Pemanfaatan frekuensi 433 MHz Sistem Telemetri

Gambar 2.8 memperlihatkan ilustrasi pemantulan gelombang pada malam hari oleh ionosfer. A B C Lapisan F Tx A B A : Gelombang pada siang hari B : Gelombang pada malam hari Arah gelombang Gambar 2.8 Ilustrasi Pemantulan Gelombang pada Malam Hari

2.3 Pemanfaatan frekuensi 433 MHz

Frekuensi 433 MHz termasuk dalam spesifikasi kanal Industrial, scientific and medical ISM yang ditujukan untuk aplikasi lokal dalam dunia industri, pengujian ilmu pengetahuan, dan aplikasi kedokteran [4]. Rentang frekuensi ISM dimulai dari beberapa kHz sampai beberapa ratus GHz dengan variasi penggunaan yang beragam, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2 [4]. Tabel 2.3 . Frekuensi ISM dan aplikasinya Tugas Akhir ini menggunakan frekuensi ISM 433 MHz disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : Sistem perambatan gelombang frekuensi 433 MHz tidak sensitif terhadap fenomena refleksi, terutama pada hambatan dinding, struktur logam dan air. Operasi narrowband dari radio 433 MHz yang berada pada sub-GHz memungkinkan rentang jarak transmisi mencapai jarak dalam orde beberapa kilometer dengan kebutuhan daya kecil. Hal ini lebih baik jika dibandingkan dengan frekuensi 2.45 GHz yang menghasilkan jarak lebih rendah dengan anggaran daya yang sama. Ditinjau dari konsumsi daya, frekuensi 433 MHz memerlukan energi lebih rendah setiap bitnya dibanding frekuensi yang lebih tinggi. Selain itu, biaya pembangunan sistem rendah, serta tidak membutuhkan repeater. Sistem 433 MHz juga menggunakan antena yang berukuran kecil, frekuensi 433 MHz memiliki atenuasi yang relatif lebih rendah dibandingkan frekuensi ISM lain [5]. Ditinjau dari ketersediaan perangkat, sistem radio 433 MHz umum digunakan di banyak negara, seperti Eropa, Amerika, Cina, Australia, Selandia Baru dan Jepang. Pita-pita frekuensi 433 MHz di kawasan pengguna diatur oleh regulasi ITU, contohnya, 433 MHz dan 868 MHz digunakan di Eropa, 433 MHz dan 902-928 MHz di Amerika Serikat, 433 MHz di Cina, 433 MHz di Australia, dan 426 MHz di Jepang [4]. Hal ini menyebabkan kemudahan memperoleh modul pesawat radio 433 MHz. Dukungan perangkat radio 433 MHz dijabarkan dalam bagian berikut ini.

2.4 Sistem PemancarPenerima Modular

Sistem pemancarpenerima yang disebut sebagai Transceiver pada dasarnya berfungsi sebagai transmitter pemancar dan receiver penerima. Pemancar mengirimkan data hasil pengolahan gambar dengan citra keabuan yang terenkapsulasi oleh protokol komunikasi serial ke sistem ground segment. Pada saat ground segment mengirimkan perintah untuk melakukan pengambilan data gambar, maka transceiver pada sisi ground segment berfungsi sebagai penerima. Transceiver yang diimplementasikan pada penelitian ini adalah sebuah modul radio 3DR 433 MHz yang diproduksi oleh 3D Robotics. Beberapa jenis modul radio dapat berkomunikasi dengan peralatan lainnya melalui port yang tersedia pada modul radio tersebut. Modul radio yang digunakan sebagai transceiver pada penelitian ini memiliki port serial sebagai jalur komunikasi ke ground segment. Media penghubung antara keduanya dengan transceiver tersebut adalah RS-232 to USB serial. Melalui komunikasi ini, ground segment dapat menerima data dan memerintahkan perangkat modul radio tersebut. Hal ini lah yang memungkinkan kita untuk mengirimkan data gambar melalui modul radio tersebut.

2.4.1 Sistem Antena Mini

Antena mini yang digunakan pada sistem radio 433 MHz kebanyakan bertipe helix. Antena helix memiliki bentuk geometri seperti pegas Gambar 2.1 dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu. Jika D adalah diameter dari helix, C adalah circumference keliling dari helix: C = πD, S adalah jarak antara lilitan, α sudut jepit pitch angle: α = arctan SπD, L adalah panjang dari 1 lilitan, n jumlah lilitan, A merupakan axial length: A= n.S, dan d adalah diameter konduktor helix, maka gain G antenna diberikan oleh [6]: G=11,8 + 10 logC 2 A 2.2 Diameter dan keliling menentukan gain antenna helix. Makin panjang antenna helix maka makin besar pula gainnya. Antena helix biasanya dipasang diatas sebuah ground plane seperti pada Gambar 2.9 [6]. Gambar 2.9 Bentuk geometri antenna helix.

2.4.2. Konektor Mini

SMA SubMiniature versi A konektor semi-presisi konektor coaxial RF dikembangkan pada tahun 1960 sebagai konektor antarmuka minimal untuk kabel koaksial dengan mekanisme kopling tipe sekrup. Konektor ini memiliki impedansi 50 Ω. Konektor ini dirancang untuk bekerja pada sinyal DC sampai 18 GHz. SMA miniatur A konektor dirancang oleh Bendix Scintilla Corporation dan merupakan salah satu yang paling umum digunakan konektor RF microwave [7]. Hal ini dimaksudkan untuk digunakan pada kabel semi-rigid dan komponen yang terhubung renggang. Dibutuhkan dielektrik kabel langsung ke antarmuka tanpa celah udara. Beberapa ratus siklus interkoneksi yang mungkin jika dilakukan dengan hati-hati dan perawatan harus diambil untuk digabungkan dengan konektor lurus-on. Sebelum membuat koneksi adalah bijaksana untuk memeriksa akhir konektor female untuk memastikan bahwa soket pusat dalam kondisi baik jari tidak bengkok atau hilang. Konektor SMA adalah jenis umum dan murah, tetapi kurangnya presisi mempengaruhi daya tahan dan kinerja mereka, dan dapat menyebabkan keausan meningkat ketika dipasangkan dengan lainnya presisi konektor. SMA konektor hanya dinilai untuk jumlah yang sangat terbatas dari siklus koneksi dan harus diperiksa sebelum setiap penggunaan. Untuk lebih mengerti mengenai konektor tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 2.10. Gambar 2.10 Bentuk Konektor SMA. Modul 3DR Radio 433 MHz memiliki antena bawaan berupa antena helix yang sesuai dengan frekuensi 433 MHz. Antena ini menggunakan konektor SMA tipe male yang telah berpasangan dengan konektor SMA tipe female yang ada pada modul 3DR Radio 433 MHz pada sisi penerima dan pengirim.

2.4.3 Komunikasi Serial

Komunikasi serial adalah komunikasi yang pengiriman datanya per-bit secara berurutan dan bergantian. Komunikasi ini mempunyai suatu kelebihan yaitu hanya membutuhkan satu jalur dan kabel yang sedikit dibandingkan dengan komunikasi paralel. Pada prinsipnya komunikasi serial merupakan komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel, atau dengan kata lain komunikasi serial merupakan salah satu metode komunikasi data di mana hanya satu bit data yang dikirimkan melalui seuntai kabel pada suatu waktu tertentu. Pada dasarnya komunikasi serial adalah kasus khusus komunikasi paralel dengan nilai n = 1, atau dengan kata lain adalah suatu bentuk komunikasi paralel dengan jumlah kabel hanya satu dan hanya mengirimkan satu bit data secara simultan.Hal ini dapat disandingkan dengan komunikasi paralel yang sesungguhnya di mana n-bit data dikirimkan bersamaan, dengan nilai umumnya 8 ≤ n ≤ 128 [8]. Komunikasi serial ada dua macam, asynchronous serial dan synchronous serial . Synchronous serial adalah komunikasi dimana hanya ada satu pihak pengirim atau penerima yang menghasilkan clock dan mengirimkan clock tersebut bersama-sama dengan data. Contoh pengunaan synchronous serial terdapat pada transmisi data keyboard. Asynchronous serial adalah komunikasi dimana kedua pihak pengirim dan penerima masing-masing menghasilkan clock namun hanya data yang ditransmisikan, tanpa clock. Agar data yang dikirim sama dengan data yang diterima, maka kedua frekuensi clock harus sama dan harus terdapat sinkronisasi. Setelah adanya sinkronisasi, pengirim akan mengirimkan datanya sesuai dengan frekuensi clock pengirim dan penerima akan membaca data sesuai dengan frekuensi clock penerima. Contoh penggunaan asynchronous serial adalah pada Universal Asynchronous Receiver Transmitter UART yang digunakan pada serial port COM komputer. Antarmuka Kanal serial lebih komplekssulit dibandingkan dengan antarmuka melalui kanal paralel, hal ini disebabkan karena [8]: 1. Dari Segi perangkat keras: adanya proses konversi data pararel menjadi serial atau sebaliknya menggunakan piranti tambahan yang disebut UART Universal Asynchronous ReceiverTransmitter . 2. Dari Segi perangkat lunak: lebih banyak register yang digunakan atau terlibat. Namun di sisi lain antarmuka kanal serial menawarkan berapa kelebihan dibandingkan secara paralel, antara lain [8]: 1. Kabel untuk komunikasi serial bisa lebih panjang dibandingkan dengan parallel, data-data dalam komunikasi serial dikirim-kan untuk logika ‘1’ sebagai tegangan -3 sd -25 volt dan untuk logika ‘0’ sebagai tegangan +3 sd +25 volt, dengan demikian tegangan dalam komunikasi serial memiliki ayunan tegangan maksimum 50 volt, sedangkan pada komunikasi paralel hanya 5 volt. Hal ini menyebabkan gangguan pada kabel-kabel panjang lebih mudah diatasi dibandingkan pada parallel. 2. Jumlah kabel serial lebih sedikit, kita bisa menghubungkan dua perangkat komputer yang berjauhan dengan hanya 3 kabel untuk konfigurasi null modem, yaitu TXD saluran kirim, RXDsaluran terima dan Ground, bayangkan jika digunakan teknik paralel akan terdapat 20 – 25 kabel. Namun pada masing- masing komputer dengan komunikasi serial harus dibayar “biaya” antarmuka serial yang agak lebih mahal. 3. Banyaknya piranti saat ini palmtop, organizer, hand-phone dan lain-lain menggunakan teknologi infra merah untuk komunikasi data, dalam hal ini pengiriman datanya dilakukan secara serial. IrDA-1 spesifikasi infra merah pertama mampu mengirimkan data dengan laju 115,2 kbps dan Konsep Komunikasi Serial 2 dibantu dengan piranti UART, hanya panjang pulsa berkurang menjadi 316 dari standar RS-232 untuk menghemat daya. 4. Untuk teknologi embedded system, banyak mikrokontroler yang dilengkapi dengan komunikasi serial baik seri RISC maupun CISC atau Serial Communication Interface SCI; dengan adanya SCI yang terpadu pada 1C mikrokontroler akan mengurangi jumlah pin keluaran, sehingga hanya dibutuhkan 2 pin utama TxD dan RxD di luar acuan ground.

2.5 Sistem Telemetri

Telemetri berasal dari akar bahasa Yunani , yakni: tele = jarak jauh, dan metron = pengukuran. Telemetri adalah proses pengukuran parameter suatu obyek benda, ruang, kondisi alam, yang hasil pengukurannya dikirimkan ke tempat lain melalui proses pengiriman data, baik dengan menggunakan kabel maupun tanpa kabel wireless [9]. Data yang ditransmisikan bisa berupa data pengukuran maupun gambar. Sistem telemetri yang yang dikembangkan pada penelitian ini merupakan sistem telemetri tanpa kabel, menggunakan gelombang radio sebagai medium transmisi data, dan data yang dikirimkan adalah gambar periodik. Fotogrametri adalah suatu metode pemetaan objek-objek dipermukaan bumi yang menggunakan foto udara sebagai media, dimana dilakukan penafsiran objek dan pengukuran geometri untuk selanjutnya dihasilkan peta garis, peta digital maupun peta foto. Secara umum fotogrametri merupakan teknologi geo- informasi dengan memanfaatkan data geo-spasial yang diperoleh melalui pemotretan udara. Teknologi ini merupakan salah satu dari sistem telemetri yang mengambil gambar sebagai data informasinya [10]. Konfigurasi pada subsistem transmit menjelaskan bahwa pengiriman pada sistem telemetri menjadi sederhana atau kompleks tergantung pada kebutuhan perancang dan analis yang menggunakan data. Konfigurasi disediakan untuk membantu mengidentifikasi persoalan utama dalam membuat rancangan perangkat telemetri yang pada akhirnya akan ditentukan oleh sejumlah faktor, termasuk jumlah aliran data, karakteristik pengujian, ketersediaan ruang untuk pemasangan pemancar dan antena, dan lokasi perangkat penerima data. Perangkat pengirim digunakan pada berbagai aplikasi sistem telemetri yang bertugas untuk menyampaikan data melalui metode digital atau analog ke stasiun penerima. Data yang dikirimkan dapat mencakup data diskrit atau analog, video, radar maupun data komputer. Perangkat pengirim umumnya menggunakan frekuensi termodulasi yang menghasilkan sinyal keluaran dengan daya tidak berubah ada atau tanpa modulasi. Perangkat pengkopling merupakan komponen coupler dan kabel yang digunakan dalam perancangan perangkat telemetri bervariasi sesuai dengan ketentuan perancang. Aspek ini sangat berpengaruh pada sistem telemetri dan biasanya diremehkan oleh para perancang. Beberapa komponen yang sering ditemukan dalam subsistem perangkat pengirim dan menjadi karakteristik penting untuk dipertimbangkan saat membeli dan menggunakan komponen tersebut. Kabel coaxial adalah salah satu diantaranya yang menjadi komponen utama yang digunakan pada perangkat pengirim yang mampu membuat antena, komponen RF dan semua subsistem RF telemetri agar saling terhubung. Antena merupakan komponen paling dasar untuk membangun perangkat telemetri. Antena sangat berpengaruh pada perancangan sistem telemetri, adapun parameter utama dalam menentukan antena yang sesuai dengan perangkat telemetri kita, diantaranya adalah : Operating Frequency, Impedance, Voltage Standing Wave Ratio VSWR, Power Capability, Connector Types, Polarization, Radiation Efficiency, Antenna Pattern and Gain. Parameter mekanik, aerodinamis, dan lingkungan juga termasuk paramaeter penting lain yang perlu dipertimbangkan ketika memilih antena [6]. Telemetry bands merupakan salah satu hal yang harus dipahami sebelum merencanakan setiap kali merancang maupun melakukan pengujian setiap sistem telemetri yang baru, guna mematuhi peraturan frekuensi alokasi yang berlaku disetiap negara yang ada didunia ini. Di Amerika Serikat, ada pita frekuensi tertentu yang dialokasikan untuk penggunaan telemetri dan pemanfaatan spektrum tertentu yang tercatat oleh IRIG Standard 106 sebagai badan yang mengalokasi frekuensi dinegara tersebut. Karakteristik Lintasan Radio Frekuensi dapat menjadi masalah yang besar pada sistem komunikasi nirkabel ketika terjadi gangguan Multipath yang disebabkan oleh signal fading dan signal outage [11]. Subsistem receive memberikan gambaran tentang karakteristik sistem yang penting untuk memperoleh data telemetri dari sumber radiasi perangkat pengirim. Pada hal ini lebih difokuskan pada sistem penerima RF yang dimasksudkan sebagai panduan untuk memastikan bahwa kinerja sistem penerima dioptimalkan untuk cukup menerima signal to noise SN pada tingkat bit tertentu. Sistem penerimaan data yang diperoleh melalui sinyal carier yang telah termodulasi. Data yang diterima harus high fidelity dan sebisa mungkin serupa dari data yang dikirimkan dan bebas dari gangguan maupun error. Adapun pemodelan sistem telemetri radio ditunjukkan pada Gambar 2.11 [1]. Gambar 2.11 Pemodelan sistem telemetri radio frekuensi.

2.6 Single Board Computer