terbang pada quad copter sangatlah penting agar
pemanfatanya dapat maksimal. Pengendalian quad copter dapat bergerak terbang
stabil dengan mengunakan metode kontrol optimal Linier Quadratic Regulator
(LQR).
Pergerakan Quad copter
Teknologi yang terdapat pada quad copter ini adalah sinkronisasi antara
keempat rotor yang dikonfigurasikan dalam bentuk frame plus (+). Pada rotor
depan dan belakang berputar searah jarum jam, sedangkan rotor sebelah kanan
dan kiri bergerak berlawanan arah jarum jam. Quad copter dapat melakukan take
of dan landing secara vertikal.
Dua pasang propeller (1,4) dan (2,3) pada Gambar 1 berputar dengan arah
yang berlawanan. Jika memvariasikan kecepatan rotor, maka dapat mengubah
gaya angkat dan menciptakan gerak dengan meningkatkan atau menurunkan
kecepatan keempat propeller secara bersama-sama sehingga menghasilkan
gerakan vertikal. Mengubah kecepatan propeller 2 (kiri) dan 3 (kanan) (Gambar
1) menghasilkan gerakan rotasi roll ditambah dengan gerakan translasi terhadap
sumbu y yaitu berlawanan dengan arah jarum jam, sedangkan jika mengubah
kecepatan propeller 1 (depan) dan 4 (belakang) menghasilkan gerakan rotasi pitch
ditambah dengan gerakan translasi terhadap sumbu x yaitu searah jarum jam.

Gambar 1 Bentuk Quad copter (Kardono et al. 2012).

4
Flying control
Flying control adalah suatu alat pengatur penyebaran arus menuju ESC
(electric speed control) dan motor pada sebuah multikopter agar putaran motor
dapat distabilkan serta dapat dikendalikan berdasarkan arah yang diinginkan. Pada
flying control terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai sistem gyroscope
(sensor posisi) sehingga mikrokontroler tersebut dapat menjaga kestabilan dari
perubahan sudut kemiringan ketika keadaan armed (stabil pada saat terbang).
Pada umumnya flying control mikrokontroler yang digunakan Atmega324. Flying
control HK KK 2.0 adalah mikrokontroler menggunakan ATmega324, yang dapat
di program dengan bantuan program code vision AVR sebagai compiler bahasa c.
Flying control ini terintegrasi terhadap sistem kendali dengan menggunakan
remote kontrol. Flying control ini dapat dikendalikan dengan remot 6 chanel, 9
chanel dan 12 chanel. Chanel adalah jumlah dari suatu output yang akan
dikontrol. Disamping itu terdapat flying control yang sering digunakan untuk
pengendalian pada multikopter adalah Dji Naza. Flying control ini banyak
digunakan karena komponen pengisi dari Dji Naza ini telah dilengkapi GPS dan
module GPS. GPS pada Dji Naza digunakan untuk safety dan untuk menjaga
kestabilan yang dibantu oleh sensor gyroscope apabila angin kencang menggangu
dari terbang multikopter dan mengembalikan ke set point jika baterai akan habis
secara otomatis yang disebut Return To Home (RTH) (Daniel 2012).

Mikrokontroler
Pengendali mikro (microcontrol) adalah sistem mikroprosesor lengkap
yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari
mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah personal computer
karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem
minimal mikroprosesor, yaitu memori dan interface I/O. Pada mengontrol robot,
digunakan mikrokontroler dengan pertimbangan faktor ukuran yang relatif kecil
dengan sistem sederhana seperti pada Gambar 2. Pada prinsipnya mikrokontroler
pada mikroprosesor yang diprogram dengan bahasa assembly dan dirancang
sebagai pengendali bukan untuk komputasi. Kontroler adalah rangkaian elektronik
berbasis mikroprosesor yang berfungsi sebagai pengatur seluruh komponen dalam
membentuk fungsi kerja.

Gambar 2 Sistem kendali berbasis mikrokontroler (Dian 2012)

5
Mikroprosesor dan mikrokontroler mengimplementasikan suatu komputasi
pada hardware yang tetap. Interface semacam keyboard, disket, atau printer yang
umumnya ada pada sebuah komputer pribadi justru tidak ada pada sistem
mikrokontroler. Sistem mikrokontroler lebih banyak melakukan pekerjaanpekerjaan sederhana yang penting seperti mengendalikan motor, saklar, resistor
variabel, atau perangkat elektronik lain. Satu-satunya bentuk interface yang ada
pada sebuah sistem mikrokontroler hanyalah sebuah LED, bahkan ini pun bisa
dihilangkan jika tuntutan konsumsi daya listrik mengharuskan demikian.
Mikroprosesor adalah unit pengendali pusat dari interface. Mikroprosesor
membawa perintah-perintah yang disimpan di RAM dan di EPROM. Proses ini
mempunyai dua mode yaitu mode aktif dan mode pasif. Ditinjau dari segi
arsitekturnya, mikroprosesor hanya merupakan single chip Central Processing
Unit (CPU), sedangkan mikrokontroler dalam IC-nya selain CPU juga terdapat
device lain yang memungkinkan mikrokontroler berfungsi sebagai suatu single
chip computer. Dalam sebuah IC mikrokontroler telah terdapat ROM, RAM,
EPROM, serial interface dan parallel interface, timer, interrupt control,
konverter analog ke digital, dan lainnya (tergantung feature yang melengkapi
mikrokontroler tersebut). Sedangkan dari segi aplikasinya, mikroprosessor hanya
berfungsi sebagai CPU yang menjadi otak komputer, sedangkan mikrokontrol,
dalam bentuknya yang kecil, pada umumnya ditujukan untuk melakukan tugas
yang berorientasi kontrol pada rangkaian yang membutuhkan jumlah komponen
minimum dan biaya rendah (low cost) (Dian 2012).

Arduino Mega
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open source,
diturunkan dari wiring platform dan dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik dalam berbagai bidang. Hardware-nya memiliki prosesor Atmel AVR
dan software yang digunakan memiliki bahasa pemrograman sendiri. Arduino
yang banyak digunakan antara lain Arduino Uno, Arduino Duemilanove, dan
Arduino Mega. Penggunaan Arduino tergantung dengan jumlah sistem yang akan
dikontrol. Untuk pengontrolan dalam jumlah banyak pada suatu sistem
menggukan Arduino Mega.
Arduino Mega 2560 adalah piranti mikrokontroler yang menggunakan
atmega2560 (datasheet). Arduino Mega merupakan salah satu mikrokontroler
hasil perkembangan dari Arduino Uno dengan kapasitas memori yang lebih besar
dan jumlah pin yang lebih banyak dari Arduino Uno sehingga memungkinkan
untuk melakukan perintah atau kontrol lebih banyak pada suatu sistem kontrol
dengan spesifikasi pada Tabel 1.

6
Tabel 1 Spesifikasi Arduino Mega
Microkontrol

ATmega1280

Operating Voltage

5V

Input Voltage (recommended)

7-12V

Input Voltage (limits)

6-20V

Digital I/O Pins

54 (of which 15 provide PWM output)

Analog Input Pins

16

DC Current per I/O Pin

40 mA

DC Current for 3.3V Pin

50 mA
128 KB of which 4 KB used by boot
loader
8 KB
4 KB
16 MHz

Flash Memory
SRAM
EEPROM
Clock Speed
(Sumber: Abdul 2013)

Sensor Ultrasonik
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi lebih dari
frekuensi gelombang suara (>20 KHz). Sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian
pemancar ultrasonik yang disebut transmiter dan rangkaian penerima ultrasonik
yang disebut receiver dengan spesifikasi pada Tabel 2. Sinyal ultrasonik yang
dibangkitkan akan dipancarkan dari transmiter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai
benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver
ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian
mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda
di depannya (bidang pantul). Pada umumnya sinyal yang digunakan untuk
mengukur jarak benda adalah 40 kHz. Prinsip kerja dari sensor ultrasonik yaitu
sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal yang dipancarkan tersebut
kemudian akan merambat sebagai sinyal atau gelombang bunyi dengan kecepatan
bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian dipantulkan dan diterima
kembali oleh bagian penerima Ultrasonik seperti pada Gambar 3. Setelah sinyal
tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut diproses untuk
menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan persamaan S = 340 t/2. Dimana
S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih
waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh
bagian penerima ultrasonik (Dita dan Mada 2013).

7

Gambar 3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik (Dita dan Mada 2013)
Tabel 2 Spesifikasi Sensor Ultrasonik
HC-SR04
Working Voltage
5 VDC
Static current
< 2mA
Output signal:
Electric frequency
signal, high level 5V,
low level 0V

HY-SRF05
5 VDC
< 2 mA
Electric frequency
signal, high level
5V, low level 0V

Sensor angle
Detection
distance (claimed)
Precision

< 15 degrees
2cm-450cm

< 15 degrees
2cm-450cm

~3 mm

~2 mm

Input
Echo signal

10us TTL impulse
output TTL PWL
signal

10us TTL impulse
output TTL PWL
signal

(sumber: Dita dan Mada 2013)

METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari hingga November 2014 di
Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo dan Laboratorium Mekatronika
Fakultas Teknologi Pertanian IPB.

Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu kabel USB 2.0,
mikrokontroler Arduino Mega, kabel, gunting, solder, laptop intel core i3,
meteran dan patok. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sofware

8
arduino 5.01, flying control (Dji Naza), motor brushless, ESC, propeller, receiver
remote, dan remote kendali.

Metode Penelitian
Perumusan Ide Rancangan
Perumusan ide rancangan dimulai dengan menentukan komponen yang
digunakan untuk membangun sistem kontrol pada alat penyemprot padi tipe balon
dengan menggunakan sistem kontrol kendali quad coter. Pada penelitian ini
dilakukan pemilihan motor brushless berdasarkan besarnya gaya drag yang terjadi
pada benda terbang dan gaya hambat yang dihasilkan dari perputaran propeller.
Pada pemilihan motor, gaya drag yang digunakan yaitu luas permukaan frame dan
balon yang berinteraksi dengan udara. Menurut Agus (2010) cara menghitung
gaya drag berdasarkan bentuk permukaan yang bersinggungan langsung dengan
udara seperti pada persamaan 1 berikut:

d

2 d

(1)

v2 A

Keterangan:
Fd : Gaya drag (N)
Cd : Koefisien drag
: Massa jenis udara ( 1.2 kg / m3)
v : Kecepatan udara (m / s)
A : Luas penampang yang dilewati udara (m2).
Koefisien drag terdapat pada Gambar 4 dan Gambar 5. Kemudian untuk
hambatan yang dihasilkan dari perputaran dari propeller yaitu dengan
menggunakan persamaan 2 (Gabriel 2013):

1.225

0.0254 x d 2
4

( PM prop x 0.0254 x pitch x

1 min
60 sec

Gambar 4 Jenis cd pada permukaan persegi (Agus 2010)

)

2

(2)

9

Gambar 5 Koefesien drag (Agus 2010)
Proses Konfigurasi
Setelah melakukan penentuan motor dilanjutkan dengan proses
konfigurasi. Komponen yang digunakan harus memiliki sinkronasasi satu dengan
yang lain agar proses pengendalian bekerja dengan baik. Konfigurasi yang
dilakukan diawal yaitu proses konfigurasi antara receiver remote dengan
transmiter remote. Langkah pertama yaitu dihubungkannya baterai 2 sell dengan
receiver remote dengan kabel jumper. Kemudian konfigurasi dilakukan dengan
cara remote dinyalakan dan secara bersamaan tekan dengan jarum pada bagian
reset di receiver remote. Jika LED pada receiver berwarna hijau maka proses
konfigurasi remote selesai. Setelah itu dilakukan pengaturan pada remote untuk
menentukan chanel yang digunakan untuk melakukan pengendalian alat
penyemprot padi. Pengaturan remote dilakukan sebagai berikut:
1. Tahap pertama yang dilakukan yaitu menyalakan remote kendali.
2. Pada remote terdapat layar dan disamping layar terdapat tombol untuk
mengatur remote, kemudian tombol sebelah kiri layar ditekan ke arah kanan.
3. Kemudian sesuaikan dengan Gambar 6 dengan cara menekan tombol arah
bawah pada remote, lalu untuk memilih pengaturan tekan arah kanan pada
tombol bagian kiri.

10

a
b
Gambar 6 Setting remote pada tahap ke tiga (a) tampak awal layar setting
pada remote, (b) tampak akhir layar setting pada remote.
4. Kemudian masuk pada layar mixer dengan cara menekan tombol kanan
selanjutnya ganti setiap chanel seperti pada Gambar 7 berikut :

a
b
Gambar 7 Setting remote pada tahap keempat (a) tampak awal layar
setting pada remote, (b) tampak akhir layar setting pada remote
Pengaturan pada setiap chanel pada remote seperti pada langkah 4
bertujuan untuk menentukan perintah oleh setiap chanel yang tersedia pada
remote. Langkah selanjutnya yaitu melakukan pengaturan dan kalibrasi antara
receiver remote dan Dji Naza untuk menghubungkan perintah yang sudah diatur
pada saat pengaturan remote sebelumnya. Proses ini umumnya disebut set up Dji
Naza. Set up Dji Naza dimulai dengan menghubungkan receiver remote dengan
Dji Naza menggunakan kabel jumper. Berikut adalah susunan penghubungan
antara receiver remote dengan Dji Naza:
Chanel 1
Chanel 2
Chanel 3
Chanel 4
Chanel 5

= throttle
= aileron
= elevasi
= rudder
= full gear

Chanel 6 = half id 1
Chanel 6+ = full id 1
Chanel 7 = P3
Chanel 8 = P1 ID

Setelah semua terpasang kemudian LED Dji Naza dihubungkan dengan
laptop menggunakan kabel data untuk melakukan pengaturan pada software Dji
Naza. Kemudian software Dji Naza dibuka dan dipastikan semua terpasang
dengan benar hingga lampu biru pada software menyala yang mengindikasikan
bahwa Dji Naza sudah terkoneksi dengan software Dji Naza. Proses pengaturan
sebagai berikut:
1. Langkah pertama pilih basic, kemudian pilih posisi motor quad copter
seperti pada Gambar 8 berikut:

11

Gambar 8 Penentuan posisi motor
2. Pada menu software Dji Naza dipilih RC kemudian tentukan tradition
pada receiver type dan untuk melakukan kalibrasi motor diklik start,
sedangkan pada remote tuas throthle dan tuas maneuver diposisikan tepat
di tengah. Setelah selesai proses kalibrasi dilanjutkan dengan memutar
tuas kiri dan kanan pada remote kendali untuk menyamakan gerakan
dengan perintah yang diterima pada software (Gambar 9).

Gambar 9 Kalibrasi Dji Naza dengan remote kendali
3. Pilih advance pada menu kemudian dipilih motor dan tentukan idle motor
speed dengan recommend sedangkan cut off type pilih intelligent. Pada

12
motor speed dipilih recommend karena kecepatan motor saat take of stabil,
sedangkan untuk cut off type fungsinya untuk kecepatan dalam
menjalankan perintah pengontrolan kecepatan motor (Gambar 10).

Gambar 10 penentuan kecepatan motor
Rancangan Fungsional
Perumusan ide suatu rancangan alat, rancangan fungsional sangatlah
penting untuk dipertimbangkan. Dalam perancangan sistem kontrol kendali pada
alat penyemprot tipe balon dimana dibutuhkan fungsi pengendalian untuk
berbelok dan maju yang dikendalikan dengan remote kontrol perlu diperhatikan
pengaturan pada remote. Kemudian sistem kontrol ini dilengkapi dengan indikator
ketinggian. Indikator ketinggian berfungsi untuk mengetahui ketinggian dari alat
sebelum melakukan penyemprotan, agar penyemprotan sesuai dengan ketinggian
yang dianjurkan. Rancangan ini meliputi pemograman Arduino Mega melalui
software Arduino 5.01. Kemudian dihubungkan antara Arduino Mega dan sensor
ultrasonik, selanjutnya dilakukan input perintah pada Arduino Mega. Berikut
sistem indikator ketinggian (Gambar 11):

Gambar 11 Sistem indikator ketinggian

13
Rancangan Struktural
Pada penelitian ini rancangan struktural mengikuti rancangan rangka yang
telah dibuat. Pada komponen sistem kontrol seperti flying control, baterai, dan
receiver remote berada di atas tangki. Kemudian motor, propeller, dan ESC
berada pada lengan yang telah disediakan pada rangka dan ditempel dengan lem
perekat jenis 3M yang dikencangkan dengan kabel serut (Gambar 15). Rangka
diberi tambahan alumunium untuk menghubungkan rangka dengan balon. Balon
yang digunakan untuk pengambilan data berbentuk bola dengan diameter 3.75 m.

Gambar 12 Alur pengendalian
Alur pengendalian pada sistem kontrol ini yaitu perintah pada remote akan
diterima oleh receiver remote pada alat penyemprot padi, kemudian perintah
tersebut diteruskan ke flying control. Selanjutnya flying control akan
menerjemahkan dan memberi perintah pada ESC yang akan menyalakan motor
untuk berputar (Gambar 12). GPS pada flying control berfungsi untuk menjaga
kestabilan dan mengembalikan alat penyemprot ke posisi ketika hilang frekuensi
antara receiver remote dengan pemancar dari remote.
Pada pengujian gerakan maju dilakukan dengan cara menggerakan tuas
throttle (tuas bagian kiri) ke depan dan tuas rudder (tuas kanan) diposisikan pada
posisi normal. Kemudian untuk pengujian belok kanan dimana tuas throttle di
gerakan ke arah kanan atas untuk belok kanan, jika belok kiri gerakan tuas throttle
ke arah kiri atas sedangkan untuk tuas rudder tetap pada posisi normal.
Cara Pengukuran Parameter Uji
Pada penelitian ini parameter yang harus diukur yaitu
1. Kecepatan Angin
Kecepatan angin sangat berpengaruh dalam kinerja dari alat penyemprot
ini. Pada pengukuran kecepatan angin digunakan anemometer. Cara
mengukurnya dengan cara memegang anemomter ke udara kemudian
kecepatan angin akan ditunjukan pada monitor anemometer.
2. Rpm Propeller
Pengujian rpm ini dilakukan dengan menggunakan tachometer. Rpm yang
diukur pada saat berbelok. Mekanisme pengujian rpm yaitu dengan cara
memberi sepotong kecil lakban hitam pada propeller. Posisi rangka

14
penyemprot ditahan dengan tangan agar tidak bergerak. Kemudian
nyalakan tachometer. kalibrasi dilakukan dengan cara menekan tombol
data pada tachometer hingga menunjukan angka nol. selanjutnya ujung
tachometer diarahkan pada lakban hitam lalu gerakan tuas sebelah kiri
kearah depan kanan untuk belok kanan. Kemudian tachometer akan
membacanya nilai dari rpm motor. Data yang dicatat adalah angka yang
stabil pada tachometer.
3. Kecepatan Maju dan Berbelok
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan maju dari alat
penyemprot padi. Pengujian maju dilakukan dengan cara mengukur jarak
10 meter kemudian diberi patok. Waktu yang dibutuhkan untuk maju akan
di baca oleh stopwatch. Pengujian dilakukan saat alat penyemprot maju
melewati patok, pada saat itu stopwatch dihidupkan kemudian stopwatch
dimatikan jika alat penyemprot sudah melewati patok yang kedua. Untuk
pengujian belok dilakukan hal yang sama namun posisi patok diletakan
sejajar ke samping dengan jarak 5 meter. Lakukan perhitungan waktu pada
saat alat penyemprot saat berbelok melewati patok pertama hingga
berbalik melewati patok kedua yang sejajar dengan menggunakan
stopwatch.
Pengolahan Data
Pengolahan data merupakan tahapan penelitian yang sangat penting karena
data hasil pengujian tidak dapat menyimpulkan hasil penelitian jika belum
dilakukan pengolahan data. Pengolahan data pada penelitian ini yaitu menentukan
kecepatan maju dimana kecepatan maju adalah jarak tampuh dibagi dengan waktu
tempuh (Persamaan 3).
s
v
(3)
t

Keterangan:
v = Kecepatan (m/s)
t = Waktu tempuh (detik)
s = Jarak tempuh (meter)
Sedangkan gaya torsi didapat dari motor yang diukur rpmnya dimana
persamaan torsi terdapat pada Persamaan 4. Torsi adalah daya dibagi dengan 2 phi
dikalikan dengan kecepatan sudut (Persamaan 5).
P

2 n
60

Keterangan:
T = Torsi (N m)
P = Daya motor (watt)
Kecepatan sudut (Rad/s)
n = Rotasi per menit (rpm)

(4)

(5)

15

HASIL DAN PEMBAHASAN

Prototipe Penyemprot
Balon
Pada penelitian ini balon berbentuk bola dengan diameter 3.75 meter yang
dilengkapi dengan empat tali pengait untuk rangka, dua tali untuk safety pada saat
pengujian dan dua pengait pada balon untuk menghubungkan rangka dengan
balon menggunakan alumunium. Balon ini diisi dengan gas hidrogen karena
hanya gas ini tersedia pada pabrik pembuat balon tersebut. Spesifikasi balon
seperti pada Gambar 13 dan Gambar 14 berikut:

Gambar 13 Foto balon dengan kelengkapan
tali

Gambar 14 Spesifikasi balon

16
Pemilihan Komponen Kontrol
Pemilihan bahan dilakukan berdasarkan gaya drag yang ada pada alat
penyemprot padi dengan menggunakan coefficient drag (Cd) pada Gambar 4 dan
mengacu pada Persamaan 1. Berdasarkan hasil perhitungan daya minimum yang
dibutuhkan untuk menggerakan alat penyemprot padi tipe balon yang terdapat
pada Lampiran 6, maka motor yang digunkan harus lebih besar dari pada daya
yang dibutuhkan. Pada penelitian ini dipilih motor brushless e-max GT-2215/12
dengan spesifikasi sebagai berikut:
Daya
Effesiensi
Kv
Volt
Anpere

= 200 watt
= 82 %
= 905 rpm/volt
= 11 volt
= 18 Ampere

Berdasarkan spesifikas pada motor, daya yang terpakai yaitu (Persamaan 6):
Pterpakai = Pteoritis (1 + efesiensi)
(6)
= 200 (1 + 82%) Watt
= 216 Watt
Daya yang terpakai lebih besar dari daya minimum untuk menggerakan
rangka, selain itu pemilihan motor juga berdasarkan dilihat dari nilai kv dimana
semakin rendah nilai kv maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar karena kv
adalah rpm/volt. Setelah menentukan motor e-max GT dilanjutkan dengan
pemilihan ESC. Pemilihan ESC berdasarkan ampere yang diperlukan motor
karena satuan dari ESC adalah ampere, sehingga disarankan oleh produsen motor
e-max GT ini adalah 20-30 ampere (Lampiran 1), sehingga penelitian ini
menggunakan ESC 30 ampere karena semakin tinggi ampere suhu pada motor
itdak cepat panas dibanding dengan menggunakan 20 ampere, akan tetapi
penggunaan ESC ini semakin boros baterai.
Berikut merupakan hasil pengujian fungsional dari komponen terbang
tanpa balon yang menggunakan rangka multikoper untuk uji fungsional dari setiap
komponen kontrol. Hasil dari pengujian waktu persiapan terbang dari dji naza
yang melakukan konfigurasi dengan satelit secara otomatis selama satu menit
dengan indikator LED berwarna hijau pada Dji naza. Kemudian waktu yang di
butuhkan pada saat terbang secara normal hanya mampu bertahan 8 menit.
Pengujian kemampuan GPS Dji Naza dilakukan dengan cara menarik quad copter
dengan ketinggian 190 cm sejauh 3 m sampai 4 m sesuai literatur dan diambil data
jarak maksimal untuk quad copter mampu kembali ke posisi sebelumnya. berikut
hasil dari pengujian kemampuan GPS Dji Naza:
Tabel 3 Hasil uji tarik ke belakang
Pengulangan
Jarak (m)
Waktu (s)
I
3.00
1.80
II
3.40
2.00
III
3.00
1.80
Rata-rata
3.13
1.87

17
Tabel 4 Hasil uji tarik ke kiri
Pengulangan
I
II
III
Rata-rata

Jarak (m)
3
3
3
3

Waktu (s)
2.00
2.00
1.80
1.93

Tabel 5 Hasil uji tarik ke kanan
Pengulangan
I
II
III
Rata-rata

Jarak (m)
3
3
3
3

Waktu (s)
2.00
2.00
1.90
1.97

Tabel 6 Hasil uji tarik ke depan
Pengulangan
I
II
III
Rata-rata

Jarak (m)
3
3
3
3

Waktu (s)
2.00
1.90
2.00
1.97

Berdasarkan data pada Tabel 4 hingga Tabel 7 kemampuan dari Dji Naza
untuk mengontrol kembali ke posisi sebelumnya sejauh 3.4 m. Kemudian rata-rata
waktu yang dibutuhkan untuk kembali kepada posisi sebelumnya yaitu dua detik.
Menurut spesifikasi pada Dji naza ini radius dan kecepatan kembali ke posisi
utama sesuai (Dji Naza 2010), maka Dji naza ini dapat digunakan sebagai flyig
control pada penelitian ini. Berikut foto dari penggabungan sistem kontrol dengan
rangka:
Dji naza, Receiver
remote dan esc
Baterai

Moto

Propeller

Fram

Gambar 15 Foto penggabungan sistem kontrol dengan rangka

18
Uji Kinerja
Pengujian dilakukan pada pagi dan sore hari.
Pengujian pagi hari
Cuaca
= cerah
Jarak pengujian (s) = 10 m
Beban total
= 14.2 kg
Pukul
= 06.00-09.00 WIB
Tabel 7 Kecepatan angin
Pengulangan
I
II
III
Rata-rata

V (m/s)
1.260
1.040
1.080
1.127

Berdasarkan Tabel 8 dapat dikatakan bahwa kecepatan angin pada pagi
hari sebsar 1.13 m/s. Kecepatan ini sangat rendah bahkan tidak terasa oleh kulit .
Selanjutnya adalah hasil pengujian waktu tempuh gerak maju dengan lima
pengulangan yang dilakukan pada pagi hari:
Tabel 8 Hasil uji gerak maju
Pengulangan
Waktu (s)
I
8.254
II
9.572
III
8.237
IV
8.853
V
8.278
Rata-rata
8.639
Berdasarkan Tabel 9 waktu yang dibutuhkan untuk alat penyemprot saat
maju sebesar 8.64 s maka kecepatan yang didapat dari hasil tersebut sebesar 1.16
m/s. Kecepatan ini lebih lambat dari yang diharapkan yang sebesar 1.5 m/s hingga
2 m/s. Selanjutnya adalah hasil pengujian waktu berbelok dengan lima
pengulangan pada pagi hari:
Tabel 9 Hasil uji Belok
Pengulangan
Waktu (s)
I
21.74
II
17.84
III
16.40
IV
22.01
V
22.03
Rata-raa
20.00

19
Berdasarkan Tabel 10 waktu yang dibutuhkan unutk berbelok sebesar 20 s
dengan radius belok sebesar 5 m, hal ini dikarenakan motor sebagai poros
berputar setengah dari kecepatan putar motor penggerak saat berbelok (Tabel 17).
Perbandingan rpm antara motor penggerak dengan motor yang menjadi poros saat
berbelok yaitu dengan perbandingan 4:1. Selanjutnya adalah hasil pengujian
tahanan angin dengan yang dilakukan pada pagi hari:
Tabel 10 Hasil uji tahanan angin
Bagian kiri
Bagian kanan
Pengulangan
Gaya (kg)
Pengulangan
Gaya (kg)
I
II
III
Rata-rata

1.800
2.000
2.400
2.067

I
II
III
Rata-rata

2.2
2.0
1.8
2.0

Berdasarkan Tabel 11 gaya tahanan angin terhadap balon dapat dikatakan
bahwa daya tahanan angin kecil yaitu sebesar 2.067 kg dan 2.0 kg. Hal ini tidak
terlalu banyak berpengaruh pada gerak dari alat penyemprot.
Pengujian sore hari
Cuaca
Jarak pengujian (s)
Beban total
Pukul

= cerah
= 10 m
= 14,2 kg
= 14.00 – 17.00 WIB

Tabel 11 Kecepatan angin
Pengulangan
V (m/s)
I
3.050
II
3.270
III
3.530
Rata-rata
3.283
Hasil pengujian pada sore hari didapatkaan kecepatan angin sebesar 3.3
m/s (Tabel 12). Kecepatan ini jauh lebih besar dari hasil pengujian pada pagi hari.
Selanjutnya adalah hasil pengujian waktu tempuh gerak maju dengan lima
pengulangan yang dilakukan pada sore hari:
Tabel 12 Hasil uji gerak maju
Pengulangan
Waktu (s)
I
12.25
II
11.03
III
10.57
IV
9.560
V
9.380
Rata-rata
10.57

20
Berdasarkan Tabel 13 waktu tempuh sebesar 10.56 detik, maka kecepatan
maju yang didapat sebesar 0.497 m/s. Selanjutnya adalah hasil pengujian waktu
berbelok dengan lima pengulangan yang dilakukan pada sore hari:
Tabel 13 Hasil uji Belok
Pengulangan
I
II
III
IV
V
Rata- rata

Waktu (s)
30.52
25.53
31.34
24.49
25.47
27.47

Berdasarkan Tabel 14 waktu yang dibutuhkan untuk berbelok sebesar
27.47 detik. Waktu tersebut lebih lama dikarenakan selain dari putaran motor
faktor angin yang kencang sangat mempengaruhi waktu berbelok. Selanjutnya
adalah hasil pengujian tahanan angin:
Tabel 14 Hasil uji tahanan angin
Bagian kiri
Bagian kanan
Pengulangan
Gaya (kg)
Pengulangan
Gaya (kg)
I
II
III
Rata-rata

3.4
3.0
3.2
3.2

I
II
III
Rata-rata

2.8
3.2
3.0
3.0

Tabel 15 Hasil uji tahanan motor
Bagian kiri
Bagian kanan
Pengulangan
Gaya (kg)
Pengulangan
Gaya (kg)
I
II
III
Rata-rata

3.4
3.0
3.6
3.33

I
II
III
Rata-rata

2.8
3.0
3.2
3.0

Berdasarkan hasil dari pengujian kinerja didapatkan kecepatan maju pada
pengujian di pagi hari sebesar 1.16 m/s dengan kecepatan angin rata-rata 1.13 m/s
dan waktu belok rata-rata sebesar 20 s kemudian daya tahan angin sebesar 2 kg
pada bagian kanan dan 2.0 kg pada bagian kiri. Sedangkan pada pengujian siang
hari didapat data kecepatan maju 0.947 m/s dengan kecepatan angin rata-rata 3.28
m/s dan waktu belok yang dibutuhkan yaitu 27.47 s kemudian daya tahan angin
yang diukur dari tali kiri dan kanan balon berturut-turut sebesar 3.2 kg dan 3.0 kg.
Berdasarkan data tersebut kecepatan angin sangat mempengaruhi dari kinerja
sistem kontrol pada alat penyemprot tipe balon ini. Pada pengujian pagi hari

21
dengan kondisi angin memiliki kecepatan angin rendah, pengendalian dapat
dengan mudah dilakukan sedangkan pada sore hari sangat sulit dilakukan pada
saat gerak maju dan berbelok hal ini dikarenakan angin pada sore hari memiliki
tahanan terhadap alat ini sebesar 3 kg sedangkan kemampuan daya tahan motor
sebesar 3 kg (Tabel 14 dan Tabel 15) maka motor tidak akan maju disaat kondisi
angin 3.28 m/s.
Data pada sore hari diambilan pada saat kecepatan angin yang mulai
menurun dan kecepatan angin pada saat dilapangan sangat tidak beraturan arahnya
serta kecepatan lajunya. Menurut Nasir (1990), angin memiliki hubungan dengan
sinar matahari karena daerah yang memiliki suhu lebih tinggi karena permukaan
tanah yang panas membuat suhu udara diatasnya naik akibatnya udara naik dan
mengembang menjadi ringan, sehingga balon yang digunkan untuk mengangkat
rangka mendapat dorongan lebih dari udara yang ringan akibat naiknya suhu pada
permukaan.
Pada mekanisme berbelok berdasarkan data hasil pengujian di lapangan,
alat penyemprot ini tidak dapat langsung berbelok tetapi harus memutar dan
membentuk pola setengah lingkaran dengan diameter 5 m. Hal ini dikarenakan
motor yang sebagai poros berputar setengah dari kecepatan putar motor penggerak
saat berbelok (Tabel 17) dan adanya dorongan dari angin yang berhembus.
Berikut data rpm saat berbelok:

Pengulangan
I
II
III
Rata-rata

Tabel 16 Hasil pengujian rpm saat berbelok
Belok kanan
Belok kiri
Propeller Kanan Propeller kiri Propeller kanan
Propeller kiri
(rpm)
(rpm)
(rpm)
(rpm)
8702
15003.0
14038
8073.0
8050
15302.0
14112
7583.0
7980
14702.7
14208
7803.0
8244
10101.7
42358
7819.7

Hasil dari pengujian indikator ketinggian didapatkan bahwa pembacaan
jarak yang dilakukan oleh sensor tidak secepat seharusnya hal ini dikarenakan
receiver gelombang pada ultrasonik yang digunakan sudah bengkok. Selain itu hal
ini dikarenakan kondisi angin saat pengujian membuat partikel debu naik ke
sensor ultrasonik sehingga menghambat sampainya gelombang ke receiver. Akan
tetapi untuk pembacaan jarak dapat bekerja sesuai dengan perintah yang
dimasukan pada Arduino Mega yaitu dengan menyala LED jika alat penyemprot
padi tersebut berada pada ketinggian 1.5 m hingga 2 m.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sistem kontrol kendali pada alat penyemprot padi tipe balon ini telah dibuat
dan diuji coba. Berdasarkan pengujian, sistem kontrol pada alat penyemprot padi

22
tipe balon dapat beroperasi, namun masih terdapat kendala dalam pengendalian.
Sistem kontrol ini dapat beroperasi dengan kecepatan angin dibawah 1.13 m/s.
Pada kecepatan angin tersebut didapatkan kecepatan maju sebesar 1.16 m/s dan
waktu berbelok 20 s. Kemudian kecepatan putar hasil pengukuran saat berbelok
yaitu 8 244 rpm untuk motor bagian kanan dan 10 102 rpm untuk motor bagian
kiri. Gaya tahanan motor hasil pengukuran yaitu 3 kg dan daya tahanan angin
adalah 2 kg dengan kemampuan daya angkat balon total sebesar 14.2 kg. Sistem
kontrol GPS untuk mengembalikan alat penyemprot padi ini secara otomatis
belum berfungsi.
Saran
Pada penelitian selanjutnya perlu dilakukan penambahan sistem kontrol
servo untuk menjaga ketinggian alat penyemprot sesuai dengan ketinggian
berdasarkan jarak optimum pada penymprotan padi dan perlu dilakukan
pengaturan pada Dji naza untuk mengatur rpm motor saat berbelok sehingga alat
penyemprot padi tipe balon ini dapat berbelok dengan cepat.

DAFTAR PUSTAKA

Adji WS. 2005. Engine Propeller Matching. Surabaya (ID): Institut Teknologi
Sepuluh Nopember.
Andi. 2009. Sensor ultrasonik. Prinsip kerja rangkaian ultrasonik [Internet].
[Diunduh 2014 Okt 14]. Tersedia pada: http://atmelmikrokontroler. com.
Artanto D. 2012. 60 Aplikasi PLC-mikro. Jakarta (ID): PT. Gramedia.
Antono D. 2012. Motor DC brushless tiga pasa satu kutub. J-Tekno. Politeknik
Negeri Semarang. 8(1): 284-290.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2013. Tanaman Pangan. Luas Panen Produktivitas
Tnaman Padi Seluruh Indonesia [Internet]. [Diunduh 2014 feb 12].
Tersedia pada: http://www.bps.go.id.
Fuadah, DD dan Mada SWS. 2012. Monitoring dan kontrol level ketinggian air
dengan sensor ultrasonik berbasis Arduino. J-Tekno. Universitas Islam
Negri Sunan Gunung Djati. 3(1): 105-111.
Kadir A. 2013. Panduan Praktis Mempelajari Mikrokontroler dan pemograman
menggunakan Arduino. Jogja (ID): Andi Publisher.
Kardono, Rusdhianto AK, dan Ali F. 2012. Perancangan dan implementasi sistem
pengaturan optimal LQR untuk menjaga kestabilan hover pada Quad
copter. Jurnal Teknik ITS. Intstitut Teknologi Sepuluh November (ITS).
1(1): 39-55.
Kristanto D. 2012. Rancang bangun pesawat mandiri tanpa awak dengan empat
baling-baling penggerak (Automous Quad copter) [skipsi]. Salatiga (ID):
Universitas Kristen Satya Wacana (UKSW).
Laurie K. 2004. The Windows Serial Port Programming. Ying Bai (HK):
Hongkong University.

23
Maryono A. 2010. Karakteristik resistensi kelompok pulau di sungai. Jurnal
Teknik Sipil. Universitas Gajah Mada (UGM). 17(3): 197-199.
Nasir AA dan Y Koesmaryono. 1990. Pengantar Ilmu Iklim Untuk Pertanian.
Bogor (ID). Pustaka Jaya.
Suyadhi T. (2010). Buku Pintar Robotika. Yogyakarta (ID): Andi Publisher.
Staples G. 2013. Significance of blade element theory in performance prediction
of marine propellers. J-Ocean Engineering. University of Padova. 31(6):
957–974.
Wahyudin FPD. 2003. Uji performasi tipe AU pada pesawat terbang zat pemacu
keasaman (ZPK) tebu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor
(IPB).
Wilberg J. 2003. Cotrolling a brushless DC motors [tesis]. Swedia (SE):
University Lingkoping Swedia.

24

LAMPIRAN
Lampiran 1 Contoh perhitungan
Perhitungan pemilihan bahan dimulai dari perhitungan gaya drag. Perhitungan
gaya drag sebagai berikut:

Pengulangan
V angin (m/s)

Tabel 17 Hasil pengukuran awal kecepatan angin
I
II
III
rataan
3.8
3.3
3.4
3.5

V2
12.5

Cd yang digunakan untuk kerangka penyemprot padi yang digunakan dapat dilihat
pada lampiran 7 :
Cd angled cube : 0.08 untuk rangka bagian depan
Cd bullet
: 0.075 untuk permukaan balon
Cd cube
: 0.82 untuk lengan
luas penampang masing-masing
A angle cube = ½ x 15 cm x 30 cm = 225 cm2 = 0.025 m2
A cube lengan = 0.3 cm x 15 cm = 45 cm2
= 0.0045 m2
A bullet
¼ x x 42
= 12.56 m2
Berdasarkan Persamaan 1 maka dapat diketahui nilai fd Sebagai berikut:
d

d segitiga

d lengan

0.075 x 1.2

kg
m3

x 1.25

m
s

x 12.56 m2

2
= 7.065 N
m
kg
0.8 x 1.2 3 x 1.25 s x 0.0225 m2
m

2
= 0.135 N
kg
m
0.082 x 1.2 3 x 1.25 x 0.0045 m2
m
= 7.355N

2

s

x4

Kemudian propeller yang digunakan pada penelitian ini yaitu nilon 9 x 4.7
artinya propeller ini berdiameter 9 inchi dengan pitch 4.7. pada propeller terdapat
gaya thrust yaitu gaya yang mengurai aliran udara yang ditentukan dengan
Persamaan 2. Dari spesifikasi propeller yang digunakan memiliki rpm sebesar
4687 Sehingga dari persamaan tersebut gaya thrust yang di dapat yaitu:
3.14 x 0.0254 x 92
1 2
1.225
(4687x 0.0254 x 4.7 x )
4
60
F = 4.370 N
maka gaya total yang dibutuhkan oleh motor yaitu
f total = f total drag + f thrust
= 7.355 N + 4.370 N

25
= 11.725 N
Jadi daya total yang dibutuhkan oleh motor adalah
P =fxv
= 11.725 N x 2 m/s
= 23.450 Watt
Perhitungan ESC
Esc = I + (sf x I)
Esc = 18 + (0.5 x 18)
Esc = 27 A
Contoh perhitungan
• Perhitungan kecepaatan maju
v = m/s
Untuk kecepatan maju pagi hari rata-rata dari waktu tempuh adalah 8.6 detik
Maka vmaju = 10 m / 8.6 s, vmaju = 1.157 m/s
• Perhitungan torsi
Pada saat berbelok kanan. Gaya torsi motor kanan
P

T = 656 / 862.87
T = 0.76 Nm

2 n
= 2 x 3.14 x 8244
= 862.872

• Contoh perhitungan torsi
Pada saat berbelok kanan. Gaya torsi motor kiri
P

T = 656 / 1057.308
T = 0.62 Nm

2 n
= 2 x 3.14 x 10101.67
= 1057.308

26
Lampiran 2 Spesifikasi flying board Dji Naza
Main Controller (MC)
The Main Controller (MC) adalah otak dari suatu
sistem, sistem ini berkomunikasi dengan semua
ESC dan transmitter untuk melaksanakan fungsi
autopilot. MC ini memiliki komponen pengukur
terdiri dari satu accelerometer 3 sumbu, satu
gyroscope 3 sumbu, dan barometer untuk attitude
dan altitude
Versatile unite (VU)

Spesial design dari Dji Naza M-lite. Dji
naza ini merupakan solusi dari masalah
besarnya konsumsi daya pada sistem
multi-motor. Fungsinya untuk menyuplai
dan memantau daya Dji M